增强现实对微创外科技能掌握的影响：一项针对硕士生和本科生的对照研究结果

《Heliyon》：Impact of augmented reality on the acquisition of minimally invasive surgical skills: results of a counterbalanced study on master's and bachelor's students

本研究通过交叉设计比较了增强现实（AR）与传统教学材料（PPT和视频）在Hallux abductus valgus和第五跖骨截骨术教学中的效果，发现AR显著提升学生注意力、概念留存、视觉理解及自主学习能力，但未完全替代传统方法或尸体解剖实践。

　　近年来，随着科技的迅速发展，医学教育领域也在不断探索新的教学工具和方法。在众多新兴技术中，增强现实（Augmented Reality, AR）作为一种将虚拟内容与现实环境相结合的技术，正逐渐被应用于手术培训中。AR能够提供更加直观和互动的学习体验，使学生在学习复杂解剖结构和手术技术时获得更深入的理解。然而，尽管AR展现出诸多优势，但其在教学中的实际效果仍需通过系统的实验研究加以验证。本文围绕一项针对足部微创手术（Minimally Invasive Foot Surgery, MIS FS）的教学研究展开，重点探讨了AR与传统教学方法（如幻灯片、视频和解剖模型）在教学效果上的差异，以及AR如何促进学生的理解、动机和技能掌握。

足部微创手术因其相较于传统开放手术的优势而受到越来越多的关注。这些优势包括更少的术后疼痛、更快的恢复时间、较低的并发症发生率以及更佳的美学效果。然而，这类手术的教学却面临一定挑战。传统的教学方法如观察手术过程、使用尸体模型以及模拟器等虽然有一定的教学价值，但也存在诸多局限。例如，被动观察难以让学生进行实际操作和反复练习；尸体模型成本高昂，且其解剖结构与真实人体存在一定的差异；而模拟器虽然能够提供安全的练习环境，却无法完全模拟真实手术中的复杂情况。因此，如何在保证教学质量的同时，降低教学成本并提高学生的实践能力，成为医学教育者关注的重点。

在这一背景下，AR技术的引入为微创手术教学提供了新的可能性。AR能够将患者的真实医学影像（如CT扫描、磁共振成像或超声图像）转化为三维模型，并在手术现场实时叠加，使学生能够更加直观地了解隐藏的解剖结构，并在实际操作中获得指导。此外，AR技术的互动性也使得学生可以自主探索和学习，从而提高学习效率和兴趣。为了评估AR在微创足部手术教学中的实际效果，研究团队设计了一项随机、前瞻性交叉试验，对80名足病学专业学生进行了为期四年的教学干预研究。

研究采用了交叉设计，即每位学生在不同阶段分别接受AR教学和传统教学。具体而言，AR教学用于讲解“拇外翻”（Hallux Abductus Valgus, HAV）手术，而传统教学方法（如幻灯片和视频）则用于讲解“小趾骨突出”（Bunionette）手术。学生在学习过程中需要完成一份经过验证的《解剖与手术教育媒体评估问卷》（Survey for Assessment of Educational Media in Anatomy and Surgery, SAEMAS），以评估其对教学材料的感知和学习效果。通过这种方式，研究者能够系统地比较两种教学方法在多个维度上的表现，包括学习动机、概念保留、视觉理解、自主学习和主动学习等方面。

研究结果显示，AR教学在多个关键指标上显著优于传统教学方法。首先，在学习动机方面，AR教学的平均得分（d = 1.08）明显高于传统教学（p < 0.001）。这意味着AR能够有效激发学生的学习兴趣，使他们更加积极地参与到教学过程中。其次，在概念保留方面，AR教学也表现出显著优势（d = 0.97），表明学生能够更好地记住和应用所学知识。此外，AR教学在视觉理解（d = 2.15）和自主学习（d = 1.4）方面同样具有显著的正向影响，这说明AR能够帮助学生更清晰地想象和理解复杂的三维解剖结构，同时鼓励他们利用课余时间进行复习和探索。主动学习（d = 1.58）的得分提升也表明，AR能够促进学生在学习过程中更积极地参与，而不是被动地接受信息。

尽管AR在上述多个方面表现出显著优势，但在某些方面并未显示出明显的改善。例如，在避免学习过程中的挫败感和替代尸体材料方面，两种教学方法之间没有显著差异。这表明，尽管AR能够提供更丰富的学习体验，但它在某些方面仍无法完全替代传统教学手段。特别是对于需要直接接触真实解剖结构和进行实际操作的学习内容，尸体模型仍然具有不可替代的价值。然而，AR的引入并不意味着要完全取代传统方法，而是作为其有力的补充。研究结果表明，AR可以作为一种有效的辅助工具，帮助学生在进入临床实践之前，更好地掌握手术所需的解剖知识和操作技能。

在教学方法的实施过程中，研究团队采用了多种手段来确保研究的科学性和严谨性。首先，他们采用了随机化和交叉设计，以减少顺序效应和学习迁移对结果的影响。其次，他们对参与研究的学生进行了详细的基线评估，包括年龄、性别、专业背景和学习经验等，以确保各组之间的可比性。此外，问卷的开发和验证过程也遵循了严格的科学方法，包括德尔菲法（Delphi Method）进行专家验证，并通过统计分析确保问卷的内部一致性。这些措施有助于提高研究结果的可信度和有效性。

研究结果还揭示了AR教学在促进学生理解足部生物力学和解剖结构方面的积极作用。具体而言，AR能够帮助学生更清晰地看到手术过程中的每一个步骤，从而加深他们对解剖结构和手术操作的理解。这种深度理解不仅有助于提高学生的技能水平，还能够增强他们在临床实践中的自信心。此外，AR的互动性使得学生可以在学习过程中自主调整视角，分析手术步骤，并反复练习，从而提高学习效率和技能掌握程度。

然而，研究也指出了AR教学的一些局限性。例如，AR技术的使用需要一定的设备支持，这可能对某些资源有限的地区造成一定的挑战。此外，尽管AR能够提供丰富的视觉信息，但它在某些方面仍然无法完全替代传统教学方法，如尸体模型的解剖精确性和实际操作的触觉反馈。因此，在实际教学中，AR应被视为一种补充工具，而非完全替代传统方法。这种结合传统教学与AR技术的方式，有助于在保持教学质量的同时，提高学习效率和学生的参与度。

此外，研究还强调了AR技术在促进自主学习和主动学习方面的潜力。学生在使用AR教学材料时，能够更加积极地探索和学习，而不是仅仅依赖教师的讲解。这种自主学习的方式不仅有助于提高学生的理解能力，还能够培养他们的独立思考能力和实践能力。因此，AR教学不仅有助于提高学生的技能水平，还能够促进他们的自主学习能力，使他们能够在未来的临床实践中更加自信和熟练。

综上所述，这项研究为AR在微创足部手术教学中的应用提供了有力的证据。AR作为一种新兴的教学工具，能够在多个方面显著提升学生的学习效果，包括学习动机、概念保留、视觉理解、自主学习和主动学习。尽管AR在某些方面仍无法完全替代传统教学方法，但它作为辅助工具的价值不容忽视。未来的研究应进一步探索如何将AR与传统教学方法有效结合，以最大化其在医学教育中的应用潜力。同时，也需要关注AR技术在不同地区和教育环境中的可及性和公平性，以确保所有学生都能受益于这一技术带来的教学革新。