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醫病平台/VR醫學教育的應用與開發

2021-03-17 12:00醫病平台 林哲瑋、Daniel Salcedo(臺北醫學大學醫學模擬教育中心執行長、研究長)

【編者按】這星期的主題是「應用高科技於醫療教學的努力」。我們非常高興慈濟醫院首先寄來他們在武漢肺炎疫情下,如何以虛擬實境的科技進行人文主題的教學努力;接著我們邀請到台北醫學院分享不需要實際接觸到病人的「虛擬實境」之各種教學應用,並詳細說明其優缺點;以及台大醫學院介紹對醫學系五年級,小組試辦利用這種科技進行遠距教學性質的評核。我們很高興能有這三篇文章讓大家了解在疫情嚴峻情況下,台灣的醫學教育團隊用心良苦地利用科技化工具加強醫學生的臨床能力,也希望社會大眾能體會醫學教育團隊如此努力加強醫學生臨床能力的用心,讓病人與家屬可以放心讓醫學生參與病人的照護,這樣我們才能有源源不絕的有經驗的好醫師加入行列。

VR示意圖。圖/ingimage
VR示意圖。圖/ingimage

VR(Virtual Reality,虛擬實境)在科技的快速發展中成為新的潮流,起初VR的商業應用聚焦在遊戲設計以及電影產業,後來在醫學教育上也有很好的導入。然而,在醫學教育推廣方面聲量大於實際運用,最大的因素是大多的教師對於這新世代的科技相對陌生。我將以臺北醫學大學醫學模擬教育中心(Center for Education in Medical Simulation CEMS)的經驗跟大家分享VR之教學應用。

所謂虛擬實境是藉由軟體與影像的呈現人造環境,讓使用者相信且接受他正處於一個真實的環境中。簡單來說,VR是運用眼罩及兩個屏幕來成像,運用兩眼的視角造成立體的效果以及搭配耳機營造的音效,讓使用者在使用科技眼罩時與外界隔離,彷彿置身於另外一個世界中,進而產生所謂的沉浸感。VR環境實為一種模擬工具,如同所有的模擬教具能夠提供一個安全的學習環境,而VR的優勢是能夠杜絕外部的干擾,讓學生能夠全心投入學習,並且教案的執行可以依據學員的程度調整學習進度,可視為個人化的學習工具。

以虛擬實境的討論主題時,第一個常見的困惑是VR與AR(Augmented Reality,擴增實境)的差異,VR的特色是與外界完全隔離,使用者所看到的影像都由眼罩內的螢幕成像;AR則是運用虛擬出來的影像加成在實物上進行互動。所以如果我們用一個網路上的笑話來比喻兩者,VR是「觀落陰」,AR是「陰陽眼」,這能讓我們比較快速地理解其差異。目前CEMS主要聚焦在VR的教學應用開發

討論VR的醫學教育應用,我們必須先認同一件事為,VR的教育理論基礎出於模擬教學概念,在模擬教學中有許多模擬工具。VR的特色是提供學習者沉浸感讓人身歷其境,其運用於技能學習時,其目標著是著重在臨床的思維訓練,例如步驟順序或動作決策,因為即便再栩栩如生的影像,影像中依然無法訓練手感。目前VR在醫學教育的運用,大多是以三種形式呈現。

第一種Static Model(靜態模式):運用3D構圖為基礎呈現主體,讓學生能夠以更立體的視角甚至是穿越的視角進行檢視學習,最經典的醫學應用就是大體解剖的VR軟體,其運用3D構圖將人體的結構完整呈現,並且可以透過VR的操作執行旋轉檢視和身體結構的分層解剖,讓學生能多角度的學習人體結構。更先進軟體可將人體進行縱向橫向的剖面切割,這可以讓學生用立體相對位置的視角學習各器官結構,其中,橫向的切割剖面,因能有助於學生學習電腦斷層或核磁共振以及超音波的影像,在臨床應用具有其價值及特色。臺北醫學大學就有一門結合VR解剖軟體跟超音波操作的課程,據我們的研究發現,運用VR解剖軟體讓學生學習超音波,比傳統的教學上更有效率。

