Development of immersive radiotherapy clinical learning experience prototype (IRCLEP).

Hamzaini Nur Najihah Binti, Ramachandran Gunalan A L, Mogan Tavaneethan A L, Shuib Nur Liyana, Saparudin Abdul Khaliq Mohd, et al.

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AI 導讀 technology general 重要性 3/5

3D 系統 IRCLEP 導入放射教學,77% 評估獲 4 分以上,填補臨床實習缺口。

  • 以 Unity 打造 3D 環境,重現三大癌症的放射治療精準擺位操作。
  • 結合 AI 驅動 NPC,同步強化學生的硬體操作與虛擬醫病溝通技巧。
  • 77% 的滿意度指標達 4 分以上,證實該系統能有效提升實作準備度。

全球醫療臨床實習曾因 COVID-19 疫情面臨嚴重停擺,一項來自馬來西亞國民大學(UKM)的最新技術實踐,正試圖用遊戲化 3D 模擬來填補這段實作空白。這套名為 IRCLEP 的沉浸式放射治療臨床學習原型,透過整合虛擬病患與 AI 驅動的非玩家角色,在近期測試中取得亮眼成果:高達 77% 的評估項目在 5 分制滿意度中獲得 4 分以上的高分。這套系統證明了虛擬實境技術不僅能重現複雜的放射治療場景,更能有效提升醫學生的實作信心與臨床準備度。

克服 COVID-19 實習中斷的 IRCLEP 遊戲化方案

醫療相關科系的學生在養成過程中,高度依賴臨床實習來累積實務經驗。這項需求在放射治療領域尤為關鍵,因為學生必須熟悉大型重型醫療設備的物理操作,並掌握與病患近距離接觸的各項防護與定位細節。疫情帶來的出入限制與醫院管制,導致許多畢業生嚴重缺乏足夠的臨床暴露時間。實作經驗的匱乏不僅直接影響了他們的操作熟練度,更大幅削弱了未來進入真實醫療現場的自信心。

為了解決這個因實體場域受限而產生的教育斷層,研究團隊開發了 IRCLEP(沉浸式放射治療臨床學習體驗原型)。這是一款以遊戲化為基礎的 3D 學習應用程式,專門用來強化學生的臨床前訓練。透過高擬真數位化環境的建置,學生得以在不受物理空間與嚴格防疫規範限制的狀態下,安全且反覆地練習高風險的臨床操作流程。

整合 Blender 與 Unity 開發三大癌症治療場景

打造具有說服力且符合醫學標準的虛擬環境,需要跨領域軟體工具的緊密技術配合。開發團隊在此次專案中,運用了 Blender(開源 3D 繪圖軟體)Shapr3D(工業級 CAD 建模工具) 來建構高精確度的直線加速器、固定輔具與治療室空間。這些精密測量的 3D 資產隨後被導入至 Unity(跨平台遊戲引擎) 中,並透過 Visual Studio(微軟開發工具) 撰寫底層的互動腳本,賦予虛擬物件真實的物理碰撞回饋與操作邏輯。

在臨床場景的選擇上,系統特別針對頭頸癌、胸腔癌以及骨盆腔癌症這三類常見且具備代表性的案例進行專屬設計。這三種癌症的放射治療需要完全不同的前置準備與固定方式,例如頭頸部需要特製的熱塑性固定面罩,而胸腔與骨盆腔則牽涉到呼吸控制與身體其他部位的精準對齊。透過 Unity 引擎強大的空間運算能力,這套原型系統成功將這些複雜的 3D 對位與設備操作過程,轉化為直覺且流暢的數位互動體驗。

涵蓋病患擺位與 AI 驅動 NPC 的 RTP 虛擬實踐

這套原型的核心內容,緊密對齊了 RTP(放射治療計畫) 課程的預期學習目標與實務規範。系統特別聚焦於兩項關鍵的放射治療程序:病患的精準擺位,以及各類固定裝置的正確放置。在真實的放射治療中,這兩項步驟的誤差容許值通常在公釐等級,因此在虛擬環境中重現這些細緻操作,對於訓練學生的空間感知與嚴格細節要求至關重要。

