基于模拟的超声引导血管通路教育培训提高临床前医学生的技能与信心：一项初步研究 - 健康研究

扎卡里·约翰斯(Zachary Johns)、文卡泰赛·贝拉拉(Venkatsai Bellala)、卢卢·毕(Lulu Bi)、海莉·瓦尔泽查(Haley Warzecha)、贾斯珀·叶(Jasper Yeh)、希亚玛尔·R·阿舍(Shyamal R Asher)

美国罗得岛州普罗维登斯市布朗大学沃伦·阿尔珀特医学院麻醉学系

通讯作者：希亚玛尔·R·阿舍(Shyamal R Asher)，美国罗得岛州普罗维登斯市布朗大学沃伦·阿尔珀特医学院麻醉学系，地址：593 Eddy Street, Davol #129, Providence, RI, 02903

目的： 在全国范围内的临床前课程中，麻醉学职业相关的超声技能（如超声引导静脉置管）的早期发展经常被忽视。这项单中心初步研究旨在比较临床前医学生在参加超声工作坊前后其超声引导血管通路技能的表现。

方法： 在参加交互式超声教育培训工作坊前，参与者被要求完成一个超声引导血管通路的临床模拟场景。学生被随机分为医学生教师组或主治医师教师组。两周后，重新实施该临床模拟场景。该临床模拟场景涉及在豆腐模型中对气球进行静脉穿刺，模拟获得"血管"通路。临床模拟场景根据P-UGVA评分标准进行评分；该综合评分是通过德尔菲共识研究开发的，用于评估超声引导血管通路技能的八个熟练度要素。

结果： 来自12名医学生的培训后表现评分显示，所有八个P-UGVA领域均较基线有所提高（n=12，p<0.005）。医学生同伴教学组与主治医师教学组在任何类别的测试后表现均无统计学显著差异。培训后，参与者报告称在使用超声、教授其他学生基本超声技能以及对外周血管解剖的理解方面信心明显增强。

结论： 超声工作坊的教育干预措施有效提高了临床前学生参与者在豆腐模型上获取超声引导血管通路的操作效率和信心。医学生可能成为其同伴在程序技能方面的有效教师。小样本量限制了本研究的普遍适用性。

关键词： 便携式超声(POCUS)、超声引导静脉置管、医学教育、模拟培训

引言

便携式超声(POCUS)在现代临床实践中的应用已经改变了多种医学专业的诊断和干预能力。因此，在临床前医学教育中早期接触超声技术已变得更加普遍，提高了学生对解剖学、病理学、体格检查技能和临床知识的理解¹。超声已被证明是连接医学院器官系统基础科学与临床科学课程的有用工具，其融入临床前课程已提高了学生使用POCUS检测病理和做出临床决策的信心²。纵向超声课程已被证明可提高临床前学生在心血管解剖³方面的考试表现，并改善临床前学生的OSCE(客观结构化临床考试)表现⁴。

作为神经阻滞和血管通路POCUS的早期采用者，麻醉医师在运用超声技术增强临床实践方面处于前沿⁵。超声教育是麻醉学住院医师培训的常见内容，且效果显著⁶。尽管POCUS已进一步融入全国医学临床前课程，但与麻醉学职业相关的程序性超声技能（如超声引导静脉置管）的早期发展经常被忽视。特别是，大多数现有临床前课程侧重于图像采集和解释，较少强调实时超声引导程序所需的协调、手眼技能和针头引导技术⁷。对于那些将在高危环境中（包括手术室和急诊室）执行这些程序的学生来说，这代表了一个明显的教育缺口。

尽管对麻醉学专业的兴趣日益增长，医学生在临床前课程中接触麻醉学的机会有限。然而，临床前麻醉学基础选修课程已被证明可增强学生对气道管理、麻醉药理学、超声基础和血管通路的理解⁸。基于麻醉的模拟培训已显示出改善基本诱导技能和对血流动力学变化的反应⁹。尽管超声引导血管通路是一项高产出的程序技能，可建立包括探头操作、图像采集、针头可视化和程序人体工程学在内的基础超声能力，但尚未有研究检验超声引导血管通路模拟培训在临床前医学课程背景下的有效性。

