Die traditionelle Leichensektion verliert an Bedeutung, während Plastination und 3D-gedruckte Modelle als Alternative zu herkömmlichen Anatomielehrmethoden immer beliebter werden. Unklar ist jedoch, welche Stärken und Schwächen diese neuen Werkzeuge aufweisen und wie sie sich auf das Anatomie-Lernerlebnis der Studierenden auswirken könnten, das auch menschliche Werte wie Respekt, Fürsorge und Empathie umfasst.
Unmittelbar nach der randomisierten Cross-over-Studie wurden 96 Studierende eingeladen. Ein pragmatisches Studiendesign wurde verwendet, um Lernerfahrungen mit anatomisch plastifizierten und 3D-Modellen des Herzens (Phase 1, n=63) und des Halses (Phase 2, n=33) zu untersuchen. Eine induktive thematische Analyse wurde auf Grundlage von 278 Freitextrezensionen (zu Stärken, Schwächen und Verbesserungspotenzialen) und den wörtlichen Transkripten von Fokusgruppen (n = 8) zum Anatomielernen mit diesen Werkzeugen durchgeführt.
Es wurden vier Themenbereiche identifiziert: wahrgenommene Authentizität, grundlegendes Verständnis und Komplexität, Haltungen des Respekts und der Fürsorge, Multimodalität und Führung.
Im Allgemeinen empfanden die Studierenden die plastinierten Präparate als realistischer und fühlten sich daher mehr respektiert und umsorgt als die 3D-gedruckten Modelle, die einfacher zu handhaben und besser für das Erlernen der grundlegenden Anatomie geeignet waren.
Die Autopsie am Menschen ist seit dem 17. Jahrhundert eine gängige Lehrmethode in der medizinischen Ausbildung [1, 2]. Aufgrund des eingeschränkten Zugangs zu Leichen, der hohen Kosten für deren Aufbewahrung [3, 4], der deutlich verkürzten Ausbildungszeit im Anatomieunterricht [1, 5] und des technologischen Fortschritts [3, 6] ist die Anwendung traditioneller Sektionsmethoden im Anatomieunterricht jedoch rückläufig. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung neuer Lehrmethoden und -instrumente, wie beispielsweise plastinierter menschlicher Präparate und 3D-gedruckter Modelle [6, 7, 8].
Jedes dieser Werkzeuge hat Vor- und Nachteile. Die plastifizierten Präparate sind trocken, geruchlos, realistisch und ungefährlich [9,10,11], wodurch sie sich ideal für den Anatomieunterricht eignen und Studierende für das Studium und das Verständnis der Anatomie begeistern. Allerdings sind sie auch starr und weniger flexibel [10, 12], weshalb ihre Handhabung und das Erreichen tieferliegender Strukturen schwieriger sind [9]. Hinsichtlich der Kosten sind plastifizierte Präparate in der Regel teurer in der Anschaffung und Pflege als 3D-gedruckte Modelle [6,7,8]. Andererseits ermöglichen 3D-gedruckte Modelle unterschiedliche Texturen [7, 13] und Farben [6, 14] und können bestimmten Körperteilen zugeordnet werden, was Studierenden hilft, wichtige Strukturen leichter zu identifizieren, zu unterscheiden und sich einzuprägen, auch wenn dies weniger realistisch wirkt als plastifizierte Präparate.
Zahlreiche Studien untersuchten die Lernergebnisse und die Leistungsfähigkeit verschiedener anatomischer Instrumente wie plastinierter Präparate, 2D-Bilder, Nasspräparate, Anatomage-Tische (Anatomage Inc., San Jose, CA) und 3D-gedruckte Modelle [11, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]. Die Ergebnisse variierten jedoch je nach Wahl des Trainingsinstruments in den Kontroll- und Interventionsgruppen sowie je nach den untersuchten anatomischen Regionen [14, 22]. Beispielsweise berichteten Studierende bei der Kombination von Nasspräparation [11, 15] und Autopsietischen [20] von einer höheren Lernzufriedenheit und einer positiveren Einstellung gegenüber plastinierten Präparaten. Ebenso spiegelt die Verwendung von Plastinationsmustern den positiven Einfluss auf das objektive Wissen der Studierenden wider [23, 24].
