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Jun 01, 2024

Können Mixed-Reality-Technologien chirurgische Fähigkeiten besser vermitteln als herkömmliche Methoden? Eine prospektive randomisierte Machbarkeitsstudie

BMC Medical Education Band 23, Artikelnummer: 144 (2023) Diesen Artikel zitieren 1572 Zugriffe 1 Zitate 3 Details zu altmetrischen Metriken Die Vermittlung grundlegender chirurgischer Fertigkeiten wird oft mit didaktischen Mitteln vermittelt

BMC Medical Education Band 23, Artikelnummer: 144 (2023) Diesen Artikel zitieren

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1 Zitate

3 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Der Unterricht in grundlegenden chirurgischen Fertigkeiten wird häufig mit didaktischen audiovisuellen Inhalten vermittelt, und neue digitale Technologien können die Entwicklung ansprechenderer und effektiverer Lehrmethoden ermöglichen. Das Microsoft HoloLens 2 (HL2) ist ein multifunktionales Mixed-Reality-Headset. Ziel dieser prospektiven Machbarkeitsstudie war es, das Gerät als Instrument zur Verbesserung der Ausbildung technischer chirurgischer Fertigkeiten zu bewerten.

Es wurde eine prospektive, randomisierte Machbarkeitsstudie durchgeführt. 36 Medizinanfänger wurden darin geschult, anhand eines synthetischen Modells eine grundlegende Arteriotomie und einen Verschluss durchzuführen. Die Teilnehmer wurden randomisiert und erhielten ein strukturiertes Tutorial zu chirurgischen Fertigkeiten über ein maßgeschneidertes Mixed-Reality-HL2-Tutorial (n = 18) oder über ein standardmäßiges videobasiertes Tutorial (n = 18). Die Leistungsbewertungen wurden von verblindeten Prüfern anhand eines validierten objektiven Bewertungssystems bewertet und das Feedback der Teilnehmer eingeholt.

Die HL2-Gruppe zeigte im Vergleich zur Videogruppe eine deutlich größere Verbesserung der technischen Gesamtkompetenz (10,1 vs. 6,89, p = 0,0076) und eine größere Konsistenz in der Fähigkeitsentwicklung mit einem deutlich engeren Bewertungsbereich (SD 2,48 vs. 4,03, p =). 0,026). Das Feedback der Teilnehmer zeigte, dass die HL2-Technologie interaktiver und ansprechender ist und nur minimale gerätebezogene Probleme auftreten.

Diese Studie hat gezeigt, dass Mixed-Reality-Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Lehrmethoden für grundlegende chirurgische Fertigkeiten ein qualitativ hochwertigeres Bildungserlebnis, einen verbesserten Kompetenzfortschritt und eine größere Konsistenz beim Lernen bieten kann. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Skalierbarkeit und Anwendbarkeit der Technologie in einem breiten Spektrum kompetenzbasierter Disziplinen zu verfeinern, zu übersetzen und zu bewerten.

Peer-Review-Berichte

Aktuelle Ansätze zum Training chirurgischer Fertigkeiten nutzen häufig die Unterstützung durch didaktische Video-Tutorials, da sich gezeigt hat, dass diese grundlegende Fertigkeiten wie das Nähen effektiv vermitteln [1]. Allerdings können diese Techniken kinästhetische Lernende benachteiligen und nur begrenzten Spielraum für die Entwicklung neuartiger Lehransätze bieten. Simulations- und videobasiertes Lernen ist heute ein Eckpfeiler der chirurgischen Ausbildung. Daten deuten darauf hin, dass kompetenzbasiertes Lernen in der virtuellen Realität (VR) ansprechende Lernumgebungen schafft, die ein tieferes Verständnis und die langfristige Beibehaltung von Wissen und Fähigkeiten fördern [2]. Von Studierenden bevorzugter multimodaler Unterricht [3].

