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Jun 14, 2023Jun 14, 2023

BMC Medical Education Band 23, Artikelnummer: 574 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Simulationsbasierte medizinische Ausbildung (SBME) und dreidimensionale gedruckte (3DP) Modelle werden zunehmend in der medizinischen Weiterbildung und klinischen Ausbildung eingesetzt. Unser Verständnis ihrer Rolle und ihres Werts für die Verbesserung des Verständnisses der Auszubildenden für die anatomischen und chirurgischen Verfahren im Zusammenhang mit Leberoperationen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Darüber hinaus ist die geschlechtsspezifische Voreingenommenheit auch ein potenzieller Faktor bei der Bewertung der medizinischen Ausbildung. Ziel dieser Studie war es daher, den Bildungsnutzen zu bewerten, den Auszubildende durch die Verwendung neuartiger 3DP-Lebermodelle erhalten, und dabei die Erfahrung und das Geschlecht der Auszubildenden zu berücksichtigen.

Basierend auf anonymen CT-Scans wurden 3DP-Lebermodelle in voller Größe entwickelt und aus transparentem Material gedruckt. Wir haben gedruckte 3D-Modelle und herkömmliche 2D-CT-Scans der Leber verwendet, um dreißig Auszubildende mit unterschiedlichem Erfahrungsniveau und unterschiedlichem Geschlecht im Rahmen von Kleingruppenunterricht und formativer Beurteilung zu untersuchen. Wir haben einen gemischten Methodenansatz gewählt, der sowohl Fragebögen als auch Fokusgruppen umfasst, um die Ansichten verschiedener Auszubildender und Beobachter zu sammeln, um den Bildungsnutzen und die Wahrnehmungen der Auszubildenden nach dem Durchlaufen verschiedener Schulungsprogramme zu bewerten. Wir verwendeten die Objective Structured Clinical Examination (OSCE)- und Likert-Skalen, um die thematische Analyse der Antworten auf die Fragebögen durch Auszubildende bzw. Beobachter zu unterstützen. Beschreibende Analysen wurden mit der Statistiksoftware SPSS Version 21.0 durchgeführt.

Insgesamt ist ein 3DP-Modell der Leber von großer Bedeutung, um das Verständnis der Auszubildenden für chirurgische Abläufe und die Zusammenarbeit während der Operation zu verbessern. Nach der Betrachtung des personalisierten 3DP-Lebermodells in voller Größe zeigten alle Auszubildenden auf den verschiedenen Ebenen deutliche Verbesserungen in ihrem Verständnis der wichtigsten Punkte der Operation (p < 0,05), insbesondere im Hinblick auf den geplanten chirurgischen Eingriff und die wichtigsten Details der chirurgischen Eingriffe. Noch wichtiger ist, dass die Auszubildenden unabhängig vom Geschlecht während der Operation ein höheres Maß an Zufriedenheit und Selbstvertrauen zeigten. Bezüglich des Geschlechts zeigten die Ergebnisse jedoch, dass die Verbesserung des Verständnisses und der Zusammenarbeit während des chirurgischen Eingriffs bei männlichen Auszubildenden nach dem Training mit dem 3DP-Lebermodell signifikanter war als bei weiblichen Auszubildenden, während bei ihnen kein solcher Trend festgestellt werden konnte Verständnis des Basiswissens.

Auszubildende und Beobachter waren sich einig, dass die Verwendung von 3DP-Lebermodellen akzeptabel sei. Die Verbesserung des Lerneffekts für praktische Fertigkeiten und theoretisches Verständnis nach dem Training mit den 3DP-Lebermodellen war signifikant. Diese Studie zeigte auch, dass das Training mit personalisierten 3DP-Lebermodellen das präoperative Verständnis aller Auszubildenden über Lebertumoren und Operationen verbessern kann und dass Männer im Vergleich zu Frauen größere Verständnis- und Kooperationsvorteile während des chirurgischen Eingriffs zeigen. Realistische 3DP-Modelle der Leber in Originalgröße sind ein wirksames Hilfslehrmittel für den SBME-Unterricht in der chinesischen medizinischen Weiterbildung.

Peer-Review-Berichte

In der klinischen Medizinausbildung ist das Erlernen praktischer Fertigkeiten eine wesentliche Aufgabe während des Medizinstudiums. Der Einsatz chirurgischer Simulation zur Erreichung spezifischer Zielkriterien verkürzt die Operationszeiten erheblich und verbessert die Leistung von Chirurgen [1]. Es wird angenommen, dass die simulationsbasierte medizinische Ausbildung (SBME) dem traditionellen Stil der medizinischen Ausbildung gemäß den Theorien des aktiven Lernens und des Erwachsenenlernens überlegen ist [2]. Darüber hinaus hat SBME das Potenzial, die Motivation der Studierenden zu beeinflussen und wurde bereits in vielen medizinischen Lehrplänen implementiert [3]. In der täglichen Praxis von Leberchirurgen müssen vielfältige theoretische, praktische und psychosoziale Kompetenzen auf einem sehr hohen Niveau beherrscht werden, die einem Chirurgen dabei helfen können, schwierige Eingriffe möglichst frühzeitig durchführen zu können. Daher ist die Ausbildung dieser Kompetenzen ein zentraler Bestandteil in der Ausbildung von Leberchirurgen, um ihnen das zu vermitteln, was sie für ihre spätere Praxis benötigen [4].