第二種Procedure Trainer(任務訓練模式):這類軟體利用3D建模畫出虛擬環境,進行情境式任務教學。例如CEMS跟HTC有合作開發胸腔穿刺的VR訓練教材,建構一個虛擬病房以及病人,讓學生學習如何用超音波定位、執行消毒、完成穿刺技術及收集檢體。學生可在虛擬環境下完成自行學習,從觀看示範演示到最後的自我操作評核,都在系統上完成。

第三種360度影片:運用360度攝影機,在臨床的場域進行錄影,讓學生能在情境中用第一人視角進行互動。依據情境學習理論,環境的沈浸有助於專業素養的建立,而且在新冠肺炎疫情期間,這也是一種臨床見習的解決方案。以我們CEMS為例,有拍攝一套急診急救情境VR影片,然後編輯到一個軟體平台上,當學生使用頭盔跟搖桿來進行急救流程互動時,教師可以從外接螢幕觀察學生眼中關注的重點,學生也能在影片中回答教師預設問題,增加其參與度。這是目前最容易入手的VR教案設計,因為坊間有許多的編輯軟體,可讓教師們快速在360度影片中剪接編輯,設定按鈕連結或是編輯提問等互動,讓學生除了觀看360度影像的學習外,還能依學習目標進行互動。

VR的學習理論跟一般的模擬教學一樣都架構在經驗學習理論之上,VR提供虛擬環境讓學習者體驗情境教案以及嘗試去完成任務,在探索過程中可能會有許多的錯誤或失敗,但藉由錯誤的紀錄進行反思或是藉由教師的回饋引導建構學習的心得總結,若未來遇到一樣的情境,就可以運用這次所學的經驗。運用VR設計技能的教學教材,在CEMS是依據Peyton’s 4 steps (Demonstration, Deconstruction, Comprehension, Performance) 原則完成。首先,用VR播放完整技能的步驟,不論是360度影片或是3D構圖,都能做到很好的示範。然後,再進行一步一步的拆解演示並且可運用跳出標示視窗進行提醒,讓學生知道每一個步驟的操作細節以及注意事項,甚至可提供更專精的的相關訊息。接著讓學生運用搖桿獨立進行操作互動,除了能評估學生能否依照順序將拆解的步驟順利完成和能否正確選擇所需器材外,同時也能評估學生的決策能力。VR系統將記錄學生所有動作,依據評核機制進行評價給予學生回饋。

VR必然有其缺點,使用者可能會產生類似暈車的不適感,主要是因為VR產生的視覺效果,當眼睛認為我們在移動,但我們的身體卻是靜止時,會造成類似暈車的感覺,輕則噁心重則嘔吐頭痛,尤其使用解析度或者是運算力較差的眼罩,更容易引發症狀。另外是目前VR硬體、VR頭盔與系統開發的高成本,若要普及應用或是進行常規性的大規模教學必然有挑戰性。此外,VR的輸入方式和機器的溝通介面是相對陌生的新科技,因此也造成教學應用的一大障礙。因此,在CEMS目前都是以小班式教學運用VR進行試驗性的課程。

有關VR的教案開發,以我們CEMS開發胸腔穿刺技術VR軟體為例,開發團隊包含硬體工程師、3D建模工程師、系統工程師、教育方法學專家與臨床醫師,在這樣的團隊架構下,開發的教案不只能完成影像與平台系統上的串接,還能顧及互動教案中每一個步驟都有其學習目標,以及最重要的評核系統規劃。這次開發的資源投入逾300萬台幣,但因3D建模已經完成將降低下一個技能的教案開發成本,開發同時我們也預期運用手機進行VR教學將是未來趨勢,若學校想將VR導入用於教學開發教案系統,必須有財務預算的支持或是與產業界共同開發的規劃才能成功。

VR是一個新興科技,在教育領域須讓教師跟學生都克服對這個載體的不熟悉,學校領導層則必須了解這將會是長期的投入,並且需給予相當的支持。我們期待VR硬體價格能夠更親民,加上若手機版本的VR軟體開發能更純熟,如此一來新興教學才能更為普及。我鼓勵老師們勇於嘗試,並且開發適合自己教學使用的教案,讓學生運用科技的優勢增加學習成果。

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