gms | German Medical Science

Die COVID-19-Pandemie hatte schwerwiegende Auswirkungen auf die Ausbildung von Medizinstudierenden in verschiedenen Ländern [1]. Die Unterbrechung von Präsenzveranstaltungen hat die traditionelle medizinische Ausbildung beeinträchtigt und wird wahrscheinlich über COVID-19 hinaus langfristige Auswirkungen haben [2]. Studierende kritisieren insbesondere den Mangel an praktischem Unterricht [3]. Während der aktuellen Pandemie ist es von entscheidender Bedeutung, den Umgang mit dem vorherrschenden Leitsymptom (Dyspnoe) zu vermitteln. Es ist jedoch sehr schwierig, die erforderlichen praktischen Fertigkeiten und den Umgang mit Patienten zu vermitteln, insbesondere in der Akutmedizin. Und der Selbstschutz und die empfohlene physische Distanzierung sind von entscheidender Bedeutung.

Die simulationsbasierte Ausbildung hat sich aus den folgenden Gründen als nützliche Ergänzung zur Ausbildung in realen klinischen Situationen erwiesen: Sie gestattet die Kontrolle über die Abfolge der Aufgaben, die den Lernenden präsentiert werden, sie bietet Möglichkeiten zur angemessenen Unterstützung und Anleitung der Lernenden, sie verhindert unsichere und gefährliche Situationen und sie kann relativ selten vorkommende Aufgaben simulieren [4]. Herkömmliche simulationsbasierte Schulungen sind sehr ressourcenaufwändig (Personalkosten, Ausrüstung, Räumlichkeiten), lassen sich gegebenenfalls nur schwer an eine steigende Zahl von Studierenden anpassen und können nicht beliebig wiederholt werden [5].

Um diese Probleme zu vermeiden und dem Gedanken des Selbstschutzes und der physischen Distanzierung während der COVID-19-Pandemie Rechnung zu tragen, müssen neue Methoden der simulationsbasierten Ausbildung entwickelt und in das Curriculum aufgenommen werden [6]. Diese neuen Ausbildungsformate könnten angehende Ärzte als Peer-Lehrende in den Ausbildungsprozess einbeziehen, da dies deren Beteiligung erhöhen und gleichzeitig die Kosten für das Lehrpersonal senken würde, oder es könnten innovative Techniken wie die Virtual Reality (VR) eingesetzt werden.

Die digitale Transformation in der Medizin ist für unsere digital kompetenten Studierenden unerlässlich und gewinnt auch innerhalb der medizinischen Fakultäten an Aufmerksamkeit [7]. Bei der VR-Simulation handelt es sich um eine Technologie, mit der Benutzer in Echtzeit computergenerierte sensorische 3D-Multimedia-Umgebungen erkunden und manipulieren können, um sich Wissen anzueignen, das in der klinischen Praxis angewendet werden kann [8]. Es gibt immer mehr Belege dafür, dass virtuelle Hilfsmittel wie VR-Simulationen für Studierende involvierend und wirksam sein können [8], [9]. Obwohl VR derzeit hauptsächlich für die Anatomie-Ausbildung oder für das Training technischer Fertigkeiten in der Chirurgie eingesetzt wird, findet sie auch zunehmend in der Akutmedizin in der praktischen und differentialdiagnostischen Ausbildung Anwendung [8], [10], [11], [12], [13]. In Zukunft könnte VR Vorteile für Lernende und Lehrende bieten, indem sie eine kostensparende, wiederholbare, skalierbare, standardisierte klinische Ausbildung unabhängig von Zeit, Ort oder Lehrpersonal und mit virtuellem Zwischenfeedback ermöglicht [11]. Zurzeit werden VR-Trainingsprogramme in der medizinischen Ausbildung nur langsam umgesetzt und gehören trotz ihrer theoretischen Vorteile bisher noch nicht zum Ausbildungsalltag. Gründe dafür sind die mangelnde Verfügbarkeit von Head-Mounted-Displays (HMD), und zwar sowohl in Institutionen als auch im privaten Bereich, sowie technische Unzugänglichkeiten der Softwareprogramme und die allgemein fehlende digitale Kompetenz von Studierenden und Lehrpersonal [5], [6].

Zudem sind die Herausforderungen und Probleme, die bei der Entwicklung von VR-Trainings auftreten können, oft unklar oder werden unterschätzt [14]. Die Probleme können hierbei ungenügende Vorbereitungen, unterschiedliche Vorstellungen über Arbeitsabläufe und technische Möglichkeiten und Anforderungen sein. Es können jedoch auch allgemeine Kommunikationsprobleme zwischen Ärzten, Programmierern und medizinischen Ausbildern bestehen. Solche Probleme sind in der berufsübergreifenden Teamarbeit verbreitet und hängen mit Ausbildungsunterschieden der verschiedenen Berufszweige zusammen. Eine kürzlich erschienene Übersichtsarbeit zu Serious Games in der medizinischen Ausbildung hat die Notwendigkeit einer theoriebasierten Entwicklung hervorgehoben, da dies den Entwicklern helfen kann, die Effizienz ihrer internen Prozesse zu verbessern und objektive Nachweise für ihre Wirksamkeit zu liefern [15], [16].

