Использование современных симуляционных технологий в обучении оториноларингологов

Медицинское образование имеет тенденцию к преобразованию, происходящему под влиянием многих факторов, включая постоянно меняющуюся среду здравоохранения, новую роль врача, измененные общественные ожидания, быстро развивающуюся медицинскую науку и появление большого разнообразия педагогических методов, используемых при обучении. Изменения в общественных ожиданиях ставят безопасность
пациентов на первый план и поднимают этические проблемы обучениястудентов-медиков. Современный подход – обучение студентов при помощи симуляционных технологий, включая технологию виртуальной реальности, обеспечивает безопасную учебную среду без риска для пациентов или добровольцев.
Цель исследования. Сравнение эффективности традиционного обучения и обучения с применением виртуальных технологий.
Материал и методы. В исследовании приняли участие 220 студентов института педиатрии и института клинической медицины Самарского государственного медицинского университета. Исследование было
проведено на практическом занятии по теме «Клиническая анатомия, физиология и методы исследования гортани, трахеи, бронхов» на базе кафедры оториноларингологии им. акад. РАН И.Б. Солдатова, а также
в мультипрофильном аккредитационно-симуляционном центре с применением тренажера для интубации, трахеостомии, коникотомии. Для обучения на кафедре оториноларингологии использовался симулятор «Трахеостомия-VR», разработанный институтом инновационного развития СамГМУ. Все студенты в зависимости от применяемых методов обучения были распределены в три группы. В ходе практического занятия исследуемые заполняли анкеты, позволяющие оценить успешность выполнения практического навыка
трахеостомии, а также степень погружения в виртуальную реальность. По результатам анкетирования было проведено сравнение между группами.
Результаты. Результаты анкетирования подтверждают улучшение выполнения практического навыка «трахеостомия» студентами всех групп. Однако у студентов третьей группы, обучающихся с применением как традиционных методов, так и виртуальных технологий, отмечался более высокий балл (1,2±0,3 балла) по сравнению со студентами первой группы, в которой применялись только традиционные методики обучения. Использование виртуальной реальности позволило обеспечить реалистичное погружение в условия операционной. Кроме того, высокие оценки погружения демонстрируют, что никаких технических проблем с отработкой практических навыков у студентов не было.
Заключение. Обучение студентов с применением виртуальной реальности дает результат не ниже по сравнению с традиционным методами обучения. Данные исследования подтверждают возможность применения симулятора «Трахеостомия-VR» во время практического занятия. Использование VR-решения, которое является инновационным и интерактивным, оказалось полезным для практического обучения студентов хирургическому вмешательству на кафедре оториноларингологии.
Ключевые слова: обучение, виртуальная реальность, симуляция, трахеостомия
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа выполнена без спонсорской поддержки.

Medical education tends to be transformed by many factors, including the ever-changing health care environment, the new role of the physician, changing societal expectations, rapidly evolving medical science, and the emergence
of a wide variety of pedagogical methods used in teaching. Changes in societal expectations put patient safety at the forefront and raise ethical concerns about teaching medical students. Teaching with simulation technologies,
including virtual reality technologies, is a modern approach providing a safe learning environment without risk to patients or volunteers.
Purpose of the study. Comparison of the effectiveness of traditional teaching and teaching using virtual technologies.
Material and methods. The study involved 220 students of the Institute of Pediatrics and the Institute of Clinical Medicine of the Samara State Medical University. The study was carried out at a practical lesson on the topic “Clinical anatomy, physiology and research methods of the larynx, trachea, bronchi” on the basis of the Chair
of Otorhinolaryngology named after Academician of the Russian Academy of Sciences I.B.Soldatov, as well as in a multi-profile accreditation and simulation center with the use of a simulator for intubation, tracheostomy, conicotomy. The simulator “Tracheostomy-VR” was developed by the Institute of Innovative Development of
Samara State Medical University for training at the Chair of Otorhinolaryngology. All students were divided into three groups, based on the teaching methods that have been used. During the practical lesson they were given questionnaires to assess the development of the practical skill of tracheostomy, as well as the degree of
immersion in virtual reality. Based on the responses to the questionnaire, a comparison was made between the groups.
Results. The results of the questionnaire confirm the improvement of performance of the practical skill “tracheostomy” by students of all groups. However, the students of the third group who studied using both traditional methods and virtual technologies had a higher score (1.2±0.3 points) compared to the students of the first group in which only traditional teaching methods were used. The use of virtual reality allowed for a realistic immersion in the operating room environment. In addition, high immersion scores demonstrate that the students had no technical problems with practicing the skills.
Conclusion. Teaching students using virtual reality gives results not inferior to those of the traditional teaching methods. This study confirms the possibility of using the Tracheostomy-VR simulator during a practical lesson. The use of a VR solution that is innovative and interactive has proven to be useful for training students in surgical
interventions at the Department of Otorhinolaryngology.
Key words: training, virtual reality, simulation, tracheostomy
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
Funding. There was no funding for this study.

