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虚拟现实解剖训练器在支气管内超声（EBUS）教学中的应用：一项随机交叉研究

1. 研究作者、机构及发表信息

本研究由Melissa L. New（科罗拉多大学）、Tristan J. Huie（国立犹太健康中心）、Dru Claar（密歇根大学）等多名作者合作完成，发表于《Chest》期刊2025年5月刊（卷167，第5期，页码1440-1450）。研究得到科罗拉多大学医学院学术临床教育者项目的资助。

2. 学术背景

科学领域：本研究属于医学教育与支气管内超声（Endobronchial Ultrasound, EBUS）技术的交叉领域。
研究动机：传统EBUS解剖教学依赖二维（2D）图像或三维（3D）模型，要求学习者通过“由外向内”（outside-looking-in）的视角在脑海中构建解剖结构空间关系，这对空间推理能力较弱的学习者构成挑战。而EBUS操作需基于“由内向外”（inside-looking-out）的器械视角，传统教学方法与实操视角不匹配。
研究目标：开发一种基于虚拟现实（Virtual Reality, VR）的解剖训练器，通过模拟支气管镜工具的内部视角，评估其对比传统方法（2D图像、3D模型）在提升EBUS操作表现上的效果。

3. 研究流程与方法

研究对象：68名来自3家机构（梅奥诊所、科罗拉多大学、密歇根大学）的肺科与重症医学研究员及内科住院医师，随机分为三组：
- 第一学习阶段：分别使用2D图像（23人）、3D模型（21人）或VR训练器（24人）。
- 第二学习阶段：初始使用2D/3D的组交叉至VR，初始VR组随机分配至2D或3D。

训练工具开发：
- VR解剖训练器：基于患者CT扫描构建数字化气道模型，结合手绘血管结构，通过Oculus Quest 2头显实现。用户可自由导航气道，切换气道壁透明度以观察标记的血管和淋巴结（图1）。
- 传统工具：2D图像（多视角打印图）和3D打印模型均基于同一数字模型开发，确保一致性。

评估方法：
1. 基线测试：使用Simbionix支气管模拟器评估EBUS操作表现（EBUS-STAT工具中的解剖识别项目）。
2. 空间推理能力测试：采用Vandenberg和Kuse心理旋转测试（Mental Rotation Test, MRT）。
3. 学习效果评估：每次训练后重复EBUS测试，记录得分及结构识别时间。
4. 用户体验调查：混合方法（定量问卷+定性访谈）分析学习者偏好及VR使用体验。

数据分析：
- 主要分析：混合模型比较不同训练方法对EBUS得分的影响，控制基线得分和时间点。
- 次要分析：探索MRT分数、训练时长、用户信心等变量的调节效应。

4. 主要结果

学习效果：
- 所有方法（2D、3D、VR）在首次训练后均显著提升EBUS得分（P < 0.05），但第二次训练后无进一步改善。
- VR的独特优势：
- 空间推理能力的“平等化”：传统方法下，MRT高分者表现更优（每增加1分，EBUS得分提高0.88分）；而VR训练后，MRT的预测作用减弱（仅0.29分，P > 0.05），表明VR帮助低空间能力者弥补差距。
- 用户偏好：96%学习者首选VR，认为其视角与操作实际一致，且能建立“心理地图”（访谈主题见表2）。

时间与体验：
- VR组平均训练时间比传统方法长1.37分钟（8.02 vs. 6.65分钟），但未转化为显著表现差异。
- 定性访谈显示，VR的“透视”功能（如观察血管走行）和沉浸感获高度评价，但超声图像解读仍具挑战性。

5. 结论与价值

科学价值：
- 首次验证“由内向外”VR视角在EBUS解剖教学中的有效性，填补了传统教学与实操视角的鸿沟。
- 提出个性化教育潜力：VR可降低空间推理能力对学习效果的影响，促进教育公平。

应用价值：
- 为医学模拟训练提供新工具，尤其适合早期培训中的“即时学习”（just-in-time training）。
- 未来可整合超声模拟模块，进一步贴近临床需求。

6. 研究亮点

• 创新方法：开发首个基于支气管镜视角的VR解剖训练器，实现“由内向外”的教学转化。
  
• 跨学科合作：结合临床医学、生物统计学与工业设计（Tangible Industries公司参与开发）。
  
• 混合证据链：定量数据（MRT调节效应）与定性反馈（心理地图构建）相互印证。
  

7. 其他有价值内容

• 局限性：未评估长期技能保留效果，且模拟器测试未完全覆盖临床操作复杂性。
  
• 未来方向：探索VR在其它内镜技术（如胃肠镜）中的应用，或结合人工智能提供实时反馈。
  

以上报告全面涵盖了研究的背景、方法、结果与意义，突出了其创新性和临床教育价值。