Die Mixed Reality (MR)-Technologie bietet ein immersives Erlebnis, bei dem reale und virtuelle Elemente einer Umgebung nebeneinander existieren. Mithilfe von Headsets können mehrere Benutzer durch bidirektionale Kommunikation und Interaktion mit räumlich erkannten holografischen 3D-Inhalten innerhalb der realen visualisierten Umgebung aus der Ferne eine Verbindung herstellen und gemeinsam interagieren. Diese Technologie kann daher spezifische 3D-Bildgebung, generische dynamische physiologische und anatomische Modelle oder prozedurale Animationen bereitstellen, um das Lernangebot zu verbessern, und gleichzeitig den Fernzugriff auf Bildung ermöglichen, was die Zugänglichkeit erweitern und Hürden für Bildungschancen senken kann. Die HoloLens 2 (HL2) (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) ist ein ungebundenes MR-Headset und ein Beispiel für eine solche Technologie. Es wurde erfolgreich in einer Reihe von Bildungseinrichtungen eingesetzt, darunter beim Unterrichten von Visiten [4] und beim Unterricht in menschlicher Anatomie durch maßgeschneiderte interaktive 3D-Modelle, die nachweislich ein besseres Verständnis anatomischer Strukturen im Vergleich zum Standardunterricht auf Vorlesungsbasis vermitteln [5, 6,7,8]. Darüber hinaus hat sich die Technologie als potenzielle Methode zur Vermittlung grundlegender praktischer Fertigkeiten wie digitale rektale Untersuchungen und Harnkatheterisierung erwiesen [9, 10]. Über den Einsatz von Augmented (AR) und Virtual Reality (VR) für die chirurgische Ausbildung wurde ausführlich berichtet [11, 12], es gibt jedoch nach wie vor nur wenige Belege für die potenzielle Wirksamkeit neuerer MR-Technologie zur Unterstützung der Vermittlung grundlegender chirurgischer Fertigkeitenschulungen . Die MR-Technologie hat das Potenzial, alle Aspekte des Fertigkeitstrainings zu verbessern, insbesondere den selbstgesteuerten Unterricht, den Fernunterricht oder den Unterricht in großen Gruppen, bei dem Ressourcenbeschränkungen keinen von einem Lehrer geleiteten Präsenzunterricht zulassen und videobasierte Methoden derzeit die Lösung sind Hauptbestandteil der Lieferung. Ziel dieser Studie war es daher, die Auswirkungen der MR-Technologie auf die Ausbildung grundlegender chirurgischer Fertigkeiten in einer Kohorte von Anfängern im Vergleich zu herkömmlichen videobasierten Lehrmethoden zu untersuchen.

Es wurden 36 neue klinische Medizinstudenten rekrutiert. Alle hatten sich vor der Teilnahme an der Studie einer summativen Beurteilung in einfachen Nahtkompetenzen als Teil ihres Lehrplans unterzogen, hatten jedoch zuvor noch nicht an den chirurgischen Fähigkeiten teilgenommen, die gelehrt und bewertet wurden. Es wurden demografische Daten gesammelt und die Daten zu bevorzugten Lernstilen von den Teilnehmern anhand des VARK-Modells (visuell, auditiv, lesen/schreiben, kinästhetisch) selbst gemeldet. ein validiertes Inventar, das die Lernpräferenzen der Schüler identifiziert [13].

Hierbei handelte es sich um eine einfach verblindete, randomisierte Studie mit 18 Teilnehmern, die jeder Gruppe randomisiert zugeteilt wurden. Jede Gruppe erhielt ein strukturiertes Tutorial zu chirurgischen Fertigkeiten zur Durchführung und Schließung einer Arteriotomie: eine herkömmliche videobasierte Tutorialgruppe und eine MR-HL2-Gruppe. Das Zuteilungsverhältnis für jede Gruppe betrug 1:1 mittels Block-Randomisierung vor der Teilnahme. Die Studie erhielt die institutionelle Genehmigung für Bildungsethik (EERP2021-027a) und die Einverständniserklärung aller Teilnehmer wurde eingeholt.

