三维虚拟现实与传统患者模拟在急救医学教育中的对比研究：SMARTSIM多中心前瞻性随机试验报告

作者与发表信息

本研究由Erin Donathan（美国皮马社区学院公共安全与急救服务研究所）、Andrea Lalumia（韦伯州立大学急诊医疗系）、Charles Foat（约翰逊县社区学院急诊医学系）、Nigel Barr（澳大利亚阳光海岸大学护理、助产与急救医学学院）及David I. Page（加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院）共同完成，发表于JACEP Open期刊2024年第5卷，文章编号e13092，DOI: 10.1002/emp2.13092。

学术背景

研究领域：本研究属于急救医学教育（EMS education）领域，聚焦于三维虚拟现实模拟（3D Virtual Reality Simulation, 3DVRS）与传统模拟教学的效果比较。

研究动机：
1. 现实需求：急救医护人员需在动态环境中快速评估患者并制定治疗方案，临床推理能力（clinical reasoning）是关键。模拟教学已被证明能有效培养此类能力，但传统模拟（如高仿真模拟人、标准化病人）存在成本高、场地限制等问题。
2. 技术机遇：虚拟现实（VR）技术为低成本、可复制的模拟教学提供了新选择，但其在急救教育中的有效性缺乏实证支持。
3. 政策推动：COVID-19疫情期间，美国急救医学教育认证委员会（CoAEMSP）临时允许虚拟模拟替代部分临床实践，但需验证其等效性。

研究目标：通过多中心随机对照试验，比较3DVRS与传统模拟对急救医学生临床推理能力的影响，验证虚拟现实的非劣效性。

研究流程与方法

1. 研究设计与样本选择

• 设计类型：多中心前瞻性随机对照试验，采用分层随机抽样（stratified random sampling）平衡不同院校间的差异。
  
• 样本来源：从美国10所认证急救医学项目中招募11个班级的203名学生，最终174人完成研究（传统模拟组88人，3DVRS组86人）。
  
• 排除标准：2名学生因虚拟现实眩晕症（cybersickness）退出。
  

2. 干预措施

• 传统模拟组：
  
  • 工具：采用美国急救医疗技术员协会（NAEMT）的《高级医学生命支持（AMLS）》纸质场景，由教师扮演患者。
    
  • 流程：学生完成6个以“意识状态改变”为主题的场景，涵盖30种鉴别诊断，时长2小时。
    
• 3DVRS组：
  
  • 平台：使用VR Patients软件（专为急救教育设计的虚拟现实平台）及Oculus Quest Gen 2头显（图4）。
    
  • 场景一致性：与传统组相同的6个AMLS场景，通过3D环境模拟院前急救现场（图3）。
    

3. 质量控制

• 标准化操作：所有教师接受统一培训，禁止额外反馈，确保两组仅通过标准化复盘表（debrief sheet）反思场景。
  
• 防偏倚设计：去除前测（pretest），避免学生疲劳影响后测表现。
  

4. 数据收集与分析

• 评估工具：50项多选题后测（由FISDAP提供，已验证信效度），考察临床推理能力。
  
• 统计方法：因成绩分布非正态（Shapiro-Wilk检验，p<0.001），采用非参数Mann-Whitney U检验比较两组差异。
  

主要结果

1. 成绩对比：

   • 两组中位数成绩均为70分（传统模拟组IQR: 64–75；3DVRS组IQR: 64–76）。
     
   • Mann-Whitney U检验显示无显著差异（U=4064.5, p=0.396），支持3DVRS的非劣效性。
     

2. 虚拟现实的可行性：

   • 仅2.3%参与者因眩晕退出，提示3DVRS对大多数学生耐受性良好。
     
   • 复盘表的使用有效缓解了虚拟现实潜在的认知负荷问题。
     

结论与价值

科学价值：
- 首次实证支持：证实3DVRS在急救医学教育中与传统模拟等效，为虚拟现实技术的应用提供了循证依据。
- 方法论创新：通过多中心分层随机设计控制院校差异，增强结果普适性。

应用价值：
1. 资源优化：3DVRS可降低场地、设备及人力成本（研究引用显示VR成本仅为传统模拟的1/10）。
2. 教育公平：虚拟场景可标准化复制，解决偏远地区教学资源不足问题。
3. 政策参考：支持CoAEMSP将虚拟模拟纳入认证标准的决策，助力后疫情时代急救人才培养。

研究亮点

1. 技术整合：首次在急救教育中系统评估商用VR平台（VR Patients）的教学效果。
   
2. 临床相关性：聚焦“意识状态改变”这一高风险、低频率场景，填补虚拟现实在复杂鉴别诊断训练中的证据空白。
   
3. 实用性设计：通过去除前测、标准化复盘等细节优化，提升研究可操作性。
   

局限性与未来方向

• 样本限制：仅纳入美国高校学生，未覆盖在职医护人员。
  
• 长期效果：缺乏对知识保留率（knowledge retention）的追踪评估。
  
• 技术扩展：需进一步研究VR在技能操作（如气管插管）训练中的作用。
  

本研究为急救医学教育的技术革新提供了关键证据，未来需扩大样本并探索混合模拟（hybrid simulation）模式以优化教学效果。