虚拟现实技术提高新生儿气管插管技能培训质量的效果中华医学会围产医学分会

本文引用格式：陶芳芳, 赵普, 奚晓红, 等. 虚拟现实技术提高新生儿气管插管技能培训质量的效果[J]. 中华围产医学杂志, 2026, 29(2): 156-162. DOI: 10.3760/cma.j.cn113903-20250522-00272.

摘要

目的评估虚拟现实（virtual reality， VR）技术辅助新生儿气管插管培训的质量。

方法本研究为基于模拟的教学研究。纳入于2024年3月16日及2024年5月20日在同济大学附属妇产科医院模拟实训中心参加新生儿复苏模拟实训培训课程的医护人员，按报名顺序随机分为VR组和对照组。VR组学员在开始常规气管插管培训前通过佩戴预装了气管插管培训系统的VR设备模拟完成新生儿气管插管的整个流程；对照组仅接受常规气管插管培训。培训前进行理论测试和《复苏人员自我胜任力评估问卷》评估复苏技能理论知识和新生儿复苏自我胜任力的基线水平；培训完成后2组学员均立即完成技能考核，考核的主要结局指标为气管插管成功率，次要结局指标包括气管插管时长及气管插管操作规范性。技能考核结束后再次评估学员的复苏技能胜任力水平，并完成学员基本心理需求满意度的自我评估。采用独立样本t检验、配对t检验、Wilcoxon秩和检验及Fisher精确概率法对数据进行统计学分析。

结果共纳入40位学员参与本项研究，剔除VR组中未按要求完成VR培训者2例，余38例纳入分析，其中VR组18例，对照组20例。VR组与对照组的气管插管成功率［12/18与60%（12/20），Fisher精确概率法，P=0.745］及气管插管时长［23.1（19.3～35.7）与25.2（17.9～43.8） s，Z=340.00，P=0.758］差异均无统计学意义。VR组气管插管操作规范率高于对照组［14/18与40%（8/20），Fisher精确概率法，P=0.025］。VR组与对照组培训后复苏胜任力评估得分差异无统计学意义［（124.1±13.8）与（118.9±16.2）分，t=－1.04，P=0.305］；基本心理需求满意度评估中，VR组关系需求满意度得分高于对照组［36.5（33.0～40.0）与34.0（30.0～37.0）分，Z=411.00，P=0.036］，但自主需求满意度得分［（32.9±4.8）与（29.9±5.7）分，t=－1.70，P=0.098］及能力需求得分［（32.1±5.4）与（30.1±4.9）分，t=－1.21，P=0.233］与对照组相比差异均无统计学意义。

结论结合VR技术的气管插管技能培训有助于提高气管插管操作的规范性，并在促进同伴关系方面有一定优势，但并未提高气管插管成功率。

关键词虚拟现实；新生儿气管插管；新生儿复苏；新生儿窒息

新生儿气管插管是新生儿复苏中建立人工气道的关键技术^［1］，其操作质量直接影响新生儿预后^［2］。插管者需在短时间内正确暴露患儿声门并将气管导管插入，并完成判断导管位置、确定深度及固定等多项步骤^［3］。缺乏足够的实际操作机会和规范的培训会导致插管者在新生儿复苏时气管插管成功率较低^［4］。有研究显示，在产房内紧急气管插管时，第一次气管插管的成功率仅为46%，气管插管相关不良事件的发生率也较高^［5］，严重影响复苏效果。插管过程中患儿情况恶化（41%）、声门暴露不清（25%）以及误插入食管（19%）是气管插管失败的常见原因^［6］。因此，在气管插管培训中，模拟真实场景的练习以降低新生儿气管插管失败率，减少相关不良事件的发生是目前气管插管培训中亟待解决的问题^［7］。目前新生儿气管插管大多通过插管教具或高仿真模拟人以及情景模拟进行训练，这些方法虽能构建基础解剖结构或模拟生理反射，但缺乏对实际操作时多变性的应对能力训练，导致气管插管能力的提升有限^［8-9^］。近年来，虚拟现实（virtual reality，VR）技术在医学技能培训中发挥越来越重要的作用^［10-11^］。研究表明VR技术在医学教育方面表现出了与传统培训相当的效果，且在沉浸感、学员参与度及降低培训成本方面具有显著优势。学员通过VR环境中的反复练习，可以减少实际操作中的错误^［12-13^］，目前主要应用于程序化技能培训，如手术步骤、解剖学习及远程协作^［14-15^］。目前，已有VR应用于气管插管教学^［16-18^］及新生儿复苏流程培训的研究^［19-20^］，但在新生儿气管插管培训方面，虽然有关于培训方法的尝试^［21］，但尚缺乏对VR培训效果的评估。故本研究基于模拟培训中新生儿气管插管VR培训系统，探讨VR技术在新生儿气管插管培训中的辅助作用。

