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CC BY-NC-ND 4.0 · Zentralbl Chir 2021; 146(01): 37-43
DOI: 10.1055/a-1265-7259
Originalarbeit

Chirurgische Ausbildung im digitalen Zeitalter – Virtual Reality, Augmented Reality und Robotik im Medizinstudium

Surgical Education in the Digital Age – Virtual Reality, Augmented Reality and Robotics in the Medical School
Sebastian Kuhn  ‡
1   AG 4 – Digitale Medizin, Medizinische Fakultät OWL, Universität Bielefeld
2   Zentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Mainz, Deutschland
,
Florentine Huettl‡
3   Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie, Universitätsmedizin Mainz, Deutschland
,
Kim Deutsch
2   Zentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Mainz, Deutschland
,
Elisa Kirchgässner
2   Zentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie, Universitätsmedizin Mainz, Deutschland
,
Tobias Huber
3   Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie, Universitätsmedizin Mainz, Deutschland
,
Werner Kneist
4   Klinik und Poliklinik für Allgemein- und Abdominalchirurgie, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Deutschland
5   Klinik für Allgemein- und Viszeralchirurgie, St. Georg Klinikum Eisenach gGmbH, Deutschland
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Zusammenfassung

Hintergrund Die digitale Transformation der Medizin verändert den Beruf des Arztes. Augmented und Virtual Reality (AR/VR) und die Robotik erfahren einen zunehmenden Einsatz in unterschiedlichen klinischen Kontexten und bedürfen einer begleitenden Aus- und Weiterbildung, die bereits im Medizinstudium beginnen muss. Hier besteht aktuell eine große Diskrepanz zwischen dem hohen Bedarf und der Anzahl an wissenschaftlich überprüften Konzepten. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Konzeptionierung und strukturierte Evaluation eines neu entwickelten Lern-/Lehrkonzepts zur digitalen Transformation mit Fokus auf die chirurgische Lehre.

Methoden 35 Studierende haben in 3 Kursen des Blended-Learning-Curriculums „Medizin im digitalen Zeitalter“ teilgenommen. Das 4. Modul dieses Kurses thematisiert Virtual Reality, Augmented Reality und Robotik in der Chirurgie. Es gliedert sich in die folgenden Kursteile: (1) immersive Simulation einer laparoskopischen Cholezystektomie, (2) leberchirurgische Operationsplanung mittels AR/VR, (3) Basisfertigkeiten am VR-Simulator für robotische Chirurgie, (4) kollaborative OP Planung im virtuellen Raum und (5) Expertengespräch. Nach Abschluss des Gesamtcurriculums erfolgte eine qualitative und quantitative Evaluation des Kurskonzepts mittels semistrukturierter Interviews sowie anhand von standardisierten Prä-post-Evaluationsfragebögen.

Ergebnisse Im qualitativen Auswertungsverfahren der Interviews wurden 79 Textaussagen 4 Schwerpunktkategorien zugewiesen. Den größten Anteil (35%) nahmen hierbei Äußerungen zum „Expertengespräch“ ein, das von den Studierenden als elementarer Teil des Kurskonzepts gewertet wurde. Darüber hinaus empfanden die Studierenden den Kurs als horizonterweiterndes „Lernerlebnis“ (29% der Aussagen) mit einem hohen „Praxisbezug“ (27%). Die quantitative Studierendenevaluation zeigt eine positive Entwicklung für die Teilkompetenzen Wissen und Fertigkeiten sowie eine Tendenz zu einer positiven Haltung nach Kursabschluss.

Schlussfolgerung Die chirurgische Lehre ist zur Entwicklung digitaler Kompetenzen prädestiniert. Dabei muss die Geschwindigkeit des Veränderungsprozesses der digitalen Transformation im chirurgischen Fachgebiet beachtet und im curricularen Konzept verankert werden.

Abstract

Background The digital transformation of healthcare is changing the medical profession. Augmented/Virtual Reality (AR/VR) and robotics are being increasingly used in different clinical contexts and require supporting education and training, which must begin within the medical school. There is currently a large discrepancy between the high demand and the number of scientifically proven concepts. The aim of this thesis was the conceptual design and structured evaluation of a newly developed learning/teaching concept for the digital transformation of medicine, with a special focus on the influence of surgical teaching.