Wir hatten somit folgende Ziele:

1.

Bestehende theoretische Rahmenkonzepte für die Entwicklung einer VR-Trainingseinheit anzuwenden und gewonnene Erkenntnisse zu analysieren.

2.

Die VR-Trainingseinheit hinsichtlich der Variablen der Mediennutzung (Benutzerfreundlichkeit, Benutzerzufriedenheit, Immersion, Simulatorkrankheit, Arbeitsbelastung, Trainingswirksamkeit) zu bewerten.

Die VR-Simulation wurde von Januar 2020 bis Mai 2021 entwickelt und ausgewertet. Für die Lehrkonzepte (TB, SR, TCS) und für die notfallmedizinischen Konzepte (TB, SR, TCS) waren die Klinik für Notfallmedizin, Inselspital, Universitätsspital Bern, und das Virtual Inselspital Simulation Lab im Bereich Telenotfallmedizin, Universität Bern, verantwortlich. Die technische Umsetzung des Projekts wurde von einer deutschen Programmieragentur übernommen, die sich auf VR in der medizinischen Ausbildung spezialisiert hat [https://threedee.de/]. Das Trainingsmodul für die Virtual-Reality-Simulation soll in einer virtuellen Notaufnahme nach dem ABCDE-Schema Patienten behandeln, die an Atemnot leiden [17]. Das vorgestellte Training ist Teil des Projekts STEP.VR (Simulation-Based Training of Medical Emergencies for Physicians using Virtual Reality).

Die Entwicklung der VR-Simulation orientierte sich an dem Rahmenkonzept von Verschueren et al. für die Entwicklung von Serious Games im Gesundheitswesen [16]. Dieses Rahmenkonzept ist hilfreich bei der Entwicklung von theorie- und evidenzbasierten Serious Games für das Gesundheitswesen. Serious Games für das Gesundheitswesen sind definiert als interaktive Computeranwendungen mit oder ohne signifikante Hardwarekomponenten, die für Benutzer herausfordernd und involvierend sind und ihnen Kompetenz vermitteln, die für die konkrete Anwendung nützlich ist [18].

Das Rahmenkonzept umfasst fünf Phasen (Phase 1: wissenschaftliche Grundlagen, Phase 2: Konzeptgrundlagen, Phase 3: Entwicklung, Phase 4: Validierung, Phase 5: Umsetzung). Diese Phasen haben jeweils einen bestimmten Schwerpunkt und werden von den Stakeholdern (Softwareentwickler, Experten für die medizinische Ausbildung, Inhaltsexperten und die Zielgruppe) in einem iterativen und repetitiven Prozess kooperativ umgesetzt. Im Allgemeinen handelt es sich bei einem Stakeholder um eine Person oder Gruppe, die ein berechtigtes Interesse am Verlauf oder Ergebnis eines Prozesses oder Projekts hat [https://de.wikipedia.org/wiki/Stakeholder].

Wir beschreiben die Entwicklung der Simulation (Phasen 1-3) und nehmen eine Pilotauswertung in der Zielpopulation im Rahmen eines Peer-Teaching-Settings (Phase 4) vor. Wir geben außerdem einen Ausblick auf die geplante Umsetzung (Phase 5).

Die Zielgruppe und die Ergebnisziele wurden von den Experten für die medizinische Ausbildung und den Inhaltsexperten des Universitätsspitals Bern bestimmt und definiert [http://www.profilesmed.ch/].

Es war wichtig, über eine theoretische Grundlage zu verfügen, um zu gewährleisten, dass die Entwicklung wissenschaftlich fundiert ist. Die VR-Trainingseinheit wurde daher unter Verwendung eines etablierten Rahmenkonzepts [16] sowie des Rahmenkonzepts von Nicholson [19], [20] entwickelt.

Jeder Schritt des Prozesses wurde vom Entwicklungsteam, dem Expertenteam für die medizinische Ausbildung und Inhalte sowie von ausgewählten Endnutzern und externen Experten für die medizinische Ausbildung und klinische Behandlung kritisch geprüft. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gewünschten Ziele mit dem entsprechenden Instruktionsdesign in Einklang gebracht werden.

