金旭曾 敏熊蔚

100050北京，首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院麻醉與疼痛科

生物醫(yī)學工程學仿真在麻醉模擬教學中的應用進展

金旭曾 敏熊蔚

100050北京，首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院麻醉與疼痛科

目前醫(yī)學院學生和住院醫(yī)師培訓的主要方法仍然是課堂教學、死記硬背地學習和師帶徒式傳承。雖然這些教學方法均能很好地傳授知識，但在技能的培訓、復雜病情的管理和團隊的決策方面顯然存在著難以克服的缺陷。生物醫(yī)學工程學仿真技術在模擬教學中的應用可以部分彌補這一不足，在醫(yī)學教學，包括麻醉學教學方面取得良好效果，已經(jīng)成為教育的趨勢，就此課題作一綜述。

生物醫(yī)學工程學仿真；模擬教學；麻醉

Fund program：Beijing Top Level Health Scientific Innovation Personnel Training Plan(2013-3-047);the Open Project Program of Tianjin Biomedical Material Key Laboratory

0 引言

醫(yī)學院學生和住院醫(yī)師培訓的主要方法仍然是課堂教學、死記硬背地學習和師帶徒式傳承。然而，現(xiàn)今醫(yī)療模式正變得越來越復雜，傳統(tǒng)的教學技術越來越無法承擔培養(yǎng)合格醫(yī)生的任務。除了熟練掌握基本的知識和技術，住院醫(yī)師也需要成為一個團隊的領導者，具有良好的團隊溝通、協(xié)調(diào)多學科處理復雜病情的能力，并經(jīng)過逐漸培養(yǎng)成為明天的專家[1-2]。麻醉學教學亦如此。因為醫(yī)療環(huán)境的改變，患者的安全和醫(yī)療投資回報已成為萬眾矚目的問題[2-5]，住院醫(yī)師在掌握相關技能之前，很少有機會直接在真實患者身上獲得相關培訓，且新技術和設備的應用也要求住院醫(yī)師預先熟悉相關操作。這些因素促成了生物醫(yī)學工程學仿真模擬訓練，增加案例學習，培養(yǎng)麻醉住院醫(yī)師和/或醫(yī)學生交流培訓和評估工具的出現(xiàn)及蓬勃發(fā)展。

根據(jù)國際醫(yī)學模擬/仿真協(xié)會的定義，醫(yī)學模擬/仿真是對醫(yī)學過程的虛擬，以表達相關系統(tǒng)的部分抽象屬性。醫(yī)學模擬/仿真的目的是以增加患者安全性為終極目標的教學、考核、研究和系統(tǒng)集成為一體的教學方法。解讀其含義可以看出，模擬只要集中于一部分重要屬性，不必虛擬全部屬性，如麻醉學模擬的困難氣道，只要關注呼吸系統(tǒng)，不必糾纏于其他如循環(huán)、消化和神經(jīng)等系統(tǒng)，盡管患者在真實應用中，這些系統(tǒng)可能會產(chǎn)生相互作用并對困難氣道施加影響；甚至呼吸系統(tǒng)只要關注到左右主支氣管即可，而不需要考慮更深的細支氣管。生物醫(yī)學工程學仿真可以借助生物醫(yī)學工程學專業(yè)優(yōu)勢，綜合工程學、物理學、生物學和醫(yī)學的理論及方法，在各層次上研究人體系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并運用工程技術手段去模擬和控制這類變化，其目的是在最大程度上模擬人體實際變化，使學習者在接觸真實臨床場景前就有“身臨其境”的體驗。

1 醫(yī)學教學理論及麻醉學教學方式進展

教學理論研究文獻[6]指出，麻醉學習過程有各種理論（表1）?？梢姴煌膶W習者、不同的背景及不同的教育工具均會影響學習的結果。不過，較多的理論支持麻醉醫(yī)學教育采取以問題為中心的實踐學習。

表1 學習過程發(fā)生的理論

1.1 課堂教學，選擇案例

課堂教學是目前醫(yī)學教育最主要的方式。課堂教學以教師為中心，適合于醫(yī)學知識的教授，而在住院醫(yī)師決策、團隊合作和技術技能的增長方面作用有限。在涉及內(nèi)科住院醫(yī)師的研究發(fā)現(xiàn)，缺勤課堂教學并不會導致學生標準化醫(yī)學知識測試的分數(shù)降低[7]，因為住院醫(yī)師群體是一個可以自我學習并有效獲取課本知識的，但其可能無法記住他們在課堂上學過的內(nèi)容或在臨床實踐中遇到相關問題無法有效地反應或應用相關知識予以解決。