本研究的主要目标是比较参与者在由麻醉科主治医师和医学生领导的超声工作坊前后，使用豆腐模型进行超声引导静脉穿刺的程序熟练度。目前教授超声引导血管通路的方法受到人体模型获取受限以及新手技能获取期间患者安全问题的限制。为解决这些挑战，本研究使用低成本的豆腐模拟模型，为临床前学生提供了一个安全、可重复的环境，以便在临床应用前发展技术技能。

此外，本研究还将比较主治医师教学组和学生教学组之间的学生表现。我们假设参与者在干预后将表现出显著的整体性能提升，且主治医师教学组和学生教学组之间没有差异。使用综合P-UGVA评分进行评估。P-UGVA评分是通过德尔菲共识研究开发并随后验证的综合评分¹⁰,¹¹。它评估超声引导血管通路技能的八个熟练度要素：器具准备、人体工程学、超声设备准备、血管识别、解剖学、卫生、针头协调和程序完成。

材料与方法

研究人群

研究参与者包括9名一年级和3名二年级布朗大学沃伦·阿尔珀特医学院的医学生。参与者自愿报名参加工作坊和研究。参与研究不是必需的，不会影响参加工作坊的其余部分。

伦理声明

本研究经布朗大学机构审查委员会审查，研究方案被确定为根据45 CFR 46.104和机构审查委员会审查类别(2)(ii)关于研究中人类参与者纳入的规定属于豁免范围，不需要同意文件（IRB ID# STUDY00000944）。参与者收到介绍研究的信函，完成研究表明愿意参与研究。

随机化

参与者被随机分成两组，每组六人，参加超声教育工作坊。我们的方法基于年级(MS1和MS2)进行分层随机化。在每个分层内，使用计算机生成的随机数生成器将参与者分配到研究组。使用Excel生成随机数，并分配给参与者代码以确保研究人员盲法。奇数分配给主治医师教师组，偶数分配给医学生教师组。

超声工作坊

本研究是在医学院麻醉学学生兴趣小组赞助的工作坊系列背景下进行的。该工作坊系列由学生兴趣小组设计，旨在为临床前学生提供麻醉学的纵向课程。整个一、二年级学生群体被邀请参加，二十名学生成为常规参与者。工作坊系列包括气管插管、中心静脉置管和经食道超声心动图等技能的程序工作坊，以及关于麻醉基础、麻醉学亚专业的小组讨论，以及该领域的研究机会。工作坊的外周超声引导静脉置管部分在两个站点进行；一个站点由麻醉科主治医师领导，另一个站点由一名二年级医学生领导，该学生前一年已完成相同的工作坊系列，并由麻醉科主治医师在一次30分钟的模拟课程中接受过超声引导静脉置管培训。为提高可重复性并确保培训课程的一致性，工作坊采用标准化格式进行。所有参与者都经历了相同的教学序列，包括简短的理论课程介绍外周超声引导血管通路的原理、探头操作、血管识别和针头引导的现场演示，以及使用豆腐模拟模型的实践操作环节。整个工作坊的长度在所有课程中保持固定，以最小化暴露的变异性。

讲师遵循统一的课程，概述了关键教学点，包括卫生、探头定位、图像优化、结构识别和针头可视化。所有参与者使用相同的设备、超声设置和豆腐模拟材料。此外，讲师与参与者的比例保持一致，以确保反馈水平相当。这种方法最小化了讲师之间的变异性，并确保所有参与者接受等效的培训。

该教育干预基于刻意练习的既定教学法。刻意练习强调反复进行技能练习并获得即时反馈和改进机会，这对程序技能获取至关重要。因此，工作坊设计为提供迭代的动手实践和实时讲师反馈。