3D-gedruckte Modelle werden häufig zur Ergänzung traditioneller Lehrmethoden eingesetzt [14, 17, 21]. Loke et al. (2017) berichteten über den Einsatz eines 3D-gedruckten Modells zum besseren Verständnis angeborener Herzfehler in der Pädiatrie [18]. Diese Studie zeigte, dass die 3D-Modellgruppe im Vergleich zur 2D-Bildgruppe eine höhere Lernzufriedenheit, ein besseres Verständnis der Fallot-Tetrade und eine höhere Kompetenz im Umgang mit Patienten (Selbstwirksamkeit) aufwies. Das Studium der Gefäß- und Schädelanatomie mithilfe von 3D-gedruckten Modellen führt zu der gleichen Lernzufriedenheit wie 2D-Bilder [16, 17]. Diese Studien belegen, dass 3D-gedruckte Modelle hinsichtlich der von den Studierenden wahrgenommenen Lernzufriedenheit 2D-Illustrationen überlegen sind. Allerdings gibt es nur wenige Studien, die 3D-gedruckte Modelle aus verschiedenen Materialien mit plastifizierten Proben vergleichen. Mogali et al. (2021) verwendeten das Plastinationsmodell mit seinen 3D-gedruckten Herz- und Halsmodellen und berichteten über einen vergleichbaren Wissenszuwachs in der Kontroll- und der Experimentalgruppe [21].
Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um besser zu verstehen, warum die Lernerfahrung von Studierenden von der Wahl anatomischer Instrumente und der Darstellung verschiedener Körperteile und Organe abhängt [14, 22]. Humanistische Werte sind ein interessanter Aspekt, der diese Wahrnehmung beeinflussen kann. Gemeint sind Respekt, Fürsorge, Empathie und Mitgefühl, die von angehenden Ärzten erwartet werden [25, 26]. Traditionell werden humanistische Werte bei Autopsien berücksichtigt, da Studierende lernen, mit gespendeten Leichen Empathie zu zeigen und sie zu behandeln. Daher nimmt das Anatomiestudium seit jeher eine besondere Stellung ein [27, 28]. Dies wird jedoch bei der Anwendung von Plastifizierungs- und 3D-Druckwerkzeugen selten gemessen. Im Gegensatz zu geschlossenen Likert-Fragen ermöglichen qualitative Datenerhebungsmethoden wie Fokusgruppendiskussionen und offene Fragen Einblicke in die in zufälliger Reihenfolge verfassten Kommentare der Teilnehmenden und verdeutlichen so die Auswirkungen neuer Lernwerkzeuge auf ihre Lernerfahrung.
Ziel dieser Studie war es also, die Frage zu beantworten, wie sich die Wahrnehmung der Anatomie durch Studierende verändert, wenn ihnen vorgegebene Hilfsmittel (Plastination) im Vergleich zu physischen 3D-gedruckten Bildern zum Erlernen der Anatomie zur Verfügung gestellt werden.
Um die oben genannten Fragen zu beantworten, haben Studierende die Möglichkeit, anatomisches Wissen durch Teamarbeit und Zusammenarbeit zu erwerben, zu vertiefen und zu teilen. Dieses Konzept steht im Einklang mit der konstruktivistischen Theorie, der zufolge Individuen oder soziale Gruppen aktiv Wissen generieren und teilen [29]. Solche Interaktionen (z. B. zwischen Kommilitonen oder zwischen Studierenden und Lehrenden) beeinflussen die Lernzufriedenheit [30, 31]. Gleichzeitig wird die Lernerfahrung der Studierenden auch von Faktoren wie Lernkomfort, Lernumgebung, Lehrmethoden und Kursinhalten beeinflusst [32]. Diese Faktoren können wiederum das Lernen und die Beherrschung der für die Studierenden relevanten Themen beeinflussen [33, 34]. Dies steht möglicherweise im Zusammenhang mit der theoretischen Perspektive der pragmatischen Erkenntnistheorie, wonach die anfängliche Erfassung oder Formulierung persönlicher Erfahrungen, Intelligenz und Überzeugungen das weitere Handeln bestimmen kann [35]. Der pragmatische Ansatz ist sorgfältig geplant, um komplexe Themen und deren Abfolge durch Interviews und Umfragen zu identifizieren, gefolgt von einer thematischen Analyse [36].
