动态数据驱动仿真模型在颅脑创伤护理学教学中的应用

Application of Dynamic Data-driven Simulation Model in the Teaching of Head Trauma Nursing in Head Trauma Nursing Practice Teaching

摘要

目的 探讨基于动态数据驱动仿真模型在神经外科护理学员颅脑创伤护理教学中的作用和效果。 方法 选取2021 — 2024年进入西京医院神经外科实习的共计240名护理学员为研究对象，随机分为传统教学组（对照组）和动态数据驱动仿真模型教学组（实验组），每组120名学员。通过构建动态数据驱动颅脑创伤虚拟仿真模型，利用虚实结合的仿真模型开展颅脑创伤护理教学实践。教学结束后，对比两组学生的理论知识掌握程度、实践能力和教学内容的满意度调查结果，综合评价教学效果。 结果 实验组学生的理论成绩和实践能力考核成绩分别为（92.50±12.37）（88.40±9.12）均高于传统教学组（86.92±7.43）（79.08±8.36）（P<0.05），理论成绩中主要是脑脊液漏护理、术后伤口护理知识掌握程度显著高于对照组（P<0.05），对教学模式及教学内容满意度调查显示，实验组对教学的总体满意率显著高于传帮带的传统教学方法组（P<0.05）。 结论 动态数据驱动仿真模型教学实现了颅脑损伤护理真实模拟操作教学，显著提高了教学效果，加强了护理学员的实践技能和学习兴趣，为培养合格的神经外科护理人员提供了良好的技术平台。

Abstract

Objective To explore the role and effect of dynamic data-driven simulation model in the teaching of neurosurgery nursing trainees in the nursing of head trauma. Methods A total of 240 nursing trainees who began the neurosurgery internship at Department of Neurosurgery of Xijing Hospital in 2021, 2022, 2023 and 2024 were selected as the research subjects. Among them, 120 students were in the traditional teaching group, and another120 students were in the dynamic data-driven simulation model teaching group. By constructing a dynamic data-driven virtual simulation model of head trauma, the simulation model combining virtual and real reality was used to carry out the teaching practice of head trauma nursing. After the teaching, the teaching effect was comprehensively evaluated by comparing the two groups in theoretical knowledge, practical ability and the survey results of students’ satisfaction with teaching content. Results The theoretical and practical ability assessment scores of the students in the experimental teaching group were (92.50±12.37) and (88.40±9.12), respectively, which were significantly higher than those in the traditional teaching group (86.92±7.43) and (79.08±8.36)(P<0.05). The knowledge of cerebrospinal fluid leakage nursing and postoperative wound care was significantly higher than that of the control group (P<0.05). The survey showed that the overall satisfaction rate of the experimental teaching group was significantly higher than that of the traditional teaching method group (P<0.05). Conclusion Teaching based on the dynamic data-driven simulation model has realized the real simulation operation teaching of head injury nursing, significantly improved the teaching effect, strengthened the practical skills and learning interest of nursing students, thus providing a good technical platform for training qualified neurosurgical nurses.

Graphical abstract

关键词

动态数据驱动仿真模型 / 颅脑损伤 / 护理学实践教学 / 神经外科

Key words

dynamic data-driven simulation model / head trauma / nursing practice teaching / neurosurgery

随着高技术武器的发展和应用，未来战争形势越来越复杂和激烈，作为军校医护人员，如何面对战场复杂伤病员的救治，是军校学员必须掌握的医疗知识。尤其在战时，颅脑损伤占全身部位损伤总数的30%^［1］，平时也占全部创伤类型的20%左右^［2］，其发生率仅次于四肢骨折，但死亡率远远高于四肢骨折。其直接损伤包括头皮损伤和颅骨骨折等，同时容易引起的一系列病理生理变化，造成继发性脑损伤，如严重脑挫裂伤、脑水肿所致的颅内高压等，是导致死亡的重要原因^［3］。脑损伤的患者会出现语言、行动障碍，导致病人护理难度大，因此高效、优质的护理对颅脑创伤急救及康复具有重要意义^［4-5］。针对颅脑损伤患者的护理内容主要包括急救护理、术前护理和术后护理3部分。研究显示，有效衔接急救护理、手术室护理和术后护理能有效缩短急救反应时间、提高救治效率和护理质量^［6-7］。重型颅脑损伤患者的急救护理质量要求高，参与救治的护理人员须密切观察患者的意识状态，确定患者是否能够进行有效的自主呼吸，护理内容还需要防止发生意外和合并症，并确保患者情绪稳定，增加患者舒适感等。在实际教学过程中，护理学员实习期较短，遇到患者实践操作实践机会少，锻炼不足，学员面对护理难度大、伤情复杂的患者容易出现操作失误、护理不当的情况。因此有必要强化教学训练内容，及早熟悉相关知识和实践内容，反复操作加强记忆。

