计算机模拟教学在麻醉药理学教学中应用

作者：吴章怀 章卓 李华 李晓冰

【摘要】 计算机模拟教学具有真实、安全、模拟疾病情况全面详细等优点，计算机模拟教学能够很好模拟临床使用麻醉药物情况，值得推广应用。本文就计算机模拟教学的类型、在麻醉药理学中的必要性、应用情况以及注意事项等方面进行简单讨论。

【关键词】 模拟教学;麻醉药理学;教学改革

作者简介：吴章怀，从事药理学教学、研究工作。 麻醉药理学主要阐明在实施麻醉过程中所应用的各种药物相互作用及其机制，教学目的是为学生进一步学习临床麻醉学及疼痛诊疗学提供基础理论知识，为顺利参与和开展临床麻醉工作奠定基础[1]。由于涉及药物在药动学、药效学方面不同于其他药物，应用环境亦比较特殊(麻醉生理状态下，对麻醉过程中的变化情况联系密切)，因此要学好麻醉药理学比较困难。随着计算机技术的快速发展，医学教育模式发生了巨大的改变，计算机模拟教学的开展是临床医学教育的发展趋势，也是临床教学的客观要求。本文就麻醉药理学中应用模拟系统进行教学的问题进行探讨。

1 计算机模拟教学的类型

模拟教学即在规范的技术路线和参数的控制下模仿(仿真)实时情景进行教学的一种方法。最早运用于军事领域，如军事演习就是典型的模拟教学过程。医学领域应用模拟教学最早是用于解剖教学，随着计算机技术的日益强大，模拟教学已从当初的实体模拟转变为计算机交互式模拟以及虚拟系统模拟。通过计算机虚拟系统，可以利用视、听、触等感受模拟病人、实验室、病房、手术室、医院等系统，甚至模拟技能训练考核，完全改变了传统教学及考核方式，对医学生的临床诊断能力和临床操作水平有全面提高[2]。

计算机模拟系统包括视频模拟系统(Screenbased computer simulators)和虚拟触觉系统(Virtual reality and haptic systerms)。视频模拟系统是通过计算机模拟出人体生理学或者药理学变化特征，或模拟所担当的工作及其环境，并通过电脑屏幕演示出来，人们通过键盘和鼠标达到人机交换，控制计算机。比如anesoft公司开发的Thevirtual anesthesia machine模拟系统、The anesoft anesthesia simulator模拟系统、The anesoft hemodvnamics simulator模拟系统等。美国METI 模拟系统、Gas man模拟系统等也比较常用[3]。

虚拟触觉模拟系统是通过计算机从视觉和触觉两方面模拟出正常人能感知到的物体或环境，因而其自由度更大。从理论上讲，虚拟现实的人机界面更为真实，它是通过头盔上高清晰度的显示屏给出三维立体物体或者环境，以触觉模拟手套模拟出手摸物体的感觉，受训者头部位置的移动可造成受训者在虚拟环境中的相对位移，而手上的传感器将手部操作传入计算机，计算机将所有信息组合起来，受训者本人也是虚拟互动系统中的一个组成部分[4]。如1998年开发的cathsim模拟系统是静脉穿刺模拟模型，当你抓住一个手柄状的附件时，就象抓住患者的手臂一样，此时传感器就会将你的每一个动作记录下来。当穿刺针慢慢插人时，计算机会提供即时的视觉和触觉信息，从显示器上可以看到穿插针在虚拟手臂中的位置，模型内部一套由计算机控制的机电装置则会通过穿插针使操作者感受到穿插过程中所遇到的阻力，包括开始很容易穿过患者的皮肤， 在到达血管壁时遇到较大的阻力以及当用力穿过血管壁时的落空感。同时从计算机的扬声器中你甚至可以听到病人发出“哎呀”的叫声，更使人产生身临其境的感觉[5]。

2计算机模拟教学在麻醉药理学教学中的必要性

2.1 模拟教学具有无可比拟的安全性和真实性 医学是一门经验性很强的学科，如果医学生在没有实践经验下贸然在病人身上学习，必定会给病人带来不便甚至危害。而且病人数量有限也不能完全满足学习的要求，加上为了减少医疗纠纷和保证医疗质量， 有的教学医院可能会在某种程度上忽视甚至牺牲临床见习和实习教学，于是医学理论和技术的结合与提高便一直是困扰医学生学习的难题。因此通过在理论课学习过程中运用计算机模拟系统，提供一个近似于真实但是又安全的人体环境，既可以不损害病人利益，又可以在没有任何危险的前提下为医学生观察药物的作用和不良反应提供平台，提高医学水平。比如美国METI 模拟系统对“模拟人”治疗的演练过程既不存在治疗失误的危险性，又可反复为各种病例的诊断与治疗演示出准确的效果[6]。

2.2 模拟教学溶知识性、趣味性、场景性于一体，有利于学生多方面能力的培养。麻醉药理学涉及的药物种类繁多，作用机制复杂，多数学生认为难学难记。模拟教学运用声音、图象、触觉等多种教学手段，在理论学习和临床实践之间架起了一座桥梁，情景的逼真和角色的进入，不仅使学生的思维能力、组织能力以及运用知识解决实际问题的能力得到提高， 而且使学生的心理素质得到锻炼， 增加了其心理承受能力，这对其尽快地适应临床、走向临床是十分有益的。