Im Hinblick auf SBME haben Virtual- und Augmented-Reality-Tools das Potenzial, eine umfassendere Alternative zur dreidimensionalen (3D) Visualisierung zu bieten, verfügen jedoch nicht über die Fähigkeit, taktiles Feedback zu geben [5, 6]. Allerdings hat sich der 3D-Druck als revolutionäre Technologie in der medizinischen Ausbildung erwiesen [7,8,9]. Der 3D-Druck als additive Fertigungstechnologie auf Basis von Rapid Prototyping ermöglicht die Erstellung patientenspezifischer physischer Modelle mit hoher Präzision [10]; Daher wurde es in verschiedenen medizinischen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der medizinischen Ausbildung und bei der präoperativen Planung [11,12,13]. Darüber hinaus führt der wachsende Bedarf an taktilem und haptischem Lernen in der medizinischen Ausbildung zu einem verstärkten Einsatz von 3D-Druck bei SBME [14, 15]. 3DP-Modelle können sowohl eine realistische Anatomie als auch Texturen aufweisen, die aus den individuellen CT- und/oder MRT-Bildern der Patienten abgeleitet sind, wodurch die Erstellung patientenspezifischer physikalischer Modelle mit hoher Präzision erleichtert wird; Diese Modelle scheinen in der Lage zu sein, die Bedürfnisse nach taktiler und räumlicher Wahrnehmung menschlicher anatomischer Strukturen zu befriedigen [16, 17]. Die Modelle können Auszubildenden helfen, die Organphysiologie, Anatomie, Tumoreigenschaften und chirurgische Eingriffe genauer zu verstehen [18]. Die Anwendung von 3DP-Modellen schließt die Lücke zwischen zweidimensionaler (2D) Bildgebung und realistischer Anatomie, da sie anatomische Strukturen und Pathologien genau reproduziert und dadurch greifbarere Informationen liefert als herkömmliche Bilddaten [19]. 3DP-Modelle scheinen auch eine deutlich nützlichere und kostengünstigere Technik zu sein als herkömmliche Leichenmodelle in der medizinischen Ausbildung [20], wie sie beispielsweise in der Zahnmedizinausbildung [4], bei Assistenzärzten in der Urologie [21] und bei Medizinstudenten im ersten Jahr verwendet werden [ 22], kraniofaziale Traumata [23], orale und kraniofaziale Chirurgie [24]. Die jüngsten SBME-Änderungen in Bezug auf 3DP-Modelle konzentrierten sich jedoch nur auf die medizinische Grundausbildung [25]. Die ärztliche Fortbildung nach der postgradualen Ausbildung wurde vernachlässigt und unterschätzt.

Aufgrund ihrer komplexen Gefäßarchitektur und stereoskopischen Raumverteilung ist die Leber ein faszinierendes, aber komplexes multifunktionales Organ [26]. Trotz technologischer Verbesserungen bleibt die Hepatektomie eine anspruchsvolle Operation, die mit hohen Komplikationen und Mortalität verbunden ist, insbesondere für junge Chirurgen [27]. Die Lebersegmentklassifizierung nach Couinaud wird derzeit in der Leberchirurgie verwendet, es gibt jedoch viele anatomische Variationen und Variablen zum Tumorwachstum, zu früheren Operationen und zum regenerativen Wachstum [28]. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bilddaten mithilfe von 2D-Filmen, die zu Verwirrung in der tatsächlichen Situation führen können, sind 3DP-Lebermodelle in der Lage, die Beziehung zwischen Gefäß- und Gallenkanälen darzustellen [29]. Anatomische 3D-Beziehungen der Gefäß- und Gallenkanäle sind entscheidend für die Durchführung genauer Leberresektionen und die Vorhersage der tatsächlichen Größe von Hepatektomien [30, 31]. Dieser Ansatz kann das Verständnis von Bewohnern und Studenten für Organphysiologie, Anatomie, Tumoreigenschaften und chirurgische Eingriffe verbessern. Daher hat es das Potenzial, in der Ausbildung von Assistenzärzten und Studenten [32, 33] sowie bei der chirurgischen Entscheidungsfindung und Planung bei komplizierten Erkrankungen und Eingriffen zunehmend an Bedeutung zu gewinnen [34].

Einigen Studien zufolge stellt die geschlechtsspezifische Voreingenommenheit eine potenzielle Bedrohung für die Integrität der Beurteilung durch Assistenzärzte in der medizinischen Ausbildung dar [35, 36], und geschlechtsspezifische Unterschiede sind bei Medizinstudenten stärker ausgeprägt [37, 38], beispielsweise beim visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis [39], räumliche Lernfähigkeit in einer virtuellen Umgebung [40] und Selbstvertrauen [41]. Unseres Wissens hat keine Studie den pädagogischen Nutzen von 3DP-Lebermodellen im Hinblick auf Auszubildende auf verschiedenen Ebenen ihrer medizinischen Weiterbildung und Auszubildende unterschiedlichen Geschlechts untersucht.

Die Theorie des Konstruktivismus und quantitative postpositivistische Methoden lieferten in unserer Studie eine solide theoretische Grundlage für die Simulationsausbildung. Die Theorie des Konstruktivismus wurde vom Schweizer Psychologen Piaget vorgeschlagen und ist im Kern schülerzentriert, wobei der Schwerpunkt auf der aktiven Erkundung, Entdeckung und Konstruktion der Bedeutung des Gelernten durch die Schüler liegt [42, 43]. Da die vom Konstruktivismus geforderte Lernumgebung stark durch die neuesten Errungenschaften der Informationstechnologie unterstützt wurde, wurde die Theorie des Konstruktivismus zunehmend mit der medizinischen Ausbildung und der klinischen Praxis kombiniert und wurde so zu einer Leitphilosophie für die Vertiefung der Lehrreform in Schulen [44, 45]. Daher haben wir die Hypothese aufgestellt, dass 3DP-Lebermodelle eine wichtigere Rolle in der simulationsbasierten medizinischen Weiterbildung nach der postgradualen Ausbildung spielen und sich je nach Geschlecht unterscheiden können. Dementsprechend bestand das Ziel der vorliegenden Studie darin, die Tiefe und Qualität der 3DP-Lebermodelle zu untersuchen, die in der medizinischen Weiterbildung dieser verschiedenen Auszubildenden verwendet werden, und dabei die Rolle des Geschlechts durch Anwendung der SBME-Lehrtheorie zu berücksichtigen. Das Verständnis des pädagogischen Nutzens von 3DP-Lebermodellen in der medizinischen Weiterbildung kann Erkenntnisse liefern, die die Reform von Managementprogrammen für die medizinische Weiterbildung fördern können. Konkret waren die Ziele unserer Forschung zum Einsatz von 3DP-Live-Modellen in voller Größe während der Ausbildung von Auszubildenden wie folgt:

