虚拟现实技术在新医科人才培养中的作用及应用现状

　　【摘要】“健康中国”国家倡议对高质量医学教育、高水平手术研究、精准临床诊疗提出了新的要求。面向国家新医科倡议发展布局，本文在概述虚拟现实概念、核心价值及其对行业支撑作用的基础上，对虚拟现实技术在新医科人才培养中的作用进行了探讨，并以典型案例的形式，详细剖析了虚拟现实技术在口腔医学和临床医学相关的实操教学、技能考核、在线自主训练、临床思维实训等方面所发挥的重要作用，以期为新医科人才培养的模式创新提供有益经验借鉴。

　　【关键词】新医科，医学人才培养，虚拟现实技术，虚拟人体，虚拟手术

　　“健康中国2030”国家倡议对新时代医学人才培养提出了新要求。虚拟现实、人工智能、大数据、5G等新一代信息技术与现代医学技术交叉融合并创新发展，是提高医学人才培养质量和规模的有效路径，也是信息文明社会背景下新型医学人才培养体系建设的重要支撑。

　　1 新医科倡议概况

　　1.1 新医科的背景和内涵

　　2019年，教育部、科技部等13个部委联合启动的“六卓越一拔尖”计划2.0中明确指出，要全面推进新工科、新医科、新文科、新农科的“四新”建设[1]。2020年9月，国务院办公厅印发了《关于加快医学教育创新发展的指导意见》，确立了“以新医科统领医学教育创新”的基本原则[2]。新医科是在新时代科技进步、产业变革和高等教育改革发展背景下，以培养符合时代需求的卓越医学人才为导向，通过改造升级已有医学专业、新建医学相关专业，以及加强医科内部和医文、医理、医工等多学科深度交叉融合等方式，将人才培养的重点从临床诊疗扩展到预防、诊疗、康养，使得医学人才具备服务于“生命全周期、健康全过程”的能力和水平。

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　　1.2 医学类虚拟仿真一流课程概况

　　2019年至2021年，教育部全面推动实施新医科建设计划，在一流专业“双万计划”、一流课程“双万计划”、基础学科拔尖学生培养一流基地建设计划中，布局新医科相关的“金专”“金课”和“高地”。其中，一流课程要求建设10000门左右国家级一流课程和10000门左右省级一 流课程，包括具有高阶性、创新性、挑战度的线下、线上、线上线下混合式、虚拟仿真和社会实践五大类一流课程[3]。一流课程“双万计划”中的虚拟仿真一流课程建设，是推动计算机、仿真、基础医学、临床医学等学科深度交叉融合创新的重要举措。

　　2019年，教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，将国家虚拟仿真实验教学项目纳入一流本科课程建设，计划到2021年建成1500门左右国家虚拟仿真实验教学一流课程[4]。2020年11月，根据教育部公布的首批国家级一流本科课程认定结果[5]，认定国家虚拟仿真实验教学项目728个，覆盖41个专业类，168个专业，732门课程[6]。在新冠疫情期间，基于互联网、虚拟现实、先进仿真技术的线上虚拟仿真实验，为远程实验教学、训练、考核提供了先进技术手段，降低了疫情对人才培养过程和质量的影响，也有力地证明了新一代信息技术对新医科的支撑作用。

　　2 虚拟现实(virtualreality，VR)技术

　　2.1 VR技术

　　VR技术是计算机技术与应用衔接，向不同领域辐射，影响各行业运行质量和效率的基础研究方向，包括人机界面、人机交互、人机环境和增强现实等，具有较强的学科综合性和交叉性。目前已成为一个可以拉动多学科科学技术发展，不断产生新思想、新技术和新经济生长点的重要科学技术领域[7]。虚拟现实在其产生和长期发展的过程中，内涵和外延不断演化，有专家认为，虚拟现实对于其他应用领域的作用，类似于数学对其他学科的作用[8]。赵沁平院士在2009年提出的虚拟现实概念在学术界和产业界均得到了广泛认可。