针对神经外科重度颅脑损伤患者的护理教学内容，采用动态数据驱动（Dynamic Data-driven Simulation，DDDS）仿真模型，利用来自现实患者的生理病理数据动态调整仿真模型，通过虚实结合方式开展实践教学，使学员能够掌握护理知识和护理技能，通过比较两种教学模式，评估基于数字孪生的动态数据驱动仿真模型的教学方式在学员掌握专业知识、实践技能、教学满意度中的教学效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究采取整群抽样法，以护理专业2021 — 2024年级本校共计240名在西京医院神经外科实习的护理学员为研究对象。其中2021 — 2022年实习学员120名为对照组，完成传统的讲授和带教学习。2023 — 2024年实习学员120名为DDDS仿真模型教学实验组，通过虚拟仿真教学结合传统带教学习。对照组平均年龄为（20.78±0.96）岁，实验组平均年龄为（20.48±0.84）岁，两组无显著差异。

1.2 研究方法

对传统教学组按照人才培养方案和教学大纲的要求，采用传统理论教学模式，利用PPT课件和模拟操作讲解方式开展颅脑创伤病人的护理技能培训，教师向学生讲授该章节的内容。在传统教学模式中，学员学习主要通过与教师问答方式开展，实践机会较少。动态数据驱动仿真模型教学组是基于虚拟仿真教学系统开展教学，采用可视化和数字化的颅脑创伤虚拟模型，基于动态数据驱动应用系统。两组除教学方式存在差别外，其余均保持一致。

动态数据驱动仿真模型教学模式主要包括以下关键环节：①基于Unity3D引擎开发创建颅脑创伤患者虚拟仿真数据模型；②基于临床真实动态数据驱动的仿真模型。包括了生命体征监护操作、术前准备操作、术后伤口护理操作、脑脊液漏护理操作4部分内容；③虚拟教学模式的交互式功能模块，基于RTS-Tracker光学动捕系统，实时计算并输出学员操作的三维空间参数，计算学员在运动空间的技术操作轨迹，评估实践操作效果。

1.3 教学内容评估

通过对比两组护理学员对颅脑损伤护理理论知识和操作技能的掌握，分析不同教学模式对学员的教学效果。其中理论考试满分为100分，考试内容包括：保持呼吸道通畅、止血及预防休克、颅内压增高处理、脑脊液漏护理、良好体位、生命体征监护、术前准备、术后伤口护理、术后用药及健康教育等10部分内容，每部分内容10分，共100分。实践操作考试由2名工作5年以上的资深护师担任考官，主要设置了生命体征监护、术前准备、术后伤口护理、脑脊液漏护理等4部分操作实践，每部分25分，共100分。针对两组学员开展教学满意度调查，分析不同教学模式的学员满意度情况，针对实践内容、学习内容、教学师资和教学模式4方面开展，总体评定为优秀、良好、一般、差四个等级。其中优秀、良好为满意，一般、差为不满意。

1.4 统计学处理

所有数据的分析均使用 SPSS 22.0软件进行统计分析，计数资料采用百分比进行统计描述，组间比较采用χ²方检验，计量资料采用平均数±标准差（x±s）方式表示，组间比较采用t检验。检验结果以P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 研究结果

2.1 虚拟仿真护理教学对学员颅脑损伤护理知识理论水平的影响

对照组使用传统教学方法，共120人，培训时间3周。实验组使用DDDS仿真模型教学方法，共120人，培训时间3周。培训完成后，通过理论考核分析不同教学方法对学员的教学效果。研究结果显示，使用DDDS仿真模型教学方法可显著提高学员学习成绩。总体成绩显著高于传统教学组（P<0.01），进一步分析发现，术后伤口护理、脑脊液漏护理、颅内压增高处理三方面理论知识掌握程度显著高于对照组，其中对术后伤口护理知识影响最大（P<0.01），脑脊液漏护理次之（P<0.05），颅内压增高处理影响较小（P=0.05），其他理论知识掌握程度两者间无显著差别（见表1）。

2.2 虚拟仿真护理教学对学员颅脑损伤护理知识实践操作水平的影响

培训完成后，通过理论考核分析不同教学方法的教学效果。研究结果显示，对照组学员总成绩方面90分以上人数6人，70分以下人数24人，平均分为（79.08±8.36）分，DDDS仿真模型教学组学员总成绩方面90分以上人数24人，70分以下人数14人，平均分为（88.40±9.12）分，结果证实使用DDDS仿真模型教学方法可显著提高学员实践成绩，结果见表2。通过统计两组理论考核总成绩和实践考核成绩，DDDS仿真模型教学组（实验组）均显著高于对照组学员成绩（P<0.05），具有统计学意义，见图1。

2.3 两组护理学员对教学模式及教学内容满意度调查评价

教学模式及教学内容满意度调查评价显示，DDDS仿真模型教学组对教学的总体满意率显著高于传帮带的传统教学方法组，差异有统计学意义（P<0.05）（见表3）。通过进一步分析影响两种教学方式满意度的因素，发现DDDS仿真模型教学组学员对实践内容、教学模式认可度显著高于传统教学组，提示DDDS仿真模型的应用显著提升了学员的学习兴趣和满意度。