Die Studie erfolgte in drei Phasen und nutzte für beide Gruppen einen modifizierten vierstufigen Peyton-Ansatz zur Kompetenzvermittlung [14]. Die Teilnehmer führten eine grundlegende Beurteilung ihrer chirurgischen Fähigkeiten durch, erhielten ein standardisiertes Tutorial zu chirurgischen Fähigkeiten und führten dann eine weitere Bewertungsaufgabe durch, um den Fortschritt ihrer Fähigkeiten zu bestimmen. Die Teilnehmer wurden darin geschult, eine einfache Arteriotomie und einen Verschluss an einem handelsüblichen synthetischen Operationstischmodell (Limbs & Things Ltd, Bristol, UK) durchzuführen. Sie führten eine Längsarteriotomie durch, die dann mit Einzelknopfnähten verschlossen wurde. Eine Beschreibung des Szenarios finden Sie in Anhang A. In der ersten Phase erhielten alle Teilnehmer identische grundlegende schriftliche Anweisungen zur Durchführung einer Arteriotomie und eines Verschlusses. Die Aufgabe wurde dann an einem chirurgischen Modell durchgeführt, um eine grundlegende Beurteilung der Leistungsfähigkeit zu ermöglichen. In der zweiten Phase erhielt die Videogruppe Unterricht durch ein vorab aufgezeichnetes Video mit strukturierten Fertigkeiten. Die Teilnehmer konnten das Video ganz oder teilweise in ihrem bevorzugten Tempo selbstständig abspielen und dabei die Fertigkeit 20 Minuten lang üben. Die HL2-Gruppe erhielt Anweisungen zur Anpassung und Verwendung des HL2-Geräts und es wurde technischer Support für Teilnehmer bereitgestellt, die Schwierigkeiten bei der Verwendung der Technologie hatten. Sie erhielten das gleiche strukturierte chirurgische Tutorial, das um maßgeschneiderte interaktive holografische Inhalte und Anweisungen erweitert wurde, die über Microsoft Dynamics 365 Guides (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) bereitgestellt wurden, und hatten erneut 20 Minuten Zeit, um die Fertigkeit zu üben, während sie das nutzten MR-Inhalte. Das der HL2-Gruppe bereitgestellte MR-Tutorial ist in Abb. 1 dargestellt und bietet gleichzeitige und interaktive schriftliche Anweisungen sowie eingebettete Videos zu jedem Verfahrensschritt und Live-Instrumentenidentifizierung und -verwendung. In der letzten Phase führten beide Gruppen dann eine weitere Aufgabenbewertung durch, um eine objektive Beurteilung des Kompetenzfortschritts zu ermöglichen. Nachdem alle Aufgaben erledigt waren, konnten die Teilnehmer die alternative Unterrichtsmodalität ausprobieren, um sicherzustellen, dass kein Teilnehmer benachteiligt wurde und alle beide Interventionen nutzen konnten. Die demografischen Daten der Teilnehmer, Informationen zum Lernstil sowie das Feedback zu Unterricht und Gerät wurden mithilfe einer 5-Punkte-Likert-Skala mit einer Bewertung von 1 bis 5 erfasst, wobei 1 „stimme überhaupt nicht zu“ und 5 „stimme völlig zu“ bedeutet.

Screenshot des Inhalts der HoloLens-Unterrichtssitzung. Die Anweisungen werden auf einem Bildschirm vor dem Teilnehmer angezeigt, während links neben den Anweisungen ein eingebetteter Videoclip des Schritts angezeigt wird. Die Instrumente werden der Reihe nach mit einem 3D-Hologramm hervorgehoben und das chirurgische Modell ist beschriftet, um die korrekte Platzierung der Klemme zu erkennen (1 A). Nahaufnahme, die zeigt, wie die Technologie das richtige Instrument in der Reihenfolge seiner Verwendung für den Schüler hervorhebt (1B)

Es hat sich gezeigt, dass Bewertungsinstrumente wie das Objective Structured Assessment of Technical Skill (OSATS) die chirurgischen Fähigkeiten genau und valide messen [15]. In dieser Studie wurde die Leistungsfähigkeit durch Bewertung der richtigen Instrumentenauswahl, Abschluss der Aufgabenphase und Nahtqualität gemessen, um eine Gesamtkompetenzbewertung zu erstellen. Die chirurgische Fertigkeit wurde in mehrere Phasen unterteilt und eine modifizierte aufgabenspezifische OSATS-Checkliste wurde entwickelt, um die entsprechende Instrumentenauswahl und den Abschluss der Aufgabenphase zu bewerten. Dies wurde von einem Prüfer durchgeführt, der bei jeder bewerteten Aufgabe über den Unterrichtszustand der Teilnehmer informiert war. Die zur Erledigung der Aufgabe benötigte Zeit wurde ebenfalls aufgezeichnet, wobei eine Frist von 15 Minuten zulässig war. Ein zweiter verblindeter Gutachter bewertete dann jedes fertige Arteriotomiemodell, um die Nahtqualität und -fehler anhand einer aufgabenspezifischen Bewertung zu beurteilen. Anschließend wurde eine Gesamtkompetenzbewertung basierend auf einer auf Metriken basierenden Leistungsbewertung mit Belegen für deren Gültigkeit [16, 17] berechnet, indem die Instrumentenauswahl und die Nahtqualitätsbewertungen kombiniert wurden, um den Gesamtfortschritt der Fähigkeiten pro Teilnehmer zu bestimmen. Das System zur Bewertung der chirurgischen Kompetenz ist in Anhang B aufgeführt.

Es wurden standardmäßige deskriptive Statistiken verwendet. Die Verteilung der Daten wurde mithilfe des Shapiro-Wilks-Tests auf Normalität überprüft. Der Vergleich der Ergebnisse zwischen den Gruppen wurde mit einem T-Test für parametrische Daten und einem Mann-Whitney U (MWU)-Test für nichtparametrische Daten analysiert. Die Varianz wurde durch einen F-Test bewertet. Ein Chi-Quadrat-Test wurde verwendet, um Beziehungen zwischen kategorialen Daten zu testen. P-Werte < 0,05 wurden als signifikant angesehen. Die statistische Analyse wurde mit GraphPad Prism für Mac Version 9.0.0 durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung angezeigt.