Введение
Использование тренажеров и симуляторов становится неотъемлемой частью медицинского образования. В ряде проведенных исследований [1–6] показана возможность отработки различных практических навыков студентами без привлечения пациентов, что в свою очередь дает возможность обучающимся
в спокойной обстановке отработать практические навыки, многократно их повторяя и совершенствуя, а преподавателю оценить уровень теоретической и практической подготовки. В последние годы были разработаны различные компьютерные тренажеры [7–9], применяемые как на до-, так и на последипломном уровне образования. Эти тренажеры и симуляторы были созданы для улучшения навыков студентов и ординаторов, прежде чем они
начнут взаимодействовать с реальными пациентами [10]. Число студентов в медицинских ВУЗах ежегодно растет, при этом образовательные ресурсы, с точки зрения времени и пространства, ограничены, и одним из возможных решений для улучшения практической подготовки является контроль выполнения ряда медицинских вмешательств в аккредитационно-симуляционных центрах, оснащенных различными тренажерами.Одним из тренажеров, имеющемся в аккредитационно-симуляционном центре Самарского государственного университета, является «тренажер для интубации, трахеостомии, коникотомии», при помощи которого студенты могут отработать отдельные этапы операции трахеостомия [11, 25]. Умение выполнять трахеостомию является неотъемлемым элементом обучения в медицинском ВУЗе и необходимо для врачей различных специальностей: анестезиологов-реаниматологов, оториноларингологов, онкологов, хирургов, челюстно-лицевые хирургов [12–15, 24]. Большая востребованность в освоении данного практического навыка не может в полном объеме быть реализована студентами на практическом занятии, проводимом на кафедре оториноларингологии и в условиях аккредитационно-симуляционного центра с применением имеющихся манекенов и симуляторов. Дополнительная практика обучающихся в медицинских вузах на кадаверном материале не всегда возможна в связи с Федеральным законом №323-ФЗ от 21.11.2011 «Об
основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» [16]. Кроме того, временные рамки практического занятия ограничивают число повторений студентом хирургического навыка по трахеостомии, а преподаватель не всегда имеет возможность в равной степени уделить внимание каждому обучающемуся.

Одним из возможных решений для улучшения практической подготовки студентов медицинского университета является использование виртуальной реальности (VR), которая повышает реалистичность операции, обеспечивает возможность студентам самостоятельно, без временных рамок и ограничений в попытках практиковаться уже на кафедре оториноларингологии [17]. Учитывая достижения в области компьютерных технологий, VR-симуляторы в медицинской области в последние годы были значительно улучшены и используются на различных этапах отработки практических хирургических навыков, а также в диагностике и реабилитации [10] VR-технологии позволяют оптимизировать медицинское образование, учитывая экономические, временные и кадровые ресурсы [18].
Цель исследования: провести сравнительный анализ эффективности обучения студентов на примере отработки практическо- го навыка «трахеостомия» при использовании симуляционных технологий VR и традиционных методов обучения.

Материал и методы
В группу исследования вошли студенты 4-го курса института клинической медицины и института педиатрии. Всего в исследовании приняли участие 220 студентов Самарского государственного медицинского университета, из них 70 (31,8%) студентов института педиатрии СамГМУ (далее институт педиатрии) и 150 (68,2%) человек института клинической медицины СамГМУ
(далее институт клинической медицины).Исследование проходило на клиническом практическом занятии на кафедре оториноларингологии им. акад. РАН И.Б. Солдатова в рамках темы «Клиническая анатомия, физиология и методы исследования, гортани, трахеи, бронхов. Заболевания
гортани». Согласно рабочей программе, на практическое занятие отводится 6 часов.Участники исследования были разделены на три группы: 1-я группа: на занятии использовался тренажер для интубации, трахеостомии, коникотомии (далее манекен);2-я группа: практическое занятие проходило c использованием симулятора «Трахеостомия-VR»;3-я группа: практическое занятие проходило с использова-
нием обоих тренажеров. Распределение студентов по группам
представлено в табл. 1.

