Simulationsbasierte Ausbildung im Ultraschall – Fokus auf der diagnostischen und interventionellen Abdomen-Sonografie

Zusammenfassung

Simulationsbasiertes Training (SBT) erfreut sich weltweit immer größerer Anerkennung und ist zu einem beliebten Instrument in der Ultraschall-Ausbildung geworden. Bei der Ultraschall-Simulation werden Technologie und Software eingesetzt, um eine virtuelle Trainingsumgebung zu schaffen. Das simulationsbasierte Training ermöglicht dem Mediziner das Erlernen, Üben und Verbessern seiner Fähigkeiten im Umgang mit Ultraschall in einer sicheren Lernumgebung. SBT kann eine realistische und zielgerichtete Lernerfahrung bieten, die ein tiefes und umfassendes Verständnis für die Komplexität einer Ultraschall-Untersuchung schafft und die Kenntnisse und das Vertrauen in ein bestimmtes Interessengebiet verbessert. Die abdominale Ultraschall-Simulation ist ein Instrument zur Erhöhung der Patientensicherheit und kann eine kosteneffiziente Ausbildungsmethode sein. In diesem Beitrag geben wir einen Überblick über verschiedene Simulatortypen im Bereich des abdominalen Ultraschalls sowie über die Vorteile und Herausforderungen der SBT. Darüber hinaus stellen wir Beispiele für die Entwicklung von SBT-Programmen und Lernstrategien einschließlich des Mastery Learning vor.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die steigende Nachfrage nach medizinischer Bildgebung die Notwendigkeit für den Einsatz von Ultraschall-Simulatoren für Mediziner gegeben ist, um mit den steigenden Standards Schritt zu halten.

Einführung

In den letzten Jahren hat das simulationsbasierte Training (SBT) im Bereich Ultraschall zunehmend an Bedeutung gewonnen. Es ist für Mediziner und Studierende ein wirksames Instrument, um die Anwendung der Ultraschalltechnologie sowie Diagnose- und/oder Interventionstechniken zu erlernen. Es bietet eine sichere, stressreduzierte und kontrollierte Umgebung zum Erlernen und Einüben verschiedener Ultraschallerfahren [1] [2] [3] [4]. Die Wirkung des simulationsbasierten Trainings ist gut dokumentiert [5]. Mehrere Studien haben einen nachhaltigen Effekt auf die klinische Leistung nachgewiesen [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]. Die Forschung zeigt, dass simulationsbasiertes Training die Leistung verbessert [1] [13] [14] [15] und dass es als nützliche Ergänzung für das Lernen und die Entwicklung von Fähigkeiten angesehen wird [16]. In medizinischen Abteilungen mit einer hohen Anzahl von Lernenden kann die simulationsbasierte Ausbildung auch dazu beitragen, den Druck der täglichen klinischen Ausbildung unter Supervision zu verringern. SBT im Ultraschall kann die grundlegenden Fertigkeiten und Kompetenzen vermitteln, sodass die Lernenden schon zu Beginn der klinischen Ausbildung über fortgeschrittenere Kenntnisse verfügen.

Die Ultraschall-Simulation deckt ein breites Spektrum an Möglichkeiten ab und ist derzeit in vielen klinischen Labors in Universitätskliniken zur Unterstützung der Ausbildung verfügbar [17]. SBT kann auf allen Ebenen der medizinischen Ausbildung eingesetzt werden [2] [18] und ermöglicht den Ärzten, Vertrauen zu gewinnen und vor allem grundlegende Fähigkeiten und Kompetenzen zu erwerben, bevor sie Eingriffe am Patienten vornehmen [19] [20]. Die Ultraschall-Simulation dient als Ergänzung zur traditionellen Didaktik des „See one, do one, teach one“ [21]. Dieses Ausbildungskonzept in der Medizin ist eine weitverbreitete Methode zum Erlernen neuer Fertigkeiten, bei der ein Lernender normalerweise mit einem erfahrenen Ausbilder zusammenarbeitet. Es handelt sich dabei um eine effektive Methode, die jedoch beeinträchtigt wird, wenn grundlegende Kenntnisse oder Fähigkeiten der Lernenden fehlen oder wenn die klinische Ausbildung durch einen vollen Terminkalender oder Zeitmangel gefährdet wird. Die medizinische Ausbildung und die Ultraschall-Simulation sind 2 wertvolle Ansätze, und durch die Kombination dieser beiden Methoden können die Ausbildungsstätten ein umfassendes Schulungsprogramm entwickeln. Østergaard et al. verglichen die 4 meistverwendeten Abdominal-Simulatoren [1] mit dem Ziel, Anregungen und Kenntnisse über diese Simulatoren zu erhalten.