Es gab keinen Unterschied im Alter (22,4 Jahre ± 2,45 vs. 22,6 ± 2,52, p = 0,735) oder Geschlecht (7 vs. 8 Männer, p = 0,735) zwischen der HL2- und der Videogruppe.

Es gab keinen signifikanten Unterschied in den Gesamt-Grundkompetenzwerten für die HL2- und die Videogruppe (9,11 ± 3,36 vs. 10,2 ± 2,66, p = 0,303). Wie in Abb. 2 dargestellt, zeigte die HL2-Lehrergruppe im Vergleich zur Videogruppe einen deutlich größeren Zuwachs an Rohpunktkompetenzwerten (10,1 ± 2,48 gegenüber 6,89 ± 4,03, p = 0,0076). Ergebnisse, was auf ein höheres Maß an Konsistenz in der Fähigkeitsentwicklung im Vergleich zur Videogruppe hinweist (SD 2,48 vs. 4,03, F17,17 = 2,64 p = 0,026).

Balkendiagramm, das den durchschnittlichen Kompetenzzuwachs jeder Gruppe (n = 18/Gruppe) pro Teilnehmer darstellt. Diejenigen in der HoloLens-Gruppe zeigten eine deutlich größere Rohpunktverbesserung bei den Leistungswerten (10,1 ± 2,48 gegenüber 6,89 ± 4,03, p = 0,0076) und eine größere Konsistenz bei der Fähigkeitsentwicklung (SD 2,48 gegenüber 4,03, F17,17 = 2,64, p = 0,026). )

Es gab keinen signifikanten Unterschied in den Ausgangswerten für die Instrumentenauswahl für die HL2- und Videogruppen (3,06 ± 0,873 vs. 3,61 ± 1,42, p = 0,246). Die HL2-Lehrgruppe hatte anschließend im Vergleich zur Videogruppe einen deutlich höheren Durchschnittswert für die Wahl des Instruments (9,67 ± 0,767 vs. 6,67 ± 1,97, p < 0,0001).

Es gab keinen signifikanten Unterschied in den Ausgangswerten für die Nahtqualität für die HL2- und die Videogruppe (7,17 ± 2,83 vs. 7,50 ± 2,28, p = 0,700), und beide Gruppen zeigten eine gleiche Leistungsverbesserung (2,22 ± 2,13 vs. 1,94 ± 3,21, p = 0,761).

Die Auswirkungen der Lernstile der Teilnehmer auf die Kompetenz sind in Abb. 3 zusammengefasst. Insgesamt gaben 20 (56 %) Teilnehmer einen multimodalen Lernstil an, während die restlichen 16 (44 %) Teilnehmer einen einzigen bevorzugten Lernstil angaben. Teilnehmer, die „Kinästhetik“ (n = 30 – HL2 15, Video 15) als eine ihrer Lernmodalitäten aufführten, zeigten in der HL2-Gruppe deutlich bessere Ergebnisse bei der Instrumentenauswahl (9,60 ± 0,737 vs. 6,87 ± 1,96, p < 0,0001). Auch die Verbesserungen bei der Instrumentenauswahl waren in der HL2-Gruppe bei Teilnehmern, die „visuell“ (n = 26 – HL2 11, Video 15) als einen ihrer bevorzugten Lernstile einschlossen, deutlich besser (9,82 ± 0,751 vs. 6,67 ± 2,09, p <). 0,0001). Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied in den Ergebnissen der Instrumentenauswahl für Teilnehmer, die „auditiv“ (n = 11 – HL2 4, Video 7) als eine ihrer Lernmodalitäten nannten (9,50 ± 0,577 vs. 14 ± 2,27, p = 0,112). Multimodale Teilnehmer (n = 20 – HL2 8, Video 12), die mehr als eine Lernmodalität aufführten, zeigten in der HL2-Gruppe im Vergleich zur Videogruppe auch deutlich größere Zuwächse bei der Instrumentenauswahl (9,75 ± 0,707 vs. 6,92 ± 2,11). , p = 0,0009). Es wurde kein Unterschied in der Nahtqualitätsbewertung zwischen den beiden Studiengruppen bei unterschiedlichen Lernstilen beobachtet.