Практическое занятие у студентов 1-й группы проходило на базе кафедры оториноларингологии и мультипрофильного аккредитационно-симуляционного центра СамГМУ. В начале занятия студенты в течение 10 минут проходили контроль исходного уровня знаний при помощи анкеты «Уверенность в себе
при выполнении этапов операции трахеостомия», разработанной сотрудниками кафедры на основании 5-балльной рейтинговой шкалы типа «likert», в которой ответы соответствовали уровню освоения практического навыка трахеостомии (приложение 1).Перед самостоятельной работой на тренажере преподаватель кафедры провел инструктаж о выполнении манипуляции, разъяснил этапы выполнения трахеостомии, показал обучающее видео с ходом операции [19, 20], данный этап практического занятия занял 20 минут (далее обучающий этап). Далее преподаватель продемонстрировал на манекене этап введения трахеотомической трубки в полость трахеи и предоставил студентам возможность самостоятельно отработать данный навык
– практическая часть занятия заняла 300 минут. По завершении практической части занятия участники вновь прошли анкетирование «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия» в течение 10 минут, результаты которого представлены для студентов института педиатрии в табл. 2, для студентов института клинической медицины в табл. 3.
Студенты 2-й группы проходили практическое занятие на базе кафедры оториноларингологии с применением симулятора «Трахеостомия-VR», разработанного институтом инновационного развития Самарского государственного медицинского университета. В начале занятия студенты также проходили контроль исходного уровня знаний при помощи анкеты «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия» с после-
дующим проведением обучающего этапа занятия. Затем преподаватель кафедры провел мастер-класс по выполнению трахеостомии с использованием симулятора «Трахеостомия-VR». Отработка всех этапов трахеостомии выполняется на виртуальном пациенте с использованием виртуальных версий медицинского инструментария. Инструкции о том, какую манипуляцию необходимо выполнить, как правильно выполнить тот или иной этап операции дается студенту в виде графической подсказки. При обучении студент видит в виртуальном сценарии, какой именно инструмент необходимо взять для выполнения определенного этапа операции. При контроле усвоения практического навыка трахеостомия данная опция отключается.
Обратная связь в симуляторе реализуется в виде отсутствия перехода на следующий этап операции без правильного выполнения предыдущего этапа (рис.).На данном этапе преподаватель не предоставлял никакой дополнительной помощи, за исключением случаев, когда были технические проблемы с VR-оборудованием или программным обеспечением. Практическая часть занятия продолжалась также 300 минут. По завершении практической части занятия студенты вновь проходили анкетирование
«Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия» (табл. 2 и 3). Дополнительно студенты прошли опрос при помощи анкеты «Эффект присутствия и оценка погружения в VR-реальность» (табл. 4) и анкеты «Оценка работы VR-приложения Трахеостомия-VR» (табл. 5).Последние две анкеты составлены по 5-балльной рейтинговой шкале типа «likert», в которой ответы соответствовали:
1 – «Очень слабо», 2 – «Слабо», 3 – «Удовлетворительно», 4
– «Хорошо», 5 – «Отлично» (приложение 2) и 1 – «Отсутствие погружения», 2 – «Не ощутил погружения», 3 – «Безразличный»,
4 – «Частичное погружение», 5 – «Полное погружение» (прило-
жение 3) соответственно.

Студенты 3-й группы проходили занятие на базе кафедры оториноларингологии с применением VR-симулятора и в условиях мультипрофильного аккредитационно-симуляционного центра СамГМУ. В начале практического занятия студенты в течение 10 минут проходили контроль исходного уровня знаний при помощи анкеты «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия». Далее проводился обучающий этап занятия. После этого преподаватель продемонстрировал на
манекене этап введения трахеотомической трубки в полость трахеи и предоставил студентам возможность самостоятельно отработать данный навык. Следующим этапом преподаватель кафедры провел мастер-класс по выполнению трахестомии с использованием технологии виртуальной реальности с последующей самостоятельной отработкой студентами операции при помощи симулятора «Трахеостомия-VR». По завершении практической части занятия студенты прошли анкетирование с помощью анкет «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия» (табл. 2 и 3), «Эффект присутствия и оценка погружения в VR-реальность» (табл. 4) и «Оценка работы VR-приложения «Трахеостомия-VR» (табл. 5).
Статистический анализ полученных данных проводился с использованием лицензионного программного обеспечения: программы IBM SPSS Statistics, версия 1.0.0.1089. Нормальность распределения оценивали по критерию Колмогорова–Смирнова. Результаты описательной статистики для нормального распределения в таблицах представлены в виде М±σ, где М – среднее значение, σ – стандартное отклонение.

