XR技术在肝脏战创伤救治与临床教学中的应用

Application of XR-Based Technology in the Treatment and Clinical Teaching of Combat-Related Liver Trauma

摘要

战创伤是导致部队战斗减员的重要因素，其中腹部脏器损伤发生率约为15%~20%，而肝脏创伤在腹部脏器损伤中占比最高（35%~45%）。肝脏损伤引发的出血性休克是现场死亡的主要原因，约60%的肝损伤死亡与未能及时控制出血直接相关。因此，掌握纱布填塞止血等紧急救治技术对争取后续治疗时间具有决定性意义。然而，传统肝损伤教学面临资源匮乏、内容枯燥、情境缺失三大难题，严重制约学员综合救治能力的提升。该研究融合虚拟仿真（virtual reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）与三维重建技术，构建了“虚实结合-阶梯递进-身心入境”三位一体的沉浸式教学体系。通过搭建三维解剖认知平台和战创伤情景资源库，创建“五环节递进式”训练路径，并利用高保真战场环境模拟系统强化学员的应急决策与操作能力。实践表明，该体系显著提升了学员的解剖知识掌握度（平均分从67.5提升至92.3）、临床思维能力（决策时间缩短35%）和操作规范率（达95.8%），为培养高素质战创伤医学人才提供了有效途径。

Abstract

Combat trauma represents a critical factor in combat attrition, with abdominal organ injuries accounting for 15% to 20%. Liver trauma is the most prevalent among these, comprising 35% to 45%. Hemorrhagic shock resulting from liver injuries is a leading cause of mortality on the battlefield, with approximately 60% of liver trauma deaths directly linked to failure to control bleeding in time. Therefore, mastering emergency treatment techniques such as gauze packing for hemostasis is crucial for gaining critical time for subsequent interventions. However, traditional liver injury training faces three major challenges including insufficient resources, monotonous content, and lack of realistic scenarios, which severely restrict the development of trainees’ comprehensive rescue capabilities. This study integrates virtual reality (VR), augmented reality (AR), and three-dimensional reconstruction technologies to establish a tripartite immersive teaching system characterized by “virtual-real integration, step-by-step progression, and full immersion”. By constructing a three-dimensional anatomical and a combat trauma scenario resource library, a “five-phase progressive” training pathway was established. Additionally, a high-fidelity battlefield environment simulation system was utilized to enhance trainees’ emergency decision-making and operational skills. Practical results demonstrate that this system significantly improved trainees’ mastery of anatomical knowledge (average scores increased from 67.5 to 92.3), clinical thinking ability (decision-making time reduced by 35%), and operational standardization rate (reaching 95.8%). This approach provides an effective pathway for cultivating high-quality medical professionals specialized in combat trauma care.

关键词

虚拟现实技术 / 肝脏创伤 / 战创伤救治 / 临床教学 / 手术训练

Key words

Virtual reality technology / Liver trauma / Combat trauma care / Clinical teaching / Surgical training

战创伤救治是军事医学教育的核心环节，直接关系到战场伤员的生存率与部队战斗力的保持。现代战争数据显示，战创伤导致的部队减员率高达20%~30%，其中腹部脏器损伤占全部战伤的15%~20%^［1］。肝脏作为人体最大的实质性器官，因其解剖位置固定、组织脆性高、血供丰富^［2］，在腹部战创伤中发生率居首，约占35%~45%^［3］。更为严重的是，肝损伤引发的失血性休克是战场现场死亡的主要原因，约60%的肝损伤死亡与未能及时有效控制出血直接相关^［4］。

这一严峻现实凸显了掌握肝外伤紧急救治技术的紧迫性。纱布填塞止血法作为战场环境下最有效的临时止血措施，操作虽不复杂，却是决定伤员预后的关键环节，能为后续确定性治疗赢得宝贵的“黄金十分钟”^［5］。然而，传统肝损伤教学模式难以满足实战需求，其主要依赖理论讲授和有限动物实验，既无法还原战场环境的复杂性，又不能提供充足的重复训练机会，导致学员在真实战伤救治中往往出现手足无措、决策困难等问题。

随着扩展现实（Extended Reality，XR）技术的成熟，虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）等技术为战创伤医学教育提供了全新解决方案^［6］。研究表明，基于VR的三维可视化模型可显著提升对复杂肝脏解剖的理解^［7］，而结合PDCA循环的VR训练能有效提高实践操作能力^［8］。基于认知负荷理论与技能习得规律^［9］，本研究构建了基于XR技术的肝创伤诊治教学模式，通过创建沉浸式、交互式教学体系，旨在全面提升学员的战创伤救治能力，为培养高素质军事医学人才探索新路径。

