醫學教育思潮中的科技革新:從實體模擬3D列印到虛擬實境與機器手臂訓練



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三軍總醫院胸腔外科主治醫師
林冠勳

醫學教育思潮中的科技革新:從實體模擬3D列印到虛擬實境與機器手臂訓練


一、引言:醫學教育的變革脈絡

  傳統的醫學教育以師徒制為核心,醫學生透過在臨床現場觀察、模仿與實踐中累積經驗。早期多依賴實體標本、屍體解剖與病房跟診來建構臨床知識與技能。然而,隨著病人安全意識抬頭,以及手術技術日益精密,僅依賴傳統方法已難以滿足現代醫學生的學習需求。

  進入21世紀後,醫學教育逐步導入模擬訓練技術(Simulation-Based Education),從高擬真模型(High-Fidelity Mannequin)到虛擬實境(Virtual Reality, VR)、3D列印(3D Printing)、以及機器手臂輔助手術訓練(Robotic Surgery Training)等,帶來學習環境與策略上的革新。教育理念亦從傳統知識傳授轉向能力導向(Competency-Based Medical Education, CBME)、可授權專業活動(Entrustable Professional Activities, EPA),推動以學習者為中心的醫學教育模式。

  今日醫學生在學習歷程中面臨兩大挑戰:一是臨床技能日益複雜,包含微創手術、影像導引手術等;二是實際臨床暴露時間與機會受限。故如何善用科技工具補足學習缺口,成為當代醫學教育者的重要課題。


二、虛擬實境(VR)技術導入:突破空間與風險限制

  虛擬實境技術能模擬臨床手術環境,讓學習者在無風險的虛擬空間中練習操作技能、決策能力與流程理解。應用案例包括:虛擬支氣管鏡模擬、腹腔鏡操作訓練與虛擬神經手術模擬等。

  Ryan Lohre等人(2020)於 JAMA Network Open 發表的隨機對照試驗證實,沉浸式VR訓練能有效提升學員手術技能表現與知識掌握,且操作錯誤顯著較少[1]。受訓者在Objective Structured Assessment of Technical Skills (OSATS)量表評分與知識測驗上皆優於僅接受影片教學的對照組。

  虛擬實境的最大優勢包括:可重複練習、即時回饋、無實體資源限制與高度客製化學習體驗。此類訓練模式反映醫學教育思潮的轉變:從「老師教什麼」的灌輸式教學,走向「學生建構什麼」的建構主義學習(Constructivist Learning)。


三、3D列印技術:具備個人化與具象化的學習特色

  3D列印技術能將CT/MRI等醫學影像資料轉換為實體模型,使抽象的病灶結構或手術路徑得以具象化,協助學生建立空間認知與臨床決策能力。

  Iulianna C. Taritsa等人(2024)回顧文獻指出,3D列印模型廣泛應用於神經外科、泌尿科與耳鼻喉科訓練,學員對其擬真度與學習效益評價極高[2]。Spencer Jason Montgomery等人(2020)也證實,在骨科訓練中使用3D骨折模型,可提升住院醫師對骨折型態與手術計畫的理解[3]。

  目前,3D列印模型正結合AI與XR技術,發展具備學習歷程記錄與即時回饋功能的智慧教具,成為未來模擬訓練發展的新方向。


四、機器手臂與微創手術訓練:精準醫療下的新世代學習場域

  微創與機器手臂手術改變了傳統手術技術的執行方式,對於醫學生與住院醫師而言,必須重新適應不同的視野控制、操作方式與空間感知。

  Haydee Del Calvo 等人(2023)系統性回顧指出,目前許多的一般外科訓練課程已導入模組化的達文西系統訓練,並結合模擬器(da Vinci Skills Simulator)、OSATS、GEARS等工具進行客觀技能評估[4]。

  但Youssef M. Khalafallah 等人(2021)指出,在實務上,機器手術的興起可能壓縮傳統開腹與腹腔鏡訓練機會,部分住院醫師因此認為技能培養不均[5]。這凸顯了教育策略需同步調整,以確保核心手術能力的平衡養成。

  結合刻意練習與精熟學習理念,機器人手術訓練能提供結構化、目標明確、具可衡量成果的學習模式。


五、整合觀點:科技驅動的醫學教育未來藍圖

  虛擬實境、3D列印與機器手術模擬各自具備訓練價值,若能整合成多模態教學,並導入AI學習分析,將可提供更全面的學習經驗。

  這樣的學習模式也促使教師角色轉變:從單純傳授知識者,成為學習設計師、引導者與學習成效評估者。醫學教育者需具備跨領域素養,整合科技工具、教學理論與學習評量方法,創造以學習者為中心的課程環境。

  學習者也逐漸轉為主動知識建構者,善用數位平台、自主學習資源與即時回饋機制,建立持續學習的能力與習慣。


六、結語

  科技革新不僅改善了醫學生臨床技能學習的可及性與安全性,更重新定義了「學習」與「教學」的核心概念。未來的醫學教育,應強調同理心與人本關懷,並透過科技提升訓練的有效性與個別化。

建議未來研究應著重:

  1. 各項技術訓練對實際臨床能力的長期影響。
  2. 技能轉化至臨床實作的效率與可持續性。
  3. 混合式教學模式對不同學習風格與背景醫學生的差異化影響。

唯有將科技與教育理念緊密結合,方能打造真正促進學習、保障病人安全的現代醫學教育體系。


參考文獻:

  1. Lohre, R., et al., Effectiveness of Immersive Virtual Reality on Orthopedic Surgical Skills and Knowledge Acquisition Among Senior Surgical Residents: A Randomized Clinical Trial. JAMA Network Open, 2020. 3(12): p. e2031217-e2031217.
  2. Taritsa, I.C., et al., Three-Dimensional Printing in Surgical Education: An Updated Systematic Review of the Literature. Journal of Surgical Research, 2024. 300: p. 425-431.
  3. Montgomery, S.J., et al., Impact of 3D Printed Calcaneal Models on Fracture Understanding and Confidence in Orthopedic Surgery Residents. Journal of Surgical Education, 2020. 77(2): p. 472-478.
  4. Del Calvo, H., et al., A systematic review of general surgery robotic training curriculums. Heliyon, 2023. 9(9): p. e19260.
  5. Khalafallah, Y.M., et al., Residents’ Views on the Impact of Robotic Surgery on General Surgery Education. Journal of Surgical Education, 2021. 78(3): p. 1007-1012.

2014 © 台灣醫學教育學會

發行人:台灣醫學教育學會 理事長:倪衍玄教授 主編:陽明交通大學醫學院楊盈盈主任委員 執行編輯:國防醫學院 林錦生

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