Результаты
По результатам анкетирования у студентов института педиатрии минимальный прирост баллов после прохождения обучения по выполнению трахеостомии отмечался у студентов 1-й группы, прирост в выполнении этапа «ушивание краев раны» составил всего 0,1 балл, что не является статистически значимым. Все студенты института педиатрии на этапе входного контроля оценили уверенность выполнения этапа «разрез кожи»
в 1,1±0,1 балла, после прохождения обучения на симуляторе-VR и совмещении двух видов подготовки прирост баллов у студентов 2-й и 3-й групп составил 1,3 и 2,3 балла соответственно в отличие от студентов 1-й группы, где прирост составил всего 0,2 балла. Одинаковый прирост баллов отмечался в 1-й и 2-й группе студентов на этапах «разведение краев раны» и «смещение щитовидной железы», при этом у студентов 3-й группы на этих же этапах отмечается прирост в 0,5 раз больше. Отметим, что прирост баллов в 1-й группе студентов не превысил в среднем одного балла (от 0,1 до 0,8 баллов), тогда как во 2-й и 3-й группах студентов этот балл оказался больше одного (от 1,7 до 2,3 балла соответственно).У студентов института клинической медицины также отмечается минимальный прирост баллов у студентов 1-й группы, максимальный балл в этой группе составил 0,8 балла. Однако у студентов данного института не отмечались статистически незначимые баллы. Все студенты института на этапе входного контроля также оценили уверенность выполнения этапа «разрез кожи» в 1,1±0,1 балла. После прохождения обучения на симуляторе-VR и совмещении двух видов подготовки прирост баллов составил 1,6 и 2,6 балла соответственно. Схожий между собой прирост баллов отмечался на этапах «разведение краев раны»,
«смещение щитовидной железы», «использование острозубого крючка» и «разрез трахеи» во всех группах. Максимальный прирост баллов отмечался на этапе «удаление острозубого крючка» и этапе «разреза кожи». Так, на этапе «удаление острозубого крючка» минимальный прирост наблюдался у студентов 1-й группы и составил всего 0,3 балла, тогда как у студентов 3-й группы этот прирост составил 1,8 балла, на этапе «разрез кожи» прирост в 1-й группе составил 0,4 балла, а у студентов в 3-й группе – 2,6 балла. Прирост баллов у студентов 3-й группы составил не менее одного балла и был статистически значимым.

Дополнительно у студентов 2-й и 3-й групп было проведено анкетирование по эффекту присутствия и оценки погружения в виртуальную реальность (табл. 4, 5). После прохождения обучения на симуляторе «Трахеостомия-VR» все студенты оценили соответствие анатомического строения гортани и шеи в
4,0±0,1 балла, что является весьма высокой оценкой. Студенты института клинической медицины в большей степени оценили развитие навыков использования оториноларингологического инструментария по сравнению со студентами института педиатрии. Реализм симулятора тренажера участники обеих групп института клинической медицины оценили одинаково высоко, тогда как у студентов института педиатрии в 3-й группе оценка в баллах была выше по сравнению со студентами 2-й группы: 4,2±0,2 балла и 3,9±0,2 балла соответственно. Все студенты посчитали тренажер «Трахеостомия-VR» пригодным для обучения, однако итоговая оценка у студентов института педиатрии оказалась выше в отличие от студентов института клинической
медицины.
В целом студенты институтов оценили степень погружения в виртуальную реальность следующими баллами: 3,4±0,2 балла у студентов института педиатрии, 3,7±0,2 балла у студентов института клинической медицины.
По результатам опроса «Оценка работы VR-приложения «Трахеостомия-VR» студенты института педиатрии и института клинической медицины одинаково оценили работу приложения «Трахеостомия-VR» в 3,4±0,3 балла (табл. 5).
Все студенты ощущали максимальное присутствие в виртуальном пространстве, так, минимальный балл в вопросе «я ощущал присутствие в виртуальном пространстве» составил 4,6±0,1 бала у студентов 2-й группы института клинической медицины, тогда как у студентов всех остальных групп средний балл составил 4,9±0,1. Студенты института клинической медицины в большей степени ощутили «выполнение действий от первого лица» по
сравнению со студентами института педиатрии. При оценке погружения в виртуальную среду все студенты обращали внимание на реальность окружающей обстановки, средний балл в данном вопросе составил 3,1±0,3.