资料与方法

一研究对象

本研究为基于模拟的教学研究。纳入于2024年3月16日及2024年5月20日在同济大学附属妇产科医院模拟实训中心参加新生儿复苏模拟实训培训课程的医护人员。

1.纳入标准：参加本院举行的新生儿复苏模拟实训培训课程的医护人员，包括儿科、新生儿科、麻醉科、产科医生/护士及助产士。

2.排除标准：（1）存在手部/头部外伤等因素影响佩戴，或存在影响操作VR设备的暂时性头部、手部功能障碍者；（2）佩戴VR设备时无法适应或引起眩晕等不良反应从而未完成VR培训者；（3）已具备高水平的气管插管技能的医护人员（新生儿专科医师超过5年）。

本研究由同济大学附属妇产科医院伦理委员会审核批准（KS2504）。

3.剔除标准：未按要求完成VR和/或常规气管插管技能培训。

二研究方法

1.培训前基线信息收集：收集学员的年龄、专业及职称等基本信息，并通过线上理论测试和自主设计的《复苏人员自我胜任力评估问卷》评估学员对气管插管相关理论知识以及对新生儿复苏胜任力自我评估的基线水平。理论测试和问卷调查题目通过问卷星形式向学员发放，《复苏人员自我胜任力评估问卷》包含26项矩阵量表题，覆盖初步复苏、正压通气、气管插管、团队协作等技能模块，采用5级评分（很不同意、不同意、一般、同意、很同意），量化评估学员对新生儿复苏操作技能和独立执行信心的自我认知。得分越高说明学员对新生儿复苏自我胜任力的信心越强。由学员单次作答，记录答题情况及得分。

2.分组：符合入组条件的学员按报名顺序分组，报名序号为单数的学员进入VR组，序号为双数的学员进入对照组。VR组学员首先接受气管插管VR培训，再参加常规气管插管技能培训。对照组学员仅接受常规气管插管技能培训。

3.气管插管VR培训：通过预装了“气管插管虚拟现实培训操作系统1.0.12.0”（软著登记号14954440）的头戴式VR设备HoloLens［微软（中国）有限公司］，模拟完成气管插管的完整操作过程。在VR训练时，学员在熟悉VR头显设备和操作技术后进入10～15 min的VR下的插管训练。学员在VR场景中，通过对新生儿进行状态评估，确定气管插管的指征，并根据场景提示依次完成插管前准备、气管插管实施、判断位置、深度测量以及导管固定等步骤。

4.常规气管插管技能培训：包括理论讲解和实践操作两部分。理论讲解由培训导师介绍新生儿气管插管的基本理论知识，包括指征、操作步骤及注意事项等，约10 min；实践操作是指学员在培训导师的指导下使用新生儿喉镜（型号：YL04-IIaG，江苏永乐医疗科技有限公司）和气管导管（型号：SJ-Iw-3.5，浙江苏嘉医疗器械股份有限公司）在新生儿气管插管模型（型号：250-00101，挪度医疗器械有限公司）上进行插管过程的操作练习，约20 min。

5.培训考核：完成培训后立即进行培训考核。气管插管的考核采用SimNewB模型（型号：296-00050，挪度医疗器械有限公司），通过预先设计的包含气管插管操作的新生儿复苏场景进行考核。考核者在学员完成气管插管后通过导师端PAD评估操作界面判断插管是否成功。气管插管时长定义：从叶片第一次接触口腔到完成插管后叶片离开口腔为止，采用运动秒表计时，精确到0.1 s。气管插管成功定义：学员在30 s内完成气管插管，且通气时考核者在导师端PAD的评估操作界面上看到至少一侧肺通气。插管完成后操作顺序的规范性定义为完成气管插管后按照顺序依次完成听诊双肺、测量深度及固定导管。