1) Ermittlung und Bewertung unterschiedlicher Ebenen des Verständnisses der Auszubildenden für das relevante Basiswissen zwischen den verschiedenen Trainingsmodellen. Dies ist ein Werkzeug, das den Auszubildenden hilft, abstraktes Wissen durch räumliche Visualisierung besser zu erfassen.

2) Ermittlung und Bewertung des unterschiedlichen Niveaus des Verständnisses der Auszubildenden für die Schlüsselpunkte der Chirurgie in den verschiedenen Ausbildungsmodellen.

3) Ermittlung der Hilfsbereitschaft und Zufriedenheit von Auszubildenden verschiedener Stufen, die je nach Abschluss in verschiedene Stufen eingeteilt wurden, darunter Praktikanten (Anfänger), Auszubildende in der Standardausbildung (nicht erfahren) und Auszubildende in der Berufsausbildung (erfahren).

4) um festzustellen, ob es geschlechtsspezifische Unterschiede zwischen Auszubildenden in der medizinischen Weiterbildung gibt. Dabei handelt es sich um eine spezifische Form der Weiterbildung, die denjenigen im medizinischen Bereich hilft, ihre Kompetenzen zu bewahren und neue und sich entwickelnde Bereiche ihres Fachgebiets kennenzulernen.

5) um den Grad der Zufriedenheit der Beobachter mit der Zusammenarbeit der Auszubildenden während des Einsatzes zu bewerten.

Es handelte sich um eine analytische und fragebogenbasierte Querschnittsstudie. Als vorläufige explorative Studie haben wir im laufenden Jahr nur alle neuen Auszubildenden an einem einzigen Zentrum befragt, die nach ihrem Grundstudium an einem großen akademischen Krankenhaus der Tertiärversorgung und einem universitätsnahen medizinischen Zentrum für eine medizinische Weiterbildung eingeschrieben waren. Nachdem wir die förderfähige Bevölkerung in den 10 medizinischen und chirurgischen Abteilungen von drei lehrenden tertiären Überweisungskrankenhäusern in den westlichen Regionen Chinas geschätzt hatten, gingen wir davon aus, dass 80 % der Doktoranden an dieser Studie teilnehmen und rekrutiert werden. Basierend auf der prognostizierten erwarteten Anzahl an Auszubildenden wurde mithilfe des Online-Statistikprogramms Open-epi eine Mindeststichprobengröße von 30 berechnet, wobei ein Konfidenzintervall von 90 %, eine Antwortverteilung von 95 %, eine Fehlerquote von 5 % und eine geschätzte Gesamtpopulationsgröße berücksichtigt wurden von 70. Alle Teilnehmer hatten zum Zeitpunkt der Befragung ihr Referendariat für Innere Medizin abgeschlossen. Alle Teilnehmer befanden sich auf unterschiedlichen Ausbildungsstufen, darunter Praktikanten (Anfänger), standardisierte Ausbildungspraktikanten (nicht erfahren) und Berufsausbildungspraktikanten (erfahren). Im ersten Schritt wurden die Auszubildenden entsprechend ihrem Ausbildungsstand in 3 Gruppen eingeteilt und nach Geschlecht sortiert (Tabelle 1). Zweitens wurden alle Auszubildenden nach dem Zufallsprinzip einer von zwei Gruppen zugeteilt: einer Gruppe, die ein 3D-Modelltraining erhielt, und einer Gruppe, die kein 3D-Modelltraining erhielt.

Basierend auf dem Lehrplan, insbesondere den relevanten Kursen, wurden gemeinsam die Grundlagen der bildgebenden Untersuchungen der Leber sowie die Physiologie und Anatomie der gesunden Leber erörtert, bevor mit der praktischen Ausbildung fortgefahren wurde. Alle Auszubildenden erhielten Mehrschicht-CT/MRT-Scans und erhielten ähnliche präoperative Informationen über die Krankheit des Patienten, Tumoreigenschaften, geplante Operationen und das damit verbundene Risiko von Komplikationen. Diese Informationen wurden im Rahmen eines persönlichen Gesprächs mit den Vorgesetzten anhand von CT/MRT-Scanbildern übermittelt. Anschließend wurden die 3D-gedruckten Modelle nach dem Zufallsprinzip den zugewiesenen Trainern jeder Gruppe präsentiert. Schließlich erhielt in dieser Studie die Hälfte jeder Trainergruppe ein 3D-Modell, während die andere Hälfte nur 2D-Bilder erhielt (Tabelle 2). Das Training fand dreimal pro Woche statt und jede Sitzung dauerte 40 Minuten. Nach einer 4-wöchigen kontinuierlichen Schulung wurden die Auszubildenden und die Vorgesetzten aufgefordert, die in den Fragebögen aufgeführten Aufgaben zu erfüllen.

