Pilotstudie zur Lerneffektivität anatomischer Kenntnisse und praktisch-wirbelsäulenchirurgischer Fähigkeiten mit Hilfe einer neuen VR-basierten Trainingsplattform

Abstract-Text deutsch

Einleitung

Durch die zunehmende Komplexität wirbelsäulenchirurgischer Eingriffe steigen die Ansprüche an neue, optimierte Lehr- und Trainingsmethoden. Technologischer Fortschritt führt dazu, dass Simulationen in der virtuellen Realität (VR) zunehmend für die Aus- und Weiterbildung branchenübergreifend erfolgreich eingesetzt werden. Ziel der prospektiv, randomisierten Pilotstudie (EK Votum Nr. 15/2/22) ist zu prüfen, ob das Wissen und die notwendigen Fähigkeiten zur sicheren Durchführung einer häufigen, komplexen wirbelsäulenchirurgischen OP-Technik (Pedikelschrauben-Implantation) mit Hilfe einer neuen VR-basierten 3D-Trainingsplattform virtuell erlernt werden kann.

Material und Methoden

28 Studienteilnehmer*innen wurden eingeladen und erhielten konventionellen Frontalunterricht (Gruppe Hörsaal (HS), n=14)) oder eine VR-Vorlesung gleichen Inhalts mit 3D-Modellen zur klinisch-relevanten Anatomie. Die OP-Technik kann mit Hilfe einer VR-Trainingsplattform (Gruppe VR, n=14) simuliert und geübt werden. Die Lerneffektivität beider Unterrichts-/Lehrmethoden wurde mit Hilfe eines MC-Tests (30min, 15 Fragen) und einer praktischen Übung (Skills Test am Knochenmodell) evaluiert.  Für die subjektive Bewertung beider Verfahren wurden eigens entwickelte Fragebögen (Self-assessments) verwendet.

Ergebnisse

Theorie/MC-Test:  69% (Spannweite 53-87%, SD 0.10) der Fragen wurden in der HS-Gruppe (n=11) und 66% (Spannweite 47-87%, SD 0.11) in der VR-Gruppe (n=14) korrekt beantwortet (p=0.692, t-Test bei unabhängigen Stichproben).

Praxis/Skills-Test: Die Gesamtbeurteilung bei der praktischen Lernzielkontrolle (Pedikelschrauben-Implantation am Knochenmodell) ergab Ø2,4 Punkte (n=25; Note 1-4).  Teilnehmer der VR-Gruppe schnitte mit Ø2 Punkten (Note 1-4) besser ab (HS-Gruppe Ø2,9 Punkte) (Abb. 1).

Self-assessment: In der abschließenden subjektiven Beurteilung wurde die virtuelle Lernumgebung, 3D-Anatomiemodell und die OP-Simulation vergleichbar gut (VR Ø3.9 (1-5 Punkte) vs. Ø4 HS (0-5 Punkte) bewertet.

Diskussion

Die Pilotstudie zeigte, dass dezentraler studentischer Unterricht mit Hilfe einer neuen VR-basierten 3D-Trainingsplattform vergleichbare Ergebnisse bei der Vermittlung klinisch-relevanter Anatomiekenntnisse und dem Wissenstransfer in die Praxis zu herkömmlichem Frontalunterricht mit einer hohen Akzeptanz der neuen innovativen, zukunftsorientierten Methoden ergab.  Die VR-basierte 3D-Trainingsplattform wird kontinuierlich weiterentwickelt und ist bereits jetzt eine sinnvolle Ergänzung und Alternative gängiger Lehr- und Ausbildungsmethoden.

Abb. 1 Gegenüberstellung beider Vergleichsgruppen (rot=VR, blau=HS) in der Gesamtbeurteilung (Schulnoten: 1= gut Leistung / 4= schlechte Leistung) beim praktischen Test (Pedikelschrauben-Implantation am Knochenmodell)

Abstract-Text englisch

Introduction

Due to the increasing complexity of spinal surgery, the demand for new, optimized teaching and training methods is increasing. In addition, technological progress leads to increasing and successful usage of virtual reality (VR) simulations for training and further education across different sectors. Therefore, the aim of the prospective, randomized pilot study (ethics committee vote no. 15/2/22) is to examine whether the knowledge and the necessary skills to safely carry out a frequent, complex spinal surgical technique (pedicle screw placement) can be learned virtually using a new VR based 3D training platform.

Material and methods Twenty-eight study participants received conventional preliminary instruction (group lecture hall (HS), n=14) or a VR lecture with the same content using 3D models of clinically relevant anatomy. In addition, the surgical technique was simulated and practiced using a VR training platform (group VR, n=14). The learning effectiveness of both teaching methods was evaluated using a multiple-choice (MC) test (30 min, 15 questions) and a practical exercise (skills test on a bone model). Finally, specially developed questionnaires (self-assessments) were used for the subjective evaluation of both methods.

Results

Theory/MC test: 69% (range 53-87%, SD 0.10) of the questions were answered correctly in the HS group (n=11) whereas 66% (range 47-87%, SD 0.11) were answered correctly in the VR group (n=14) (p=0.692, t-test with independent samples).

Practice/Skills Test: The overall assessment (n=25) in the practical learning objective check (pedicle screw placement on the bone model) resulted in Ø2.4 points (n=25; range 1-4). Participants in the VR group performed better with grade Ø2 (grade range 1-4) (HS group grade Ø2) (Fig. 1).

Self-assessment: In the final subjective assessment, the virtual learning environment, 3D anatomy model, and the surgical simulation were rated comparably well (VR Ø3.9 (1-5 points) vs. Ø4 HS (0-5 points).

Discussion

The pilot study showed that decentralized student teaching using a new VR-based 3D training platform yielded comparable results in teaching clinically relevant anatomy knowledge and knowledge transfer into practice to conventional preliminary teaching with a high acceptance of the new methods. The VR-based 3D training platform is continuously being further developed and is already a helpful addition and alternative to standard teaching and training methods.

Fig. 1 Comparison of both groups (red=VR, blue=HS) in the overall assessment (Grades: 1= good performance / 4= poor performance) in the practical test (pedicle screw implantation on the bone model)