Methods Thirty-five students participated in three courses of the blended learning curriculum “Medicine in the digital age”. The 4th module of this course deals with virtual reality, augmented reality and robotics in surgery. It is divided into the following course parts: (1) immersive surgery simulation of a laparoscopic cholecystectomy, (2) liver surgery planning using AR/VR, (3) basic skills on the VR simulator for robotic surgery, (4) collaborative surgery planning in virtual space and (5) expert discussion. After completing the overall curriculum, a qualitative and quantitative evaluation of the course concept was carried out by means of semi-structured interviews and standardised pre-/post-evaluation questionnaires.

Results In the qualitative evaluation procedure of the interviews, 79 text statements were assigned to four main categories. The largest share (35%) was taken up by statements on the “expert discussion”, which the students consider to be an elementary part of the course concept. In addition, the students perceived the course as a horizon-widening “learning experience” (29% of the statements) with high “practical relevance” (27%). The quantitative student evaluation shows a positive development in the three sub-competences knowledge, skills and attitude.

Conclusion Surgical teaching can be profitably used to develop digital skills. The speed of the change process of digital transformation in the surgical specialty must be considered. Curricular adaptation should be anchored in the course concept.

Schlüsselwörter

digitale Transformation - Virtual/Augmented Reality - Robotik - computerassistierte Chirurgie - medizinische Ausbildung

Key words

digital transformation - virtual/augmented reality - robotic - computer-assisted surgery - medical education


Publication History

Article published online:
15 February 2021

© 2021. The Author(s). This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commecial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)