Allgemeines Konzept, Meaningful Gamification und Spielmechanik: In Anlehnung an Nicholson wurden die Elemente für Meaningful Gamification [20] (RECIPE: Reflection, Engagement, Choice, Information, Play und Exposition) als Orientierungskonzept für die Entwicklung der Simulation verwendet. Das Akronym RECIPE steht für die folgenden Elemente:

• Reflection (R): Dieses Element soll eine Verbindung zwischen der Trainingseinheit und Notfallereignissen herstellen, die Spielern im realen Leben begegnen oder begegnen könnten.
• Engagement (EN): Das Element „Engagement“ (Involviertheit) bezieht sich auf die Schaffung einer sozial relevanten und ansprechenden, lebendigen Lernerfahrung.
• Choice (C): Dieses Element bezieht sich auf die Autonomie, die Spieler im Spiel haben. Es bietet Spielern die Möglichkeit, sich in der Simulation frei zu bewegen und sinnvolle Entscheidungen zu treffen. Dadurch wird die eigene Autonomie gestärkt und das Bewusstsein geschaffen, für das eigene Handeln verantwortlich zu sein.
• Information (I): Dieses Element dient dazu, Spielern die Schlüsselkonzepte zu vermitteln, um ihnen zu helfen, die Gründe für das Serious Game zu verstehen.
• Play (P): Das Element „Play“ wird in Nicholsons Ansatz definiert als „die Freiheit, innerhalb fester Grenzen zu erkunden und zu scheitern“. Spieler haben die Freiheit, mit der Notfallsituation umzugehen und Entscheidungen zu treffen, die im schlimmsten Fall zu einer „Game-Over-Situation“ (Tod des Patienten) führen können.
• Exposition (E): Dieses Element dient dazu, einen sinnvollen Erzählrahmen in der immersiven Simulation zu schaffen.

Zusätzlich zu Nicholsons Schema werden in der VR-Simulation weitere Elemente der Spielmechanik (d. h. Belohnungen und Feedback) [16] verwendet.

Die Designanforderungen (z. B. die Sprache) wurden auf die Zielgruppe und die Anforderung einer realistischen, immersiven Notfallumgebung zugeschnitten. Deshalb haben wir regelmäßig Feedback von den technischen Experten und den potenziellen Endnutzern eingeholt.

Die in den Phasen 1 und 2 gesammelten Informationen wurden verwendet, um in einem iterativen und repetitiven Prozess mit den wichtigsten Stakeholdern (Softwareentwickler, Experten für die medizinische Ausbildung, Inhaltsexperten und Zielgruppe) ein wirksames und ansprechendes VR-Tool zu entwickeln. Das Storyboard (siehe Anhang 1 [Anh. 1]) wurde von den Experten für die medizinische Ausbildung und den Inhaltsexperten in enger Zusammenarbeit mit dem technischen Team erstellt, um die technische Machbarkeit zu gewährleisten.

Wir haben in einer prospektiven Machbarkeitsstudie folgende Fragestellungen untersucht:

1.

Durchführbarkeit von Peer-Teaching

2.

Variablen der Mediennutzung (Benutzerfreundlichkeit, mögliche Nebenwirkungen, Immersionsgrad, Arbeitsbelastung, Benutzerzufriedenheit)

3.

Wirksamkeit des Trainings

Variablen der Mediennutzung

Die Variablen der Mediennutzung wurden anhand etablierter Fragebögen direkt nach der Trainingseinheit ausgewertet [21], [22].

Die Benutzerfreundlichkeit wurde mithilfe der System Usability Scale (SUS) bewertet, die aus 10 Fragen mit einer fünfstufigen Likert-Skala besteht (Bereich 0 bis 100, Durchschnittsscore 68) [23], [24] und dem After-Scenario Questionnaire (ASQ) [24], der die Leichtigkeit der Aufgabendurchführung, die Zufriedenheit mit der benötigten Zeit und die Zufriedenheit mit den unterstützenden Informationen auf einer 7-stufigen Likert-Skala bewertet (Gesamtscore reicht von 1=volle Zufriedenheit bis 7=geringe Zufriedenheit).

Der User Satisfaction Evaluation Questionnaire (USEQ) umfasst sechs Fragen mit einer fünfstufigen Likert-Skala zur Bewertung der Benutzerzufriedenheit (Gesamtscore reicht von 6=geringe Zufriedenheit bis 30=ausgezeichnete Zufriedenheit) [25]. Der USEQ und der SUS wurden für eine differenzierte und umfassende Bewertung der Benutzerfreundlichkeit in verschiedenen Dimensionen eingesetzt [26]. Eine „visuell induzierte Bewegungskrankheit“ wurde anhand von vier Items (Übelkeit, Kopfschmerzen, verschwommenes Sehen, Schwindel) aus dem ursprünglichen Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) von Kennedy et al. bewertet (Likert-Skala von 1=stimme überhaupt nicht zu bis 5=stimme vollkommen zu) [25]. Präsenz und Immersion in der virtuellen Welt wurden anhand des von Slater, Usoh und Steed entwickelten 6-Punkte-Fragebogens ermittelt (Gesamtscore reicht von 1=keine Immersion bis 7=vollständige Immersion) [27].

Die subjektiv empfundene Arbeitsbelastung wurde auf einer Skala von 0 bis 100 anhand des NASA Task Load Index [28] bewertet. Überforderung wird mit einem Gesamtscore von >60, Unterforderung mit einem Gesamtscore von <7 assoziiert [29].