關于課堂教學用處有限的認知由來已久。早在1880年，醫(yī)學教育工作者就認識到通過死記硬背地學習醫(yī)學知識是有局限性的，提出醫(yī)學教育的目標是培養(yǎng)能夠獨立獲取知識的精明決策者,導致了教學模式從傳統(tǒng)的課堂教學轉(zhuǎn)變?yōu)樽詫W、見習和實習。1910年，關于“醫(yī)學教育在美國和加拿大”報告[8]指出：醫(yī)學教育方式應該進行徹底地改變。在教育方面，現(xiàn)代醫(yī)學應該與時俱進，具有活性，學生不應僅僅是看，聽，記憶。

20世紀末，教育工作者開始采用積極的教學方式，包括問題式學習等教學方法的引入[9]，使學生對知識的記憶、理解有了大幅提升。

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂式教學

“翻轉(zhuǎn)課堂式教學模式”是指學生在校外完成知識的學習，而課堂變成了老師、學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運用等，從而達到更好的教育效果。21世紀初，醫(yī)學教育引入翻轉(zhuǎn)課堂式教學，學生通過互聯(lián)網(wǎng)和錄制的講座學習相關知識，并預先進行拓展閱讀，在課堂主要是模擬或基于問題的學習。此教學模式讓不同學生通過不同的學習風格來解決教學問題，可以自由控制學習實踐和場地，解放了教師的備課勞動，但對教師把控課堂走向的能力和知識面提出了更高的要求[9-10]。雖然尚未檢索到麻醉學教學在翻轉(zhuǎn)課堂式與傳統(tǒng)課堂式教學比較的相關文獻，但在許多大型醫(yī)學中心的麻醉教學中，這種教學方式正在廣泛使用，并被證明可以增加學習者的信心，增強運用所學知識的能力并且提高了考試成績。一項基于大學藥學專業(yè)學生翻轉(zhuǎn)課堂式教學的隊列研究也證明該模式可以增加課堂參與度，提高出勤率，獲得更好的考試成績，可增加學習者的信心和應用所學知識的能力[10]。成人的學習方式明顯不同于兒童，前者是自我導向?qū)W習，以“問題為中心”的學習。住院醫(yī)師的教學接近于成人教學；醫(yī)學生的教學接近于兒童學習者。而模擬教學在兩者之間均有著顯著的作用。

1.3 模擬教學及仿真

在麻醉模擬教學中，生物醫(yī)學工程學仿真起著至關重要的作用。早在宋代，“針灸銅人”就是生物醫(yī)學工程學仿真的典范，至今已沿用千年。20世紀60年代末出現(xiàn)的模擬人“SimOne”系統(tǒng)更是生物醫(yī)學工程學仿真的高峰，其集合了工程學、物理學、生物學和醫(yī)學的理論與方法的優(yōu)勢，在醫(yī)學生和/或住院醫(yī)師的培訓、醫(yī)學師資培訓以及院前急救培訓等方面成效顯著。隨著生物醫(yī)學工程學的發(fā)展，目前模擬教學的仿真幾乎達到“以假亂真”的程度，但醫(yī)學的模擬教學還存在一些問題或困難，如資金問題，越是先進的生物醫(yī)學工程學仿真，結合的技術越全面越先進，造價越高，普及越困難；師資團隊需要受過充分醫(yī)學教育背景的教師參與，這部分人才對薪資水平的要求限制了在該教學領域的發(fā)展；其他如缺乏國家標準、缺少足夠的場地、沒有專業(yè)的輔助團隊均限制了目前我國生物醫(yī)學工程學仿真的發(fā)展。

2 生物醫(yī)學工程學仿真在麻醉模擬教學中的應用

生物醫(yī)學工程學仿真/模擬教學已被廣泛采用，其補充了課堂教學的不足，可以提高知識運用技能、熟練掌握基本技術、提升團隊合作能力、提高復雜的決策能力和傳授寶貴的臨床經(jīng)驗教訓[11-12]。