Ein strukturierter simulationsbasierter Lehrplan stellt sicher, dass alle Lernenden dieselben grundlegenden Kenntnisse, Fertigkeiten und Kompetenzen erwerben. Schließlich ist es von entscheidender Bedeutung, dass die simulationsbasierte Ausbildung mit einer Beurteilung der Kompetenzen durch valide Bewertungsinstrumente abgeschlossen wird.

Simulation im abdominalen Ultraschall

Abdominal-Ultraschall-Simulatoren sind weitverbreitet und können Informationen liefern über die Anatomie des Abdomens, die Pathologie, die Organe, die diagnostische Ausbildung, die Knobologie, die Platzierung von Schallköpfen und die Schulung von Interventionen, wie dem Legen von Kathetern, Nadelbiopsien und invasiven Verfahren ([Abb. 1]).

Abb. 1 Abdominal-Ultraschall-Simulatoren.

Ein Simulator bietet unbegrenzte Übungszeit sowie ausreichend Zeit, um zu lernen, zu reflektieren oder um zusätzliche Informationen zu erhalten, die die Lernenden ergänzend zu ihren Lernergebnissen benötigen. Es ist ein großer Vorteil, dass die Simulatoren den Lernenden erlauben, Fehler zu machen, ohne dass dies reale Konsequenzen hat [22] oder den Patienten schadet. Außerdem können die Lernenden in ihrem eigenen Tempo arbeiten und Fragen stellen oder Fehler machen, ohne beurteilt zu werden [22]. Der Kasten 1 zeigt, welche Überlegungen vor Einführung eines SBT-Kurses anzustellen sind.

Verfügbare abdominale Ultraschall-Simulatoren

Die Wahl des Simulatormodells hängt von einer Kombination aus bestehenden Lehrplänen und den Voraussetzungen der Lernenden, den Ressourcen und den Lernzielen des Kurses ab. Einige Simulatoren eignen sich besser für das Lernen in einer Gruppe, während andere isoliertes Lernen und praktisches Üben beinhalten [23] [24] [25]. Eine Übersicht ist in [Tab. 1] dargestellt. Es ist wichtig zu erkennen, dass verschiedene Simulatortypen sehr variabel sind, was die Realitätsnähe und Benutzerfreundlichkeit anbelangt [2]. Das bedeutet, dass ein bestimmter Modelltyp nicht für alle geeignet ist. Wir konzentrieren uns auf 2 Haupttypen (einfache physikalische Phantome und computerbasierte Modelle) mit ihren jeweiligen Vorteilen und Einschränkungen.

Tab. 1 Verfügbare Typen von Ultraschall-Simulatoren.

Ultraschall-Simulator-Typen	Echte Ultraschallgeräte und Phantome
	Apps für PC, Tablets oder Smartphones
	Virtuelle Simulatoren/virtuelle Realität
	Augmented-Reality
	Scanner-/Schallkopf-Attrappen
	Tiermodelle

Ultraschall-Simulation mit einfachen physikalischen Phantomen

Diese Ultraschall-Phantome [26] [27] [28] werden häufig eingesetzt und sollen die physikalischen Eigenschaften menschlichen Gewebes widerspiegeln. Die Phantome können anatomische Komponenten wie Blutgefäße und Organe enthalten, wobei einige Modelle Pathologien, wie z. B. einen Tumor und/oder Zysten simulieren. Sie sind auch für die Demonstration der Anatomie und/oder in der Pathologie nützlich.