除了硬體設備的模擬操作,醫病溝通同樣是臨床訓練中極為困難且不可或缺的一環。系統在環境中特別導入了 NPC(非玩家角色) 技術,並結合人工智慧驅動的動態對話系統,讓虛擬病患能夠對學生的語音指令或口頭解釋產生對應反應。使用者在進行虛擬治療計畫與調整設備時,必須學習如何向這些 AI 驅動的虛擬病患解釋繁複且令人心生畏懼的治療流程。這種將技術操作與溝通技巧結合的雙軌設計,大幅提升了模擬訓練的真實感與教育深度。

馬來西亞國民大學驗證 77% 項目獲 4 分以上

為了嚴格評估這套系統的實際導入成效,研究團隊在 UKM(馬來西亞國民大學) 的診斷影像與放射治療學程中,展開了具規模的 Beta 測試。參與這項驗證計畫的對象涵蓋了多個專業層級,包含正在受訓的大學部學生、負責編排課程的講師,以及具備第一線實務經驗的臨床醫師。這種多方視角的參與模式,確保了系統不僅在教學體驗上具備吸引力,在專業臨床標準上也能經得起嚴格檢驗。

測試參與者在實際操作這套基於虛擬實境概念的 3D 模擬系統後,完成了一份線上問卷,針對知識吸收、參與度與整體滿意度進行全面評估。量化數據結果顯示,在 5 分制的李克特量表(Likert scale)中,約有 77% 的問卷項目獲得了 4 分以上的平均得分。這項明確的數據指標,反映出跨層級使用者對於該系統在填補臨床實務落差上的表現,都抱持著高度正面的肯定態度。

推進大規模群體驗證與 VR 硬體深化的未來藍圖

初步的測試數據與回饋充分顯示,IRCLEP 提供了一種具備高互動性與高參與度的創新學習途徑,能夠作為傳統實體臨床訓練的強大輔助工具。它不僅有效彌補了因突發事件導致的實習時數缺口,更為學生創造了一個可以容許犯錯、並能針對弱點反覆加強實務技能的無壓力安全環境。這種虛擬訓練模式,被認為能夠實質提升學生未來面對真實世界高壓放射治療實務時的準備狀態。

展望下一階段的發展藍圖,研究團隊計畫將實證測試的範圍進一步擴大,納入更具規模的大型學生群體,以獲取更具統計顯著性的長期成效數據。同時,未來的技術開發重心將積極探索更深度的虛擬實境硬體整合。透過引入高階頭戴式 VR 裝置與全空間肢體追蹤技術,開發團隊期望能進一步強化系統的視覺沉浸感與臨床操作的真實度,讓這類高擬真 3D 模擬訓練正式成為新世代醫療教育的標準配備。

將遊戲引擎與 AI 對話機制導入高風險醫療教育,不僅解決了實體場域受限的問題,更預示臨床訓練正朝向「低風險、高容錯」的沉浸式模擬轉型。

Abstract

The COVID-19 pandemic has significantly disrupted clinical education for healthcare students, particularly in radiotherapy fields where hands-on learning is crucial. Limited access to clinical placement led to graduates lacking sufficient clinical exposure, potentially affecting their competence and confidence in practice. To address this gap, the Immersive Radiotherapy Clinical Learning Experience Prototype (IRCLEP) was developed as a gamified 3D learning application to enhance pre-clinical training. The prototype's content aligns with the intended learning outcomes of the Radiation Treatment Planning (RTP) course. It focuses on two key radiotherapy procedures: patient positioning and immobilisation device placement. This study involved designing a simulated radiotherapy clinical environment using tools such as Blender, Shapr3D, Unity, and Visual Studio. The prototype features interactive clinical scenarios across head and neck, thoracic, and pelvic cancer cases, allowing users to engage in virtual treatment planning, equipment handling, and communication with AI-powered non-playable characters (NPCs). IRCLEP's effectiveness was evaluated through beta testing with students, lecturers, and clinicians from the Diagnostic Imaging and Radiotherapy (PDR) programme at Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Participants interacted with the VR-based simulation and completed an online survey assessing engagement and satisfaction after using the VR-based simulation. Results showed that about 77% of survey items achieved a mean score above 4 (on a 5-point Likert scale), indicating positive perceptions of both knowledge, engagement and satisfaction. These findings suggest that IRCLEP offers an interactive and engaging alternative to traditional clinical training, offering opportunities to strengthen practical skills and improve student readiness for real-world radiotherapy practice. Future work should focus on empirical testing with a larger student cohort and explore VR integration to enhance immersion and authenticity.