3 讨论

3.1 动态数据驱动虚拟仿真模型广泛应用于教学模式创新

基于数字孪生的动态数据驱动建模与仿真技术已经用于各行各业^［8］，数字时代更注重学生的解决复杂问题能力培养，采用数据驱动模型开展教育转型成为当今教育改革的重要方向^［9］，如采用大数据驱动的大学英语写作动态评估模型可有效提升英文教学水平^［10］，也用于装备课程教学^［11］，而虚拟仿真技术（Virtual Reality，VR）技术已经越来越广泛地应用于临床医学生教学内容^［12］，如妇产科学^［13］、眼科学^［14］、神经外科学^［15］等教学过程。目前主要应用于临床治疗和临床诊断的实践教学。针对临床实习生遇到临床救治限制和特殊疾病救治实践机会少、难度较大的特点，能够在短暂的实习期间掌握更多的临床操作技能和临床知识。但是VR技术在护理学员实践教学中的应用尚存在不足^［16］。采用DDDS仿真模型可有效促进模型和患者真实数据相结合，让真实数据动态地校正仿真模型，有效促进学员实习训练中更准确掌握颅脑创伤发展情况和护理知识。

3.2 DDDS仿真模型教学是解决颅脑创伤护理教学难点的重要方法

颅脑创伤虽然是神经外科一种常见的外伤疾病，也是战场创伤伤员的主要类型，但是由于其具有发病急、发病重、难护理的特点，与普通脑部疾病患者的护理不同。颅脑创伤患者在紧急处理期间、手术前和手术后康复期间，护理学员要开展急救护理、术前护理、术后护理三部分内容。急救护理针对保持呼吸道通畅、止血及预防休克、颅内压增高处理、脑疝救护、脑脊液漏的护理、观察意识及运动功能并保持良好体位等；术前护理包括心、肺、肾功能评估、生命体征监护、术前准备、手术前用药等；术后护理包括维持呼吸道通畅的护理、术后体位维持及护理、术后用药、术后伤口观察护理、引流液观察护理、手术后合并症预防、健康教育等护理内容。护理知识内容多，护理技术要求高，掌握颅脑创伤护理技能是培养一名合格的神经外科护士的基本要求。但是由于重度颅脑损伤的特殊性，其中急救护理、颅内压增高处理、脑疝救护及脑脊液漏等内容是护理教学中的难点问题。通过使用DDDS仿真模型模拟战场环境下颅脑创伤的发病过程和不同阶段的护理特点，针对颅脑创伤护理教学难点提出了解决方案。主要通过构建颅脑创伤患者头部仿真模型，基于以往真实患者的临床数据和视频数据，通过数据驱动仿真模型的实时效果，尤其是急救护理、颅内压增高处理、脑疝救护、脑脊液漏等护理过程实时模拟，实现了虚实结合的护理技能实践的教学。增强了学员对战场环境颅脑创伤病人的病情掌握程度和护理技能。本研究通过对比传统教学模式和DDDS仿真模型教学模式，分析两组学员理论学习成绩、实践技能成绩、教学内容满意度，发现DDDS仿真模型教学模式可以更好地培养护理学员在颅脑损伤护理方面技能，尤其是脑脊液漏护理、术后伤口护理两部分内容。证明虚拟仿真授课模式下更有效地提高了神经外科颅脑损伤的护理教学效果。

3.3 DDDS仿真模型教学有效解决颅脑创伤传统护理教学模式短板

以往传统灌输式的教学方法、随机式的实践带教方法，在颅脑损伤患者护理教学过程中仍以书本描述、视频教具配合等方法为主，学习简单，实操感不强，常常导致学员学习兴趣不高，学习内容不够全面，尤其实践技能学习，不能完整掌握护理操作技能，导致传统教学方法培养的护理学员存在知识短板。如何能够提升学员学习兴趣，培养学生主动学习的能力是教学中的重要内容，也是保障学习效能的重要途径。随着科学技术的进步，虚拟现实教学已经逐步进入多个层级的教学。教学系统可将训练者带入虚拟场景内，通过仿真的情景演绎，训练者将学习到不同阶段护理所需的各种知识。本次采用DDDS仿真模型教学模式通过模拟颅脑损伤的真实患者，通过患者真实数据驱动，让学员可以开展虚实结合的护理技能实践，学员有更高的学习兴趣、更为主动的学习动力，更多的实践操作机会，也有更多的试错机会，显著克服了初次护理紧张容易出错的短板，让学员在开展临床病人护理前能够熟练掌握相关操作技能，更好达到教学效果。

4 结语

本次教学模式的革新，提高了本科室护理教学的水平和教学效果。其他研究也证实虚拟仿真教学在护理学员培养中具有良好的教学效果^［17］。本次研究通过构建重度颅脑损伤护理知识虚拟现实教学模式，学员教学满意度显著提升，教学效果也明显优于传统教学组。说明DDDS仿真模型教学在神经外科临床护理学习中具有重要的作用，未来通过进一步建立多层级、网络化、系统化的虚拟仿真实验教学模块，尤其是基于数字孪生技术的动态数据驱动仿真模型，可以广泛应用于神经外科护理教学内容，有效弥补传统灌输式教学的不足，有效提升教学质量，进一步促进颅脑损伤护理教学的发展。

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