Diagramme, die den durchschnittlichen Gewinn an verfahrenstechnischem Wissen durch die Wahl des Instruments bei Teilnehmern darstellen, die (A) kinästhetisch (n = 30 – HL2 15, Video 15), (B) visuell (n = 26 – HL2 11, Video 15), (C) ausgewählt haben ) auditiv (n = 11 – HL2 4, Video 7) und (D) mehrere Modalitäten (n = 20 – HL2 12, Video 8) als bevorzugte Lernmodalitäten. * = p < 0,05, ** = p < 0,01, *** = p < 0,001, ****=p < 0,0001

Das Feedback der Teilnehmer ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Eine Minderheit (6/36, 16,7 %) der Studierenden war der Meinung, dass chirurgische Fertigkeiten an ihrer Einrichtung derzeit gut gelehrt werden. Alle Teilnehmer äußerten sich positiv zu beiden Unterrichtsmodalitäten und empfanden sie als einfach anzuwenden. Der Unterricht mit MR-Inhalten über HL2 galt als effektiver als herkömmliche Video-Tutorials (4,50 ± 0,618 vs. 3,83 ± 0,924, p = 0,024) und das Selbstvertrauen bei der Ausführung der bewerteten Fertigkeit war besser, wenn auch nicht signifikant bei den Teilnehmern im HL2 Gruppe (2,47 ± 0,624 vs. 1,94 ± 0,802, p = 0,0556). Die meisten Teilnehmer berichteten über keine Schwierigkeiten oder Probleme mit einer der Unterrichtsmodalitäten (HL2 26/36, 72,2 %. Video 24/36, 66,7 %). Eine Minderheit der Teilnehmer in der HL2-Gruppe berichtete über Symptome oder Schwierigkeiten beim Tragen des Geräts, wobei 11,1 % (2/18) über Kopfschmerzen und 16,7 % (3/18) über Müdigkeit oder Konzentrationsschwierigkeiten berichteten. Ähnliche Schwierigkeiten wurden jedoch auch in der Videogruppe gemeldet, wobei 16,7 % (3/18) von Konzentrationsschwierigkeiten oder Müdigkeit berichteten.

Diese randomisierte Studie hat gezeigt, dass Studierende, die an chirurgischen Fertigkeitenkursen teilnehmen, die über MR-Technologie vermittelt werden, größere und konsistentere Fertigkeitsfortschritte verzeichnen und im Vergleich zu herkömmlichen videobasierten Fertigkeitenkursen von einem qualitativ hochwertigeren Lernerlebnis berichten.

Die HoloLens-Unterrichtssitzung brachte allen Lernenden durchweg bessere Ergebnisse. Insbesondere führte es zu erheblichen Verbesserungen bei der Instrumentenauswahl und konsistenteren Verbesserungen der technischen Leistung. Diese Beobachtungen könnten auf die Art des HoloLens-Inhalts zurückzuführen sein, der einen strukturierteren Ansatz für das Üben von Fertigkeiten für den Teilnehmer unterstützte. Das interaktive Tutorial sorgte für eine Verstärkung und sofortige Bestätigung der wichtigsten Verfahrensschritte, indem holografische Darstellungen jedes chirurgischen Instruments in der Reihenfolge seiner Verwendung erstellt wurden. Darüber hinaus wurde das richtige Instrument im Operationsfeld hervorgehoben und eine visuelle Anleitung für die genaue Platzierung des Instruments auf der chirurgischen Vorrichtung bereitgestellt. Wie in Abb. 1 dargestellt. In Übereinstimmung mit pädagogischen Best Practices wurde dieses Material dem Schüler auf geführte und segmentierte Weise präsentiert, wobei der Fortschritt durch das Tutorial über eine freihändige Steuerung erfolgte, um eine Manipulation des Inhalts bei gleichzeitiger Ausführung der Aufgabe zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu war die Videogruppe nur in der Lage, die Videoinhalte in einem selbstgesteuerten Ansatz zu üben und erneut anzusehen, ohne dass ein zeitlicher Zusammenhang zwischen Video und Aufgabe bestand. Darüber hinaus mussten sie ihre Instrumente ablegen und sich von der Aufgabe lösen, das Video zu steuern, das auf einem angrenzenden Computer präsentiert wurde. Das interaktive Lernen und das verbesserte Feedback für die HoloLens-Gruppe sind wahrscheinlich für höhere Instrumentenauswahlwerte und eine größere Konsistenz des Lernens für diese Gruppe verantwortlich.

Unterschiedliche Lernstile der Teilnehmer schienen die Wirksamkeit der Intervention zu beeinflussen. Die Teilnehmer waren entweder multimodale Lernende oder gaben einen einzigen bevorzugten Lernstil an, mit einer gleichmäßigen Verteilung auf jede Studiengruppe. Teilnehmer, die auditives Lernen als einen ihrer bevorzugten Lernstile einschlossen, schnitten in beiden Studiengruppen ähnlich ab, was angesichts der identischen Audiokommentare für beide Unterrichtsmodalitäten zu erwarten war. Teilnehmer, die visuelles und kinästhetisches Lernen zu ihren bevorzugten Lernstilen zählten, schnitten in der HoloLens-Gruppe deutlich besser ab. Obwohl beide Gruppen das gleiche Videomaterial und die gleiche Übungszeit erhielten, schuf die HoloLens-Gruppe durch die Hinzufügung holografischer Inhalte und Markierungen sowie eines interaktiven Aufgabenleitfadens eine dynamischere Lernumgebung, die einen multimodalen Lernansatz unterstützte. Es ist gut dokumentiert, dass mehr interaktive Unterrichtssitzungen, die über eine Vielzahl von Medien durchgeführt werden, zu mehr Engagement und besseren Leistungen führen [18, 19].

