《Bioelectronic Medicine》：Evaluation of the OPTESK VR training simulator for gastric bleeding treatment
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背景：上消化道出血是一种常见的、可能危及生命的急症，需要快速且高精度的内镜干预。由于有监督的实操培训机会有限且通常局限于活体动物模型，沉浸式虚拟现实（virtual reality, VR）模拟提供了一种无风险且易获取的替代方案。方法：研究人员开发了一款新型开
背景：上消化道出血是一种常见的、可能危及生命的急症，需要快速且高精度的内镜干预。由于有监督的实操培训机会有限且通常局限于活体动物模型，沉浸式虚拟现实（virtual reality, VR）模拟提供了一种无风险且易获取的替代方案。方法：研究人员开发了一款新型开源VR训练模拟器OPTESK，用于上消化道（gastrointestinal, GI）出血的治疗。该系统结合了常规临床实践中使用的传统内镜，可与市售头戴式显示器（head-mounted display, HMD）及自主开发的OPTESK硬件配合操作。模拟器涵盖两种场景：使用氩离子凝固术（argon plasma coagulation, APC）治疗非出血性血管发育不良，以及先注射肾上腺素继而进行APC治疗出血性血管发育不良。研究人员在一项多中心用户研究中评估了工作负荷、可用性、沉浸感、模拟器晕动症（cybersickness），以及表面效度、内容效度和结构效度。用户表现通过时间、治疗面积和正确施加的APC强度评分进行评估。结果：研究共纳入来自20多个中心的44名参与者。在第二个场景中，97.4%的参与者成功实现了止血控制。在内容效度方面，参与者对模拟器用于出血管理培训的有用性评分中位数为4（评分范围1分表示非常不同意，5分表示非常同意）。平均感知工作负荷（NASA-TLX）和可用性（SUS）评分分别为34.2/100和69.6/100。关于内镜移动、胃解剖和APC应用真实感的表面效度问题，评分中位数同样为4（1至5分范围）。在结构效度方面，与胃镜经验较少的参与者相比，具有胃镜经验的参与者在场景一（p = .008）和场景二（p = .011）中完成出血相关任务的速度显著更快。结论：OPTESK可作为上消化道出血内镜治疗的有价值训练工具。该方法可能有助于减少对基于动物训练的依赖，并使得在临床干预之前进行无风险练习成为可能。
上消化道出血（upper gastrointestinal bleeding, UGIB）是常见且可能危及生命的急症，随着口服抗凝药物的应用增加，其发病率不断上升。内镜是目前UGIB诊断和治疗的标准手段，可在同一操作中完成诊断和止血干预，常用方法包括内镜夹、氩离子凝固术（argon plasma coagulation, APC）、稀释肾上腺素注射及止血粉。规范的内镜培训对保证检查质量和患者安全至关重要。然而，当前内镜医师的操作培训主要依赖直接在患者或活体动物模型上进行，造成培训资源有限、伦理顾虑和较高成本。模拟器可在无风险且可控的环境中反复训练复杂操作，适合初学者培训阶段。虚拟现实（virtual reality, VR）模拟器通过头戴式显示器（head-mounted display, HMD）提供沉浸式视觉和听觉刺激，可增强空间解剖理解和知识获取。但此前尚无将临床商用内镜与HMD结合并用于UGIB内镜治疗培训的VR模拟器，也缺乏针对这类模拟器的系统效度评估。为填补这一空白，研究人员开发了开源VR训练模拟器OPTESK，并开展多中心用户研究对其工作负荷、可用性、沉浸感、模拟器晕动症以及表面效度、内容效度和结构效度进行评估。
OPTESK采用无动物材料的内镜模拟训练理念，其核心特点是以常规临床胃镜作为控制器，将真实内镜的运动实时映射至虚拟环境，以增强触觉反馈和沉浸感。研究在德国两个全国性会议（德国内镜与影像技术学会年会DGE-BV和德国内科学会年会DGIM）期间招募了来自20多个中心的44名医师参与评估。结果显示，绝大多数参与者认同OPTESK对出血管理、APC和注射操作及其顺序训练、新手培训以及首次患者干预前培训均有帮助；经验丰富的胃镜医师在两个训练任务中均显著快于经验较少者，支持了模拟器的结构效度。综合结果表明，OPTESK可作为有价值的UGIB内镜治疗培训工具，有助于减少对动物训练的依赖，并允许在真实临床干预前进行无风险练习。