Leichenpräparate gelten oft als stille Mentoren, da sie als wertvolle Gaben für Wissenschaft und Menschheit angesehen werden und bei Studierenden Respekt und Dankbarkeit gegenüber ihren Spendern hervorrufen [37, 38]. Frühere Studien berichteten von ähnlichen oder sogar höheren objektiven Ergebnissen zwischen der Leichen-/Plastinationsgruppe und der 3D-Druckgruppe [21, 39]. Es blieb jedoch unklar, ob die Studierenden beider Gruppen dieselben Lernerfahrungen, einschließlich humanistischer Werte, teilen. Um dies weiter zu erforschen, untersucht die vorliegende Studie mithilfe des Pragmatismusprinzips [36] die Lernerfahrung und die Eigenschaften von 3D-Druckmodellen (Farbe und Textur) und vergleicht sie anhand des Feedbacks der Studierenden mit plastinierten Präparaten.
Die Wahrnehmungen der Studierenden können die Entscheidungen der Lehrenden bei der Auswahl geeigneter Anatomie-Lehrmittel beeinflussen, basierend darauf, was sich im Anatomieunterricht als effektiv erweist und was nicht. Diese Informationen können Lehrenden auch helfen, die Präferenzen der Studierenden zu ermitteln und geeignete Analyseinstrumente einzusetzen, um deren Lernerfahrung zu verbessern.
Diese qualitative Studie untersuchte, welche Lernerfahrung Studierende anhand von plastinierten Herz- und Halspräparaten im Vergleich zu 3D-gedruckten Modellen als wichtig erachten. Laut einer Vorstudie von Mogali et al. aus dem Jahr 2018 empfanden Studierende plastinierte Präparate als realistischer als 3D-gedruckte Modelle [7]. Nehmen wir also an:
Da Plastinationen von echten Leichen angefertigt wurden, wurde von den Studierenden erwartet, dass sie Plastinationen hinsichtlich Authentizität und humanistischem Wert positiver bewerten würden als 3D-gedruckte Modelle.
Diese qualitative Studie steht in Zusammenhang mit zwei vorangegangenen quantitativen Studien [21, 40], da die Daten aller drei Studien gleichzeitig mit derselben Stichprobe von Studierenden erhoben wurden. Die erste Studie zeigte vergleichbare objektive Messwerte (Testergebnisse) zwischen den Gruppen mit plastinierten und 3D-gedruckten Modellen [21], während die zweite Studie mittels Faktorenanalyse ein psychometrisch validiertes Instrument (vier Faktoren, 19 Items) zur Messung von Lernkonstrukten wie Lernzufriedenheit, Selbstwirksamkeit, humanistischen Werten und den Grenzen der Lernmedien entwickelte [40]. Die vorliegende Studie untersuchte qualitativ hochwertige offene Diskussionen und Fokusgruppendiskussionen, um herauszufinden, was Studierende beim Erlernen der Anatomie mit plastinierten Präparaten und 3D-gedruckten Modellen als wichtig erachten. Somit unterscheidet sich diese Studie von den beiden vorangegangenen Studien hinsichtlich Forschungszielen/Fragestellungen, Daten und Analysemethoden, um Einblicke in das qualitative Feedback der Studierenden (Freitextkommentare und Fokusgruppendiskussionen) zur Verwendung von 3D-Druckwerkzeugen im Vergleich zu plastinierten Präparaten zu gewinnen. Dies bedeutet, dass die vorliegende Studie eine grundlegend andere Forschungsfrage beantwortet als die beiden vorangegangenen Studien [21, 40].
An der Institution des Autors ist die Anatomie in den ersten beiden Jahren des fünfjährigen Bachelor-Studiengangs Medizin und Chirurgie (MBBS) in systemische Kurse wie Kardiologie/Pneumologie, Endokrinologie, Bewegungsapparat usw. integriert. Gipspräparate, Plastikmodelle, medizinische Bildgebung und virtuelle 3D-Modelle werden häufig anstelle von Dissektionen oder Nasspräparaten verwendet, um die allgemeine Anatomiepraxis zu unterstützen. Gruppenlernsessions ersetzen die traditionellen Vorlesungen und konzentrieren sich auf die Anwendung des erworbenen Wissens. Am Ende jedes Systemmoduls wird ein formativ-online durchgeführter Anatomie-Übungstest mit 20 individuellen Best-Answer-Fragen (SBAs) zu allgemeiner Anatomie, Bildgebung und Histologie absolviert. Insgesamt wurden im Rahmen des Experiments fünf formative Tests durchgeführt (drei im ersten und zwei im zweiten Studienjahr). Die kombinierte schriftliche Abschlussprüfung für das erste und zweite Studienjahr besteht aus zwei Klausuren mit jeweils 120 SBAs. Anatomie ist Bestandteil dieser Prüfungen, und der Prüfungsplan legt die Anzahl der anatomischen Fragen fest.