Die Nahtqualität blieb über die beiden Eingriffe hinweg konstant. Dies war eine sekundäre Maßnahme der Studie, und Anweisungen und Anleitungen zur Verbesserung der Nahtqualität wurden nicht mit neuartigen MR-Inhalten geliefert. Das Fehlen eines signifikanten Unterschieds zwischen den Gruppen lässt sich möglicherweise auf die begrenzte Spezifität der Methode zur Bewertung der Nahtqualität zurückführen. Diese Beobachtung spiegelt jedoch möglicherweise auch die Tatsache wider, dass die Schüler keine Gelegenheit hatten, ein Leistungsplateau in ihren motorischen Fähigkeiten zu erreichen [20]. ], wobei das repetitive Erfahrungslernen nicht ausreicht, um signifikante Verbesserungen der technischen Qualität zu erzielen. Die HoloLens könnte diesen Mangel jedoch problemlos beheben und zukünftige Modelle könnten korrekte Knotenqualitätsmessungen visualisieren, indem ein animiertes Hologramm über die Hände des Teilnehmers gelegt wird, das die richtige Technik zeigt und es dem Teilnehmer ermöglicht, die Bewegungen zu spiegeln [21]. Dies würde eine interaktivere Möglichkeit zur Demonstration und sofortigen Bestätigung der Technik für Aspekte wie die korrekte Positionierung und Bindetechniken bieten.

Der weltweite Bedarf an einer verbesserten Vermittlung chirurgischer Fertigkeiten ist klar [22], und dieser hat sich während der COVID-Krise, die die chirurgische Ausbildung erheblich belastet hat, noch verschärft. Diese Daten deuten darauf hin, dass die MR-Technologie bei der Bewältigung dieser Herausforderungen eine Rolle spielen könnte und dass dies für Studierende akzeptabel ist. Alle HoloLens-Teilnehmer gaben an, die Unterrichtseinheit genossen zu haben, diese Beobachtung wurde jedoch in der Videogruppe nicht gefunden. Gründe für den geringeren Spaß an der Videogruppe lassen sich in den schriftlichen Rückmeldungen sehen, in denen die Teilnehmer sagten, das Video sei nicht „interaktiv“ genug und das erneute Ansehen des Videos während des Übens sei „zu schwierig“, da sie sich nicht effektiv auf die Aufgabe konzentrieren konnten Hand bei gleichzeitiger Steuerung und Interaktion mit einem nicht segmentierten und schlecht zugänglichen passiven Video. Dies steht im Einklang mit früheren Studien, die darauf hindeuten, dass interaktive und aktive Lernstile besser abschneiden als herkömmliche Lehrmethoden [23, 24]. Allerdings könnte dies eine Voreingenommenheit der Teilnehmer gegenüber der MR-Technologie darstellen, da diese neu ist oder in die Studie einbezogen wurde. Dennoch ist eine hohe Zufriedenheit der Studierenden bei Bildungsprogrammen von entscheidender Bedeutung, da sie zu einem stärkeren Engagement und einer besseren Gesamtleistung führt [25,26,27].

Unvertrautheit und die mit neuen Technologien verbundene Lernkurve führen oft zu einer langsamen Einführung [28]. Es ist jedoch vielversprechend, dass kein HoloLens-Teilnehmer der Aussage widersprach, dass die Technologie einfach zu verwenden sei. Es gibt jedoch eine Lernkurve für die Technologie, und einige beschrieben, dass es anfangs schwierig war, mit einigen Komponenten zu interagieren, was aber mit dem standardisierten Onboarding-Protokoll schnell überwunden wurde. Überraschenderweise wählten nicht alle Videoteilnehmer die Option „stimme voll und ganz zu“ für die Benutzerfreundlichkeit beim Ansehen der Videos. Die Rückmeldungen deuten darauf hin, dass dies daran lag, dass man in der Übungsrunde durch das Video scrollen musste, was eine Herausforderung darstellen konnte, während gleichzeitig versucht wurde, die Technik zu üben. Dieses Problem wird mit dem HoloLens-Lehrprogramm gemildert, da Microsoft Dynamics 365 Guides einen Cursor verwendet, der durch Kopfbewegung und Blick gesteuert wird. Daher musste der Teilnehmer seine Hand nicht von den Instrumenten nehmen, um mit dem nächsten Schritt fortzufahren oder die letzte Anweisung zu wiederholen. Dies ist besonders wichtig, wenn es um chirurgisches Training geht, da das Programm den Übungsfluss nicht stört und die Bildung eines Muskelgedächtnisses ermöglicht, was zu einer verbesserten Leistung der Fertigkeiten führt [29]. Eine interessante Beobachtung wäre, dass beide Gruppen nach der Unterrichtseinheit ein erhöhtes Selbstvertrauen hatten, in der HoloLens-Gruppe war dieses jedoch etwas höher. Dies könnte an der sofortigen Bestätigung des ausgewählten Instruments und der Anleitung für seine korrekte Platzierung auf der chirurgischen Vorrichtung liegen, die das HoloLens-Tutorial bereitgestellt hat; Funktionen, die im videobasierten Unterricht nicht bereitgestellt werden. Viele der verwendeten Instrumente hatte diese Anfängergruppe noch nie zuvor gesehen, und daher hilft eine solche positive Identifizierung, Rückmeldung und Verstärkung beim Lernen und beim korrekten Erkennen der Unterschiede zwischen ähnlich aussehenden Instrumenten.