Um die wahrgenommene Wirksamkeit des Trainings zu bewerten, haben wir das Training Evaluation Inventory (TEI) für die Ergebnisdimension verwendet; 17 Aussagen zum subjektiven Spaß, zur wahrgenommenen Nützlichkeit, zur wahrgenommenen Schwierigkeit, zum subjektiven Wissenszuwachs und zu Einstellungen gegenüber dem Training werden auf einer fünfstufigen Likert-Skala von 1=stimme überhaupt nicht zu bis 5=stimme vollkommen zu [30] bewertet. Darüber hinaus haben wir das Selbstvertrauen der Teilnehmenden im Umgang mit einem Patienten mit Dyspnoe vor und nach dem Training verglichen (gemessen auf einer fünfstufigen Likert-Skala [von 1=kein Selbstvertrauen bis 5=hohes Selbstvertrauen]).

Wir haben eine Zufallsstichprobe von Medizinstudierenden im letzten Studienjahr der Universität Bern (n=16) eingeschlossen, die auf einen Aufruf zur Teilnahme an unserer Studie reagierten. Alle Teilnehmenden haben freiwillig teilgenommen, und wir haben keine Vergütung gezahlt. Für die Studie und die Veröffentlichung der Studienergebnisse wurde eine schriftliche Einwilligung eingeholt.

Die Kantonale Ethikkommission Bern (KEK) erachtete diese Studie als bewilligungsfrei (BASEC-Nr.: Req-2020-00970), da das Projekt in der Schweiz nicht unter das Humanforschungsgesetz, Artikel 2, Absatz 1, fällt.

Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Alle Teilnehmenden haben eine schriftliche Einwilligungserklärung zur Teilnahme vorgelegt. Die Daten wurden in pseudonymisierter Form erhoben, ausgewertet und gespeichert.

Vor dem Eingriff wurden grundlegende soziodemografische Daten erhoben (Geschlecht, Alter, Angewiesenheit auf eine Brille, dominante Hand) sowie Informationen über frühere Erfahrungen bei der Behandlung von Patienten mit Dyspnoe und die regelmäßige Nutzung von Computerspielen und VR-Simulationen.

Darüber hinaus konnten die Teilnehmenden und die Peer-Trainer schriftlich und mündlich offenes Feedback zur Peer-Unterrichtsmethode geben.

Die für diese Studie verwendete Hardware bestand aus einem OMEN Gaming-Laptop von Bang & Olufsen (HP Development Company, Bremdalvej 8, 7600 Struer, Dänemark), sowie dem Head-Mounted Display Oculus Rift S und entsprechenden Controllern (Meta Inc., Menlo Park, Kalifornien, USA). Die VR-Trainingseinheiten wurden von einem Studierenden geleitet, der/die als Peer-Tutor sowohl für die medizinischen Inhalte der Simulation als auch für die technische Anleitung geschult wurde.

Alle Teilnehmenden nahmen zunächst an einer angeleiteten 30-minütigen Trainingseinheit mit einem Trainingskoffer mit einer spezifischen Aufgabenliste teil, um sich mit der VR-Umgebung vertraut zu machen, wobei ein Peer-Tutor bei Bedarf für Anweisungen zur Verfügung stand. Unmittelbar danach nahmen die Teilnehmenden an der Studiensimulation teil (Fall: „Atemnot/Dyspnoe“).

Die statistische Analyse erfolgte in STATA 16.1 (StataCorp, The College Station, Texas, USA). Die kategorialen Variablen wurden durch die Gesamtzahl in den Kategorien zusammen mit einem Prozentsatz beschrieben. Da mehrere Variablen nicht normal verteilt waren (visuell und mit Shapiro Wilk-Test), wird die Verteilung der kontinuierlichen Variablen mit Median und Interquartilbereich (IQR) angegeben. Mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test wurde die Veränderung des Selbstvertrauens vor und nach dem Training verglichen. Ein p-Wert von 0,05 wurde als signifikant angesehen. Es wurde keine Bereinigung für Mehrfachvergleiche vorgenommen.

Medizinstudierende im letzten Studienjahr und angehende Ärzt*innen wurden als primäre Zielgruppe identifiziert, da ein ungedeckter Bedarf an praktischen Simulationsprogrammen während des Medizinstudiums besteht, der durch die physische Distanzierung aufgrund der COVID-19-Pandemie noch verschärft wird.

Das Gesamtergebnis war die Fähigkeit der Zielgruppe, einen akut kranken Patienten während der ersten halben Stunde selbständig und zuverlässig zu betreuen, wie es der Schweizer Lernzielkatalog (PROFILES) verlangt. Dazu gehörte auch, dass die Benutzer mit der Notfallumgebung und dem strukturierten klinischen ABCDE-Schema [17] vertraut gemacht wurden, und zwar im Hinblick auf einen Patienten, der sich mit akuter Dyspnoe vorstellt. Die Lernziele und ihre Übereinstimmung mit den Elementen des RECIPE-Rahmenkonzepts von Nicholson [20] sind in Tabelle 1 [Tab. 1] und Anhang 1 [Anh. 1] aufgeführt.