Es wurden zwei Fragebögen erstellt, um den Grad des präoperativen Wissens und Verständnisses der Auszubildenden prospektiv zu bewerten. Ihr Wissen wurde zunächst anhand der zuvor gelieferten Informationen und CT-Scanbilder bewertet, anschließend wurde das 3D-gedruckte Modell verwendet, um die Verbesserung nach der Modellpräsentation zu bewerten. Fragebogen Nr. 1 bestand aus Fragen zur Bewertung zweier Komponenten des Wissens der Auszubildenden: (a) grundlegende Leberphysiologie und -anatomie, (b) Tumoreigenschaften und (c) Fragen im Zusammenhang mit dem geplanten chirurgischen Eingriff („Anhang 1, Tabelle S1“) . Fragebogen Nr. 2 untersuchte die Zufriedenheit der Auszubildenden anhand einer 10-stufigen Likert-Skala („Anhang 2“). Fragebogen Nr. 3 wurde entwickelt, um Vorgesetzten die Bewertung der Leistung von Auszubildenden zu ermöglichen („Anhang 3“). Die anderen Fragebögen dienten der Auswertung des Feedbacks der Auszubildenden zu den Trainingsmodellen anhand von Fragen, die auf einer 10-stufigen Likert-Skala („Fragebogen 4, Anhang 4, Tabelle S2“) bewertet wurden.

Angesichts der Kosten des gedruckten Modells wurden die Bilddaten von einem Patienten, bei dem HCC diagnostiziert worden war, sowie von einem gesunden Freiwilligen gesammelt. Die Bilddaten wurden mit einem spiralförmigen Philips iCT256 (Philips Electronics Co., Niederlande) gescannt. Die Scanparameter waren 0,6 mm Schichtdicke, 0,6 mm Schichtabstand, 120 kV, 280 mAs und 220 mm Sichtfeld (FOV). Das Kontrastmittel war Iohexol-Injektion 350 (Shanghai GE Pharmaceutical Co., LTD.) mit einer Flussrate von 4,0 ml/s. Die Originalbilddaten wurden im Standardformat für digitale Bildgebung und Kommunikation in der Medizin (DICOM) ausgegeben.

Die DICOM-Daten wurden mithilfe von Mimics analysiert, um festzustellen, ob der Scanbereich der in der klinischen Praxis geforderten anatomischen Stelle entsprach. Das Segmentparenchym, einschließlich Arterie, Lebervene, Pfortader, Leber, Gallenblase und Gallengang, wurde mit Mimics berechnet und als STL-Dateien exportiert. Anschließend wurden mit Magics Vorgänge wie Glätten, Löschen und Ausschneiden des Modells, Aushöhlung mit einer bestimmten Wandstärke und Entwurf der Verbindungsstruktur durchgeführt. Ein biomedizinischer Ingenieur führte zusammen mit Chirurgen die Modellsegmentierung durch.

Das digitale Lebermodell wurde mit der PolyJet3D-Technologie des Stratasys J850-Druckers mit VeroCyanV/VeroYellowV/VeroMagentaV/VeroPureWhite/VeroUltraClea als transparentem Modellmaterial gedruckt. Die Drucktemperatur wurde entsprechend den Anforderungen zwischen 72 und 76 °C eingestellt, die UV-Lichtwellenlänge betrug 365 nm. Lichtempfindliches Harzmaterial mit unterschiedlichen Farben wurde zum Drucken verschiedener anatomischer Strukturen ausgewählt, d. h. der Gallenblase (grün), der Pfortader (violett), der Arterie (rot) und der Lebervenen (blau), wie in den Abbildungen dargestellt. 1 und 2. Als Trägermaterial für das Strahlformen wurde berührungsloses Harz verwendet, das durch Hochgeschwindigkeitsspülen mit Wasser gereinigt wurde. Die Mindestdicke der Druckschicht kann bis zu 0,016 mm betragen, die Druckgenauigkeit kann bis zu 0,1 mm betragen. Das Drucken eines Lebermodells dauert etwa 14 Stunden, indem mehrere lichtempfindliche Harzmaterialien unterschiedlicher Farbe auf dieselbe Ebene gesprüht werden. Die Kosten für die Druckmaterialien betragen etwa 260 USD, die mit zunehmender Anzahl der Drucke weiter gesenkt werden können.

Das starre 3D-Druckmodell der Leber des gesunden Freiwilligen. Das Parenchym wurde aus lichtempfindlichem Polymer in Schichten gegossen, sodass die Gefäßstrukturen leicht sichtbar waren: die Venenstruktur (blau) und der Arterienbaum (rosa). A: Vorderansicht. B: Überlegene Aussicht. C: Digitale 3D-Rekonstruktion der Leberlappung und der inneren Gangstruktur. D/E: Die digitale 3D-Rekonstruktion zeigt die Merkmale des Lebersegments von vorne. F: Das 3D-Druckmodell der starren Leber zeigt Lebersegmentmerkmale in verschiedenen Farben

Weiches Leber- und Tumor-3D-Druckmodell eines Patienten. Das Parenchym wurde mit lichtempfindlichem Polymer in Schichten gegossen, was einen einfachen Schnitt während der präoperativen Planung ermöglichte. CT-Bilder der venösen Querschnittsphase zeigten den Tumor (A) und basierten auf CT-Bildern (B Beziehung zwischen Lebervene und Tumor, C Beziehung zwischen Pfortaderzweig und Tumor, D Dorsalansicht, E Superior-Ansicht); Das starre 3D-Druckmodell der Leber (F) und das intraoperative Bild des Patienten (G: Die Resektionslinie wurde mit einer Radiofrequenz-Ablationsnadel markiert, H: Der rechte hintere Ast der Pfortader blieb erhalten, I: Foto der resezierten Tumorprobe)

Als Endpunkt wurde die Anzahl der richtigen Antworten auf die Fragen in den Fragen Nr. 1 und Nr. 4 verwendet. Die ausgewählte Zahl wurde als Endpunkt in den Fragebögen Nr. 2 und Nr. 3 verwendet. Die Anzahl der korrekten Antwortvariablen ihrer Antworten auf spezifische Fragen und Korrelationen zwischen den verschiedenen Geschlechtern jeder Gruppe werden mit absoluter Häufigkeit dargestellt und gegebenenfalls mit dem Pearson-Chi-Quadrat-Test oder dem exakten Fisher-Test verglichen. Der mittlere Wert der Bewertung wurde als Median [Min-Max] ausgedrückt und mittels Student-t-Test oder Wilcoxon-Tests analysiert. Statistische Signifikanz wurde als P-Wert < 0,05 mit einem zweiseitigen Test definiert. Statistische Analysen wurden mit SPSS Statistics Version 21.0 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) durchgeführt.