干预

干预包括两个方面：1)临床模拟场景及其对学生技能的影响，2)由主治医师或医学生指导的场景教程。在参加超声教程前，所有参与者都单独接受了临床场景的评估。完成初始评估后，一组由主治医师指导如何完成该场景，而第二组同时在另一个房间由两名医学生指导相同内容，这些医学生此前已由同一位主治医师指导过。两周后，单独重新实施相同的临床模拟，并评估参与者的进步。

豆腐模型

豆腐模型包括一块硬豆腐、红色染料填充的长气球、手套、酒精棉片、生理盐水冲洗、止血带、透明敷料、静脉导管、导管 leash、无菌超声凝胶和超声机。该模型已在先前研究中使用过¹²,¹³。为了模拟人体前臂的静脉通路，将气球纵向插入豆腐中（图1）。硬豆腐提供了类似于皮下组织的阻力，而染色气球则近似于可压缩静脉，可在超声下可视化，并在针尖成功放置时产生闪回。气球在豆腐内的深度模仿了典型前臂静脉深度，使参与者能够练习针角度、探头定位和手眼协调，进行超声引导通路。对于每位参与者，都设置了一个新模型，以最大限度减少先前参与者通路造成的损坏或影响。豆腐模型是围绕使用尸体模型的实际限制以及新手在患者身上进行程序尝试的安全问题的必要变通方案。

性能评估

在前测评估前，参与者完成了关于他们对超声和静脉穿刺熟悉程度的调查（附录1）；在研究完成时，他们接受了另一个关于完成此类任务信心的调查（附录2）。参与者模拟完成的前测和后测评估均使用P-UGVA评分标准对学生进行评分，该标准是用于外周超声引导血管通路能力评估的经验证的全球评分量表（附录3）。两名评估者是二年级医学生，他们接受过麻醉科主治医师关于如何使用P-UGVA评分标准评估超声引导静脉技能程序熟练度的培训。关于P-UGVA评分标准和超声熟练度评估的教育由麻醉科主治医师在30分钟的理论课程中提供。评估者不知道每位参与者是在医学生组还是麻醉科主治医师组接受培训的。由于使用豆腐模型而非人体前臂，我们对评分标准中的两个类别（如"解剖学"和"血管识别"）进行了调整。取而代之的是评估动脉和静脉的识别，学生被问及如何使用超声来区分人体前臂上的两者。可接受的回答包括评估血管可压缩性或多普勒血流颜色技术。每位参与者在前测和后测评估中都从每位评估者获得一个分数。

统计分析

所有数据均去标识化，并进行分析以比较工作坊前后的结果。计算人口统计数据和表现分数的描述性统计，包括均值和标准差。Shapiro-Wilk检验评估所有连续变量的正态性。主要结果（P-UGVA综合评分）被视为连续变量，以便进行参数分析，并使用配对t检验对正态分布数据和Wilcoxon符号秩检验对非正态分布数据进行比较。为了解决与测试多个P-UGVA领域相关的I类错误风险增加问题，使用Benjamini-Hochberg程序调整p值。使用Cohen's d计算参数数据的效应大小，使用等级二分相关(r)计算非参数数据的效应大小，以评估所有工作坊前后比较的实际意义。

次要调查结果使用描述性统计（均值和标准差）进行总结，并使用Wilcoxon符号秩检验比较工作坊前后的反应。为评估同伴教学与主治医师教学的效力，使用Mann–Whitney U检验比较后测表现分数，并计算相关等级二分相关效应大小，因为样本量小（每组n=6）。使用McNemar检验分析探头选择等分类调查项目。p值p<0.05被认为具有统计学显著性。所有分析均使用R统计软件（版本4.5.2）进行。

结果

十二名医学生（九名MS1，三名MS2）参加了这项模拟研究，全部在超声引导静脉教学工作坊前完成了基线模拟。参与者被随机分为两个相等的教学干预组：医学生同伴教学组（n=6）和主治医师教学组（n=6）。

