Development and evaluation of a virtual reality based total hip arthroplasty surgical training application
تُظهر هذه الدراسة شبه التجريبية أن برنامج تدريبي قائم على الواقع الافتراضي يعزز بشكل كبير مخرجات التعلم لطلاب غرف العمليات في جراحة استبدال مفصل الورك الكلي مقارنة بالتعليم عبر الإنترنت التقليدي وحده.
إن تعلم إجراء الجراحات المعقدة يمثل تحدياً عالي المخاطر، لا سيما عندما تتضمن العملية استبدال مفصل ورك تالف. تتطلب هذه العملية فهماً عميقاً للتشريح ومهارة يدوية دقيقة، ومع ذلك، فإن بيئة الفصول الدراسية التقليدية غالباً ما تقصر عن تحقيق ذلك. في غرفة العمليات الحقيقية، تكون سلامة المريض هي الأولوية المطلقة، مما يعني أن الطلاب لا يمكنهم دائماً الوقوف بالقرب الكافي لرؤية يدي الجراح أو الأدوات أثناء العمل. فالمشهد غالباً ما يكون محجوباً، والغرفة مزدحمة، وخطر العدوى مرتفع جداً بحيث لا يسمح بالمراقبة العابرة. ولتجسير هذه الفجوة بين النظرية والتطبيق، يتجه التربويون إلى التكنولوجيا الغامرة؛ حيث تخلق الواقع الافتراضي مساحة رقمية يمكن للمتعلم من خلالها الشعور بالحضور دون مخاطر جسدية، كما تلتقط فيديوهات الـ 360 درجة إجراءً جراحياً حقيقياً من كل الزوايا، مما يسمح للمشاهد بالنظر حوله كما لو كان واقفاً في الغرفة. وتعد هذه الأدوات بتقديم وسيلة آمنة وقابلة للتكرار لممارسة المهارات التي يصعب تعلمها في العالم الحقيقي.
لقد وضع فريق من الباحثين في جامعة مشهد للعلوم الطبية في إيران هدفاً لاختبار ما إذا كان إضافة هذه التكنولوجيا الغامرة إلى الدروس عبر الإنترنت القياسية يساعد الطلاب فعلياً على التعلم بشكل أفضل. وقد ركزوا على مجموعة مكونة من ستة وثلاثين طالباً في غرفة العمليات، عشرون منهم في فصلهم الدراسي الخامس وستة عشر في السابع. وقسم الباحثون هؤلاء الطلاب إلى مجموعتين؛ حيث تلقت كلتا المجموعتين التدريب الأساسي نفسه من خلال محاضرة قياسية عبر الإنترنت باستخدام شرائح وفيديو، تغطي خطوات استبدال مفصل الورك الكامل. توقفت المجموعة الأولى، التي مثلت مجموعة الضبط، عند هذا الحد، بينما تلقت المجموعة الثانية، على سبيل المثال، ساعة إضافية من التدريب باستخدام تطبيق واقع افتراضي تم بناؤه خصيصاً. تميز هذا التطبيق بفيديوهات 360 درجة تم تصويرها داخل غرفة عمليات حقيقية أثناء عملية استبدال ورك فعلية. وقد سُجلت اللقطات بكاميرا خاصة مثبتة على رأس أخصائي العظام، مما وفر رؤية من ذلك الموقع، لكي يتمكن الطلاب من رؤية الإجراء من وجهة نظر الجراح. تم تقسيم الفيديوهات إلى مقاطع قصة، يتبع كل منها أسئلة تفاعلية يتعين على الطلاب الإجابة عليها باستخدام وحدة تحكم للمتابعة، مما حول الدرس إلى تجربة توجيهية خطوة بخطوة.
كانت نتائج الدراسة واضحة وجوهرية؛ فعندما خضع الطلاب لاختبار لقياس ما تعلموه، سجلت المجموعة التي خاضت تدريب الواقع الافتراضي درجات أعلى بكثير من المجموعة التي اكتفت بمشاهدة المحاضرات القياسية عبر الإنترنت. وأظهر الطلاب في مجموعة الواقع الافتراضي تحسناً دراماتيكياً من مستوى معرفتهم الأولية إلى درجات اختبارهم النهائية، بينما لم تظهر المجموعة التي تلقت التعليم القياسي عبر الإنترنت عبر الإنترنت فقط أي تغيير ذي دلالة إحصائية. وكان الفرق بين المجموعتين كبيراً لدرجة أنه يشير إلى أن طريقة الواقع الافتراضي كانت أكثر فعالية بكوة في نقل المعرفة من الطريقة التقليدية عبر الإنترنت وحدها. ووجد الباحثون أن هذه الفائدة كانت ثابتة بغض النظر عما إذا كان الطالب في الفصل الدراسي الخامس أو السابع، مما يشير إلى أن التكنولوجيا تعمل بشكل جيد للمتعلمين في مراحل مختلفة من تعليمهم.