Den Auszubildenden jeder Stufe und den an der Umfrage beteiligten Vorgesetzten wurde ein Einverständnisformular ausgehändigt. Die Umfrage wurde durchgeführt, nachdem sichergestellt wurde, dass alle Mitglieder die Bedeutung der freiwilligen Teilnahme verstanden hatten und von jedem Teilnehmer eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt wurde. Darüber hinaus wurde diese Studie von der Ethikkommission des Tangdu-Krankenhauses der Air Force Medical University (Nr. K202207-06) genehmigt und gemäß den in der Deklaration von Helsinki festgelegten Standards durchgeführt. Darüber hinaus wurden in dieser Studie die Daten gesammelt. Für einen Patienten und einen gesunden Freiwilligen wurde außerdem eine schriftliche Einwilligung eingeholt und ihre Bilddaten wurden anonymisiert.

Alle Auszubildenden hatten relativ standardisierte klinische Theoriekurse absolviert und erhielten vor der Ausbildung gemeinsam eine systematische Wiederholung ihrer Grundlagenkenntnisse. Bezüglich Fragebogen Nr. 1 gab es keinen signifikanten Unterschied in der Anzahl der richtigen Antworten zwischen den verschiedenen Gruppen (Tabelle 3). Alle Auszubildenden zeigten gute Leistungen bei der Beantwortung der physiologischen und anatomischen Wissensfragen zur Leber, und es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen verschiedenen Trainingsmodellen und verschiedenen Geschlechtern (Abb. 3).

Anzahl der richtigen Antworten bei der Basiswissensbewertung in verschiedenen Gruppen mit unterschiedlichem Geschlecht

Die Auszubildenden wurden gebeten, die Segmente zu identifizieren, in denen sich der Tumor befand. Die Kombination von 3DP-Modellen mit 2D-CT-Scans führte in allen Gruppen zu einer Verbesserung der Tumorzuordnung zum Lebersegment (jeweils p < 0,05). Die Auszubildenden mit Grundlagenerfahrung (Gruppe B + C) zeigten in der Kombination aus 3DP-Modelltraining bessere Leistungen als die Praktikanten (Gruppe A) (p < 0,05) (Tabelle 4). Im Gegensatz dazu hätten die Auszubildenden möglicherweise einen Tumor erkannt, der sich im Segment VII befindet, könnten aber in einem Lebermodell nicht genau zeigen, wo der Tumor lokalisiert ist.

Die Antworten von Trainern unterschiedlichen Geschlechts in jeder Gruppe wurden separat verglichen. Wir fanden heraus, dass in Gruppe C das 3DP-Modell hilfreicher war, um das Verständnis der männlichen Auszubildenden für die Schlüsselpunkte chirurgischer Eingriffe zu verbessern (p < 0,05). Dieser Unterschied wurde jedoch in den anderen beiden Gruppen nicht beobachtet (Abb. 4).

Die Auszubildenden wurden gebeten, ihre Resektionsvorschlagslinie für jeden Patienten im realistischen 3DP-Lebermodell zu zeichnen. Während dieses Tests wurden die Auszubildenden gebeten, den minimalen Resektionsvorschlag einschließlich des Tumors, des Sicherheitsabstands und des abhängigen Lebergewebes anzugeben. Alternativ könnten die Auszubildenden auch ganz klassisch vorgehen und das bzw. die gesamten Lebersegmente resezieren. Wir haben den durchschnittlichen Prozentsatz des gefundenen korrekten Zielbereichs und die Anzahl der Antworten berechnet, die mehr als 80 % des tatsächlichen Zielbereichs erreichten, der sich aus Tumor, Sicherheitsabstand und abhängigem Lebergewebe zusammensetzt. Die Ergebnisse werden nach Gruppen stratifiziert. Für die 3D-Präsentationen konnte eine deutliche und messbare Verbesserung nachgewiesen werden.

Anzahl der „Keine schwierigen Antworten“ zu den Schlüsselpunkten der Chirurgie verschiedener Gruppen mit unterschiedlichem Geschlecht

Es wurden die Hauptbereiche analysiert, in denen 3DP-Modelle den Auszubildenden mehr Hilfe boten. Obwohl mehr Auszubildende 3DP-Modelle für ihr Verständnis grundlegender Kenntnisse, einschließlich der Leber selbst und des Tumors, als hilfreich erachteten, wurde kein signifikanter Unterschied zwischen 3DP-Modellen und 2D festgestellt. Im Gegensatz dazu zeigten 3DP-Modelle im Bereich Chirurgie und chirurgische Details einen signifikanten Vorteilseffekt für die Auszubildenden, beispielsweise bei geplanten chirurgischen Eingriffen (p < 0,05) und wichtigen Details der chirurgischen Eingriffe (p < 0,05) (Tabelle 5). ; Abb. 5).