Physikalische Phantome sind je nach Verwendungszweck in verschiedenen Größen, Formen und Komplexitäten erhältlich. Phantome mit hohem Komplexitätsgrad werden in der Regel speziell für einen bestimmten Zweck angefertigt und können teuer in der Anschaffung sein. Physikalische Ultraschall-Phantome können jedoch hinsichtlich ihrer Fähigkeit, physiologische Bewegungen zu simulieren, eingeschränkt sein. Ultraschall-Phantome haben eine begrenzte Anzahl von Pathologien und werden daher häufig für die Ausbildung im Point-of-Care-Ultraschall (POCUS) verwendet, da sie sich auf spezifische Pathologien konzentrieren. In [Abb. 2] ist eine Trainingssituation an einem abdominalen Simulator dargestellt, während [Abb. 3] ein Beispiel für eine Ultraschall-Simulation zeigt.

Abb. 2 Beispiel für eine Trainingssituation.

Abb. 3 Beispiele für den Simulationsaufbau.

Computerbasierte Ultraschall-Simulatoren

Computerbasierte Ultraschall-Simulatoren sind Softwareprogramme, die eine Ultraschall-Bildgebung simulieren, indem sie Ultraschallbilder auf Grundlage von Benutzereingaben, wie Bildgebungsprozess und -aufnahme, erzeugen [29]. Die computerbasierte Simulation beruht meist auf virtuellen Patienten, und die Ultraschallbilder werden auf Grundlage der Eingaben des Lernenden durch Bewegung, Druck und Winkel des Schallkopfs erzeugt. Einige computergestützte Simulatoren haben ein Feedback integriert. Ein Nachteil ist die fehlende physikalische Stimulation im Vergleich zu den einfachen physikalischen Phantomen: Z. B. erfahren die Lernenden nicht, wie sich Atmung oder Husten auf die Bildqualität auswirken, welche Gel-Menge auf die Sonde aufgetragen werden sollte und wie Bildgebungsartefakte vermieden und interpretiert werden können.

Computerbasierte Ultraschall-Simulatoren können interaktive Online-Modelle oder -Anwendungen (Apps), virtuelle Realität, Tablets, Smartphones, Tastatur und Maus, Scanner-Attrappen, Multiple-Choice-Tests oder Spiele umfassen [19] [30].

Hybride Virtual-Reality-Simulatoren sind weitverbreitet und stellen eine Kombination aus physikalischer und computerbasierter Simulation dar [2] [3]. Sie kombinieren das Softwareprogramm mit einer Puppe, z. B. unter Verwendung eines Magnetfelds zur Synchronisierung der Handbewegung, um das entsprechende Ultraschallbild zu erzeugen. Die virtuelle Realität bietet eine realistische Simulationsumgebung, in der die Lernenden das Scanverfahren, die Bildinterpretation und die Zusammenarbeit mit dem Patienten üben können. Einige Virtual-Reality-Systeme haben ein sofortiges Feedback für Lernende eingebaut, z. B. bei der Winkelung oder dem Druck des Schallkopfs. Ein Vorteil sowohl der computerbasierten als auch der hybriden Ultraschall-Simulatoren besteht darin, dass sie oft eine größere Auswahl an Fällen zur Anatomie und zu den verschiedenen Pathologien im Lehrplan bieten [2]. In Kasten 2 sind die wichtigsten Punkte für die Einrichtung eines SBT-Kurses aufgeführt.

Entwicklung eines simulationsbasierten Programms im abdominalen Ultraschall

Eine effektive Ausbildung ist eine Herausforderung und erfordert sorgfältige Planung, Vorbereitung und systematische Durchführung [31]. Für die Entwicklung wirksamer simulationsbasierter Trainingsprogramme in der abdominalen Ultraschall-Simulation schlagen wir einen strukturierten Ansatz vor, wie z. B. das 6-stufige Curriculum-Entwicklungsmodell von Kern et al. [32]. Wir haben dieses Modell auf der Grundlage früherer didaktischer Arbeiten modifiziert [16] und bieten eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, die den Ausbildern hilft, ein auf Ultraschall-Simulation basierendes Programm in 6 Schritten zu entwickeln.