كان أحد الاكتشافات الأكثر إثارة للاهتمام هو كيفية تأثير التدريب على الطلاب ذوي مستويات المعرفة المختلفة. ففي المجموعة التي شاهدت المحاضرات القياسية فقط، مال الطلاب الذين بدأوا بمعرفة أكبر إلى إنهاء الدراسة بدرجات أعلى، محافظين على ترتيبهم الأولي. ومع ذلك، في مجموعة الواقع الافتراضي، اختفى هذا النمط؛ فقد ساعد التدريب الغامر الطلاب الذين لديهم معرفة سابقة أقل على اللحاق بأولئك الذين بدأوا بمعرفة أكثر، مما أدى فعلياً إلى تكافؤ الفرص. وهذا يشير إلى أن تجربة الواقع الافتراضي قدمت فائدة موحدة للجميع، حيث ملأت الفجوات التي تركتها المحاضرات القياسية مفتوحة. كما لاحظت الدراسة أنه بينما كان حجم العينة محدوداً بسبب القيود اللوجستية، إلا أن القوة الإحصائية للنتيات كانت عالية جداً، مما منح الباحثين الثقة في نتائجهم.
خلص الباحثون إلى أن استخدام فيديوهات الواقع الافتراضي بزاوية 360 درجة يعد وسيلة قوية لاستكمال التعليم الجراحي التقليدي. فهو يقدم حلاً لمشكلة محدودية الوصول إلى غرفة العمليات، مما يسمح للطلاب بالممارسة والمراقبة في بيئة آمنة ومنضبطة تحاكي الواقع. ومن خلال الجمع بين الدروس القياسية عبر الإنترنت وهذه التكنولوجيا الغامرة، يمكن للتربويين تحسين مدى فهم الطلاب للإجراءات المعقدة مثل استبدال الورك بشكل كبير. وتشير الدراسة إلى أن هذا النهج ليس مجرد أداة مبتكرة، بل هو أداة عملية يمكن دمجها في التدريب الطبي لضمان استعداد الطلاب بشكل أفضل قبل أن يخطوا أبداً داخل غرفة عمليات حقيقية.
ملخص تقني: تطوير وتقييم تطبيق تدريب جراحي لعملية استبدال مفصل الورك الكامل القائم على الواقع الافتراضي
بيان المشكلة تعد عملية استبدال مفصل الورك الكامل (THA) إجراءً جراحياً معقداً وعالي المخاطر، حيث غالباً ما تكون الملاحظة المباشرة من قبل الطلاب مقيدة بسبب مخاوف تتعلق بسلامة المرضى، ومخاطر العدوى، ومحدودية الرؤية في غرفة العمليات. وتفشل طرق التعليم التقليدية، مثل المحاضرات عبر الإنترنت التقليدية والمواد ثنائية الأبعاد، في توفير التعلم الغامر والقائم على السياق الضروري لإتقان التقنيات الجراحية. وبينما توفر تقنيات الواقع الافتراضي (VR) وفيديوهات 360 درجة حلولاً محتملة من خلال محاكاة الحضور الجسدي، إلا أن هناك حاجة لتقييم أثرها الإضافي تجريبياً على مخرجات تعلم الطلاب مقارنة بالتدريب القياسي عبر الإنترنت، لا سيما في السياق المحدد لتعليم تكنولوجيا غرف العمليات.
المنهجية استخدمت الدراسة تصميماً شبه تجريبي مكوناً من مجموعتين (مجموعة ضابطة وتدخلية) مع هيكل إضافي شمل 36 طالباً من طلاب غرف العمليات (20 من الفصل الدراسي الخامس و16 من الفصل الدراسي السابع) من جامعة مشهد للعلوم الطبية. ونظراً للقيود اللوجستية المتعلقة بالظروف الإقليمية، تم استخدام العينة الميسرة بدلاً من التوزيع العشوائي، رغم تأكيد التجانس الإحصائي بين المجموعات قبل التدخل.
تصميم التدخل:
القاعدة المشتركة: تلقت كلتا المجموعتين تعليماً تقليدياً عبر الإنترنت من خلال منصة Skyroom باستخدام محاضرات "باوربوينت" وشروحات من قبل الباحث.
مجموعة التدخل: بالإضافة إلى القاعدة عبر الإنترنت، تلقت هذه المجموعة (عدد=18) تدريباً قائماً على الواقع الافتراضي باستخدام فيديوهات 360 درجة تم تسجيلها في غرفة عمليات حقيقية في مستشفى الإمام الرضا، حيث تم التقاط الفيديوهات باستخدام كاميرا Insta360 مثبتة على رأس جراح عظام، مما وفر منظور الشخص الأول لإجراء عملية استبدال مفصل الورك الكامل.
ميزات تطبيق الواقع الافتراضي: التطبيق، الذي تم تطويره باستخدام محرر Unity ومعالجته بواسطة Adobe Premiere Pro، تضمن 15 مقطع فيديو قصير (من 1 إلى 3 دقائق) تغطي سير العمل الجراحي بأكمله (من وضعية المريض إلى إغلاق الجرح). وقد دمج النظام عناصر "التلعيب" (Gamification)، بما في ذلك أسئلة تفاعلية تتطلب استجابات عبر وحدة التحكم للمتابعة، وآليات تسجيل النقاط، وأجواء تنافسية.