Bei den meisten Teilnehmern (72,2 %, 13/18), die die HoloLens verwendeten, traten mit dem Gerät keine negativen Symptome auf, wobei die wenigen Symptome, die festgestellt wurden, mild waren. Studien haben gezeigt, dass eine längere Nutzung der HoloLens zu Symptomen wie Kopfschmerzen oder Müdigkeit führen kann [30]. Die Videogruppe hatte eine ähnliche Anzahl an Teilnehmern ohne Symptome, wobei das auffälligste Symptom Konzentrationsschwierigkeiten waren. Dies wird durch die Rückmeldungen unterstrichen, dass die Videos „lang“ und „langweilig“ seien. Dies war überraschend, da beiden Gruppen die gleichen grundlegenden Videoinhalte zur Verfügung gestellt wurden, wenn auch mit sehr unterschiedlichen und gegensätzlichen Methoden, aber nur ein Teilnehmer aus der HoloLens-Gruppe hatte das Gefühl, Schwierigkeiten bei der Konzentration zu haben, wahrscheinlich aufgrund der segmentierten Natur der Videoinhalte und zusätzlicher interaktive Funktionalität, die sie erlebt haben. Diese Ergebnisse sind ermutigend, da sie zeigen, dass es möglich ist, den interaktiven Charakter des MR-Lernens ohne die großen Nebenwirkungen wie „Cybersickness“ zu integrieren [8, 31].

Eine wesentliche Einschränkung dieser Studie war die Technologie selbst, die sich noch in den Kinderschuhen befindet. Die Akkulaufzeit des Geräts und andere technische Aspekte seines Betriebs waren die Hauptanliegen. Bei der Ausführung eines Microsoft Dynamics 365-Leitfadens, wie er in dieser Studie verwendet wird, ist er viel kürzer als angekündigt und dauert nur 90 Minuten. Obwohl dies in dieser Studie keine direkte Auswirkung hat, da jeder Teilnehmer das Gerät 40 Minuten lang nutzte, kann es die Skalierbarkeit der Technologie auf ein breiteres Spektrum von Themenbereichen und Fertigkeiten einschränken, die eine längere Unterrichtszeit erfordern. Darüber hinaus können Phasen minimaler Kopfbewegungen, beispielsweise beim Ansehen eines Videos über das Gerät, dazu führen, dass das Gerät automatisch in den Ruhezustand wechselt und somit das Tutorial unterbricht. Schließlich ist das Gerät so konzipiert, dass es durch bestimmte Handgesten bedient werden kann, beispielsweise durch Antippen der Innenseite des Handgelenks mit zwei Fingern, um zum Hauptmenü zurückzukehren. Auch wenn diese in anderen Situationen einzigartig waren, wurden sie manchmal mit normalen Bewegungen im klinischen Kontext verwechselt, wie z. B. dem Anziehen von Handschuhen, was wiederum unbeabsichtigt das Tutorial unterbrechen könnte; Dies könnte leicht durch grundlegende Softwareentwicklungen gelöst werden, die den klinischen Kontext berücksichtigen. Diese Studie wurde in einer Institution durchgeführt, die über die technischen Ressourcen zur Entwicklung der maßgeschneiderten Inhalte und die finanziellen Ressourcen für den Kauf der Geräte verfügte, die jeweils etwa 3.500 US-Dollar kosteten. Für die effektive Erstellung und Bereitstellung der MR-Inhalte sind technische Expertenkenntnisse erforderlich, selbst mit einem ausgereiften Softwarepaket wie Dynamics 365 Guides, das in diesem Fall verwendet wurde. Es ist ein mehrstufiger Prozess erforderlich, um den Videoinhalt zu filmen und zu segmentieren, mit einer speziellen Softwareanwendung maßgeschneiderte holografische 3D-Inhalte zu generieren, eine aufgabenspezifische, räumlich orientierte Übungsumgebung zu schaffen, in der die Nahttechnik durchgeführt wurde, und diese schließlich zu einem Ganzen zu verknüpfen zusammengefügter interaktiver Leitfaden. Dieser Ressourcenbedarf kann ein Hindernis für die Einführung und die potenzielle Skalierbarkeit der Technologie darstellen. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass die Kosten der Technologie im Laufe der Zeit sinken werden und sie daher zu einer praktikableren Option für den breiten Einsatz in der medizinischen Ausbildung wird. Darüber hinaus wird jeder technologiebasierte Versuch, insbesondere bei neuartigen Technologien, wahrscheinlich von einem gewissen Grad an Technologieverzerrungen betroffen sein.