Schritt 1. Führen Sie eine allgemeine Bedarfsanalyse durch.

Der Prozess der Bedarfsermittlung ist wichtig, um den Schulungsbedarf Ihrer Lernenden zu ermitteln, was wiederum die Entwicklung eines maßgeschneiderten simulationsbasierten Curriculums ermöglicht. Dieser Ansatz gewährleistet, dass das Schulungsprogramm tatsächlich auf die spezifischen Bedürfnisse der Lernenden zugeschnitten ist.

Schritt 2. Identifizieren Sie die Zielgruppe und das Umfeld (gezielte Bedarfsanalyse).

Entwickeln Sie Ihre simulationsbasierten Schulungsprogramme auf der Grundlage der Teilnehmer und deren jeweiligem Niveau.

Schritt 3. Legen Sie Lernziele fest und bestimmen Sie, wie die Lernzielkontrolle erfolgen soll.

Legen Sie fest, was Sie mit dem Simulationstrainingsprogramm erreichen wollen: z. B. das Erlernen grundlegender Ultraschall-Knobologie, die Verbesserung technischer Bildgebungsfähigkeiten oder das Erkennen von Pathologien. Planen Sie, wie Sie eine Lernziel-Kontrolle durchführen können. Für einige der Ultraschall-Verfahren werden Beurteilungsinstrumente mit Validitätsnachweis empfohlen und sind bereits verfügbar [16] [33].

Schritt 4. Bestimmen Sie den geeigneten Simulatortyp und die Schulungsstrategien.

Im Handel sind viele Ultraschall-Simulatoren erhältlich, und jeder Typ hat Vor- und Nachteile. Es ist wichtig, einen Simulator zu finden, der Ihren Lernzielen und -vorgaben entspricht. Der Lehrplan könnte eine Kombination aus Schulungs- und Praxiseinheiten umfassen, die sich auf bestimmte Aufgaben, Fähigkeiten, Verfahren und Levels konzentrieren.

Schritt 5. Implementierung des Programms.

Führen Sie das Programm nach einem strukturierten Ansatz durch. Eine sorgfältige Planung des Implementierungsprozesses ist der Schlüssel zu einem erfolgreichen Schulungsprogramm. Beziehen Sie relevante Interessengruppen in die Planung der Implementierung ein, um die Akzeptanz und den Durchbruch zu erhöhen. Stellen Sie sicher, dass die für die Durchführung des Simulationsprogramms erforderlichen Ressourcen ermittelt werden, z. B. die Einstellung und Ausbildung von Lehrkräften.

Schritt 6. Evaluieren Sie das Programm kontinuierlich.

Bewerten Sie die Wirksamkeit des Schulungsprogramms und nehmen Sie laufend Anpassungen vor. Hören Sie sich das Feedback von Lehrenden und Lernenden an.

Simulationsbasierte Bewertung

Die Simulation bietet ein sicheres Umfeld – nicht nur für die Ausbildung, sondern auch für die Beurteilung. Die simulationsbasierte Bewertung bietet eine Alternative zu traditionelleren klinischen Tests wie die OSCE (Objective Structured Clinical Examination) oder DOPS (Direct Observation of Procedural Skills). Bei einer OSCE müssen die Lernenden eine Reihe von Stationen absolvieren, die jeweils eine bestimmte Aufgabe im Zusammenhang mit einer bestimmten Fertigkeit enthalten, und anschließend wird die Leistung bewertet. DOPS erfordert eine kontinuierliche Überwachung der Lernenden, einschließlich einer Feedbackschleife zur Leistung. Die simulationsbasierte Bewertung kann sicherstellen, dass die Lernenden die grundlegenden Kompetenzen im Rahmen des vorgegebenen Curriculums erworben haben und bereit sind, die nächste Stufe zu erreichen. Insgesamt bietet die Beurteilung mittels der Ultraschall-Simulationen eine effiziente, gezielte und sichere Methode zur Bewertung von Fähigkeiten.