Der Bezug zum realen Leben wird in der VR zum einen durch das realistische Erleben eines Falles hergestellt, der in jedem Krankenhaus beobachtet oder erlebt werden kann. Zum anderen erfolgte eine virtuelle Nachbesprechung, bei der im Anschluss an den Fall in der virtuellen Umgebung eine Liste der erreichten Items gezeigt wurde, was die Anwendung des Gelernten in der Praxis erleichtert. Es gibt in unserem spezifischen Setting keine persönliche Nachbesprechung nach dem Training mit den Teilnehmenden. Je nach den Bedürfnissen der Teilnehmenden und nach einer Einbettung in ein Curriculum ist auch eine Nachbesprechung mit einem Peer-Tutor oder VR-Trainer denkbar.

Die körperliche Verfassung des virtuellen Patienten reagiert auf die tatsächlichen Behandlungs- und Diagnoseentscheidungen in Bezug auf das ABCDE-Schema (siehe Anhang 1, Addendum Tabelle 2 [Anh. 1]), das dazu beiträgt, einen algorithmischen Ablauf zu erzeugen [31], um Langeweile zu vermeiden und die Teilnehmenden konstant zu stimulieren. Die Schaffung komplexer Herausforderungen birgt die Gefahr der Frustration. Um diese negativen Auswirkungen zu vermeiden, werden in großem Umfang Feedbackmechanismen und Belohnungen eingesetzt (d. h. die körperliche Verfassung verbessert sich bei korrekten Handlungen, was visuell und akustisch entsprechend umgesetzt wird). Dadurch wird ein diagnostisches Verfahren eingeleitet und umgehend ein medizinisches Ergebnis produziert, z. B. die Entnahme einer Blutprobe. Die Ergebnisse der Blutprobe und die korrekte Verwendung der medizinischen Geräte (nicht-invasives Beatmungsgerät, EKG, Ultraschall) haben eine involvierende Wirkung [32].

Dieses Element bezieht sich auf die Autonomie, die Spieler im Spiel haben. Die korrekte Auswahl der diagnostischen Möglichkeiten und somit die Anwendung der richtigen Therapie sind für das Überleben des Patienten entscheidend. Beispielsweise verschlimmert sich die respiratorische Insuffizienz, wenn der Patient nicht abgesaugt wird, keine nicht-invasive Beatmung erhält und keine inhalative/intravenöse Therapie eingeleitet wird.

Unsere Zielgruppe wurde im Rahmen des medizinischen Curriculums in den theoretischen medizinischen Grundlagen unterrichtet, während die praktische Anwendung der VR-Ausrüstung und des Programms im Rahmen von Peer-Tutoring-Sitzungen vermittelt wurde.

In der VR-Simulation haben Studierende die Möglichkeit, den Erfolg und die Folgen ihres medizinischen Handelns ohne Gefahr für Patienten zu erleben. Spielende/Lernende haben die Möglichkeit, die Simulation erneut zu starten, bis der Erfolg bzw. die entsprechende Belohnung (erfolgreiche Behandlung des Patienten) erreicht ist.

Um eine aussagekräftige Erzählsituation in der immersiven Simulation zu schaffen, überprüften die Experten die medizinischen Inhalte sorgfältig. Diese Situation ist Bestandteil des Alltags in einer Notaufnahme und ermutigt die Teilnehmenden, Bewegungsmuster, Verhaltensweisen und Behandlungsschritte wie ein Notarzt auszuführen, nur eben in der immersiven Welt.

Alle in den Phasen 1 und 2 gesammelten Informationen wurden bei der Entwicklung der VR-Simulation in einem iterativen, repetitiven Prozess in enger Zusammenarbeit mit den wichtigsten Stakeholdern (Softwareentwickler, Experten für die medizinische Ausbildung, Inhaltsexperten und Zielgruppe) verwendet. Das Storyboard wurde von Experten für die medizinische Ausbildung und Inhaltsexperten in engem Austausch mit den Softwareentwicklern erstellt, um die Machbarkeit zu gewährleisten. Die wohl grundlegendste Erkenntnis in der Entwicklungsphase besteht darin, dass von Anfang an ein laufender intensiver Austausch zwischen den Beteiligten des Entwicklungsteams (Pädagogen, Inhaltsexperten und Techniker) erforderlich ist, da bei den Fachsprachen Unterschiede bestehen und das Vorwissen und die mentalen Modelle des geplanten Produkts nicht automatisch deckungsgleich sind.

Einzelheiten zum Inhalt des Falls sind in Anhang 1 [Anh. 1] enthalten. Die für eine erfolgreiche Behandlung erforderlichen Maßnahmen sind in Anhang 1, Addendum Tabelle 2 [Anh. 1] aufgeführt. Die Items zur Bewertung sind in Anhang 1, Addendum Tabelle 3 [Anh. 1] beschrieben. Siehe auch Screenshot von der VR-Anwendung (siehe im Anhang 1, Addendum Abbildung 1 [Anh. 1]).

