虚拟病人模拟与基于人体模型的模拟在评估和管理临床恶化中提高临床表现的比较:随机对照试验

介绍

护士在识别、应对和报告患者临床恶化方面的作用对于预防患者进展为心肺骤停至关重要。一篇文献综述指出，在护理学生开始病房护理实践之前，教育需要帮助他们管理患者的生理恶化[1］.一个6小时的基于人体模型的模拟程序，被称为RAPIDS(在恶化情况下抢救病人)，作为本科护理课程核心学习活动的一部分实施。一项随机对照研究表明，使用ABDCDE(气道、呼吸、循环、残疾和暴露/检查)和SBAR(情况、背景、评估和建议)记忆法的RAPIDS项目有效地培养了护理专业学生评估、管理病情恶化以及与团队医生沟通患者病情恶化的临床能力[2］.然而，如何在rapids培训后最好地保持这些能力尚不清楚。

采用定性研究的方法，探讨RAPIDS课程对护生临床实践表现的影响。该研究显示了基于人体模型的模拟在准备护理学生遇到病情恶化的病房病人方面的好处。为了优化他们在RAPIDS中的学习记忆和转移，该研究建议使用ABCDE和SBAR助记法进行定期的后续模拟训练[3.］.先前的研究支持使用基于人体模型的模拟来获得临床技能，但也证明了它们的局限性[1，4］.因为基于人体模型的模拟一次只涉及少数学生，所以需要相当多的教师时间来进行重复的会话。除了教师时间，模拟设施的可用性和调度问题是教育工作者在实施基于人体模型的模拟时面临的主要挑战。这些挑战使得很难确定这是否是维持或提高先前获得的技能的最佳后续学习方法。

与基于人体模型的仿真相比，虚拟患者仿真具有更少的这些资源限制。它能够通过应用系统回顾中确定的特征来创建高保真仿真。该虚拟病人模拟系统具有高水平的互动性和真实感，可在病人模拟系统中设计多种临床场景并进行引导反射。[5］.此外，它可以同时满足大量学习者的需求，并在需要时可供学习者重复使用。它可以随时随地使用，也可以以更灵活的方式融入课程[6］.虽然虚拟病人模拟已被广泛用于培训卫生专业人员[7-9，需要更多的研究来告知如何有效地设计和整合它们到课程中[10，11］.

设计并开发了虚拟患者模拟，作为一种教学学习策略来修改RAPIDS训练。我们进行了一项随机对照研究，通过将虚拟患者模拟与基于人体模型的模拟进行比较，来确定虚拟患者模拟在提高护理学生在评估和管理病情恶化方面的临床表现方面的效果。本研究亦进行了一项调查，以评估学习者对新发展的教学策略的看法。

方法

虚拟病人仿真系统的设计与开发

虚拟病人模拟，被称为e-RAPIDS，是由新加坡国立大学(NUS)的一组学术人员、临床医生和教育技术专家开发的。这个单用户交互式多媒体模拟是使用Flash软件创建的，并在由NUS托管的安全服务器上运行。课程内容基于以下学习目标:(1)展示使用ABCDE记忆法评估和管理临床病情恶化患者的系统方法;(2)展示使用SBAR工具向医生报告患者病情恶化的有效沟通技巧。使用了与急性医疗状况(急性冠状动脉综合征、低血糖、低血容量性休克、败血症、感染性休克)相关的五种模拟情景。常见的恶化情况，如气道阻塞、呼吸困难、低血压、心动过速、少尿、意识改变和体温异常都包含在这些情况中。所有场景都应用了一个虚拟患者的相同临床病史，该患者因多种医疗条件和合并症(图1)。病例史的复杂性允许在虚拟患者住院的不同阶段对恶化事件进行顺序模拟。针对每种情况开发了适当的临床结果和虚拟患者的反应。

图2给出了虚拟病人模拟场景的路径。学习者可以通过点击患者的入院日期来选择参与任何场景(A部分)图2)。病情恶化发生在入院第1天、第3天、第6天、第8天和第10天。一旦进入虚拟病房，学习者就会收到一份关于病例历史和虚拟患者病情最新更新的交接报告(B部分)图2)。在交接之后，学习者扮演护士的角色，面对一个病情恶化的虚拟病人。学习者需要通过点击ABCDE控制菜单中的操作来评估和管理虚拟患者不断恶化的病情图2)。模拟程序中有超过30种动作。点击一个特定的动作可能会导致一个箭头标志，指导学习者点击虚拟病房中的特定设备或物品。即时反馈，包括信息和生理变化，被编入系统以响应学习者的行为。动作产生的信息通过虚拟护士的语言表达传递，并以语音气泡的形式显示文本。包括心率、血压和氧合在内的生理参数显示在虚拟病房的电子监视器上。在程序中使用SBAR控制菜单来帮助学习者报告患者的恶化情况。