2.3 模拟疾病情况全面详细，有利于增加学生知识范围和对药物的理解。对于一些偶发而严重的事件， 比如麻醉过程中发生的过敏性休克、恶性高热、心力衰竭、心搏骤停等， 医学生在见习和实习阶段都可能遇不到，因此到临床后缺乏及时正确识别和处理能力。模拟教学可以模拟出各种临床事件，学生可以在老师的指导下在模拟器上反复地进行训练直至掌握该事件的处理，也可以有意识地进行错误的操作或治疗以观察其后果，从而加深对该事件正确处理的理解。比如The anesoft anesthesia simulator模拟系统预存了各种病人在进行全麻、局麻、心血管、神经外科、儿科、产科等麻醉时的不同情况， 并预存了正常人群和并发各种常见疾病的人群对100多种药物的药代、药效反应，还可以模拟出恶性高热、空气栓塞等特殊病例[7]。该系统通过电脑屏幕显示出麻醉病人及麻醉机和监护仪的参数、数据，受训者通过鼠标和菜单检查病人情况，控制病人的呼吸道和通气，并给予相应的液体和药物，系统自动记录受训者诊断和治疗的全过程。受训者可以通过查看帮助菜单了解最佳处理方案。

3 计算机模拟教学在麻醉药理学教学中的应用

3.1 模拟教学的课程安排 麻醉药理学模拟教学课程应该可以集中安排在基础理论课结束后(即集中见习)，也可以在每一章节授课过程中(即分散见习) 进行，两种方式的安排都各有优点。

3.2 模拟教学内容的安排 麻醉药理学涵盖12个章节，涉及数十种药物。计算机模拟教学可以应用于麻醉药理教学的各个方面。(1)内容上可以将一些具有共同特点和内在联系的药物放在一起进行，如镇静催眠药、阿片类镇痛药、某些局麻药都能通过静脉途径给药，将这几类药捆绑式地“组装”起来，构成特定的场景，通过启用视屏模拟系统，使学生能对这几种药的药效动力学和药代动力学进行比较，发现它们的不同之处，寻找共同点，达到强化理论知识的目的。(2)可以利用模拟系统中的特定数据模拟成临床病例展开用药讨论。比如要了解吸入麻醉药在肺泡及体内其他组织中的分布情况，可以通过Gas man模拟系统软件， 模拟吸入麻醉药的溶解度、挥发性等物理特性对其麻醉效能的影响， 还可以通过视屏形象地体会出低流量、循环紧闭式麻醉方式对吸人麻醉药药效动力学和药代动力学的影响[8]。relax模拟系统则可以模拟肌松药在临床上的使用， 它结合实例介绍肌松药使用和监测的重要原则，显示肌松监测仪的连接方式， 而且以动画的方式演示肌松药在神经肌肉接头处的作用原理以及肌松药在体内分布、降解、排泄等药代动力学方面的内容[9]。The anesoft sedation simulator模拟系统可以指导受训者如何在特殊环境下正确使用镇静药物、进行必要的监测和处理常见的问题[4]。

3.3 在麻醉药理学考试中的应用 模拟系统具有可重复性和可标准化性，因此通过模拟系统将以知识记忆为评分标准的传统考试改成以检测临床能力为主要目标的现代考试模式，即Stillman等学者所倡导的以临床模拟问题为基础的模拟考试模型。模拟系统不但可以考察学生对知识的理解程度和实际动手能力，还可以考察学生在具体场景中组织管理、沟通交流、观察和应变的能力。比如通过以一个病人整个麻醉处理过程中的问题让学生参与回答，按照模拟系统显示的正确与否评分。

4 模拟教学在麻醉药理学教学中应用注意事项

4.1 应坚持实事求是， 从实践出发的原则。由于模拟教学软件系统昂贵，我国国情决定不可能每个科室都配备模拟教学系统，可以采用共用资源，与CAI教学有机结合等办法解决资源不足的问题。比如在以培养思维能力为主时结合授课可以使用CAI，辅以标准化模拟体或模拟人，而在演练操作技能时则以模拟化教学辅以CAI。而对那些含实践内容较多的章节则就直接实行模拟教学， 融理论与实践于一炉。

4.2 编辑时注意修正数据：由于模拟系统软件是依照美国临床病人的生理和病理生理特点设计的，有些数据不符合国人状态，因此在病例编辑时对某些数据要进行修正。另外“模拟人”毕竟不是真人，不能完全反映出真实人体的复杂性以及无法互动实时交流，虚拟技术还需进一步完善和提高。

总之，计算机模拟教学能够很好模拟麻醉药物在应用中的情况，值得推广应用，虽然目前麻醉药理学模拟教学尚处于起步阶段，落后与国外，但由于模拟教学显而易见的优点，肯定今后教学的必然手段。相信随着模拟教育的不断深入发展，将更大地发挥教学的优势，提高教学质量，并将取得更满意的教学效果，为社会培养出综合素质更高的麻醉学人才。