Um das Verhältnis von Studierenden zu Proben zu verbessern, wurden interne 3D-Druckmodelle auf Basis plastinierter Präparate für den Anatomieunterricht untersucht. Dies bietet die Möglichkeit, den pädagogischen Wert neuer 3D-Druckmodelle im Vergleich zu plastinierten Präparaten zu ermitteln, bevor diese formell in den Anatomie-Lehrplan aufgenommen werden.
In dieser Studie wurde eine Computertomographie (CT) (64-Zeilen-CT-Scanner Somatom Definition Flash, Siemens Healthcare, Erlangen, Deutschland) an Kunststoffmodellen des Herzens (ein ganzes Herz und ein Herz im Querschnitt) sowie des Kopf-Hals-Bereichs (ein ganzes Modell und ein Modell in der Medianebene) durchgeführt (Abb. 1). DICOM-Bilder wurden erfasst und in 3D Slicer (Versionen 4.8.1 und 4.10.2, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts) geladen, um die Strukturen wie Muskeln, Arterien, Nerven und Knochen zu segmentieren. Die segmentierten Dateien wurden in Materialize Magics (Version 22, Materialize NV, Leuven, Belgien) geladen, um die Rauschshells zu entfernen. Die Druckmodelle wurden im STL-Format gespeichert und anschließend an einen Objet 500 Connex3 Polyjet-Drucker (Stratasys, Eden Prairie, MN) übertragen, um dreidimensionale anatomische Modelle zu erstellen. Photopolymerisierbare Harze und transparente Elastomere (VeroYellow, VeroMagenta und TangoPlus) härten unter Einwirkung von UV-Strahlung Schicht für Schicht aus und verleihen jeder anatomischen Struktur ihre eigene Textur und Farbe.
Anatomische Untersuchungsinstrumente, die in dieser Studie verwendet wurden. Links: Hals; rechts: präpariertes und 3D-gedrucktes Herz.
Zusätzlich wurden die Aorta ascendens und das Koronarsystem aus dem Gesamtherzmodell ausgewählt und Basisgerüste zur Befestigung am Modell konstruiert (Version 22, Materialize NV, Leuven, Belgien). Das Modell wurde mit einem Raise3D Pro2-Drucker (Raise3D Technologies, Irvine, CA) unter Verwendung von thermoplastischem Polyurethan (TPU)-Filament gedruckt. Um die Arterien des Modells sichtbar zu machen, musste das gedruckte TPU-Stützmaterial entfernt und die Blutgefäße mit roter Acrylfarbe bemalt werden.
Studierende des ersten Studienjahres im Bachelorstudiengang Medizin an der Lee Kong Chiang Fakultät für Medizin im Studienjahr 2020/21 (n = 163, 94 Männer und 69 Frauen) wurden per E-Mail zur freiwilligen Teilnahme an dieser Studie eingeladen. Das randomisierte Cross-over-Experiment wurde in zwei Phasen durchgeführt: zunächst mit einem Herzschnitt und anschließend mit einem Halsschnitt. Zwischen den beiden Phasen lag eine sechswöchige Auswaschphase, um Nachwirkungen zu minimieren. In beiden Phasen waren die Studierenden hinsichtlich der Lerninhalte und der Gruppenzuordnung verblindet. Die Gruppen bestanden aus maximal sechs Personen. Studierende, die in der ersten Phase plastinierte Proben erhalten hatten, bekamen in der zweiten Phase 3D-gedruckte Modelle. In jeder Phase erhielten beide Gruppen eine 30-minütige Einführungsveranstaltung von einem Dozenten (höherer Ebene) gefolgt von einer 50-minütigen Selbstlernphase mit den bereitgestellten Lernmaterialien.
Die COREQ-Checkliste (Comprehensive Criteria for Qualitative Research Reporting) dient als Leitfaden für qualitative Forschung.