在每个场景结束时，学习者进入“汇报”屏幕(D部分)图2)，其中包括(1)五个汇报问题，(2)一个评估工具，该工具改编自一个经过验证且可靠的RAPIDS工具，以及(3)一个绩效分数。汇报问题引导学习者反思不断恶化的情况和他们所采取的行动。使用清单格式和简短的解释，评估工具向学习者提供关于在模拟场景中采取的适当和不适当行动的反馈。评估工具会根据学习者在场景中的行为自动计算出分数(D部分)图2)。

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虚拟病人模拟的评估

设计与样品

采用前测后测设计的前瞻性随机对照试验(见图3)。这项研究得到了新加坡国立大学(NUS)机构人类研究伦理委员会的批准。在2011年8月至12月的8个月前，我们通过电子邮件邀请了97名护理学三年级的高年级护生参加了一个6小时的基于人体模型的RAPIDS模拟项目。在拿到一份解释研究目的的参与者信息表后，61名学生同意参加。学生们得到保证，他们参加或不参加的决定不会影响他们的训练。采用随机数字表法将其随机分为试验组(n=31)和对照组(n=30)。然而，控制组的4名参与者退出了研究，因为他们无法加入预定的模拟，使该组有26名学生。

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基线测试

随机化后，两组在大学模拟中心使用基于人体模型的模拟评估进行基线测试。两组参与者分别进行了测试。为了减少偏见，参与者被要求戴上帽子、长袍和面具，以使可能知道参与者培训背景的评分者无法识别他们的身份。在模拟病房的介绍和病例历史的简要介绍之后，向参与者展示了一个基于人体模型的测试场景，该场景具有临床恶化的体征和症状。参与者每人有15分钟的时间来评估和管理恶化的病人模拟器，并有休克的迹象。由于所有的参与者都进行了相同的测试场景，在他们离开实验室之前，他们被提醒了场景的保密性。测试场景的整个过程都被录了下来。

干预

两组的干预措施在基线测试后立即进行。这两项干预措施同一天在该大学的模拟中心同时进行。实验组与对照组干预时间相同(2小时)。实验组的参与者被单独带进一个房间，房间里有一台电脑，可以使用如上所述的虚拟病人模拟。他们被要求在虚拟病人模拟中进行所有的模拟场景。对照组的参与者被分成6人一组，在训练有素的模拟协调员的带领下进行基于人体模型的模拟。参与者通过两种模拟情景(脓毒症和脓毒性休克)对病情恶化的患者进行研究。这些情景是为了模拟情景，引导学习者使用ABCDE和SBAR记忆法进行全面的护理评估和管理，并寻求帮助。每个模拟场景都以角色扮演开始，然后是汇报会议。当3名参与者进行角色扮演时，其余的学习者观察场景。 To allow all participants to have hands-on experience, the participants reversed their roles as observers and role players in the two scenarios. During debriefing, the facilitator used questioning techniques to lead the learners to reflect their simulation performances. In addition, using the ABCDE and SBAR mnemonic checklists, the facilitator provided specific feedback to the learners.

调查及后测

在完成虚拟病人模拟后，实验组的参与者被要求完成一份问卷来评估他们的学习经历。两组的所有参与者都进行了两次基于人体模型的模拟评估后测。第一次后测在干预后一到两天进行。大约2.5个月后进行了第二次后测。测试后模拟评估使用的场景和工具与基线测试相似。对模拟评估的全过程进行了录像。

仪器

由学术人员使用RAPIDS工具对记录的模拟性能进行观察和评分，该工具由两个域组成:(1)ABCDE域由二进制检查表项和全局评定量表项组成，以评估评估和管理患者病情恶化的表现;(2)SBAR域由二进制检查表项和全局评定量表组成，以衡量报告患者病情恶化的沟通技巧。RAPIDS工具的心理测量特性，包括内容效度和构念效度，以及解释者信度在先前的研究中得到了测试和支持[12］.在本研究中，两个评分者之间获得了良好的评分者间信度，类内相关系数为0.92 (95% CI 0.82-0.96)。

从电子学习系统成功(ELSS)量表中改编并修改了一份包含四个子量表(系统质量、信息质量、用户满意度和净效益)的19项问卷，以评估参与者对虚拟患者模拟的感知。每一项都以7分的李克特量表进行评分，范围从“非常不同意”到“非常同意”。该量表由Wang等人开发并测试[13]在之前的一项研究中，该研究旨在衡量电子学习系统在组织环境中的成功。该量表在本研究中具有较高的内部一致性(Cronbach alpha=.904)。