　　多学科交叉融合，并以信息技术为核心生成和真实环境在视觉、听觉、触力觉等方面高度相似的数字虚拟环境，用户可通过显示设备与交互装备与虚拟环境中的物体进行沟通、交互，进而获得虚实难辨、身临其境的拟真感受和体验。虚拟现实作为新兴技术和产业发展方向，也是信息技术领域的重要科学问题[9]。

　　2.2 VR技术的核心价值

　　VR技术的核心价值可以从其系统形态、应用方向和主要特点等方面加以概括，可概括为沉浸性、桌面型、增强型和分布型4类系统形态。沉浸型VR系统主要面向高端应用，其典型特点是使用高端图形工作站(群)和高逼真感的视听触设备，以获得更好的沉浸感;桌面型系统主要面向普及型应用，其典型特点是基于个人计算机和常规交互设备，在通用硬件上构造简易型的系统，为了使交互更为自然，一般会利用Kinect、Wiimote等便携装置获取用户的身体姿态和操控信息[10]。

　　增强型主要面向增强现实类型的应用，其典型特点是在获取三维姿态基础上，进行三维注册，并利用视频透射或光学透射头盔显示器，在现实场景叠加虚拟物体，增加虚实融合的内容;分布型主要面向虚拟现实网络应用，构建共享一致的虚拟环境，进行协同交互、完成更复杂的功能。目前，基于5G移动互联网的分布型系统是研究和应用的重点[11]。上述4类系统也并非彼此独立，例如，沉浸型、桌面型和增强型系统都可以作为分布型系统的节点，通过网络互联;沉浸型或桌面型系统也可借鉴增强型系统的概念，增加虚实融合的功能。

　　2.3 VR技术对各行业的支撑作用

　　经过三十多年的发展，VR在许多行业领域取得了成功应用，已成为各行业发展的新的信息技术支撑平台[12]。近年来，随着人工智能、大数据、云计算、物联网、传感器等信息技术的快速发展，各发达国家政府和各大行业巨头普遍开始结合“VR+”展开创新应用布局，对VR技术发展提出了新型应用需求[13]，下面重点对“VR+医疗”的应用支撑进行介绍。 世界卫生组织等权威机构发布的数据显示，不安全治疗导致的不良事件是全世界十大死亡和残疾的原因之一[14]，医疗过失在医疗水平很高的美国也已经成为第三大致死原因[15]。

　　因而，探究人体自身的奥秘，解密人体疾病的产生与演化，进而对人体疾病进行精准治疗，是关系人类生命与健康的重大问题，也是人类科学研究的一个终极目标[16]。随着虚拟现实、医学、生命科学、高性能计算以及人工智能等技术的快速发展，如何利用信息技术赋能人体生命研究与疾病治疗，是21世纪的一项重大科学技术问题。2020年11月10日，世界经济论坛和《科学美国人》共同发布了“2020年十大新兴技术”报告，其中3项与虚拟人体孪生密切相关，包括：虚拟病人—代替真人临床试验，空间计算—下一代的“大事件”，数字医学—更好地诊断和治疗疾病[7]。

　　现阶段，在健康中国建设倡议背景和信息化、数字化技术高速发展的时代背景下，VR将成为医疗行业不可或缺的教学和培训手段，在新医科人才培养中必将发挥更广泛的应用。在医学教学、手术技能训练、个性化手术方案规划预演、康复治疗、远程诊疗等过程中，引入VR技术，可以显著提升医疗健康服务水平，提高疾病诊疗效率[17]。