Bewertung der richtigen Antworten pro Auszubildenden, konventionelle 2D-CT-Scans und 3DP-Modellpräsentation. Individuelle Analyse der Verbesserung des Verständnisses der Auszubildenden (Anzahl der richtigen Antworten) in vier Bereichen: Eine grundlegende Leberphysiologie und -anatomie; B-Krankheits- und Tumormerkmale; C geplanter chirurgischer Eingriff; D Wichtige Details der chirurgischen Eingriffe. Ein p-Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen

Der Kontrollgrad des Grundwissens und das Unterstützungsniveau während der Einsätze wurden durch die Monitore bewertet. Für die Auszubildenden, die das praktische 3DP-Modelltraining erhielten, bewerteten ihre Vorgesetzten ihren Grad der Beherrschung des Grundwissens besser (p < 0,05). Auch in der assistierten Chirurgie gaben ihnen die Vorgesetzten eine bessere Beurteilungsleistung (p < 0,05) (Tabelle 6; Abb. 6).

Bewertung der richtigen Antworten pro Auszubildenden, konventionelle 2D-CT-Scans und 3DP-Modellpräsentation. Individuelle Analyse der Zufriedenheit der Monitore in zwei Bereichen: Grundwissen auf Master-Niveau; B-Leistung in der assistierten Chirurgie; Ein Ap-Wert von weniger als 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen

Abschließend analysierten wir die Bewertung der Auszubildenden zum Ausbildungsprojekt. Laut Fragebogen Nr. 4 stellten wir fest, dass die Kombination aus 3DP-Modellauszubildenden in allen Gruppen eine höhere Zufriedenheit mit dem Lehrkurs hatte (p < 0,05). Auch bei Auszubildenden mit unterschiedlichem Erfahrungsniveau konnte die Lehrzufriedenheit durch die Kombination von 3DP-Lebermodellen mit herkömmlichen 2D-Scans deutlich verbessert werden (Tabelle 7). Die meisten Auszubildenden stimmten erneut der Verwendung des 3DP-Modells und seiner Verwendung als Schulungs- und Testtool zu. Darüber hinaus waren 73 % (11/15) der Auszubildenden der Meinung, dass sie technisch von dem Projekt profitierten. Die Zufriedenheit von Ausbildern unterschiedlichen Geschlechts in jeder Gruppe wurde separat verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Geschlecht keinen Einfluss auf die Zufriedenheitsbewertung in den verschiedenen Trainingsmodellen aller Trainer hatte (Abb. 7).

Anzahl der richtigen Antworten zur Zufriedenheit der Auszubildenden mit dem Ausbildungsprojekt verschiedener Gruppen mit unterschiedlichem Geschlecht

Der 3D-Druck umfasst eine breite Palette von Technologien und Anwendungen in den Bereichen Gesundheitswesen und medizinische Ausbildung [46]. Sukzessive Verbesserungen bei der 3D-Bildgebung und 3DP-Modellen haben nach und nach dazu geführt, dass verschiedene chirurgische Fachgebiete diese innovativen Technologien nutzen, insbesondere im Bereich der rekonstruktiven Chirurgie und SBME [47, 48]. Durch den zunehmenden Einsatz von 3D-Drucktechnologie und 3DP-Modellen in der medizinischen Fortbildung und klinischen Ausbildung hat SBME in letzter Zeit große Aufmerksamkeit erhalten [49]. Das Verständnis komplexer anatomischer Pathologien sowie prä- und intraoperativer Sets stellt eine entscheidende Herausforderung für die klinisch-medizinische Ausbildung dar [50, 51]. 3DP-Modelle können präzise und individuelle 1:1-Physikmodelle liefern, die den Auszubildenden dabei helfen können, die tatsächlichen Lebertumoreigenschaften, einschließlich Tumorgröße, -tiefe und -position in Bezug auf das arteriovenöse und Gallengangssystem, leicht zu verstehen, und so zur Simulation präoperativer und intraoperativer chirurgischer Eingriffe beitragen Anleitung [52].

Erstens ist es uns in der vorliegenden Studie auf der Grundlage der SBME-Theorie gelungen, ein physisches 3DP-Lebermodell in voller Größe für die medizinische Fortbildungsbewertung unter Verwendung eines festen transparenten Materials zu erstellen, in dem der Tumor und andere Merkmale von außen sichtbar sind. Unsere subjektiven Ergebnisse zeigten eine allgemeine Verbesserung und bessere Leistung in der assistierten Chirurgie sowohl hinsichtlich der Testergebnisse als auch der Fragebögen nach dem 3DP-Lebermodelltraining. Die Testergebnisse nach dem Training waren bei der 3D-Gruppe höher als bei der herkömmlichen 2D-Gruppe. Dieser Befund steht im Einklang mit den Ergebnissen früherer Studien [1, 49, 53]. Langridge et al. [54] verwendeten deskriptive statistische Methoden, um die Rolle von 3D-gedruckten Modellen in der chirurgischen Ausbildung zu berichten. Es gab jedoch keinen Unterschied in der Beherrschung des Grundwissens zwischen den beiden Gruppen. Li et al. [55] fanden keinen signifikanten Unterschied (p = 0,0508) im Wissenserwerb zwischen 3DP-Modellen und manipulierbarer 3D-Bildgebung. Im Gegensatz dazu haben Lim et al. [56] fanden heraus, dass 3DP-Modelle Leichen im Hinblick auf das Erlernen der äußeren Herzanatomie überlegen waren. Daher sind weitere Belege erforderlich, um festzustellen, welche Aspekte der 3DP-Modelle das Lernen erleichtern und ob diese Modelle eine überlegene Alternative zu Leichen im traditionellen anatomischen Unterricht darstellen könnten [54]. Ein einzigartiges Merkmal dieser Studie besteht darin, dass sowohl die Selbsteinschätzung anhand eines Fragebogens als auch die Bewertung durch Monitore zur Bewertung der Trainingswirkung herangezogen wurden.