表现分数（计算为两名独立评估者评分的平均值）如图2a、2b和表1所示。通过Shapiro-Wilk检验进行的正态性测试表明，除"卫生"（W=0.834，p=0.024）外，所有变量均呈正态分布（p>0.05）。因此，对"卫生"（n=12）使用Wilcoxon符号秩检验，而对所有其他类别使用配对t检验（df=11）。如图2和表1所示，工作坊后的表现分数在所有八个P-UGVA领域均从基线显著增加（p<0.005）。这些改进的95%置信区间(CI)完全高于零阈值。教育影响表现为极高的效应大小。最显著的改进见于人体工程学（d=4.905）、超声设备准备（d=3.755）和解剖学识别（d=3.752）。即使在需要复杂运动技能的领域，如针头协调（d=2.574）和程序完成（d=2.264），干预也产生了较大的实际意义。在非参数卫生领域，学生获得了完美的改进分数（等级二分相关r=1.000，p=0.002）。

按教学组分层的后测表现显示在图3和表2中。Mann–Whitney U检验比较了由同伴教授的参与者与由主治医师教授的参与者的成果。在任何P-UGVA类别中，两组之间均未观察到统计学显著差异（所有p>0.118；表2）。使用等级二分相关分析实际意义显示效应大小可忽略至小（r值范围从-0.286到0.486）。观察到的最大差异是在"血管识别"（r=0.486，p=0.118）中，这未达到统计学显著性，代表了有利于主治医师组的中等效应。然而，在所有其他技术领域，包括"解剖学"（r=0.057，p=0.802）和"超声设备准备"（r=0.086，p=0.922），效应大小可忽略不计。

在5点Likert量表（1=强烈不同意，5=强烈同意）上比较工作坊前熟悉度（附录1）和工作坊后信心（附录2）的调查结果总结在图4和表3中。参与者报告称，工作坊后在所有评估领域中的舒适度和信心均有所提高。观察到的平均评分显著提高的领域包括血管识别（前：2.08 vs. 后：4.17，p<0.005）、区分动脉与静脉（前：2.33 vs. 后：4.67，p<0.005）、操作超声机（前：1.75 vs. 后：3.50，p<0.005）以及向同伴教授基本技能（前：1.25 vs. 后：3.58，p<0.005）。

参与者对在活人身上进行超声引导静脉穿刺的信心平均评分也有所提高（前：1.25 vs. 后：2.83，p<0.005）。关于一般临床超声信心的项目在工作坊前调查中的数据有限（n=4），这是由于分发错误；然而，可用的平均评分（前：1.75）低于完整的后工作坊数据集（后：3.17，n=12），与其他领域的趋势一致（p=0.174）。参与者还表示更倾向于在医学院课程中增加超声教育（平均：4.83）。

除了信心评分外，还评估了参与者选择正确的超声探头（线性、凸阵或相控阵）用于超声引导静脉穿刺的能力。进行了McNemar检验以评估干预前后探头选择准确性的变化。虽然三名学生在干预后将探头选择更正为线性探头，但总体变化无统计学显著性（χ²=1.33，p=0.25）。

讨论

在本研究中，临床前医学生在参加动手静脉穿刺教育培训工作坊的教育干预后，展示了更高的P-UGVA评分，作为超声引导静脉技能的代表。无论参与者是在工作坊中由训练有素的医学生还是主治医师教授，对P-UGVA评分结果均无统计学显著影响。此外，调查受访者表明，该工作坊提高了他们在舒适度、信心、教学能力以及对周围血管解剖的理解程度。为临床前学生提供早期超声引导静脉技能模拟可能改善临床程序技能和信心，因为学生准备进入临床环境，最终导致更有效、高效和熟练的静脉置管，增强学术医院的患者体验。

超声引导静脉置管的操作本质上具有挑战性，因为操作者必须将其对3D结构的解剖学知识与视觉空间和运动技能结合起来。必须同时使用双手来导航针放置并使用超声探头保持对解剖结构的可视化。这些各种技能的结合可以使用国际验证的P-UGVA评分系统进行评估。操作者可以通过发展对周围血管解剖的理解（本研究中参与者报告信心显著提高的领域）以及通过练习增加该程序的重复次数来提高技能。在本研究中，作者得出结论，前后测评分之间的显著改善可归因于一年级医学生在研究前对超声的新理解及其有限的接触，以及对周围血管的有限知识。