数据分析

样本量的计算基于先前使用RAPIDS工具测量的研究。每组15名参与者的样本给出的效应量为3.16，在5% α水平下可以达到80%以上的功率[14］.考虑到50%的流失率，特别是从第二次后测开始，我们的目标是每组招募30名参与者。卡方检验和t测试用于检查两组之间人口统计学特征的差异。用组内相关系数评价组间信度。使用重复测量方差分析(ANOVA)分析时间和组间绩效得分的差异。描述性统计使用的手段和标准偏差进行检查参与者的感知虚拟模拟。

结果

大多数参与者为女性(89.5%，51/57)，华人(78.9%，45/57)，平均年龄21.86岁(SD 1.13)。干预组与对照组在性别(P=.29)， ethnic (P=.07)，年龄(P= .14点)。这些结果支持了组间参与者的随机化和同质性。

在可能的最高表现平均分为54分的情况下，30.58分(标准差5.78)表示大多数参与者的表现平均分。重复测量方差分析(受试者内分析)表明，实验的第一次后测分数显著高于前测分数(P<.001)和对照组(P< . 05)。如图所示图4，实验组第二次后测得分显著下降(P< 0.05)。然而，两者并无显著差异(P=.94)，对照组第一次和第二次后测得分之间存在显著性差异。实验的第二次后测分数(P< 0.05)和对照组(P< 0.01)显著高于前测得分。

两组在三个时间点的两两比较表明，从前测到后测，两组均显著增加(P<.001)和从前测到第二次后测(P<措施)。两组的第一次和第二次后测结果无显著差异(P=点)。重复测量方差分析(受试者之间的差异)显示，实验组和对照组的成绩平均得分随时间的变化没有显著差异(P=。)。

参与者评分(实验组)的平均得分为7分制，表明他们对虚拟患者模拟(平均6.06,SD 0.71)感到满意，对系统质量(平均6.01,SD 0.56)和信息(平均6.06,SD 0.50)高度肯定，并高度感知程序的净效益(平均6.28,SD 0.59)。

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讨论

主要研究结果

本研究的虚拟患者模拟是通过对人体模型模拟程序RAPIDS程序进行系统和全面的评估而开发的。从进行需求分析到评估RAPIDS项目在临床实践中的长期效果，从一开始就进行了计划性研究[1-3.］.这些情景是根据常见的急性护理事件和临床专家的意见制定的。各种概念框架应用于开发和实现虚拟病人模拟。ABCDE和SBAR助记法是公认的危重病人护理指南，是培训内容的基础。2］.

通过与人体模型仿真的比较，评价了虚拟患者仿真的有效性。比较这两种模拟模式，我们承认结构和设计的变化被认为是混杂变量。解决观测结果的混杂变量是很重要的[15］.使用自我指导的学习方法，虚拟病人模拟提供学习者控制他们的训练议程，允许重复的“刻意练习”和接收标准化的反馈。基于人体模型的模拟使用协作学习方法，要求学习者在小组中进行动手模拟，并参与由训练有素的调解人领导的小组汇报。有了这个混杂变量，提供证据来支持结果测量的有效性是至关重要的[15］.本研究选择的结果测量与学习目标密切相关。在虚拟患者模拟和基于人体模型的模拟中，ABCDE和SBAR助记器提供了指导培训内容学习的框架。它们也是RAPIDS评估工具的构建，该工具先前已经过验证，并用于测量基于模拟的评估过程中的性能结果。1］.RAPIDS工具的有效性已经在先前的一项研究中得到了很好的证实，该研究基于临床专家小组的共识[13］.

在全面RAPIDS模拟课程后8个月进行的基于模拟的评估的表现得分(基线)表明，参与者在评估和管理患者恶化方面的表现还有很大的提高空间。我们发现虚拟病人模拟和基于人体模型的模拟都是有效的复习学习策略，可以提高护理学生的临床表现。早期的研究并不支持将虚拟病人作为高级心脏生命支持训练(ACLS)混合方法的一部分[16，17］.有人认为，虚拟患者模拟可能不是学习ACLS的最佳方式，后者基于算法方法和精神运动技能的发展，但更好地用于发展决策技能[18］.在本研究中，我们设计了虚拟的病人模拟，通过多种不同的模拟场景的刻意练习来提高临床推理能力。尽管实验组和对照组的测试后得分都有显著提高，但短暂的复习训练总体上没有达到最佳水平的技能提高。通过允许学习者定期进行学习，可以最大限度地从虚拟患者模拟中学习。护理学生对虚拟病人模拟的积极评价支持了该学习策略在我院护理本科课程中的使用。