Mastery Learning

Die Bewertung der Fähigkeiten kann theoretisch, praktisch oder in einer Kombination aus beidem erfolgen.

Simulationsbasiertes Training und Tests können eine Möglichkeit sein, um Mastery Learning zu implementieren, wenn das Lernziel ein zuvor festgelegtes Kompetenzniveau ist [34] [35].

Die Methode ermöglicht es den Lernenden, die Zeit, die Lernmuster und das Scanvolumen zu variieren, um das zuvor festgelegte Kompetenzniveau zu erreichen. Dies wird durch einen abschließenden validierten Test sichergestellt. Mastery Learning könnte die Messungen der Lernkompetenzen in Form von Zeit oder „Anzahl der Scans“ ergänzen und möglicherweise ablösen, da diese Messungen nicht unbedingt gut mit den tatsächlichen Kompetenzniveaus korrelieren [36]. Ein simulationsbasierter Test eignet sich auch für eine kontinuierliche Messung, die nützlich ist, um schlechte Leistungen oder eine Stagnation in der Ausbildung zu erkennen.

In Kombination mit der Bewertung der theoretischen und klinischen Kenntnisse kann der Ausbilder die Fähigkeiten der Lernenden bewerten. Es ist wichtig, dass der Test die Teilnehmer beurteilen und kategorisieren kann, z. B. in Anfänger, Fortgeschrittene und Experten [37]. Die Beurteilung kann in Form von MCQs (Multiple Choice Questions) zum Kenntnisstand über sonoanatomische Strukturen, technisches Wissen und pathologische Kenntnisse abgebildet werden [37] und eine Pass/Fail-Bewertung einschließen [37] [38]. Individuelles Feedback oder Checklisten können auch ein integrierter Bestandteil der Bewertung sein. [Abb. 4] zeigt die Illustration einer Lernkurve.

Abb. 4 Beispiel für eine Lernkurve.

Vorteile und Herausforderungen der abdominalen Simulation

Ultraschall-Simulationen bieten eine Reihe von Vorteilen und Herausforderungen für Mediziner. Ein Vorteil des STB ist z. B., dass das „ALARA-Prinzip“ (As Low As Reasonably Achievable) von den Lernenden nicht berücksichtigt werden muss. Mit einem maßgeschneiderten simulationsbasierten Trainingsprogramm haben die Lernenden die Möglichkeit, sich voll und ganz auf das Thema einzulassen, was zu einem effektiven Lernergebnis und -erlebnis führt. Lernen erfordert Hingabe und Engagement – auch im SBT. Das kann z. B. durch zeitliche Begrenzung, das Auslaufen der Softwarelizenz oder einen begrenzten Zugang zum Simulator behindert werden. Außerdem besteht immer die Gefahr, dass die Fähigkeiten im Laufe der Zeit abnehmen [39]. Lernende, die SBT erhalten, erzielen in der Regel höhere Punktzahlen in den Beurteilungen [6] [40], was die wertvolle Aufgabe der Ultraschall-Simulation unterstreicht. Es gibt keine einheitlichen Erkenntnisse darüber, wie die erforderlichen Fähigkeiten aufrechterhalten werden, und hier sind weitere Untersuchungen erforderlich [41]. Während die Vorteile klar auf der Hand liegen, erfordert die Aufrechterhaltung des Simulatorsystems und der Kompetenzen der Ausbilder kontinuierliche Ressourcen und Aufmerksamkeit. [Tab. 2] gibt einen Überblick über die Vorteile und Herausforderungen der Ausbildung in der abdominalen Ultraschall-Simulation [42] [43]. Textkasten 3 enthält ein Beispiel für einen SBT-Kurs.

Tab. 2 Überblick über die Vorteile und Herausforderungen bei der Einrichtung eines simulationsbasierten Trainingskurses.