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  • Literatur

  • 1 Gurusamy KS, Aggarwal R, Palanivelu L. et al. Virtual reality training for surgical trainees in laparoscopic surgery. Cochrane Database Syst Rev 2009; DOI: 10.1002/14651858.CD006575.pub2.
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 2 Pike TW, Pathak S, Mushtaq F. et al. A systematic examination of preoperative surgery warm-up routines. Surg Endosc 2017; 31: 2202-2214
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 3 Huber T, Paschold M, Hansen C. et al. „Ich laparoskopierʼ dann woanders weiter“. Chirurg 2017; 88: 956-960
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 4 Huber T, Wunderling T, Paschold M. et al. Highly immersive virtual reality laparoscopy simulation: development and future aspects. Int J Comput Assist Radiol Surg 2018; 13: 281-290
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 5 Huber T, Paschold M, Hansen C. et al. New dimensions in surgical training: immersive virtual reality laparoscopic simulation exhilarates surgical staff. Surg Endosc 2017; 31: 4472-4477
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 6 Oldhafer KJ, Peterhans M, Kantas A. et al. [Navigated liver surgery: Current state and importance in the future]. Chirurg 2018; 89: 769-776
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 7 Queisner M, Pratschke J, Sauer IM. Response: ‚Mixed and Augmented Reality-Why Surgeons Should Care‘. Ann Surg 2018; DOI: 10.1097/sla.0000000000002913.
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 8 Cho J, Rahimpour S, Cutler A. et al. Enhancing Reality: A Systematic Review of Augmented Reality in Neuronavigation and Education. World Neurosurg 2020; 139: 186-195 doi:10.1016/j.wneu.2020.04.043
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 9 Kirschniak A, Egberts JH, Granderath FA. et al. Augmented Reality, Cyber-Physical Systems and Robotic Surgery: Nice to Have or a Program with Future?. Visc Med 2018; 34: 60-65
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 10 Zhao J, Xu X, Jiang H, Ding Y. The effectiveness of virtual reality-based technology on anatomy teaching: a meta-analysis of randomized controlled studies. BMC Med Educ 2020; 20: 127 doi:10.1186/s12909-020-1994-z
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 11 Persike M, Friedrich J-D. Lernen mit digitalen Medien aus Studierendenperspektive. Sonderauswertung aus dem CHE Hochschulranking für die deutschen Hochschulen. Arbeitspapier Nr. 17. Berlin: Hochschulforum Digitalisierung; 2016
    Google Scholar
  • 12 Bundesministerium für Bildung und Forschung. Masterplan Medizinstudium 2020. Im Internet (Stand: 28.06.2018): http://www.bmbf.de/de/masterplan-medizinstudium-2020-4024.html
    PubMedGoogle Scholar
  • 13 Medizinischer Fakultätentag der Bundesrepublik Deutschland e.V.. Nationaler Kompetenzbasierter Lernzielkatalog Medizin 2015 (NKLM). Im Internet (Stand: 09.11.2020): http://www.nklm.de/kataloge/nklm/lernziel/uebersicht
    PubMedGoogle Scholar
  • 14 Kuhn S. Medizin im digitalen Zeitalter: Transformation durch Bildung. Dtsch Arztebl 2018; 115: A633-A638
    PubMedGoogle Scholar
  • 15 Kuhn S, Jungmann F. Medizin im digitalen Zeitalter. Radiologe 2018; 58: 236-240
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 16 Kuhn S, Kirchgässner E, Deutsch K. Medizin im digitalen Zeitalter – „Do it by the book … but be the author!“. Synergie 2017. Im Internet (Stand: 09.11.2020): https://www.synergie.uni-hamburg.de/de/media/ausgabe04/synergie04.pdf
    PubMedGoogle Scholar
  • 17 Strittmatter-Haubold V. Problem Based Learning. Eine Methode für wirksame Lernsettings in der wissenschaftlichen Weiterbildung?. Hochschule und Weiterbildung 2016; 1: 50-55
    PubMedGoogle Scholar
  • 18 Mayring P. Qualitative Content Analysis. In: Flick U, von Kardoff E, Steinke I. eds. A Companion to Qualitative Research. Glasgow, UK: SAGE; 2004: 266-269
    Google Scholar
  • 19 Mayring P. Qualitative Inhaltsanalyse. In: Mey G, Mruck K, Hrsg. Handbuch Qualitative Forschung in der Psychologie. Weinheim: VS Verlag für Sozialwissenschaften; 2010
    Google Scholar
  • 20 Kuhn S, Kadioglu D, Deutsch K. et al. Data Literacy in der Medizin. Onkologe 2018; 24: 368-377
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 21 Satava RM. Virtual reality surgical simulator. The first steps. Surg Endosc 1993; 7: 203-205
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 22 Hochschulforum Digitalisierung. The Digital Turn – Hochschulbildung im digitalen Zeitalter. Arbeitspapier Nr. 27. Berlin: Hochschulforum Digitalisierung; 2016
    Google Scholar
  • 23 Ghadimi M. Editorial. Zentralbl Chir 2019; 144: 137-138
    Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
  • 24 Huber T, Kirschniak A, Johannink J. Umfrage zum Training laparoskopischer Fertigkeiten in Deutschland. Zentralbl Chir 2017; 142: 67-71
    PubMedGoogle Scholar
  • 25 Bric JD, Lumbard DC, Frelich MJ. et al. Current state of virtual reality simulation in robotic surgery training: a review. Surg Endosc 2016; 30: 2169-2178
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 26 Alaker M, Wynn GR, Arulampalam T. Virtual reality training in laparoscopic surgery: A systematic review & meta-analysis. Int J Surg 2016; 29: 85-94
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 27 Kyaw BM, Saxena N, Posadzki P. et al. Virtual Reality for Health Professions Education: Systematic Review and Meta-Analysis by the Digital Health Education Collaboration. J Med Internet Res 2019; 21: e12959
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 28 Hung AJ, Chen J, Gill IS. Automated Performance Metrics and Machine Learning Algorithms to Measure Surgeon Performance and Anticipate Clinical Outcomes in Robotic Surgery. JAMA Surg 2018; 153: 770-771
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 29 Grace K, Salvatier J, Dafoe A. et al. When will AI exceed human performance? Evidence from AI experts. J Artif Intell Res 2018; 62: 729-754
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 30 Baumgartner P, Brei C, Gerdes A. et al. Curriculumentwicklung und Kompetenzen für das digitale Zeitalter – Thesen und Empfehlungen der AG Curriculum 4.0 des Hochschulforum Digitalisierung. Arbeitspapier Nr. 39. Berlin: Hochschulforum Digitalisierung; 2018
    Google Scholar
  • 31 Michel A, Baumgartner P, Brei C. et al. Framework zur Entwicklung von Curricula im Zeitalter der digitalen Transformation. Diskussionspapier Nr. 01 (Version 2.0). Berlin: Hochschulforum Digitalisierung; 2018
    Google Scholar
  • 32 Hallersleben S, Loewe A. Praxisnetz Digitale Technologien. Szenario zur Leitfrage „Wie wirken Arzt und digitale Technik im Jahr 2035 zusammen?“. VDE/DGBMT 2019. Im Internet (Stand: 09.11.2020): https://www.vde.com/resource/blob/1911830/4258d19eabba0aa39dcfffef96005ed2/szenario-health-download-hb-data.pdf
    PubMedGoogle Scholar