Особенности практической подготовки студентов с использованием современных симуляционных технологий в оториноларингологии

Медицинское образование имеет тенденцию к преобразованию, происходящему под влиянием многих факто- ров, включая постоянно меняющуюся среду здравоохранения, новую роль врача, измененные общественные ожидания, быстро развивающуюся медицинскую науку и появление большого разнообразия педагогиче- ских методов, используемых при обучении. Изменения в общественных ожиданиях ставят безопасность пациентов на первый план и поднимают этические проблемы обучения студентов-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. 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 зави- симости от применяемых методов обучения были распределены в 3 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 3-й группы, обучающихся с применением как традиционных методов, так и виртуальных технологий, отмечался более высокий балл (1,2±0,3 балла) по сравнению со студентами 1-й группы, в которой применялись только традиционные методики обучения. Использование виртуальной реальности позволило обеспечить реалистичное погружение в условия опе- рационной. 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 традиционными методами обучения. Данные исследования подтверждают возможность при- менения 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. The modern approach to training students with simulation technologies, including virtual reality technology, provides 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 Department 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, cricothyrotomy. The Tracheostomy-VR simulator was developed by the Institute of Innovative Development of the Samara State Medical University for training at the Department 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 practical skill of tracheostomy, as well as the degree of immersion in virtual reality. Based on the results of the questionnaire, a comparison was made between the groups. 

Results. The results of the questionnaires confirm the improvement in the performance of the tracheostomy practical skill by students of all groups. However, group 3 students, who used both traditional methods and virtual technologies, had a higher score (1.2± 0.3 points) compared with the students of group 1, in which only traditional teaching methods were used. The use of virtual reality made it possible to provide a realistic immersion in the conditions of the operating room. In addition, high immersion scores demonstrate that students had no technical problems with practicing these skills. 

Conclusion. Teaching students using virtual reality yields results not inferior to those of traditional teaching methods. This study confirms the possibility of using the Tracheostomy-VR simulator during practical lessons. The use of a VR solution that is innovative and interactive has proven to be useful for training students in surgical intervention at the Department of Otorhinolaryngology.
Key words: training, virtual reality, simulation, tracheostomy 

Введение 

Использование тренажеров и симуляторов становится неотъ- емлемой частью медицинского образования. В ряде проведен- ных исследований 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 [1–6]. В последние годы были разработаны различные компьютерные тренажеры, применяемые как на до-, так и на после-дипломном уровне обра- зования [7–9]. 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 обра- зовательные 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 федеральном аккре- дитационном центре Самарского государственного универси- тета, является «тренажер для интубации, трахеостомии, кони- котомии», при помощи которого студенты могут отработать отдельные этапы операции «трахеостомия» [11, 25]. Умение выполнять трахеостомию является неотъемлемым элемен- том обучения в медицинском ВУЗе и необходимо для врачей различных специальностей: анестезиологов-реаниматологов, оториноларингологов, онкологов, хирургов, челюстно-лицевых 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 федерального аккредитационного центра с применением имеющихся мане- кенов и симуляторов. Дополнительная практика обучающихся медицинских вузов на кадаверном материале не всегда возмож- на в связи с Федеральным законом No323-ФЗ от 21.11.2011 «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» [16]. Кроме того, временные рамки практического занятия огра- ничивают 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 повы- шает реалистичность операции, обеспечивает возможность студентам самостоятельно, без временнх рамок и ограничений в попытках, практиковаться уже на кафедре оториноларингологии [17]. Учитывая достижения в области компьютерных техноло- гий, 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 экономи- ческие, временные и кадровые ресурсы [18]. 

Цель исследования: провести сравнительный анализ эффек- тивности обучения студентов на примере отработки практическо- го навыка «трахеостомия» при использовании симуляционных технологий виртуальной реальности (далее VR) и традиционных методов обучения. 

Материал и методы 

В группу исследования вошли студенты 4-го курса института клинической медицины и института педиатрии. Всего в исследо- вании приняли участие 220 студентов Самарского государствен- ного 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 заня- тии на кафедре оториноларингологии им. акад. И.Б. Солдатова в рамках темы «Клиническая анатомия, физиология и методы исследования, гортани, трахеи, бронхов. Заболевания горта- ни». Согласно рабочей программе, на практическое занятие отводится 6 часов. 