Vorteile	Herausforderungen
Unabhängige Verfügbarkeit	Wartung des Systems
Individuelles Feedback ist bei einigen Simulatoren möglich	Kein oder eingeschränkter klinischer Zugang zu Patienten
Unabhängigkeit von einem Betreuer	Fehlende persönliche Betreuung
Patientensicherheit	Keine direkte Umsetzung in die klinische Praxis
Einsatz als „auffrischendes“ Lehrelement	Fertigkeiten und Kenntnisse nehmen ab, wenn das Simulationstraining nicht weitergeführt wird
Zugänglich für alle medizinischen Ausbildungsstufen	Begrenzte Ähnlichkeit mit dem Klinikalltag
Abbau von Ängsten und Förderung der Selbstwirksamkeit	Schwierigkeit, den Druck abzuschätzen, der bei einer Ultraschall-Untersuchung des Abdomens nötig ist
Verbesserung der Kenntnisse, Fähigkeiten und Kompetenzen	Schwierigkeiten bei der Wahl des optimalen Simulationssystems
Verbesserung der Hand-Auge-Koordination	Die Bedienung kann schwierig sein und erfordert einen hohen Zeitaufwand
Sehr geschätztes und motivierendes Lehrmittel	Die Anschaffung und Implementierung ist kostspielig (Kosten/Nutzen)
Ultraschall-Untersuchungen, Auswertung und Erprobung sind standardisiert möglich	Begrenztes Kommunikationstraining für die Anwendung in der Realität
Individuelle, z. B. auf den Zeitbedarf zugeschnittene Lernstrategien	Die erworbenen Fähigkeiten müssen anschließend mit echten Ultraschall-Geräten geübt werden

Zukunftsperspektiven

Die technologische Entwicklung von Ultraschall-Simulationssystemen kann zu einer realistischeren Simulation führen, die eine bessere Ausbildung ermöglicht, indem sie eine eindrückliche und interaktive Schulungsumgebung bietet. Wahrscheinlich wird die abdominale Ultraschall-Simulation in kleineren Kliniken und Krankenhäusern aufgrund des niedrigeren Preises und der steigenden Nachfrage mit der Zeit leichter zugänglich werden. Der abdominale Ultraschall ist bereits ein weitverbreitetes und wichtiges Instrument in der Telemedizin, und die Simulation könnte in Zukunft hierbei eine Rolle spielen. Sie hilft den Medizinern aus der Ferne, die notwendigen Fähigkeiten und Erfahrungen zu erwerben, um qualitativ hochwertige Ultraschall-Untersuchungen durchzuführen. Feedback und Bewertung in Echtzeit könnten in die Simulation integriert werden, sodass die Lernenden ihre Fortschritte überwachen und ihren Schulungsbedarf bzw. ihre Wissenslücken erkennen können.

Schlussfolgerung

Das Potenzial der Ultraschall-Simulation ist enorm und wird in Zukunft voraussichtlich noch zunehmen. Abdominale Ultraschall-Simulationssysteme haben ein großes Potenzial hinsichtlich der Verbesserung der ärztlichen Fähigkeiten, der Vermeidung von Risiken, der Erhöhung der Patientensicherheit, des sofortigen Feedbacks, des Aufbaus von Vertrauen und der Erprobung neuer Geräte und Techniken. Angesichts der steigenden Nachfrage nach medizinischer Bildgebung ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Anwender über die erforderlichen Fähigkeiten und Erfahrungen verfügen. Die abdominale Ultraschall-Simulation wird weiterhin eine wichtige Rolle spielen, da sie die Möglichkeit bietet, komplexe Bildgebungsverfahren zu simulieren und den Schwerpunkt auf die Verbesserung der Fähigkeiten der Lernenden zu legen.

Conflict of Interest

Declaration of financial interests

Receipt of research funding: no; receipt of payment/financial advantage for providing services as a lecturer: no; paid consultant/internal trainer/salaried employee: no; patent/business interest/shares (author/partner, spouse, children) in company: no; patent/business interest/shares (author/partner, spouse, children) in sponsor of this CME article or in company whose interests are affected by the CME article: no.

Declaration of non-financial interests

The authors declare that they have no conflict of interest.

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Publication History

Received: 09 September 2023

Accepted after revision: 05 February 2024

Article published online:
21 March 2024