2.1 仿真應用——全身麻醉

住院醫(yī)師在臨床工作之初接觸全身麻醉機會有限，在實際情況下如果不能熟練掌握麻醉機的使用和氣管插管技術，會使他們失敗率增加和信心受挫。模擬訓練可以幫助住院醫(yī)師和/或醫(yī)學生快速縮短和彌合缺乏培訓的差距。氣管插管模擬訓練是麻醉模擬最早、最成熟的生物醫(yī)學工程學仿真，目前已經(jīng)發(fā)展出可以讓住院醫(yī)師和醫(yī)學生接觸到不同的場景，在臨床實踐中，通氣困難和插管失敗情況較為少見。計算機控制的高保真模擬功能齊全，如不同困難氣道分級、緊急氣道模擬等，這使得住院醫(yī)師能夠接觸到罕見的情況，并允許他們在做出復雜的決策即使出現(xiàn)錯誤也不會造成真正患者的傷害。研究表明[13]，麻醉住院醫(yī)師在“通氣困難，插管困難”的模擬訓練之前，他們表現(xiàn)難以盡如人意，模擬訓練2周后重新測試時，12名受試者中有11人能夠正確處理并順利完成臨床操作。有研究者評估了應用SimMan人體模型訓練全麻誘導的效果。將46名醫(yī)學院四年級學生隨機分成SIM組（23名）和傳統(tǒng)教學組（23名）。SIM組接受3 h技能培訓之后，每個學生對SimMan人體模型施行2次全麻誘導；傳統(tǒng)教學組則參加3 h臨床見習。所有參與者均在SimMan人體模型上實施全麻誘導以評估其學習效果，2名資深教師主持考核，有40項考核點。共有88%的SIM組和33%的傳統(tǒng)教學組學生通過測試，在40個考核點中，有9個考核點顯示學生從模擬教學中獲益[11]。

2.2 硬膜外麻醉訓練的仿真應用

硬膜外導管置入是一項侵入性操作，有一系列并發(fā)癥。生物醫(yī)學工程學仿真可以教授學生解剖學、適應證、禁忌證、故障排除及替代品等知識，使他們熟悉硬膜外導管置入的步驟。住院醫(yī)師首先被要求觀摩經(jīng)驗豐富的老師在模擬器上進行硬膜外導管置入操作，然后自己進行多次模擬，熟練后才可在真正患者身上使用，大大降低了對真正患者的安全威脅[14]。雖然麻醉模擬訓練不能用來取代從真正患者身上獲得的經(jīng)驗，但至少有以下好處：在模擬器上的硬膜外訓練允許住院醫(yī)師反復訓練，直到獲得足夠的信心和能力；這種培訓可以不需要等待條件較好患者的機會，除了可以降低住院醫(yī)師前幾次硬膜外置管的失敗率，也明顯減低了指導教師對帶教住院醫(yī)師可能出現(xiàn)風險的焦慮。

模擬可以用來展示Tuohy針穿越各種組織的觸感，包括棘上韌帶、棘間韌帶和黃韌帶，也可以用來教導“突破感”和阻力消失負壓感的驗證方法以及如何將導管置入硬膜外空間。

許多類型的生物醫(yī)學工程學仿真硬膜外模擬器被廣泛應用——從自制的水果模型到昂貴復雜的高保真Flinders-meditech.硬膜外注射模擬器[15-17]，后者完全模擬硬膜外腔的解剖特點，提供觸覺反饋，誤穿破蛛網(wǎng)膜還會出現(xiàn)腦脊液流出，可以模擬不同患者的特點（如組織密度和深度特征）。然而，目前尚無證據(jù)表明這些昂貴的高保真設備比便宜的低保真設備訓練效果更佳[18]。

2.3 模擬訓練和危機管理

在過去的20年中，醫(yī)務工作者已越來越多地意識到“非技術技能”可以影響患者的預后。拉爾等提出兩類非技術技能：認知技能（包括決策、規(guī)劃和形勢感知）和社交技巧（包括團隊合作、溝通和領導方面）尤為重要。

