虚拟现实技术在外科教学中的应用：一项关于胫骨髓内钉手术培训的随机对照研究
作者与机构
本研究由美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）骨科外科系的Gideon Blumstein、Brian Zukotynski、Nicolas Cevallos等团队完成，发表于Journal of Surgical Education 2020年7-8月刊（Volume 77, Issue 4）。研究得到美国国立卫生研究院（NIH）T32再生肌肉骨骼医学培训项目的资助。
学术背景
科学领域：本研究属于外科教育与骨科手术模拟训练的交叉领域，聚焦虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术对手术技能培训的优化。
研究动机：传统外科培训依赖被动学习（如阅读手术指南）或有限资源的模拟操作（如尸体解剖），存在成本高、不可重复、缺乏互动反馈等问题。随着骨科手术复杂度提升及住院医师培训时间受限，亟需高效、低成本的主动学习工具。VR技术因其沉浸式交互和实时反馈特性，在普外科等领域已显现潜力，但在骨科培训中尚未普及。
研究目标：比较VR与标准指南（Standard Guide, SG）在胫骨髓内钉固定术（Intramedullary Nailing, IMN）培训中的效果，验证VR能否更高效地帮助医学生掌握手术技术。
研究流程与方法
研究对象：招募20名无IMN操作经验的一、二年级医学生，随机分为VR组（n=10）和SG组（n=10）。
实验设计：
1. 前期准备：所有学生接受统一的钻头使用培训，确保基础操作能力一致。
2. 训练阶段：
- VR组：使用Osso VR系统（Oculus Rift头显+Touch控制器），在虚拟手术室中完成IMN教程（含逐步提示）和测试模式（限时20分钟）。
- SG组：阅读 Synthes 公司提供的纸质手术指南（含图文步骤），限时20分钟。
3. 首次评估：训练后立即进行Sawbones（人工骨）模拟手术，由 blinded 主治医师通过两项指标评估：
- 5点全局评估量表（Global Assessment Scale）：涵盖时间与动作效率、器械操作、流程规划等5项，每项1-5分。
- 手术步骤清单（Procedure-specific Checklist）：记录6个关键步骤（如导丝插入、近端锁定螺钉放置）的正确率。
4. 二次评估：2周后重复训练与测试，17名学生完成（VR组8人，SG组9人）。
数据分析：采用Mann-Whitney-Wilcoxon检验和Fisher精确检验，显著性阈值p<0.008（经Bonferroni校正）。
主要结果
1. 首次评估：
- 全局评分：VR组总分显著高于SG组（17.5 vs. 7.5, p<0.001），所有子项（如器械知识3.3 vs. 1.1）均显著优势。
- 步骤完成率：VR组正确率63%，SG组仅25%（p=0.002）。VR组在“髓内钉插入”等步骤正确率达90%，显著优于SG组（30%）。
- 操作时间：VR组平均耗时615秒，比SG组快147秒（p=0.002）。
结果逻辑链：VR的交互性使学生更熟悉器械操作与手术流程，其优势在复杂步骤（如近端锁定）中尤为突出。二次评估证实VR培训的长期记忆效果更佳。
结论与价值
1. 科学价值：首次在骨科IMN培训中证明VR优于传统被动学习，为外科教育中的主动学习理论提供实证支持。
2. 应用价值：VR可弥补临床培训机会不足，降低对尸体或人工骨模型的依赖，尤其适用于器械品牌差异大的手术（如不同厂商的IMN系统）。
3. 社会意义：VR的客观评估功能可能减少培训中的性别/种族偏见，助力住院医师自主性提升。
研究亮点
1. 创新方法：采用商业化的Osso VR系统（非定制），验证了现有技术可直接整合至教学流程。
2. 严谨设计：通过 blinded 评估、随机分组和长期随访，确保结果可靠性。
3. 跨学科意义：为骨科与VR技术的结合提供了标准化评估框架，如5点量表的适应性应用。
局限性：样本量较小（尤其二次评估），且未纳入住院医师群体。未来需扩大样本并验证技能向真实手术的迁移效果。
其他发现：研究间接提示，VR的“预热训练”（Warm-up）可能优化手术表现，与普外科文献中的结论一致（如腹腔镜结肠切除术）。