1 传统教学模式的三大瓶颈

1.1 教学资源不足，理论与实践脱节

现有战创伤教学资源存在明显缺陷。高质量教学案例匮乏，学员难以通过足够案例建立完整的知识体系。调查结果显示，超过80%的医学院校缺乏系统战创伤教学案例库^［10］，现有案例往往陈旧，无法反映现代战争特点。教学设备更新滞后，多数院校仍使用平面图谱和简易模型，难以展示肝脏复杂的立体解剖结构，特别是脉管系统的三维分布。理论教学与实操训练脱节严重，学员缺乏足够实践机会验证所学知识，导致面对真实伤情时难以有效转化理论知识。

1.2 教学方法单一，学习动力不足

传统肝损伤救治教学存在形式单一、内容枯燥的问题。教学多采用“教师讲、学生听”的灌输模式，缺乏互动性。这种被动教学模式的知识留存率仅20%~30%，远低于实践教学的70%^［11］。教学内容存在两极分化：或过于注重理论细节而忽视实战应用，或过分强调技术操作而缺乏理论支撑。这种失衡使学员既难建立系统知识体系，又无法掌握灵活应用技能。考核评价体系也存在缺陷，偏重理论记忆而忽视实践能力和临床思维评估，加剧了“高分低能”现象。

1.3 实战情境缺失，应急处置能力薄弱

战创伤救治要求救治人员具备在压力环境下保持冷静判断和快速反应的能力，但现有教学体系在这方面存在明显不足。首先，缺乏战场环境模拟，学员无法体验炮火、黑暗及嘈杂等恶劣条件下的救治挑战。高压环境下医护人员的决策效率可能下降40%以上，而传统教学难以培养学员应对这种压力的能力^［12］。其次，教学缺乏对伤员整体状况的动态模拟，包括生命体征变化、出血量评估等关键要素，使学员难以建立紧急救治意识，也无法训练资源有限条件下的处置决策能力。

2 构建“虚实结合-阶梯递进-身心入境”三位一体的教学新范式

2.1 构建“虚实结合”的模块化资源库，破解教学资源瓶颈

2.1.1 搭建三维立体化解剖认知平台

基于数字医学和三维重建技术^［13-14］，我们构建了完整的肝脏解剖立体化教学系统。该平台采用高精度CT/MRI数据，通过专业的三维重建算法，生成可任意旋转、缩放、透明化及分层展示的肝脏及其脉管系统模型。学员通过VR设备可进行沉浸式解剖学习，从任意角度观察肝脏的形态结构、Glisson系统分布、肝静脉走行及其与周围脏器的三维毗邻关系。平台设置分层学习模式，学员可根据自身学习进度，依次学习肝脏大体形态、门静脉系统、肝动脉系统、肝静脉系统及胆道系统，实现知识地逐步积累和深化。

特别值得关注的是，平台整合了肝脏创伤相关的病理解剖学内容，能够模拟不同致伤机制下肝脏损伤的典型表现，如撞击伤、穿透伤、爆炸伤等造成的组织损伤特点。学员可以通过交互操作，观察不同损伤类型对肝内重要结构的影响，理解损伤机制与临床表现之间的关联性，为后续的战创伤救治学习奠定坚实的解剖学基础。

2.1.2 建立战创伤情景资源库

针对战创伤教学案例稀缺、真实情境难以再现的核心问题，我们整合多年战创伤救治的临床经验，建立了系统的战创伤情境教学资源库。该资源库基于真实的战场救治案例，通过VR技术精确模拟从简单闭合性损伤到复杂爆炸伤、穿透伤等不同致伤机制下的肝损伤临床表现。系统采用先进的生理驱动模型，能够动态呈现伤情演变过程，包括出血量的积累、生命体征的变化、休克征象的出现等关键病理生理过程。每个案例均包含完整的救治流程演示，从初步评估、影像学判读到决策制定，重点展示了纱布填塞技术的规范操作要点，包括填塞顺序、压力控制、填塞物选择等关键技术细节。