An der Pilotauswertung nahmen 16 Studierende teil. Die Baseline-Charakteristika aller eingeschlossenen Teilnehmenden (n=16) sind in Tabelle 2 [Tab. 2] aufgeführt.

Die Durchführung der VR-Trainingseinheiten in Form von Peer-Teaching-Sitzungen war möglich, und weder die Teilnehmenden noch die Peer-Trainer berichteten über Probleme. Die Peer-Unterstützung während der VR-Sitzung wurde von den Teilnehmenden sehr positiv bewertet.

Die Ergebnisse der Befragung zu den Variablen der Mediennutzung sind in Tabelle 3 [Tab. 3] aufgeführt.

Die wahrgenommene Wirksamkeit des Trainings wurde mit dem Training Evaluation Inventory gemessen und ist in Tabelle 4 [Tab. 4] aufgeführt. Es zeigte sich, dass das Vertrauen der Teilnehmenden in die Behandlung von Dyspnoe-Patienten nach der VR-Trainingseinheit signifikant zunahm (Median vor dem Training 2 (IQR 2-3) vs. nach dem Training 3 (IQR 3-3), p=0,016).

Wir beschreiben (I) die auf einem bestimmten Rahmenkonzept basierende Entwicklung eines VR-Trainings für Dyspnoe und zentrale Erkenntnisse aus den während der Entwicklung gemachten Erfahrungen. Zweitens (II) präsentieren wir die Ergebnisse unserer Validierungsstudie, die eine gute Benutzerfreundlichkeit, Benutzerzufriedenheit und VR-Immersion bestätigen, ohne dass relevante Nebenwirkungen zu verzeichnen waren.

Die Verwendung eines strukturierten, etablierten Rahmenkonzepts bot wichtige Orientierung in der Entwicklung dieses VR-Trainings. Aspekte der Gamification und von Serious Games wie Belohnungen und ein spielerischer Ansatz mit der Möglichkeit, Fehler zu machen und aus diesen zu lernen, werden dem Entwicklungsteam durch den Einsatz der entsprechenden Rahmenkonzepte vorgestellt. Die Ergebnisse unserer strukturierten Entwicklung, die eine erste Validierung beinhalten, können als Ausgangspunkt oder Grundkonzept für die Entwicklung künftiger Trainingseinheiten anhand von VR-Simulation in der Notfallmedizin verwendet werden. Diese Fokussierung auf die medizinische Ausbildung und die theoretischen Grundlagen entsprechen den Vorgaben von Gentry et al. [15].

Während des gesamten Projekts war eine intensive und kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen dem technischen Entwicklungsteam, den Experten für medizinische Inhalte und dem medizinischen Lehrpersonal erforderlich. Dieser Austausch kann eine Herausforderung darstellen, beispielsweise aufgrund der unterschiedlichen Fachsprachen, die in den beteiligten Fachgebieten verwendet werden, sowie aufgrund der Aspekte der Spielentwicklung, die in der Regel nicht vom medizinischen Lehrpersonal oder Klinikärzten beherrscht werden. Darüber hinaus können spezifische Prioritäten (z. B. pädagogische Grundsätze des medizinischen Lehrpersonals) oder Herausforderungen (z. B. Probleme bei der technischen Umsetzung) in bestimmten Bereichen oft unklar sein. Wir empfehlen daher, bereits zu Beginn des geplanten Projekts einen Co-Creation-Ansatz mit klaren Zielen und Zuständigkeiten anzuwenden und hierbei medizinische Experten, medizinisches Lehrpersonal und technische Experten im Rahmen einer gleichberechtigten Zusammenarbeit einzubeziehen. Die Verwendung von Rahmenkonzepten kann Orientierung bieten und unnötige Umwege und Fehlentwicklungen sowie den damit verbundenen unnötigen Einsatz von personellen und finanziellen Ressourcen reduzieren. Dieser Effekt kann jedoch noch nicht quantifiziert werden.

Ein Training im Multiplayer-Modus, das in der vorliegenden Simulation jedoch nicht eingesetzt wird, könnte die Komponente des „Engagement“ in einer VR-Simulation weiter verbessern. Soziale Involviertheit, die bei mehreren Spielern vorhanden ist, muss mit Vorsicht angewendet werden, um eine kognitive Überlastung zu vermeiden [33]. Es hat sich gezeigt, dass diese kognitive Überlastung die Wirksamkeit des Trainings in einem ähnlichen notfallmedizinischen Umfeld verringert [21]. Andererseits ist ein Teamansatz in der Notfallmedizin durchaus typisch und besonders wichtig [34]. Alternativ dazu könnte der Ansatz eines Peer-Gruppen-Trainings zu diesem Gefühl der Involviertheit beitragen und das Lernen voneinander und miteinander erleichtern. Unsere VR-Simulation war so konzipiert, dass sie die Benutzer eher herausforderte als überforderte. Die geistige Arbeitsbelastung wurde in unserer Validierungsstudie mit dem NASA Task Load Index gemessen und zeigte, dass ein ausgewogenes Ergebnis erzielt wurde, ohne dass das Training überfordernd oder unzureichend war. Künftig sollte es das Ziel sein, die VR-Simulation zu personalisieren und an den Wissens- und Leistungsstand der Lernenden anzupassen, um dadurch Frustration zu vermeiden.