Die Studierenden gaben Feedback zum Forschungsmaterial mittels einer Umfrage, die drei offene Fragen zu ihren Stärken, Schwächen und Entwicklungspotenzialen enthielt. Alle 96 Teilnehmenden beantworteten die Fragen in Freitextform. Anschließend nahmen acht freiwillige Studierende (n = 8) an der Fokusgruppe teil. Die Interviews wurden im Anatomie-Trainingszentrum (wo die Experimente durchgeführt wurden) von Forscher 4 (Dr.) geführt, einem männlichen Dozenten ohne Anatomie-Schwerpunkt, der über zehn Jahre Erfahrung in der Durchführung von TBL-Lernprozessen (Team-Based Learning) verfügte, aber nicht an der Schulung des Studienteams beteiligt war. Die Studierenden kannten vor Beginn der Studie weder die persönlichen Merkmale der Forschenden noch die der Forschungsgruppe; die Einverständniserklärung informierte sie jedoch über den Zweck der Studie. An der Fokusgruppe nahmen nur Forscher 4 und die Studierenden teil. Der Forscher stellte den Studierenden die Fokusgruppe vor und fragte sie, ob sie teilnehmen möchten. Sie berichteten von ihren Erfahrungen mit 3D-Druck und Plastination und zeigten sich sehr begeistert. Der Moderator stellte sechs Leitfragen, um die Studierenden zum Nachdenken anzuregen (siehe Ergänzungsmaterial 1). Beispiele hierfür sind die Diskussion über Aspekte anatomischer Instrumente, die das Lernen fördern, sowie die Rolle von Empathie im Umgang mit solchen Präparaten. „Wie würden Sie Ihre Erfahrungen beim Anatomiestudium mit plastinierten Präparaten und 3D-gedruckten Kopien beschreiben?“ lautete die erste Frage des Interviews. Alle Fragen waren offen formuliert, sodass die Teilnehmenden frei und unvoreingenommen antworten konnten. Dadurch konnten neue Erkenntnisse gewonnen und Herausforderungen mithilfe von Lernwerkzeugen bewältigt werden. Die Teilnehmenden erhielten weder eine Aufzeichnung ihrer Kommentare noch eine Auswertung der Ergebnisse. Durch die Freiwilligkeit der Teilnahme wurde eine Datensättigung vermieden. Das gesamte Gespräch wurde zur Analyse aufgezeichnet.
Die Aufzeichnung der Fokusgruppe (35 Minuten) wurde wortgetreu transkribiert und anonymisiert (Pseudonyme wurden verwendet). Zusätzlich wurden offene Fragen aus einem Fragebogen erhoben. Die Transkripte der Fokusgruppen und die Fragen des Fragebogens wurden zur Datentriangulation und -aggregation in eine Microsoft Excel-Tabelle (Microsoft Corporation, Redmond, WA) importiert, um vergleichbare, konsistente oder neue Ergebnisse zu ermitteln [41]. Dies erfolgte mittels theoretischer thematischer Analyse [41, 42]. Die Textantworten der Studierenden wurden zur Gesamtzahl der Antworten addiert. Kommentare mit mehreren Sätzen wurden somit als ein Satz behandelt. Antworten mit den Tags „nil“, „none“ oder „no comments“ wurden ignoriert. Drei Forschende (eine promovierte Wissenschaftlerin, eine Wissenschaftlerin mit Masterabschluss und ein wissenschaftlicher Mitarbeiter mit Bachelorabschluss in Ingenieurwissenschaften und 1–3 Jahren Forschungserfahrung in der medizinischen Ausbildung) kodierten die unstrukturierten Daten unabhängig voneinander induktiv. Drei Programmierer kategorisierten Post-it-Zettel mithilfe von Grafiktabletts anhand von Ähnlichkeiten und Unterschieden. Um die Codes mithilfe systematischer und iterativer Mustererkennung zu ordnen und zu gruppieren, wurden mehrere Sitzungen durchgeführt. Dabei wurden die Codes gruppiert, um Unterthemen (spezifische oder allgemeine Merkmale wie positive und negative Eigenschaften von Lernwerkzeugen) zu identifizieren, die anschließend übergeordnete Themen bildeten [41]. Zur Konsensfindung genehmigte ein promovierter Wissenschaftler mit 15 Jahren Erfahrung im Anatomieunterricht die endgültigen Themen.
Gemäß der Deklaration von Helsinki prüfte die Ethikkommission der Nanyang Technological University (IRB) (2019-09-024) das Studienprotokoll und erteilte die erforderlichen Genehmigungen. Die Teilnehmer gaben ihre informierte Einwilligung und wurden über ihr jederzeitiges Recht auf Widerruf der Teilnahme aufgeklärt.