资源库的建设充分考虑了战场救治的阶段性特点，涵盖了火线救护、战术救治、战役救治等不同阶段的典型场景。通过情景再现，学员不仅能学习技术操作，更重要的是了解到了不同救治阶段的任务分工、资源条件和决策要点。例如，在火线救护阶段，重点训练快速评估、简单止血和安全后送；在战术救治阶段，则强调全面评估、复苏支持和损伤控制手术；到了战役救治阶段，关注的是确定性治疗和并发症处理。这一资源库将以往仅能通过文字描述的临床经验转化为可重复观摩、可交互操作的教学资源，有效弥补了传统教学中战创伤案例不足的缺陷，为学员提供了丰富而系统的学习材料。

2.2 创设“阶梯递进”的沉浸式学习路径，重塑教学内容与方法

2.2.1 构建“五环节递进式”训练体系

基于认知负荷理论和技能习得规律^［15］，我们精心设计了环环相扣的“五环节递进式”训练体系。这一体系遵循从简单到复杂、从基础到综合、从理论到实践的教学原则，确保学员在虚拟环境中循序渐进地掌握战创伤救治的全流程。

第一环节：聚焦VR回顾肝脏解剖知识。重点强化与创伤救治相关的局部解剖关系。与传统解剖学习不同，此环节特别强调损伤相关的功能性解剖，如肝内血管的易损伤部位、重要结构的保护方法等，为后续操作奠定坚实的解剖学基础。

第二环节：模拟战场火线抢救环境。学员在炮火声、伤员呼喊声等战场背景音效中，学习在敌火威胁下进行快速评估、简单止血及安全后送等基本战救技能。此环节不仅训练技术操作，更重要的是培养战场环境下的心理适应能力和情境感知能力。

第三环节：转入检伤评估和术前准备训练。在相对稳定的医疗救治点进行系统的伤情评估。内容包括重点腹部查体、FAST超声判读及实验室检查结果分析等，培养学员的临床决策能力。通过虚拟病例，学员学习如何整合各种信息，形成初步诊断和救治方案。

第四环节：进入外科手术操作阶段。在高度仿真的虚拟手术室中完成从麻醉诱导到纱布填塞的全流程操作。此环节强调操作的规范性和决策的合理性，学员需要根据虚拟患者的实时反应调整操作策略。

第五环节：通过多维度考核评价系统。对学员的理论知识、操作技能和临床思维进行综合评价。系统提供详细的反馈报告，指出学员的优势和不足，并提供个性化的改进建议。

2.2.2 强化临床思维与操作能力培养

通过构建高度仿真的VR手术训练系统，我们为学员提供了可反复练习的操作平台，而无须担心资源限制或患者安全等问题。系统采用先进的物理引擎模拟组织特性，能够真实再现肝脏的质地、出血的动态效果以及填塞物的力学特性。学员在虚拟手术中需要依次完成麻醉监护、消毒铺巾、腹壁切口选择、腹腔探查、凝血块清理、出血点定位、纱布填塞直至关腹的全套操作。系统内置的智能指导模块会实时监测学员的操作规范性，及时纠正错误动作，确保关键技术要点的准确掌握。

在虚拟诊疗过程中设置多个决策节点，学员需要根据不断变化的伤情，自主选择检查方法、制定手术方案、处理术中并发症。例如，当遇到持续出血时，学员需要判断是动脉性出血还是静脉性出血，是选择继续填塞还是改变止血策略；当患者生命体征不稳定时，需要决定是继续完成手术还是采取损伤控制策略。这种全方位训练模式有效提升了学员分析问题、解决问题的综合能力。通过反复练习和及时反馈，学员不仅掌握了操作技能，更重要的是培养了在复杂情况下做出合理决策的能力，为将来应对真实的战创伤救治奠定了坚实基础。

2.3 营造“身心入境”的高压仿真战场，弥补应急训练短板

2.3.1 构建高保真战场环境模拟系统

利用最先进的VR全景技术，我们构建了高度真实的战场环境模拟系统。系统通过360度全景视频、三维音效定位技术，精确还原前沿救护所的真实场景，包括战场背景噪声、伤员呼喊声、医疗设备报警声等声光电效果。整合精细的生理驱动模型和动画系统，能够真实呈现伤员的生理和情感变化，包括面色改变、出汗或烦躁等休克征象，以及血压、心率及血氧饱和度等生命体征的动态变化。手术器械的高度仿真设计确保了操作的真实感，包括器械的重量感、开合阻力等物理特性都力求贴近真实。特别开发的物理反馈系统能够模拟组织阻力、出血冲击等触觉感受，创造出极具真实感的战场救治环境。这种多感官的沉浸式体验使学员产生强烈的现场感和紧迫感，极大地提升了训练的代入感和有效性。系统还模拟战场环境下常见的各种限制因素，如照明不足、空间狭小、设备有限、时间紧迫等条件。学员必须在这种挑战性环境中学会灵活应变，合理分配注意力，优化操作流程，为真实战场环境做好准备。