Zusätzlich zu den technischen Einschränkungen untersuchte diese Studie ausschließlich die Verbesserung der Kompetenz bei einer genau definierten individuellen Aufgabe über einen kurzen Zeitraum, was möglicherweise die Anwendbarkeit der Ergebnisse auf die allgemeine chirurgische Kompetenz auf längere Sicht einschränkte. Zweitens gab es zwar unbedeutende Unterschiede in der Ausgangsleistung der Teilnehmer zwischen den einzelnen Gruppen, die möglicherweise teilweise zu den beobachteten Ergebnissen beigetragen haben. Zukünftige Studien würden davon profitieren, die Teilnehmer in längeren Zeitabständen erneut zu testen, um festzustellen, ob MR-Lehrmethoden den Verlust von Fähigkeiten in Längsrichtung minimieren und den Wissenserhalt verbessern, und von der Stratifizierung der Teilnehmer nach Basiskompetenzen, um ihre Wirksamkeit über verschiedene Leistungsniveaus hinweg zu bewerten. Es ist auch wichtig, die Wirksamkeit der Technologie in einem breiteren Spektrum von Themen, Fähigkeiten und Kontexten zu bewerten.

Diese Studie hat gezeigt, dass ein von HoloLens bereitgestelltes Mixed-Reality-Lehrprogramm das Potenzial hat, im Vergleich zu herkömmlichen videobasierten Methoden für das Training chirurgischer Fertigkeiten zu einem größeren Kompetenzfortschritt, mehr Konsistenz beim Lernen und einem qualitativ hochwertigeren Bildungserlebnis zu führen. Auch wenn die Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, werden weitere Arbeiten zur Verfeinerung, Übersetzung und Bewertung der Skalierbarkeit und Anwendbarkeit der Technologie eine problemlose Übernahme in einem breiten Spektrum kompetenzbasierter Disziplinen ermöglichen.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Daten sind nicht öffentlich verfügbar, da sie potenziell identifizierbare Teilnehmerinformationen enthalten. Sie sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren möchten allen Teilnehmern danken, die an der Studie teilgenommen haben.

Dieses Projekt wurde intern vom NIHR Imperial Biomedical Research Center (BRC) unterstützt. Die geäußerten Ansichten sind die der Autoren und nicht unbedingt die des NIHR oder des Ministeriums für Gesundheit und Soziales.

Abteilung für Chirurgie und Krebs, Imperial College London, St. Mary's Hospital, 10. Etage QEQM-Gebäude, W2 1NY, London, Großbritannien

Payal Guha, Jason Lawson, Iona Minty, James Kinross und Guy Martin

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Alle Autoren trugen zum Design, zur Durchführung und zur Analyse der Studie bei. PG, JL, GM und JK haben die Studie entworfen. PG, IM, JL und GM führten die Studie durch und sammelten alle Daten. PG, IM, JK, GM und JK führten die Datenanalyse und den ersten Entwurf durch. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Guy Martin.

Die Studie erhielt die institutionelle Ethikgenehmigung (Imperial College London Educational Ethics Review Process – EERP2021-027a) für Bildungsforschung und wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Von allen Teilnehmern wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt.

Unzutreffend.

Alle Autoren erklären, dass sie keine relevanten Interessenkonflikte in Bezug auf dieses Manuskript haben.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Unten finden Sie den Link zum elektronischen Zusatzmaterial.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Guha, P., Lawson, J., Minty, I. et al. Können Mixed-Reality-Technologien chirurgische Fähigkeiten besser vermitteln als herkömmliche Methoden? Eine prospektive randomisierte Machbarkeitsstudie. BMC Med Educ 23, 144 (2023). https://doi.org/10.1186/s12909-023-04122-6

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Eingegangen: 30. November 2022

Angenommen: 24. Februar 2023

Veröffentlicht: 3. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-023-04122-6

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