المجموعة الضابطة: تلقت هذه المجموعة (عدد=18) التدريب التقليدي عبر الإنترنت فقط.
جمع البيانات والتحليل:
تم تقييم التعلم باستخدام اختبار متعدد الخيارات مكون من 20 فقرة أعده الباحث وتم التحقق من صحته (معامل ألفا كرونباخ = 0.897)، حيث تم تطبيقه كاختبار قبلي واختبار بعدي.
شمل التحليل الإحصائي اختبار Shapiro-Wilk للاعتدالية، واختبارات Wilcoxon للرتب الموقعة للمقارنات داخل المجموعة الواحدة، واختبارات t المستقلة للمقارنات بين المجموعات في الاختبار البعدي، واختبارات Mann-Whitney U لمقارنة معدلات تقدم التعلم. كما تم حساب أحجام التأثير باستخدام معامل Cohen's d.
المساهمات الرئيسية
تطوير منهج متخصص للواقع الافتراضي: نجح المؤلفون في تطوير تطبيق تدريبي قائم على فيديو 360 درجة مخصص لعملية استبدال مفصل الورك الكامل، حيث يتم التقاط الإجراء من منظور الجراح ودمجه مع المحتوى النظري والتقييمات التفاعلية القائمة على التلعيب.
التحقق التجريبي من الواقع الافتراضي في التعليم الجراحي: تقدم الدراسة أدلة كمية تقارن فعالية التدريب المعزز بالواقع الافتراضي مقابل طرق التدريب التقليدية عبر الإنترنت لطلاب غرف العمليات.
تحليل عدالة التعلم: بحثت الدراسة فيما إذا كانت فعالية التدريب بالواقع الافتراضي تختلف بناءً على المستوى الأكاديمي للطلاب (الفصل الخامس مقابل السابع) ومستويات معرفتهم السابقة.
النتائج
الأداء داخل المجموعة: أظهرت مجموعة التدخل تحسناً ملحوظاً إحصائياً من الاختبار القبلي إلى الاختبار البعدي (Wilcoxon, p < 0.001)، حيث تحسنت درجات 88.9% من المشاركين. وفي المقابل، لم تظهر المجموعة الضابطة أي تحسن ملحوظ إحصائياً (p = 0.057).
المقارنة بين المجموعات: حققت مجموعة التدخل متوسط درجات اختبار بعدي أعلى بكثير (12.83 ± 3.47) مقار بالمجموعة الضابطة (6.72 ± 3.18). وقد أنتج هذا الفرق حجم تأثير كبيراً جداً (d = 1.89, p < 0.001).
تقدم التعلم: كان معدل تقدم التعلم (فرق الدرجات) أعلى بكثير في مجموعة التدخل مقار بالمجموعة الضابطة (Mann-Whitney, p = 0.004).
تحليل الارتباط: وجد ارتباط إيجابي معنوي بين درجات الاختبار القبلي والبعدي في المجموعة الضابطة (r = 0.613)، مما يشير إلى أن المعرفة الأولية تنبأت بالأداء النهائي. ومع ذلك، اختفى هذا الارتباط في مجموعة التدخل (r = 0.018, p = 0.944)، مما يشير إلى أن تدخل الواقع الافتراضي قد نجح في تسوية أرض الملعب، حيث أفاد الطلاب بغض النظر عن مستوى معرفتهم الأساسية.
المستوى الأكاديمي: كانت فعالية التدخل متسقة عبر كل من مجموعتي الفصلين الخامس والسابع، مع عدم وجود فرق معنوي في معدلات التقدم بين المستويين الأكاديميين.
الأهمية والادعاءات تخلص الورقة البحثية إلى أن دمج التدريب القائم على فيديو 360 درجة (الواقع الافتراضي) مع التعليم التقليدي عبر الإنترنت يعزز بشكل كبير تعلم طلاب غرف العمليات في عملية استبدال مفصل الورك الكامل، مما يظهر حجم تأثير كبيراً جداً. ويدعي المؤلفون أن هذه الطريقة ذات قيمة خاصة لأنها:
تتغلب على قيود الوصول الفعلي إلى غرفة العمليات.
توفر فائدة تعليمية موحدة تقلل من فجوة المعرفة بين الطلاب ذوي مستويات التحضير المسبق المختلفة.
فعالة عبر المراحل الأكاديمية المختلفة (الفصلين الخامس والسابع).
تضع الدراسة فيديو 360 درجة (الواقع الافتراضي) كأداة تكميلية موصى بها، ومنخفضة التكلفة، وقابلة للتوسع للتدريب الجراحي المتخصص. ويقر المؤلفون بالقيود، بما في ذلك عدم عشوائية العينة الميسرة، وصغر حجم العينة نسبياً، ونقص بيانات الاستبقاء طويلة المدى. ويقترحون أنه بينما تثبت الدراسة الحالية مكاسب التعلم الفورية، يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على استبقاء المعرفة على المدى الطويل والمقارنة مع أنظمة الواقع الافتراضي الأكثر تفاعلية بالكامل.