2.3.2 强化战救理念与应急处置能力

在高度逼真的战场环境基础上，我们着重强化战救理念的培养和应急处置能力的训练。学员被置于高度紧张的战场景观中，必须在严格的时间限制下快速完成伤情判断和救治决策。系统通过设置多种突发情况，如批量伤员的到来、医疗资源的临时短缺、伤情的突然恶化等，考验学员在压力环境下的应变能力。这种训练将“黄金一小时”“损伤控制复苏”“战术战伤救治”等现代战救理念^［16］内化为学员的本能反应，同时培养在高压环境下的心理素质和多任务处理能力。特别重要的是，训练中强调战术环境下的医疗决策特点。学员不仅需要考虑医学因素，还要综合评估战术形势、后送能力、资源可持续性等非医学因素。例如，在敌火威胁下如何平衡救治质量与操作速度，在资源有限时如何做出优先处置决策，这些都是在传统医学教育中难以体验的综合决策训练。训练过程中，系统会全面记录学员的决策时间、操作顺序、资源利用效率等关键指标，通过事后复盘帮助学员认识不足，持续改进。这种基于数据的反馈机制使学员能够客观了解自己的表现，明确改进方向。学员通过沉浸式体验，深刻理解战创伤救治的重要意义，树立“平时为战时，练兵为打赢”的坚定信念^［17］。

3 教学改革成效显著，实现知识、能力与素养的全面跃升

3.1 知识掌握程度显著提升

通过三维解剖认知平台的应用，学员对肝脏解剖结构的理解明显改善。教学评估数据显示（见表1），在涉及肝脏分叶分段、血管走行等空间关系的考核中，实验组学员平均得分达到92.3分，较传统教学组提高显著。门静脉系统辨识、肝静脉分布等难点知识的掌握正确率从45%提升至88%。课后调查显示，95%的学员认为立体化学习方式使抽象解剖概念更直观易懂。

3.2 临床思维能力明显增强

“五环节递进式”训练使学员的临床思维能力得到系统提升。实验组学员在伤情评估全面性、诊断依据充分性、治疗方案科学性等维度均显著优于对照组。在模拟诊疗过程中，学员能在综合考虑战场环境、伤情演变及资源限制等因素下，制定个体化救治方案。紧急情况处置方面，实验组学员决策时间平均缩短35%，决策质量评分提高42%。

3.3 操作技能水平大幅提高

通过高仿真VR手术训练，学员外科操作技能显著提升。考核数据显示，实验组学员在无菌操作、组织处理及出血控制等基础技能考核中平均得分达93.7分。纱布填塞技术操作规范率达到96%，填塞效果优良率达91%。学员手术效率明显提高，平均手术时间缩短25%，操作失误率降低60%。

3.4 战场应变能力有效提高

高保真战场环境模拟使学员战场适应能力得到提升。在模拟战场环境考核中，实验组学员在压力环境下能保持冷静判断，关键决策准确率保持在85%以上。心理评估显示，经过系统训练后，学员在高压环境下的焦虑水平降低50%，任务完成效率提高40%。在资源有限条件下的优先处置决策中，学员展现出更科学的伤情分类能力和资源调配意识。

4 结语

通过构建基于XR技术的战创伤肝损伤救治教学体系，有效解决了传统教学中资源受限、理论与实践脱节，以及战场沉浸感不足等问题。教学实践表明，该体系在提升学员知识掌握、临床思维、操作技能和战场应变能力等方面取得显著成效。学员不仅能牢固掌握肝脏解剖结构等理论知识，还能准确运用肝创伤救治技能，操作规范率和手术效率明显提高。

然而，当前系统仍需进一步完善。伤情库病例种类需要扩充，以覆盖更复杂的多脏器联合伤情景；人工智能技术在个性化学习路径规划与智能评估方面的应用深度有待提升^［18-19］。未来将持续优化仿真系统，增强训练针对性和适应性，并将这一教学模式拓展至更广泛的战创伤救治教学领域，为推进军事医学教育现代化提供支持。

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基金资助

空军军医大学基础医学院教学研究重点课题(2025-JCJXKT-ZD-02)

空军军医大学教学研究课题(2024ZX02)

中国病理生理学会医学教育研究重点课题(BSKEJ24001)