Участники исследования были разделены на 3 группы: 1-я группа: на занятии использовала тренажер для интубации, трахеостомии, коникотомии (далее манекен); 2-я группа про- ходила практическое занятие c использованием симулятора «Трахеостомия-VR»; 3-я группа проходила практическое занятие и использованием обоих тренажеров. Распределение студентов по группам представлено в табл. 1. 

Практическое занятие у студентов 1-й группы проходило на базе кафедры оториноларингологии и федерального аккре- дитационного центра СамГМУ. В начале занятия студенты в течение 10 минут проходили контроль исходного уровня зна- ний 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. 

Перед самостоятельной работой на тренажере препода- вателем кафедры был проведен инструктаж о выполнении манипуляции, разъяснение этапов выполнения трахеостомии, показано 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 завершению 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 симу- лятора «Трахеостомия-VR», разработанного институтом инновационного развития Самарского государственного ме- дицинского университета. В начале занятия студенты также проходили контроль исходного уровня знаний при помощи анкеты «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахеостомия» с последующим проведением обучающего этапа занятия. Затем преподаватель кафедры провел мастер-класс по выполнению трахеостомии с использованием симулято- ра «Трахеостомия-VR». Отработка всех этапов трахеостомии выполнялась на виртуальном пациенте с использованием вир- туальных версий медицинского инструментария. Инструкции о том, какую манипуляцию необходимо выполнить, как пра- вильно выполнить тот или иной этап операции давали студенту в виде графической подсказки. При обучении студент видел в виртуальном сценарии какой именно инструмент необхо- димо взять для выполнения определенного этапа операции. При контроле усвоения практического навыка трахеостомия данная опция отключалась. Обратная связь в симуляторе реа- лизовалась в виде отсутствия перехода на следующий этап операции без правильного выполнения предыдущего этапа (см. рисунок). 

На данном этапе преподаватель не предоставлял никакой дополнительной помощи, за исключением случаев, когда были технические проблемы с VR-оборудованием или про- граммным обеспечением. Практическая часть занятия про- должалась также 300 минут. По завершению практической части занятия студенты вновь проходили анкетирование «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахе- остомия» (табл. 2, 3). Дополнительно студенты прошли опрос при помощи анкеты «Эффект присутствия и оценка погру- жения в VR-реальность» (табл. 4) и анкеты «Оценка работы VR-приложения Трахеостомия-VR» (табл. 5). 

Последние 2 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 соответственно. 

Студенты 3-й группы проходили занятие на базе кафедры оториноларингологии с применением VR-симулятора и в усло- виях федерального аккредитационного центра СамГМУ. В начале практического занятия студенты в течение 10 минут прохо- дили контроль исходного уровня знаний при помощи анкеты «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахе- остомия». Далее проводился обучающий этап занятия. После этого преподаватель демонстрировал на манекене этап введения трахеотомической трубки в полость трахеи и предоставлял студентам возможность самостоятельно отработать данный навык. Следующим этапом преподаватель кафедры проводил мастер-класс по выполнению трахестомии с использованием технологии виртуальной реальности с последующей самосто- ятельной отработкой студентами операции при помощи симу- лятора «Трахеостомия-VR». По завершению практической части занятия студенты проходили анкетирование с помощью анкет «Уверенность в себе при выполнении этапов операции трахео- стомия» (табл. 2, 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, версия1.0.0.1089. Нормальность распределения оценивали по критерию Колмогорова–Смирнова. Результаты описательной статистики для нормального распре- деления в таблицах представлены в виде М±δ, где М – среднее значение, δ – стандартное отклонение. 

Результаты 

По результатам анкетирования у студентов института педиа- трии минимальный прирост баллов после прохождения обуче- ния по выполнению трахеостомии отмечался у студентов 1-й группы, прирост в выполнении этапа «ушивание краев раны» составил всего 0,1 балла, что не является статистически зна- чимым. 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 студен- тов 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 груп- пах студентов на этапах «разведение краев раны» и «смещение щитовидной железы», при этом у студентов 3-й группы на этих же этапах отмечался прирост в 0,5 раза больше. Отметим, что прирост баллов в 1-й группе студентов не превысил в среднем одного балла (от 0,1 до 0,8 балла), тогда как во 2-й и 3-й группах студентов этот балл оказался больше одного: от 1,7 до 2,3 балла соответственно (табл. 2). 