所謂危機管理（crisisresourcemanagement，CRM）就是通過監(jiān)測、預防和處理使危機造成的危害最小。CRM的原則是充分利用所有可用的資源，通過良好的協(xié)調(diào)以改善患者的預后。在麻醉危機面前，非技術性的技能是非常有價值的。例如，一位母親心臟驟停時必須迅速進行剖宮產(chǎn)手術，迅速組織由產(chǎn)科醫(yī)生、麻醉醫(yī)師、新生兒專家的多學科團隊、護士及專職醫(yī)療人員一起高效工作才能做出最有利于母嬰的決定。一般認為，麻醉醫(yī)師獲得CRM的能力只能通過實踐經(jīng)驗或者“榜樣”處理相似問題；現(xiàn)在認為CRM的能力似乎也可以通過特殊教育和訓練獲得，麻醉模擬教學顯示出一定的作用[19]。因此，強烈建議住院醫(yī)師有機會參加聯(lián)合小組模擬訓練。目前，國內(nèi)大的模擬訓練中心包括北京、四川等有很多這樣的項目。在這些課程中，參與者接受課堂教學、模擬訓練和詳細涉及視頻反饋的使用匯報，模擬往往涉及到危機的情況，強調(diào)關鍵的原則是團隊合作，以確?；颊叩陌踩⒓诱哂袡C會與其他學科的成員一起展現(xiàn)他們的非技術技能，討論和排練罕見事件的響應,這將有助于促進日常臨床工作中更好的團隊合作[20]。

2.4 技術操作教學和訓練

技術操作教學和訓練顯然是麻醉模擬教學中最重要、最成功和最有效的一部分。薈萃分析顯示，模擬與非模擬教學比較，在知識水平、知識獲取時間、臨床操作及行為改變等方面均有提高，尤其能夠提高臨床技能[21]。超聲引導下穿刺技術的模擬、有創(chuàng)血流動力學監(jiān)測的模擬、小兒麻醉的模擬、局麻藥中毒及惡性高熱的模擬、麻醉機和機械通氣的模擬、創(chuàng)傷急救的模擬及電子病歷的模擬等均已被證明可以提高學習曲線，減少副作用和減少學習過程對患者的潛在危害[22-25]。

3 結語

模擬教學除了作為健康研究工具外，在醫(yī)學教育（沒有基本經(jīng)驗人員如醫(yī)學生、社會公眾）以及醫(yī)務人員的培訓方面均有不可替代的作用。良好的模擬訓練可以達到[26]：①建立常規(guī)應對流程，使受訓者進入實戰(zhàn)場景時不至于手足無措。②可以實現(xiàn)團隊合作的訓練，建立團隊意識。③良好的環(huán)境，適于及時糾正錯誤。④安全且易于評估。⑤利于技能學習和評估。⑥可以用于新設備的使用和評價。⑦可以用于績效的評估。⑧是醫(yī)學教育人員獲得臨床技能方面的重要來源之一。英國也是模擬醫(yī)學教育起步較早、發(fā)展較好的國家，但是他們總結英國的模擬醫(yī)學教育并沒有國家標準，僅是各學院行為，在麻醉相關的模擬教育方面他們認為應該增加“仿真性”和“整體性”（即計算機化的有心、肺等器官反應的整體裝置和場景的應用）[11]。麻醉醫(yī)學教育需要選擇合適的工具以幫助住院醫(yī)師和醫(yī)學生主動學習，在此方面生物醫(yī)學工程學仿真大有可為。也應注意到，模擬教學只是一種教學策略，不能成為臨床教學培訓的主要手段，醫(yī)學專家的成長只能依靠臨床實踐。王天龍和薛紀秀[27]集中匯總了2009至2010年我國麻醉學模擬教育進展情況,提出我國麻醉模擬教育處于起步階段，各地區(qū)和單位發(fā)展很不平衡，其與教育經(jīng)費、師資力量及國家標準制定等多方面因素相關。

總之，在臨床教學早期，在醫(yī)學生和/或住院醫(yī)師階段，生物醫(yī)學工程學仿真在麻醉模擬教學中的應用可以加快學習進程，減少學習過程對患者的潛在傷害。

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Application progress of biomedical engineering simulation in anesthesia teaching

Jin Xu,Zeng Min,Xiong Wei
Department of Anesthesia and Pain Therapy，Beijing Tiantan Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing 100050,China
Corresponding author:Jin Xu,Email:xiehe2000@163.com

The main teaching methods for medical students and residents are didactic teaching,rote learning and apprenticeship.Although these teaching methods can be good for imparting knowledge,they are obviously insufficient for the training of technical skills,team cooperation and complex decision making.Application of biomedical engineering simulation in the anesthesia teaching can partially compensate for the insufficiency.The progress of biomedical engineering simulation in anesthesia teaching is reviewed and the educational trend was explored.

Biomedical engineering simulation;Simulation teaching;Anesthesia

金旭，Email：xiehe2000@163.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．01．013

北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術人才項目（2013-3-047）；天津市生物材料重點實驗室開放課題

2015-10-27）