Zweitens können 3DP-Lebermodelle nicht nur den Wissenserwerb in Bezug auf die Anatomie erleichtern, sondern auch für chirurgische Eingriffe verwendet werden, da sie die anatomischen Beziehungen zwischen Organen und dem umgebenden Gewebe vermitteln [57]. Dementsprechend zeigen unsere Ergebnisse, dass der Einsatz von 3DP Lebermodelle können das Verständnis aller Auszubildenden für die wichtigsten Punkte der Chirurgie erheblich verbessern, insbesondere für erfahrene männliche Auszubildende. Dieser Befund spiegelt weiter den Wert der Verwendung von 3DP-Lebermodellen in der medizinischen Fortbildung und klinischen Ausbildung wider [58]. Die Auswertung der Fragebögen ergab zudem, dass die Teilnehmer mit der Schulung an den 3DP-Modellen insgesamt sehr zufrieden waren. Teilnehmer aller Erfahrungsstufen waren sich einig, dass sie in Zukunft von solchen Schulungsmöglichkeiten profitieren würden und bestätigten damit die Akzeptanz dieser Art von Schulung. Es wurde auch festgestellt, dass die Bereitstellung realistischer 3DP-Modelle der Leber in voller Größe für Auszubildende den Lehrmethoden für 2D-Anatomie überlegen ist, was mit den Ergebnissen früherer Studien übereinstimmt [32, 33]. Der Einsatz der 3D-Drucktechnologie zur Entwicklung chirurgischer Simulationsmodelle und Trainingsgeräte bietet nachweislich wertvolle Ressourcen für klinische Auszubildende bei chirurgischen Trainingsübungen, trägt zum Verständnis chirurgischer Verfahren bei und verbessert die chirurgische Leistung im Hinblick auf eine Verbesserung der Trainingsqualität und eine Reduzierung der Lernkurven [34]. , 59].

Abschließend untersuchten wir das Geschlecht der Auszubildenden als Einflussfaktor für den Trainingseffekt und die Ergebnisse zeigten, dass männliche Auszubildende nach dem Training mit den 3DP-Lebermodellen hinsichtlich ihres Verständnisses von Basiswissen bessere Leistungen erbrachten als weibliche Auszubildende, insbesondere in der Gruppe von Praktikanten; Allerdings gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen der Gruppe der Auszubildenden in der Standardausbildung und der Gruppe der Auszubildenden in der Berufsausbildung. Vaccarezza M [60] berichtete, dass sowohl männliche als auch weibliche Studierende in der 3D-Gruppe weniger Zeit mit der Beantwortung von Fragen zum Basiswissen zu den Wirbelsäulenmodellen verbrachten als in einer herkömmlichen Gruppe. Die unterschiedlichen Ergebnisse der oben genannten Untersuchungen können auf die unterschiedlichen Erfahrungen und Organe der Auszubildenden zurückzuführen sein. Das 3DP-Modell war hilfreicher bei der Verbesserung des Verständnisses männlicher Auszubildender für die Schlüsselpunkte chirurgischer Eingriffe und schnitt im Hinblick auf die Zusammenarbeit mit dem chirurgischen Eingriff besser ab. Obwohl die Anzahl der in diese Studie einbezogenen Teilnehmer gering war, stimmen die Ergebnisse mit denen früherer Studien überein [41, 61–62]. Diese Ergebnisse können auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass weibliche Auszubildende trotz gleicher oder besserer Leistung weniger Verfahrenserfahrung und ein geringeres Selbstvertrauen in Bezug auf die Durchführung verfahrenstechnischer Fähigkeiten aufwiesen als ihre männlichen Kollegen [62,63,64]. In einer Studie mit Medizinstudenten im vierten Studienjahr berichteten Frauen insgesamt über ein geringeres Maß an Erfahrung und Selbstvertrauen bei der Ausübung technischer Fähigkeiten als Männer [41]. Darüber hinaus deuteten einige Studien auch darauf hin, dass das Geschlecht ein unabhängiger Faktor war, der die räumliche Lernfähigkeit beeinflusste, ein männlicher Vorteil im visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis war [39] und ein schnelleres räumliches Lernen in einer virtuellen Umgebung im Vergleich zu Frauen zeigte [40].

Verglichen mit der kürzlich entwickelten Multiuser-Virtual-Reality-Anwendung [65] bieten 3DP-Lebermodelle verschiedene Vorteile hinsichtlich der Verbesserung der Resektionsplanung für die Lokalisierung von Resektionsebenen bei der Gefäßrekonstruktion, wodurch das Risiko für Devaskularisation und Komplikationen verringert und die intraoperative Erkennung kleiner und tief gelegener Lebern erleichtert wird Tumoren [66]. Die Studie spiegelte die potenziellen Vorteile wider, die 3DP-Lebermodelle im Vergleich zu herkömmlichen Lehrmitteln für die klinische Medizinausbildung bieten. Die Ergebnisse zeigten, dass 3DP-Modelle für Schulungszwecke in diesem Bereich sehr gut geeignet sind [67,68,69]. Fertigkeitsspezifisches Simulationstraining und andere Interventionen können die Kompetenzentwicklung von Medizinstudenten angesichts der Hindernisse verbessern, mit denen sie bei der Entwicklung von Kompetenzen im klinischen Umfeld konfrontiert sind [70].