我们发现虚拟病人和基于人体模型的模拟在提高护理学生评估和管理病情恶化病人的能力方面都是有效的。这一发现与先前的一项研究一致，该研究表明虚拟模拟和基于人体模型的模拟对提高团队合作技能都是有效的[4］.我们将通过系统回顾确定的有效学习特征纳入我们的模拟设计[19］.这些原则包括课程整合、训练水平范围、临床变化、多种学习策略、刻意练习和反馈。虚拟病人模拟被整合到现有本科课程的最后一年护理模块中。它被用作在RAPIDS课程后保持能力的自主学习策略。为虚拟患者模拟开发了各种模拟场景，以提供临床变化。这些场景在一系列训练水平上进行了排序，从简单到复杂的问题解决逐步进行，以促进刻意练习。在每个场景中，学习者通过扮演护士的角色来评估和管理病情恶化的虚拟病人，从而参与主动学习。学习者从计算机软件获得直接的实时反馈，并根据他们的护理行为预先编程患者的反应。在每个场景结束时，学习者还会通过评分系统和报告屏幕上显示的清单收到反馈。由于我们的研究提供了虚拟患者模拟的积极学习成果，我们呼吁教育工作者在虚拟患者学习体验的设计和实施中应用模拟原则。

虽然使用虚拟患者模拟可以立即改善参与者的临床表现，但这种改善并没有持续到2.5个月。然而，在基于人体模型的模拟中，参与者在2.5个月时表现出更一致和持续的改善，随着时间的推移几乎没有衰退。这种对学习的保留表明，与多媒体教学模式相比，动手模拟提供了更深入的学习，这与之前的一项研究的结果一致[20.］.在我们的研究中，虚拟病人模拟让参与者接触到大量的重复练习病例，并在反馈部分提供了大量的教学信息。这些方面很少集成到基于人体模型的模拟中，这也依赖于协作学习和引导者领导的汇报。研究发现，协作学习背后的社会互动可以促进对所学材料的长期记忆[21］.此外，通过引导和深思熟虑的反思，而不仅仅是模拟体验和定制反馈来加深学习[22］.

由于这两种学习工具都与改善的结果有关，比较它们的资源强度可能会导致更明智的课程决策[23］.虚拟患者模拟是一种比基于人体模型的模拟更节省资源的模拟方式，用于复习培训课程。尽管开发虚拟患者模拟有初始启动成本，但其实现比基于人体模型的模拟更少资源密集。使用虚拟患者模拟不需要模拟辅助设备、昂贵的设备或设施，这些都与高成本相关。此外，它可以同时容纳多个用户，并为一大群学习者提供学习内容，所有这些都可以提高课程规划和讲师时间利用的效率[24］.因此，在有大量学习者的机构中，使用虚拟病人模拟将是一个可行的选择[25］.虽然基于人体模型的重复仿真也是可行的，但其对资源的需求较高。在虚拟病人模拟中进行重复训练的机会是无限的。如果学习者要实现长期记忆，这种重复学习是必不可少的[26］.

限制

有一些限制值得注意。首先，当比较虚拟患者模拟与基于人体模型的模拟时，很难考虑到模拟设计和结构的所有差异。因此，这种比较是混乱的[27]，研究结果可能不能可靠地推广。其次，我们没有在6小时的RAPIDS模拟课程后立即测量性能水平，以确定进修训练前的恶化程度。第三，在本研究中，两组的训练时间相同。我们没有通过允许实验组定期进行学习来优化虚拟患者模拟的使用。频繁接触虚拟病人模拟是否能防止学习衰退，还有待进一步研究。第四，由于教师和学生的时间限制，结果测量仅限于干预后的即时和2.5个月。未来的研究可以在更长的时间内评估能力。第五，我们没有评估对照组的学习经验。在未来的研究中，可以考虑对两种模拟模式下学习者的体验进行比较研究。最后，结果测量仅限于基于个体模拟的评估，这可能偏向实验组。 Future studies could determine the outcomes of the virtual patient simulation on actual clinical practice.

结论

一个名为e-RAPIDS的虚拟病人模拟被开发出来，作为一个复习培训课程，以提高护理学生在病情恶化时抢救病人的临床表现。虽然该研究没有显示虚拟模拟优于人体模型模拟，但两种模拟都显示出在评估和管理临床恶化方面提高临床表现的有效学习策略。总的来说，学习者对虚拟病人模拟的评价非常积极。考虑到虚拟患者模拟的灵活性、实用性和可扩展性，随着时间的推移，它似乎比基于人体模型的模拟提供了一种更有前途的学习策略，以刷新临床表现。进一步的研究可以在此基础上为混合学习提供更多的证据，其中虚拟仿真与基于人体模型的仿真相结合。