Die allgemeine Benutzerfreundlichkeit, die mit der System Usability Scale (SUS) gemessen wurde, war überdurchschnittlich. Da Zufriedenheit die Schlüsselkomponente der Benutzerfreundlichkeit ist [24], haben wir die Benutzerzufriedenheit mit zwei Messinstrumenten, dem After-Scenario Questionnaire (ASQ) und dem User Satisfaction Evaluation Questionnaire (USEQ) gemessen und vergleichbar gute Ergebnisse erzielt.

Diese Ergebnisse bestätigen die erfolgreiche Entwicklung mit dem auf einem Rahmenkonzept basierenden Ansatz.

Die Simulatorkrankheit war mit einem guten Maß an Präsenz und Immersion minimal (Slater-Usoh-Steed). Dieser hohe Grad an Immersion konnte mit unserem VR-Training erreicht werden, auch wenn die technischen Möglichkeiten mit VR-Standardhardware noch begrenzt sind. In der Zukunft könnte es daher ein großes Potenzial für weitere technische Entwicklungen und Verbesserungen der Immersion geben. Der Einfluss von maximalem Realismus in VR-Anwendungen ist zurzeit nicht klar. Dieser entspricht im Wesentlichen der physikalischen Simulation, bei der es eine anhaltende Diskussion darüber gibt, ob eine realistischere High-Fidelity-Simulation zu effektiverem Lernen führt als eine weniger realistische Low-Fidelity-Simulation [35], [36]. Es ist bekannt, dass die emotionale Befindlichkeit in VR-Anwendungen durch den Immersionsgrad beeinflusst wird und dass Emotionen in VR-Anwendungen zu Emotionen im realen Leben führen können [37]. Eine hohe Präsenzerfahrung wurde bereits klar als Indikator für eine systematische kognitive Auseinandersetzung mit den Inhalten der virtuellen Umgebung beschrieben und ist ein wichtiger Prädiktor für erfahrungsbasiertes Lernen [38].

Die mit dem Training Evaluation Inventory gemessene Gesamtwirksamkeit des Trainings war gut und in allen getesteten Untergruppen ähnlich (Spaß, Nützlichkeit, Schwierigkeit, Wissenszuwachs und Einstellung gegenüber dem Training). Das Selbstvertrauen, Notfallpatienten mit Dyspnoe zu behandeln, wurde signifikant erhöht, ist aber immer noch nicht ausreichend. Unser Training kann daher ein erster Schritt auf dem Weg sein, Studierende hinsichtlich Notfallsituationen auszubilden und dazu beizutragen, die subjektiv empfundene mangelnde Vorbereitung auf eine Notfallsituation sowie die Angst vor der Behandlung von Notfallpatienten zu verringern [39], [40]. Dennoch könnte die Integration dieser VR-Trainingseinheit in ein multimodales Gesamtkonzept sinnvoll sein. Wir verwenden die VR-Simulation im Rahmen eines universitären Curriculums für Notfallmedizin, das Vorlesungen und physische Simulationen umfasst. Für die Zukunft ist auch denkbar, dass eine VR-Simulation im Multiplayer-Modus von Studierenden jeweils allein von zu Hause aus durchgeführt werden kann, um ein gemeinsames Lernen unter Beachtung der physischen Distanzierung und ohne die Nachteile der Anreise und der Bereitstellung von Räumlichkeiten vor Ort zu ermöglichen.

Umsetzung und Verbreitung (Phase 5): Die vorliegende Veröffentlichung der gewonnenen Erkenntnisse ist Teil des Verbreitungsprozesses innerhalb des Entwicklungsprozesses. Die weitere Umsetzung wird zurzeit untersucht. Das VR-Training wird Teil eines Ausbildungskonzepts sein, das verschiedene Simulationsmodalitäten umfasst und nach unseren Erkenntnissen höchstwahrscheinlich einen Peer-Teaching-Ansatz beinhalten wird. Das endgültige Trainingsprogramm ist käuflich zu erwerben [https://threedee.de/portfolio/stepvr/].

