Das Augmented Reality Magic Mirror System - Anwendung einer Augmented Reality Technologie in der anatomischen Lehre

Fragestellung: Ziel der Studie ist die Analyse eines neuen Augmented Reality Magic Mirror Systems (ARMMS) zur anatomischen Wissensvermittlung am Beispiel der oberen Extremität im direkten Vergleich zum Lernmedium Anatomie Atlas (AA).

Methodik: Das Setup des ARMMS ist in [Abb. 1] schematisch dargestellt.

Abb.1 Schematische Darstellung der Hardware und des Versuchsaufbaus des Augmented Reality Magic Mirror Systems

Der TV-Bildschirm wirkt als digitaler Spiegel. Für die korrekte Überlagerung des digitalen Spiegelbildes mit anatomischen Daten wurde der Tracking-Algorithmus von Shotten et al.(1) implementiert. Die Interaktion mit dem ARMMS erfolgt über ein intuitives User Interface. Das ARMMS und der AA stellen im Rahmen dieser Studie nur Scapula, Humerus, Radius, Ulna, M. coracobrachialis,

M. biceps brachii, M. triceps brachii, M. brachialis, M. anconaeus, M. pronator teres, M. pronator quadratus und M. supinator mit den jeweiligen anatomischen Informationen dar. Das ARMMS hebt aktivierte Muskeln zusätzlich farblich hervor. 150 Probanden wurden in die Studie eingeschlossen und randomisiert in die Studiengruppen ARMMS und AA eingeteilt. Für beide Gruppen wurde eine identische Lerneinheit, Mulitple-Choice(MC)-Prüfung und ein Fragebogen zur Evaluation der beiden Systeme in den Kategorien Motivation, Qualität des Lernens und Dimensionales Verständnis konzipiert. Die statistische Analyse erfolgte über

Box-Plot-Darstellung, Berechnung der Mittelwerte, Standardabweichung, der prozentualen Häufigkeiten, Mann-Whitney-Test und Chi-Quadrat-Test. Das Signifikanzniveau beträgt 5%.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In der Gesamtevaluation der Kategorien zeigt sich, dass das ARMMS in allen drei Kategorien signifikant besser evaluiert wird als der AA; p<0.001 in Kategorie Motivation und Dimensionales Verständnis sowie p<0.005 in Kategorie Qualität des Lernens. Die Detailevaluation innerhalb der einzelnen Kategorien ist in [Tab. 1] dargestellt.

Tab.1 Mittelwerte und Standardabweichungen je Item der drei Kategorien für beide Gruppen.

	Mittelwert ARMMS (n=73)	Mittelwert AA (n=77)	Standardabw eichung ARMMS	Standardabw eichung AA	p-Wert
Kategorie Motivation
Steigert meine Motivation	3,16	2,49	0,76	0,75	,001
Bereitet Spaß beim Lernen	3,30	2,34	0,76	0,68	,001
Kategorie Qualität des Lernens
Fördert meine Aufmerksamkei t	2,97	2,43	0,69	0,79	,001
Liefert zu viele Informationen	1,96	2,91	0,89	0,83	,001
Fördert aktives Lernen	3,47	2,34	0,73	0,82	,001
Hilft eigenständig zu lernen	2,93	2,79	0,77	0,86	,335
Liefert wichtiges Wissen	3,29	3,47	0,74	0,58	,176
Stellt Anatomie übersichtlich dar	3,36	2,99	0,82	0,72	,001
Hilft Wissen im Gedächtnis zu speichern	2,92	2,29	0,83	0,72	,001
Kategorie Dimensionales Verständnis
Hilft die Anatomie des Armes zu erlernen	3,34	3,22	0,63	0,62	,221
Fördert mein Verständnis für die unterschiedlich en Bewegungen des Armes	3,59	2,79	0,62	0,83	,001
Hilft die Funktion der einzelnen Muskeln zu erlernen	3,53	2,70	0,56	0,83	,001
Visualisiert die Funktion der einzelnen Muskeln	3,67	2,36	0,47	0,97	,001
	(Von 1 = Trifft nicht zu bis 4 = Trifft voll zu)	(Von 1 = Trifft nicht zu bis 4 = Trifft voll zu)	(Von 1 = Trifft nicht zu bis 4 = Trifft voll zu)	(Von 1 = Trifft nicht zu bis 4 = Trifft voll zu)

Die Gesamtauswertung der MC-Prüfung zeigt eine signifikante Verbesserung des anatomischen Wissens der ARMMS Gruppe, p<0.025. Die Detailauswertung der einzelnen MC-Fragen ist in Tab. 2 dargestellt.

Tab.2 Rel. Häufigkeiten (%) der Antworten je MC-Frage, Chi-Quadrat-Test u. p-Wert für beide Gruppen.

Frage	ARMMS richtig	ARMMS falsch	AA richtig	AA falsch	Chi-Quadra tr	p-Wert
1) Identifikation des Humerus	93	7	96	4	0,647	,421
2) Strecker des Ellbogengele nks	57	43	36	64	6,748	,009
3) Größte Kraftentfaltu ng in Beugestellun g	77	23	61	39	4,279	,039
4) Identifikation M. coracobrachi alis	72	29	79	21	0,900	,343
5) Identifikation des wichtigsten Muskels für Streckung im Ellbogen	90	10	80	20	2,930	,087
6) Ansatz welchen Muskels an der Ulna	16	84	16	84	0,005	,942
7) Bewegungs-k ombinatione n Ellbogengele nk	73	27	79	21	0,577	,448
8) Ansatz/Ursprung M. pronator quadratus	82	18	68	32	3,600	,058
9) Ansatz/Ursprung M. pronator teres	30	70	14	86	5,487	,019
10) Bewegung M. supinator	54	46	55	45	0,002	,897

Das einfache Setup des ARMMS, die intuitive Anwendung und das hohe Lehrpotential wurden demonstriert. Diese Ergebnisse stehen in Übereinstimmung mit u.a. Garg et al.(2), Gopal et al.(3), McNulty et al.(4) und Xu et al.(5) die den positiven Einfluss der aktiven Einbindung des Anwenders, wie das ARMMS es ermöglicht, auf den Lernprozess beschreiben. Eine Integration des ARMMS in das medizinische Curriculum als zusätzliches Lehrmedium ist daher zu empfehlen.

Stichwörter: Augmented Reality, Interactives Lernen, Menschliche Anatomie, Computer Aided Learning, Medizindidaktik

Publication History

Article published online:
15 October 2020

• Literatur

• 1 DOI:10.1109/CVPR.2011.5995316
• 2 DOI:10.1016/S0140-6736(00)03649-7
• 3 DOI:10.1016/j.compedu.2010.02.013
• 4 DOI:10.1002/ca.10188
• 5 DOI:10.1007/s11423-014-9351-8