SCIENCE-INSIGHT - Virtual Reality Trainingsmethoden für medizinische Eingriffe

Eine chirurgische Ausbildung beinhaltet das Erlernen mentaler, motorischer und strategischer Fähigkeiten. Einige anatomische Zusammenhänge und chirurgische Herausforderungen, beziehungsweise den Umgang mit diesen, können nur durch learning-by-doing erlernt werden. Learning-by-doing bedeutet in der Chirurgie, dass die Fähigkeiten überwiegend direkt während medizinischer Eingriffe erlernt werden. Aus ethischen Gründen und um die Patient:innen sowie die angehenden Chirurg:innen zu schützen, sind zusätzliche Trainingsmöglichkeiten wichtig. Virtual Reality (VR) Trainingsanwendungen ermöglichen im Gegensatz zu physikalischen Simulationen eine ressourcenschonende Alternative, welche auch zusätzliche Informationen durch Visualisierungen bereitstellen kann. Relevante medizinische Eingriffe und Aspekte sowie deren Umsetzung als VR Training stellen das Forschungsgebiet von der Doktorandin Mareen Allgaier (AG Visualisierung aus der Fakultät für Informatik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sowie RG Computational Medicine – Image Processing des Forschungscampus STIMULATE) dar, welches sie in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit folgenden Gruppen und Organisationen beforscht: AG Visualisierung (OvGU FIN), RG Human-Machine Interaction (STIMULATE HMI)/Virtual and Augmented Reality Group (OvGU FIN), RG Computational Medicine – Image Processing (STIMULATE CM-IP) sowie medizinische Kooperationspartnern der Universitätsklinik für Neurochirurgie am Universitätsklinikum Magdeburg, Universitätsklinik für Neuroradiologie am Universitätsklinikum Magdeburg und Klinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie an der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden einerseits technische Aspekte, wie beispielsweise die Wahl eines geeigneten Eingabegerätes, untersucht. Andererseits werden in enger Zusammenarbeit mit den Ärzt:innen geeignete medizinische Eingriffe und die zu erlernenden Fähigkeiten analysiert sowie anwendungsspezifische Anforderungen definiert.  Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann von Mareen Allgaier in den von ihr entwickelten VR Trainingsanwendungen umgesetzt.

Im Hauptprojekt adressiert sie die räumlich-visuellen Fähigkeiten, die zum Durchführen und für das Verständnis von Ultraschall notwendig sind. Die durchführenden Ärzt:innen erstellen dazu anhand des zweidimensionalen Ultraschallbildes und der Position des Ultraschallkopfes auf der zu schallenden Anatomie ein mentales dreidimensionales Modell der innenliegenden Strukturen. Im Fall von intraoperativem Leberultraschall wird der Ultraschallkopf direkt auf der offen liegenden Leber aufgesetzt, weshalb eine sichere Lernumgebung essentiell ist. In enger Kooperation mit den medizinischen Expert:innen aus Mainz wurden eine performante Ultraschallsimulation sowie verschiedene Lernszenarien definiert und entsprechend als VR Anwendung implementiert. Eine erste qualitative Auswertung zeigte, dass die Ultraschallsimulation, die virtuelle Umgebung und drei von vier Trainingsszenarien angemessen für das adressierte Lernziel sind. Hier bieten wir einen kommentierten Einblick in das VR Training.

Momentan wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens untersucht, wie man die beschriebene Trainingsanwendung durch Gamification – das Verwenden von Spielelementen in einem nicht-Spiel Kontext – attraktiver gestalten kann. Idealerweise führt Gamification zu einer erhöhten Motivation und Engagement, wodurch das Lernergebnis positiv beeinflusst werden kann. In Zukunft soll das qualitative Feedback sowie die Ergebnisse einer Gamification Studie in die Anwendung eingebaut werden, um dann final eine Studie bezüglich des Lernerfolges durchzuführen.