Обсуждение
Результаты проведенного исследования показали, что обуче-ние студентов с использованием технологии VR не уступает традиционному формату обучения и даже имеет преимущество для отработки практического навыка трахеостомии. Сравнительная оценка среди студентов института педиатрии
и института клинической медицины показала, что на студентов педиатров обучение с применением тренажера «Трахеостомия- VR» повлияло в большей степени, что подтверждается большим приростом баллов после прохождения практической части у студентов 2-й и 3-й групп. Однако у студентов института клинической медицины приросты баллов после прохождения практики
были более равномерными в группах.Результаты анкетирования показывают, что симулятор «Трахеостомия-VR» позволяет воспроизвести достаточную
степень реалистичности выполнения трахеостомии в условия операционной. Кроме того, высокие оценки погружения демонпроблем с отработкой практического навыка у студентов не было, что является признаком высокого
качества созданного симулятора.Использование симулятора «Трахеостомия-VR» на кафедре оториноларингологии позволило студентам хорошо освоить
практический навык трахеостомии, дополнительное использование технологии VR позволило обучающимся практиковать навык многократно в обширной и повторяющейся среде с качественной обратной связью, без привлечения дополнительных тренажеров и симуляторов. Применение обратной связи во время обучения имеет большое значение, позволяя студентам повысить производительность, учиться на своих ошибках. Как и в нашем исследовании, в большинстве предыдущих иссле- дований, которые сравнивали традиционное и VR-обучение, подчеркнут энтузиазм студентов при работе в VR-среде [21–23]. Однако в предыдущих исследованиях не рассматривался вариант применения VR-обучения совместно с традиционным, что определяет актуальность проведенного исследования.
Предложенная система обучения с использованием симулятора «Трахеостомия-VR» имеет некоторые ограничения, особенно для тренировочных ситуаций, в которых требуются точные движения рук (например, разрез, установка крючков, введение трахеостомической трубки). Эти этапы можно отработать при помощи манекена в условиях мультипрофильного аккредитационно-симуляционного центра. Кроме того, обучение с использованием технологии VR не обеспечивает освоения навыка общения с пациентом. Таким образом, использование современных симуляторов с VR только дополняет другие формы традиционного обучения студентов медицинского ВУЗа.Проведенное исследование подтвердило, что обучение с использованием технологий VR дает результат освоения практи-ческого навыка по выполнению трахеостомии не ниже обучения с использованием традиционных методов.
Выводы
По результатам анкетирования «Уверенность в себе при выполнении операции трахеостомия» студенты института клинической медицины имели базовый уровень знаний этапов операции трахеостомия выше, чем студенты института педиатрии. После прохождения обучения оценка уверенности у студентов института клинической медицины оказалась выше по сравнению со студентами института педиатрии. По данным итогового анкетирования, выполнение этапов трахеостомии улучшилось во всех группах студентов обоих институтов, однако больший прирост был в 3-й группе студентов, совмещающих обучение на манекене и симуляторе «Трахеостомия-VR». Данные анкетирования «Оценка работы VR-приложения Трахеостомия-VR»
показали, что студенты посчитали разработанный симулятор пригодным для отработки техники операции трахеостомия и понимания теоретических основ проведения операции.
Студенты обоих институтов оценили уровень реалистичности симулятора «Трахеостомия-VR» как «удовлетворительный», что подтверждает возможность использования VR-симулятора в учебном процессе, реализуемом на кафедре оториноларингологии. Самостоятельная подготовка в виртуальной среде с использованием симулятора «Трахеостомия-VR» продемонстрировала результат обучения не ниже по сравнению с самостоятельной практикой студентов с использованием манекена «Тренажер для интубации, трахеостомии, коникотомии» во время клинического практического занятия. Все это подтверждает важность использования нового симулятора с использованием технологий VR для обучения студентов выполнению трахеостомии.