У студентов института клинической медицины также отме- чался минимальный прирост баллов в 1-й группе, максималь- ный 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», «сме- щение щитовидной железы», «использование острозубого крючка» и «разрез трахеи» во всех группах. Максимальный прирост баллов отмечался на этапах «удаление острозубого крючка» и «разрез кожи». Так, на этапе «удаление острозу- бого крючка» минимальный прирост наблюдался у студентов 1-й группы и составлял всего 0,3 балла, тогда как у студен- тов 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 3-й группы – 2,6 балла. Прирост баллов у студентов 3-й группы составил не менее одного балла и был статисти- чески значимым (табл. 3). 

Дополнительно у студентов 2-й и 3-й групп проведено анке- тирование по эффекту присутствия и оценки погружения в виртуальную реальность (табл. 4, 5). После прохождения обуче- ния на симуляторе «Трахеостомия-VR» все студенты оцени- ли 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 педи- атрии. 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 и 3,9±0,2 балла соответственно. Все студенты посчитали тренажер «Трахеостомия-VR» пригодным для обучения студен- тов, 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 вир- туальном пространстве, так, минимальный балл в вопросе «я ощущал присутствие в виртуальном пространстве» составил 4,6±0,1 балла у студентов 2-й группы института клиниче- ской медицины, тогда как у студентов всех остальных групп средний балл составил 4,9±0,1. Студенты института клини- ческой медицины в большей степени ощутили «выполне- ние действий от первого лица» по сравнению со студентами института педиатрии. При оценке погружения в виртуаль- ную 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 виртуальной реаль- ности не уступает традиционному формату обучения и даже имеет преимущество для отработки практического навыка трахеостомии. 

Результаты анкетирования показывают, что симулятор «Трахеостомия-VR» позволяет воспроизвести достаточную степень реалистичности выполнения трахеостомии в условиях операционной. Кроме того, высокие оценки погружения демон- стрируют, что технических проблем с отработкой практического навыка у студентов не было, что является признаком высокого качества созданного симулятора. 

Использование симулятора «Трахеостомия-VR» на кафе- дре оториноларингологии им. акад. И.Б. Солдатова позво- лило студентам хорошо освоить практический навык трахе- остомии, дополнительное использование технологии вирту- альной реальности позволило обучающимся практиковать навык многократно в обширной и повторяющейся среде с качественной обратной связью без привлечения дополни- тельных 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 пре- дыдущих исследований, 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 симу- лятора «Трахеостомия-VR» имеет некоторые ограничения, особенно для тренировочных ситуаций, в которых требуют- ся точные движения рук (например, разрез, установка крюч- ков, введение трахеостомической трубки). Эти этапы можно отработать при помощи манекена в условиях федерального аккредитационного центра. Кроме того, обучение с исполь- зованием технологии виртуальной реальности не обеспечи- вает освоения навыка общения с пациентом. Таким обра- зом, использование современных симуляторов с VR только дополняет другие формы традиционного обучения студентов медицинского ВУЗа. 

Проведенное исследование подтвердило, что обучение с использованием технологий виртуальной реальности дает результат освоения практического навыка по выполнению тра- хеостомии не ниже обучения с использованием традиционных методов. 

Выводы 

По результатам анкетирования «Уверенность в себе при выполнении операции трахеостомия» студенты института клинической медицины и института педиатрии имели базо- вый уровень знаний этапов операции трахеостомия. После прохождения обучения оценка уверенности у студентов ока- залась выше по сравнению с начальным этапом. По данным итогового анкетирования, показатели этапов выполнения трахеостомии улучшились во всех группах студентов обоих институтов, однако больший прирост был в 3-й группе сту- дентов, совмещающих обучение на манекене и симулято- ре «Трахеостомия-VR». Данные анкетирования «Оценка работы VR-приложения Трахеостомия-VR» показали, что студенты посчитали разработанный симулятор пригодным для отработки техники операции трахеостомия и понима- ния теоретических основ проведения операции. Студенты обоих институтов оценили уровень реалистичности симу- лятора «Трахеостомия-VR» как «удовлетворительный», что подтверждает возможность использования VR-симулятора в учебном процессе реализуемом на кафедре оториноларинго- логии. 

Самостоятельная подготовка в виртуальной среде с исполь- зованием 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 исполь- зования нового симулятора с использованием технологий VR для обучения студентов выполнению трахеостомии. 

Скачать статью в PDF