Hinsichtlich der Validierung des VR-Trainings weist unsere Studie mehrere Einschränkungen auf: Die Stichprobengröße unserer Validierung ist begrenzt und es wurden keine Vorher-Nachher-Tests oder Vergleiche mit anderen Lehrformaten durchgeführt. Unsere Validierung deckt nur die unteren Ebenen des Kirkpatrick-Modells der Trainingsevaluation ab [41]. Klinische Ergebnisse, die höhere Ebenen der Trainingswirksamkeit darstellen, sind bekanntermaßen schwer zu erreichen und müssen nach der breiten Umsetzung des Trainings weiter erforscht werden. Wir haben jedoch bei allen Auswertungen bewährte und validierte Bewertungsinstrumente eingesetzt, die sich auf Variablen der Mediennutzung, der wahrgenommenen Wirksamkeit und des gewonnenen Selbstvertrauens beziehen. Da die Wahl der Auswertungsmethoden auf den beabsichtigten Auswertungszweck zugeschnitten sein muss, wird das TEI beispielsweise validiert, um zu untersuchen, ob die Studierenden die Trainingseinheiten als nützlich empfunden haben und ob sie neben anderen Aspekten einen Wissenszuwachs erfahren haben [30].

Da die meisten Teilnehmenden unserer Validierungsstudie nicht regelmäßig VR nutzen, können wir den Einfluss des Neuheitseffekts [42] auf die konkreten Ergebnisse nicht abschätzen. Dieser Neuheitseffekt könnte dazu führen, dass der wahrgenommene Nutzen von VR in unserer Studie überschätzt wird. Der Neuheitseffekt wurde im Bereich der VR-gestützten Ausbildung im Allgemeinen wenig untersucht und erfordert weitere Forschung.

Grundlegende technische Einschränkungen der zurzeit verfügbaren VR-Technologie könnten den Erfolg des Trainings ebenfalls beeinflussen. Beispiele dafür sind das Fehlen von Haptik oder der notwendige Einsatz von Controllern.

Die angewendeten Rahmenkonzepte können wertvolle Hilfsmittel für die Entwicklung und Validierung von VR-Trainingseinheiten sein, die eine gute Benutzerfreundlichkeit, hohe Benutzerzufriedenheit und eine hohe wahrgenommene Wirksamkeit bieten und kaum Kinetose-Symptome verursachen. Zu den gewonnenen Erkenntnissen gehört die Notwendigkeit, medizinische Experten und medizinisches Lehrpersonal sowie technische Experten gleichberechtigt am gesamten Entwicklungsprozess zu beteiligen.

Die Kantonale Ethikkommission Bern (KEK) erachtete diese Studie als bewilligungsfrei (BASEC-Nr.: Req-2020-00970), da das Projekt in der Schweiz nicht unter das Humanforschungsgesetz, Artikel 2, Absatz 1, fällt.

Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Alle Teilnehmenden haben eine schriftliche Einwilligungserklärung zur Teilnahme vorgelegt.

Von allen Teilnehmenden wurde eine schriftliche Einwilligungserklärung zur Veröffentlichung eingeholt.

Die Daten wurden in pseudonymisierter Form erhoben, ausgewertet und gespeichert. Alle im Rahmen dieser Studie gewonnenen oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und den ergänzenden Informationsdateien (siehe Anhang 1 [Anh. 1]) enthalten. Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

SR war für Konzeption, Recherche, Methodik, Verfassen des ursprünglichen Entwurfs und für Schreiben, Überarbeitung und Endredaktion zuständig. SA war für Recherche und für Schreiben, Überarbeitung und Endredaktion zuständig. AE war an der Konzeption, am Schreiben, an der Überarbeitung und an der Endredaktion beteiligt. MM war für Datenpflege, formale Analyse, Schreiben, Überarbeitung und Endredaktion zuständig. TCS war für Konzeption, Datenpflege, Recherche, formale Analyse, Methodik, Projektverwaltung, Projektbetreuung, Verfassen des ursprünglichen Entwurfs, schriftliche Überarbeitung und Endredaktion zuständig und war zusammen mit TB Ko-Erstautor dieser Arbeit. TB war für Konzeption, Datenpflege, Recherche, formale Analyse, Methodik, Projektverwaltung, Projektbetreuung, Verfassen des ursprünglichen Entwurfs, Schreiben, die Überarbeitung und Endreaktion zuständig und war zusammen mit TCS Ko-Erstautorin dieser Arbeit.

Das vorliegende Manuskript wurde teilweise von der Universität Bern finanziert.

Die Autor*innen danken dem Entwickler*innenteam von ThreeDee in München, insbesondere Philip Balonier, des weiteren Tobias Mühling vom Universitätsklinikum Würzburg für Hilfe bei der Implementierung des Trainingsszenarios.

Wir danken dem Touring Club Schweiz für die Unterstützung der Telemedizin an der Universität Bern.

TCS hat eine vom Touring Club Schweiz unterstützte Stiftungsprofessur für Telenotfallmedizin an der Universität Bern. Der Sponsor hat keinen Einfluss auf die durchgeführte Forschung oder die Entscheidung zur Veröffentlichung.

Die Autor*innen erklären, dass sie keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit diesem Artikel haben.