Allerdings weisen sowohl diese Studie als auch das 3D-gedruckte Trainingsmodell gewisse Einschränkungen auf. Erstens sind im Hinblick auf das Design und die statistische Analyse der Studie die nicht randomisierte kontrollierte Studie und die selbstberichtete Natur der Daten die beiden größten Einschränkungen. Mittlerweile umfasste diese Studie nur dreißig Auszubildende, es wurde keine ausreichend belastbare Stichprobengröße erreicht, die Anzahl der Teilnehmer in jeder Gruppe war relativ gering und der Grad der anatomischen Ausbildung, den die Teilnehmer an den Studien an den Tag legten, wurde vor der Verwendung des nicht bewertet Modelle, die möglicherweise zu Voreingenommenheit geführt haben; Daher ist in Zukunft ein groß angelegter Versuch erforderlich. Die hier vorgestellten Ergebnisse und Erkenntnisse der Studie sollten als vorläufige Daten zur Unterstützung einer größeren und umfassenderen Studie mit medizinischer Ausbildung auf hohem Niveau betrachtet werden. Diese Forschung könnte durch die Einbeziehung einer längerfristigen Nachbeobachtung von Teilnehmern, die 3DP-Modellen ausgesetzt sind, verbessert werden, um ihren langfristigen Kompetenzerwerb zu bewerten.

Zweitens weisen bestehende Simulator-3DP-Modelle mehrere Einschränkungen auf. Am häufigsten sind die Materialeigenschaften des Leberanalogs physikalisch nicht genau und 3DP-Modelle konnten die Unterschiede in der Verformungselastizität und den biomechanischen Eigenschaften menschlicher Gewebe nicht vollständig simulieren. Daher kann der Verlust dieser Eigenschaften die Fähigkeit des Modells, sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Oberflächenglätte von normalem Gewebe wiederzugeben, einschränken und die Wahrnehmung und das Feedback der Auszubildenden erheblich beeinträchtigen. Darüber hinaus gibt es, obwohl diese Modelle das Verfahren gut reproduzieren, immer noch wenige Modelle für Lebererkrankungen; Beispielsweise konnten die Hintergründe der Leberzirrhose mit den aktuellen gedruckten Modellen nicht ausreichend dargestellt werden. Mit der 3D-Drucktechnologie können nur große Gefäßstrukturen erfasst werden [71]. Kleine Gefäße und Perforatoren können mit der aktuellen Technik nicht abgebildet werden. Darüber hinaus wurden in dieser Studie vor allem nur wenige typische Lebermodelle gedruckt und komplexere Modelle wurden aufgrund ihrer hohen Kosten nicht vorgestellt [72, 73]; Da es sich bei solchen Modellen um eine aufstrebende Technologie handelt, stellt diese Situation auch ein Hindernis für eine breite klinische Einführung dar.

Wir haben erfolgreich ein Leber-3DP-Modell erstellt, um den Lerneffekt für standardisierte Assistenzarztausbildungspraktikanten und junge Assistenzärzte in Bezug auf praktische Fähigkeiten und theoretisches Verständnis zu verbessern. Diese Studie stützt die Behauptung, dass das Training mit 3DP-Modellen allen Auszubildenden das präoperative Verständnis von Lebertumoren und Operationen erleichtern könnte. In der Zwischenzeit können 3DP-Lebermodelle der realen Produktion als wirksames Hilfslehrmittel für den SBME-Unterricht in der chinesischen standardisierten Facharztausbildung und medizinischen Fortbildung dienen.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und seinen ergänzenden Informationsdateien enthalten.

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Die Autoren danken den an der Studie beteiligten Studierenden.

Diese Studie wurde durch die Innovationsprogramme des Second Affiliated Hospital der Air Force Medical University (Nr. 2020XKPT010 und Nr. 2020XKPT013) finanziert.

Abteilung für Allgemeine Chirurgie, Zweites angegliedertes Krankenhaus der Air Force Medical University, Xi'an, Shaanxi, 710038, China

Guoqiang Bao, Ping Yang, Shujia Peng, Haoran Li und Zhenyu Yang

3D-Druck-Forschungszentrum des Tangdu-Krankenhauses, Air Force Medical University, Xi'an, Shaanxi, China

Jiangpu Yi & Jiahe Liang

Xi 'an Ma Ke Medical Technology Ltd, Raum 21516, Block C, Chaoyang International Plaza, Xi'an, Shaanxi, China

Yajie Li, Dian Guo und Kejun Ma

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Beiträge: (I) Konzeption und Design: Zhenyu Yang; (II) Administrative Unterstützung: Zhenyu Yang und Kejun Ma; (III) Bereitstellung von Studienmaterialien: Jiangpu Yi, Guoqiang Bao und Haoran Li; (IV) Sammlung und Zusammenstellung von Daten: Dian Guo, Jiahe Liang und Yajie Li; (V) Datenanalyse und Interpretation: Shujia Peng und Ping Yang; (VI) Manuskripterstellung: Alle Autoren; (VII) Endgültige Genehmigung des Manuskripts: Alle Autoren.

Korrespondenz mit Zhenyu Yang.

Die Autoren sind für alle Aspekte der Arbeit verantwortlich und stellen sicher, dass Fragen im Zusammenhang mit der Genauigkeit oder Integrität eines Teils der Arbeit angemessen untersucht und gelöst werden. Alle Auszubildenden erhielten mündliche Informationen und eine schriftliche Einverständniserklärung über die Ziele und die Methodik der Studie. Alle CT-Bilder wurden vor der Verwendung für die 3D-Modellierung anonymisiert. Diese Studie wurde von der Ethikkommission des Tangdu-Krankenhauses der Air Force Medical University (Nr. K202207-06) genehmigt und gemäß den Standards der Deklaration von Helsinki durchgeführt.

Unzutreffend.

Alle Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

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Unten finden Sie den Link zum elektronischen Zusatzmaterial.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bao, G., Yang, P., Yi, J. et al. Realistische 3D-gedruckte Modelle der Leber- und Tumoranatomie in Originalgröße: ein nützliches Werkzeug für die klinische Medizinausbildung von angehenden Auszubildenden. BMC Med Educ 23, 574 (2023). https://doi.org/10.1186/s12909-023-04535-3

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Eingegangen: 17. November 2022

Angenommen: 24. Juli 2023

Veröffentlicht: 15. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-023-04535-3

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