　　3 VR技术在新医科人才培养中的作用与应用实例

　　3.1 VR在新医科人才培养中的作用

　　医科人才培养的方式随着时代的发展也在不断改进和创新。以动物标本、尸体和教学辅助器具为主的传统医科教育体系，在医科人才的培养过程中存在资源不足，对患者造成损害的风险较高等问题[18]。VR技术能够替代传统的教学模式进行低成本、可重复、可量化评估的数字化教学，允许学员在可重复练习的环境中学习成长，提供案例丰富、科学规范的仿真素材，能够有效改善教学资源不足和考核难以量化评估的难题。模拟教学的新方式可以缩短学员临床实践学习曲线，同时可以保证学员在学习过程中的医疗安全性。通过VR技术可以拓展医疗教育信息化的维度，不断深化医疗教学内容，有助于催生新的人才培养模式和医科教学方法。具体来说，VR技术通过与3D建模、人机交互、大数据管理、物联网、云计算、人工智能等技术结合运用，可以在新医科人才培养中可发挥如下几方面重要作用[19]。

　　3.1.1 推进以自主学习为导向的教学方式改革

　　传统医学授课以知识传授型为主，学生被动接受新知识，不利于发挥学生的主观能动性。随着5G技术、人工智能、云计算等技术的发展，VR将成为新医科教学的重要切入点，推进以自主学习为导向的医学教学方式改革。VR技术通过高沉浸感和交互特性强化用户体验，以多感知通道协同刺激和人机交互的方式增强用户记忆、提升用户学习体验[20]。通过VR技术构建的智慧学习环境，学习者可以发挥主体作用，充分理解教学内容，体验交互环境，进而提高主观能动性和自主学习能力。

　　3.1.2 增加学生知识的深度和广度，激发创新思维　医学技能训练方式耗材损耗大、成本高，研究发现在临床实践教学中，57.38%的病种教学资源不足或缺乏，仅部分学生或极少学生有机会掌握[21]。VR技术促使教学内容由传统静态、二维展示转变为互动、三维立体展示，评价方法也由主观观察转变为客观的数据参考，有助于加深学生的理解，拓宽认知范围;培养环境由传统单个实训样本对多个学习对象转变为多对多的互动式虚拟场景，培养方法由传统“以教促学”线性方法转变为情景探究式学习的非线性方法，激发学生的创造力和创新思维。

　　3.2 VR对医学人才岗位胜任力的作用人才岗位胜任力是人才培养质量的最直接体现。VR对医学人才岗位胜任力的作用主要体现在对医学理论和临床实践教学模式的迭代、更新和优化，强化医学生基本理论、基本知识、基本技能的培养。在医学理论理解深刻度、技能掌握熟练度及临床思维训练方面发挥有效作用。

　　3.3 VR在国内医学教育中的典型应用

　　VR技术与医疗融合的应用方向十分广阔，在模拟手术领域，经验丰富的外科医生可以利用虚拟手术室学习和探索新技术，或者进一步深化掌握具体手术操作步骤。在培训领域，学生能够以身临其境的方式学习人体解剖、临床等相关知识[13]。具体到虚拟手术培训、强化临床诊断、远程医疗、心理疾病治疗、护理学和康复训练、产品研发等等方面，VR技术已经取得了广泛应用，并收获了良好的实践效果[29]。

　　4 总结

　　医学教育是卫生健康事业发展的重要基石[2]。随着第四次工业革命的兴起，特别是新一代信息技术如虚拟现实、人工智能、大数据、云计算、5G、互联网等的快速发展，医学研究、医学教育和医学实践的改革发展将面临重大机遇和挑战。在新医科总体倡议部署下，每一所医学院校、每一个医科专业、每一门医学课程和每一位医学教师都要肩负起推动医学教育创新发展的责任和义务，主动掌握和有效运用虚拟现实等新技术，为医学人才培养增加或升级新手段、新路径、新工具和新方法，共同推动医学人才培养“上水平、提质量”，为推进健康中国建设、保障人民健康提供强有力的人才保障。

　　参考文献：

　　中国青年报.教育部等13单位联合启动“六卓越一拔尖”计划2.0.(2019-04-29)[2020-12-04].http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_zt/moe_357/jyzt_2019n/2019_zt4/tjx/mtjj/201906/t20190619_386454.html.[1]

　　国务院办公厅.关于加快医学教育创新发展的指导意见(国办发[2020]34号).2020-09–23.

　　作者：高 阳1，赵沁平1△，周学东2，郭全民3，席 涛4