先前的研究表明，随着程序熟练度的提高，运动技能和视觉空间技能会得到改善¹⁴,¹⁵。对于临床前医学生来说，超声技术并未牢固地嵌入课程中。研究中的参与者不太可能已通过重复超声使用充分发展其运动和视觉空间技能。这进一步得到了参与者干预前相对较低的前测评分的支持。

值得注意的是，这项模拟研究表明，由主治医师教授的参与者与由接受过麻醉科主治医师超声引导静脉通路培训的同伴教师教授的学生之间，在任何程序或技术类别上的表现均无差异。这一结果表明，未来的动手超声技能工作坊可由训练有素的医学生有效牵头。这一发现与Cohen等人关于"学生作为教师"课程的指导原则相一致，该原则主张增加医学生教学技能培训。他们建议课程安排为医学生提供真实机会，以纵向和渐进的方式教授同伴¹⁶。Cash等人的一项研究显示，"近同伴"模拟培训（即由临床培训中高一年级的学生教授的模拟）显示出学习者在病史采集、评估和临床管理方面的自我报告信心有统计学显著提高¹⁷。

其他医学专业已在住院医师层面成功采用近同伴教学课程。Oldan等人对此进行了说明，他们的放射科采用教学研讨会，由放射科住院医师为医学生讲授放射学基础课程，证明对医学生满意度有积极影响¹⁸。近同伴教学责任也提高了住院医师的满意度，因为一项普通外科住院医师作为教师的课程显示，住院医师的教学信心有统计学显著提高，并帮助他们过渡到教学角色¹⁹。我们的研究表明，医学生也可能成为麻醉学相关程序技能的高效教师。如文献所示，在医学课程中添加程序性学生教学组件可能对教师学生和学习学生都有益。

组间观察到的客观技术平等表明，对于入门程序技能，"认知一致性"——同伴之间的共享概念框架——可能与专家指导一样有效。此外，高度的课程标准化可能最小化了讲师资历对初始技能获取的影响。这些结果表明，结构化的基于模拟的课程可以有效弥合新手学习者之间的专业知识差距，使学生主导的教学成为一种可行的、资源高效的模式²⁰。

局限性

本研究应注意到几个局限性。首先，样本量小（N=12），这可能限制研究结果的普遍适用性以及检测教学组之间较小差异的统计能力。然而，主要表现结果中观察到的极大效应大小表明，尽管样本量小，教育影响仍然稳健。

其次，潜在参与者主要从单一机构的麻醉学兴趣小组(AIG)招募，这引入了一定程度的选择偏差，缺乏对照组限制了将观察到的改善归因于干预的因果关系。这些学生可能比一般医学生群体具有更高的程序学习基线动机。第三，虽然工作坊后评估显示了在两周随访时间内的即时技能获取，但本研究未评估长期技能保留或将这些技能转移到活患者临床实践的能力。此外，豆腐模型虽然是模拟的实用低成本选择，但并未稳健地复制周围血管的生理特性，如可压缩性和脉动性，可能无法反映静脉穿刺期间的压力、阻力和触觉反馈的真实性。尽管使用了两名经过培训的盲法学生评估者，但未评估正式的评估者间可靠性(IRR)，这可能限制对评估者之间评分一致性的信心。

最后，虽然使用Benjamini-Hochberg程序控制了多次比较，但本研究的试点性质意味着这些结果应被视为基础性。未来需要对整个临床前班级进行更大规模、随机的多中心研究，以进一步验证近同伴教学在超声引导血管通路培训中的等效性。

结论

超声工作坊的教育干预措施有效提高了临床前学生参与者在外周超声引导血管通路非临床模拟中的程序熟练度。通过P-UGVA评分的提高，我们的研究表明，临床前早期接触超声引导程序技术可能改善程序表现、学生信心和对周围血管解剖的理解。医学生可能是程序性超声技能的有效教师。然而，需要更大样本量的进一步研究来验证这些发现并评估其对临床表现的普遍适用性。