6.结局指标：（1）主要结局指标：气管插管成功率。（2）次要结局指标：包括气管插管时长及插管完成后操作顺序的规范性。（3）复苏技能胜任力评价以及基本心理需求满意度评估：通过问卷星发放问卷。①自主设计的《复苏人员自我胜任力评估问卷》。②《基本心理需求满足及挫折量表》^［22］：从自主需求、关系需求和能力需求3个方面的两个维度（满足感和挫折感）对学员开展基本心理需求满意度的自我评价，采用5级评分（完全不符合、不符合、一般、符合、完全符合），评估学员心理需求满意度和自我效能感。满足感得分越高表示学员对自我心理需求的满意度越高；挫折感为反向评分，即得分越高表明学员的挫折感越强，在统计中按照反向计分进行统计分析。

三统计学分析

本研究使用R4.3.3软件进行数据分析。正态分布计量资料以±s表示，组间比较采用两样本t检验；非正态分布计量资料采用M（P₂₅～P₇₅）表示。组间比较采用Wilcoxon秩和检验，复苏胜任力前后培训评估得分比较采用配对t检验。计数资料采用频数及率表示，组间比较采用Fisher精确概率法。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

本研究符合纳入标准的学员48位，8位已具备高水平气管插管技能的学员被排除，其余40位学员纳入随机分组。VR组中2位未按要求完成VR培训而剔除，最终纳入分析的学员中，VR组18位，对照组20位。

一 VR培训气管插管的模拟

VR组学员均在熟悉VR头显设备后进行了气管插管VR培训，模拟完成气管插管的完整操作过程（图1）。

图1 VR培训气管插管的模拟场景展示　1A：学员佩戴VR头显设备中所呈现的VR场景图；1B：学员佩戴VR设备进行训练，培训导师通过电脑投屏可以看到学员在VR场景中的操作情况

注：VR：虚拟现实（virtual reality）

二 2 组学员基线信息比较

2组学员年龄、科室、职称及培训前理论测试得分差异均无统计学意义（P值均>0.05）。培训前复苏胜任力基线评估方面，VR组较对照组得分高，差异有统计学意义（P=0.010）。见表1。

表1 基线信息在2组间的比较

注：^a分母小于20不计算百分率；^bFisher精确概率法；VR：虚拟现实（virtual reality）

三 2 组结局指标比较

1.气管插管成功率：VR组与对照组的气管插管成功率差异无统计学意义（P=0.745）。见表2。

表2 结局指标在2组间的比较

注：^a分母小于20不计算百分率；^b以操作漏项的例数为分母；^c1位学员未按要求完成《基本心理需求满足及挫折量表》，故数据来自19位学员；^dFisher精确概率法

2.气管插管时长及操作规范性：VR组和对照组气管插管用时的组间差异无统计学意义（P=0.758）；VR组和对照组完成气管插管操作后按照正确顺序进行通气判断、测量深度及固定插管的比例明显高于对照组（P=0.025）。VR组与对照组漏做通气判断、漏做插管深度测量和漏做插管固定的比例差异均无统计学意义（Fisher精确概率法，P=0.182）。

3.培训前后学员复苏胜任力评估及基本心理需求满意度调查问卷分析：（1）复苏技能胜任力评估：所有38位学员均在培训后填写了《复苏人员自我胜任力评估问卷》。培训后的复苏胜任力自我评估得分VR组（t=－3.83，P=0.001）和对照组（t=－6.11，P<0.001）均较培训前提高，但组间比较差异无统计学意义（P=0.305）。（2）基本心理需求满意度评估：在3个方面的评估中，在关系需求满意度评估方面，VR组与对照组相比有提高（P=0.036）；自主需求和能力需求评分组间差异均无统计学意义（P值均>0.05）。见表2。

讨论

本研究探讨了VR技术辅助新生儿气管插管技能培训的作用。通过对学员气管插管技能培训效果、复苏胜任力及基本心理需求满意度评估的分析，本研究发现，VR技术并不能明显提高医护人员的气管插管成功率，但提升了完成气管插管后流程操作的规范性，同时VR技术还可能促进操作时的同伴协作。