研究采用的主要关键技术方法包括：使用Unity Pro 6.3开发VR训练环境，通过Meta Quest 3 HMD呈现虚拟胃镜室；将任意商用胃镜固定在3D打印坞站上，借助惯性测量单元（inertial measurement unit, IMU）传感器和自研脚踏板按钮分别实时跟踪内镜弯曲与触发器械操作；系统还利用直通窗口在虚拟环境中显示脚踏板。评估方面，研究人员在DGE-BV和DGIM两个会议上按知情同意流程募集44名有内镜经验的医师，先完成模拟器教程，再执行两项任务：任务一为非出血性血管发育不良的APC治疗，任务二为出血性血管发育不良的肾上腺素注射联合APC治疗。采用原始NASA任务负荷指数（NASA-TLX）和系统可用性量表（SUS）评估工作负荷和可用性，以5点李克特量表评估沉浸感、表面效度和内容效度，并记录任务时间、处理面积百分比、正确APC强度百分比及是否达到止血控制。统计上采用描述性统计、Mann–Whitney U检验、t检验或Welch检验进行亚组分析，并对自由文本反馈进行归纳内容分析。
研究参与者方面，共44名医师（68.2%男性，86.4%为消化科医师，56.8%完成超过1000例胃镜）纳入分析。84%的参与者赞成在消化内镜培训中引入模拟器，55%认为模拟器培训应为强制要求。内容效度与表面效度方面，除“对培训专家的帮助”评分中位数为2外，其余内容效度条目评分中位数均为4。参与者同意OPTESK对APC、注射及其顺序的训练、新手培训和首次患者干预前培训均有帮助，并希望在自己所在机构引入该模拟器。表面效度评分中位数为3至4，其中虚拟胃镜运动、APC可视化与应用、器械、胃解剖和内镜屏幕画面被评为最真实（中位数4），而注射区域和注射操作的真实感评分最低（中位数3）。结构效度方面，系统记录显示任务一平均耗时74.0秒，治疗面积达72.4%，正确APC强度面积为34.5%；任务二平均耗时179.7秒，治疗面积为60.9%，正确APC强度面积为27.8%；在纳入任务二评估的39名参与者中，38名（97.4%）成功实现止血控制。按胃镜经验分组后，经验丰富组完成两个任务的时间均显著短于经验较少组（任务一65.8秒对98.0秒，p = 0.008；任务二150.4秒对254.2秒，p = 0.011），且治疗面积百分比和APC强度质量略高。可用性与工作负荷方面，平均SUS评分为69.6/100，表明可用性良好；平均NASA-TLX评分为34.2/100，属于较低工作负荷。除“愿意频繁使用本系统”评分中位数为3外，SUS正向条目中位数为4，负向条目中位数仅为1至2。晕动症评分中位数为1.0，接近无症状；沉浸感评分中位数为3.5。亚组分析显示，高沉浸感组相比低沉浸感组获得更低的NASA-TLX评分（p = 0.046）、更高的SUS评分（p = 0.025）以及更高的部分真实感评分（p < 0.031）。归纳内容分析方面，82%的参与者提供了自由文本反馈，正面评价包括操控性好、虚拟内镜方法合理、是良好的学习工具；改进建议包括增加真实器械控制虚拟工具、提高APC、黏膜、蠕动运动、注射、深度感知和运动伪影的真实感，以及加入真实内镜画面等。
讨论部分指出，OPTESK具有良好的可用性、内容效度与结构效度。经验丰富者更为迅速地完成任务，提示模拟器具备区分操作技能水平的能力，符合将其用于新手早期培训的定位。研究同时观察到沉浸感对可用性和真实感评价具有显著影响，说明沉浸感应作为VR培训系统开发中的优先考量。该研究的局限性包括在大型会议环境中招募可能引入选择偏倚、内镜运动范围有限、当前版本仅模拟血管发育不良相关场景等。未来工作应扩展更多病理类型和器械工具，并将沉浸式VR与非沉浸式模拟器进行比较。研究结论翻译如下：本论文介绍了OPTESK——一种用于上消化道急诊处理的开源虚拟现实训练模拟器，通过整合真实内镜与虚拟环境进行交互。专家们发现OPTESK是一种有用的培训工具，特别是因其良好的可用性、内容效度和结构效度，且经验丰富和经验较少的胃镜医师展现出不同的任务完成时间。