一 VR培训在提高新生儿气管插管成功率及缩短插管时间方面无显著优势

本研究表明，VR组新生儿气管插管成功率并不高于对照组。与国外一项研究结果相似，该研究开发了类似的VR设备，利用三维头显和触觉进行气管插管的模拟训练，发现VR设备与人体模型的训练相比并未提高气管插管成功率及缩短气管插管时间^［17］。另一项将VR技术应用于气管插管培训的研究也发现，与现场演示相比，VR并未提高插管成功率及缩短插管时间^［23］。可能是因为气管插管本身为一项技术性较强的操作，而VR提供的是相对虚拟的环境，缺乏操作过程中的真实触感和反馈，无法形成个性化调整和记忆，不利于手部操作技术的提高和手-眼协调^［24-25^］。另外，因本研究VR操作培训时间较短，且仅完成一次，可能也影响了成功率。目前有研究构建了高保真视觉与力反馈系统——一种基于物理的VR模拟框架，通过整合基于位置动力学的多模态物理模型（刚性骨骼、软组织和流体）、计算机系统模拟的虚拟触觉耦合技术，结合新生儿CT参数化动态解剖调节，能够提供沉浸式、可配置的气管插管训练环境，有望获得更优的培训效果^［26］。

二 VR技术在提高气管插管操作流程的准确性和规范性方面具有良好的效果

尽管VR技术在提升操作成功率方面没有获得预期的作用，但本研究发现VR训练可以提高操作流程的准确性和规范性。这一结果已被许多VR训练的研究所证实。研究显示，与单纯的技术指导相比，VR训练在胫骨髓内钉手术培训中，可以降低关键流程的错误次数［（3.2±0.1）与（5.7±0.2）次，P=0.02］^［27］。一项成人心肺复苏培训的随机对照研究表明，VR组学员的胸外按压的深度和频率更符合标准^［28］。在一项通过达芬奇手术机器人模拟平台辅助尿道膀胱吻合术培训中也发现培训后新学员的吻合速度提升了35%，错误率下降了42%^［29］。在新生儿复苏方面，VR也开始发挥重要作用。世界卫生组织实施的帮助婴儿呼吸（Helping Babies Breathe，HBB）项目组通过VR培训在资源匮乏地区改善了知识和技能的培训效果，VR组在培训后6个月时正压通气的通过率较培训前提升了3%，而观看视频组和标准培训组均下降了14%；关键通气矫正步骤（加大通气压力）正确率明显提高^［30］。这可能是因为VR训练通过手眼协调使得正确的操作容易记忆，且展现操作细节，从而显著提升操作的流程标准化，在规避临床常见错误方面起到积极的影响，对于复杂流程的技能培训可能具有良好的效果^［15］。

三 VR培训对提高团队整体效率和协作能力具有正向的意义

VR培训可提高技能培训时的理解和记忆，提高参与度，且能够提高培训前后的积极情绪^［31］。一项研究通过VR培训发现，实验组学员在进行气管切开护理过程中自我效能评价的3个维度：熟悉度（83%与76%）、信心（92%与74%）和减少焦虑（93%与75%）上优于常规组^［32］。VR训练可以模拟复杂的团队工作环境，帮助团队成员理解彼此的角色和责任，提高团队的整体效率和协作能力^［33-35^］，并增加紧急情况下的抗压能力和自信心^［36］。本研究通过两种心理评估量表揭示培训对内在动机的影响。《复苏人员自我胜任力评估问卷》评估技能信心，《基本心理需求满足及挫折量表》^［22］捕捉心理状态，联合使用可全面评价VR培训对学员能力（技术+心理）的改善效果。本研究发现，与对照组相比，VR组学员关系需求满意度方面显示出明显的提高，这意味着VR训练可能在促进与同伴的良好协作能力方面发挥积极作用。随着VR技术的不断更新，还可通过穿戴心率监测器和生理学监测器收集学员在训练中的生理数据，为评估学员的心理活动和压力提供更客观的评估^［37］。本研究还发现，培训前VR组学员复苏胜任力评估得分高于对照组，尽管培训后较培训前有提高，但与对照组培训后相比差异无统计学意义，考虑原因是样本量小影响了统计效能，因此VR培训对复苏胜任力的影响需要进一步研究。

四本研究局限性及结论

本研究为VR在新生儿气管插管技能培训中的观察性研究，但样本量较小；大部分学员对VR设备的使用不够熟练，可能影响操作体验和培训效果；另外，VR设备目前仍处于较初始的阶段，缺乏与手部精细性动作和角度变化的拟合，新生儿气管插管场景的真实感不足。期待通过对于VR技术的深入探索，开发更为优秀的VR培训系统。

本研究表明，VR技术在新生儿复苏的关键技术气管插管技能培训中可以提高操作的规范性，随着对VR模拟培训技术的深入开发和手部动作的植入，期待能在提高学员的新生儿气管插管成功率方面发挥积极作用。

利益冲突声明所有作者声明不存在利益冲突

参考文献：略