Sechsundneunzig Medizinstudierende im ersten Studienjahr gaben ihre vollständige Einwilligung nach Aufklärung, machten grundlegende demografische Angaben wie Geschlecht und Alter und erklärten, keine Vorkenntnisse in Anatomie zu haben. Phase I (Herz) und Phase II (Halsdissektion) umfassten 63 bzw. 33 Teilnehmende (33 Männer und 30 Frauen) bzw. 18 Männer und 15 Frauen. Ihr Alter lag zwischen 18 und 21 Jahren (Mittelwert ± Standardabweichung: 19,3 ± 0,9 Jahre). Alle 96 Studierenden beantworteten den Fragebogen (keine Ausfälle), und 8 Studierende nahmen an Fokusgruppen teil. Es gab 278 offene Kommentare zu Vor- und Nachteilen sowie Verbesserungsmöglichkeiten. Es gab keine Widersprüche zwischen den analysierten Daten und dem Ergebnisbericht.
Im Verlauf der Fokusgruppendiskussionen und der Umfrageantworten kristallisierten sich vier Themen heraus: wahrgenommene Authentizität, grundlegendes Verständnis von Komplexität, Haltungen des Respekts und der Fürsorge, Multimodalität und Führung (Abbildung 2). Jedes Thema wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
Die vier Themen – wahrgenommene Authentizität, grundlegendes Verständnis und Komplexität, Respekt und Fürsorge sowie Präferenz für Lernmedien – basieren auf einer thematischen Analyse offener Umfragefragen und Fokusgruppendiskussionen. Die Elemente in den blauen und gelben Kästchen repräsentieren die Eigenschaften der galvanisierten Probe bzw. des 3D-Druckmodells. 3DP = 3D-Druck
Die Studierenden empfanden die plastinierten Präparate als realistischer, mit natürlicheren Farben, die echten Leichen besser entsprachen, und mit feineren anatomischen Details als die 3D-gedruckten Modelle. Beispielsweise ist die Ausrichtung der Muskelfasern bei den plastinierten Proben deutlicher erkennbar als bei den 3D-gedruckten Modellen. Dieser Unterschied wird in der folgenden Aussage verdeutlicht.
„…sehr detailliert und präzise, wie von einem echten Menschen (Teilnehmer der C17-Studie; freie Plastinationsbegutachtung).“
Die Studierenden stellten fest, dass die 3D-Druckwerkzeuge hilfreich waren, um die Grundlagen der Anatomie zu erlernen und wichtige makroskopische Merkmale zu beurteilen, während die plastinierten Präparate ideal waren, um ihr Wissen und Verständnis komplexer anatomischer Strukturen und Regionen weiter zu vertiefen. Die Studierenden waren der Ansicht, dass ihnen trotz der exakten Nachbildung beider Instrumente bei der Arbeit mit 3D-Druckmodellen im Vergleich zu plastinierten Proben wertvolle Informationen fehlten. Dies wird in der folgenden Aussage erläutert.
„…es gab einige Schwierigkeiten wie… kleine Details wie die Fossa ovalis… im Allgemeinen kann ein 3D-Modell des Herzens verwendet werden… für den Hals werde ich vielleicht das Plastinationsmodell mit mehr Sicherheit studieren (Teilnehmer PA1; 3DP, Fokusgruppendiskussion)“.
„…grobe Strukturen sind sichtbar… im Detail sind 3D-gedruckte Präparate nützlich, um beispielsweise gröbere Strukturen (und) größere, leicht identifizierbare Dinge wie Muskeln und Organe zu untersuchen… vielleicht (für) Menschen, die keinen Zugang zu plastinierten Präparaten haben (Teilnehmer/in PA3; 3D-Druck, Fokusgruppendiskussion)“.
Die Studierenden zeigten mehr Respekt und Besorgnis gegenüber den plastinierten Präparaten, waren aber gleichzeitig besorgt über die mögliche Zerstörung der Struktur aufgrund ihrer Fragilität und mangelnden Flexibilität. Andererseits erweiterten die Studierenden ihre praktischen Erfahrungen durch die Erkenntnis, dass 3D-gedruckte Modelle im Falle einer Beschädigung reproduziert werden können.
„… wir neigen auch dazu, bei Plastinationsmustern sorgfältiger vorzugehen (Teilnehmer PA2; Plastination, Fokusgruppendiskussion)“.
„…bei Plastinationspräparaten ist es so, als ob…etwas über einen langen Zeitraum konserviert wurde. Wenn ich es beschädigen würde…ich denke, wir wissen, dass es nach einem schwerwiegenderen Schaden aussieht, weil es eine Vorgeschichte hat (Teilnehmer/in PA3; Plastination, Fokusgruppendiskussion).“
„3D-gedruckte Modelle lassen sich relativ schnell und einfach herstellen… wodurch 3D-Modelle einem breiteren Publikum zugänglich gemacht und das Lernen erleichtert werden, ohne dass Muster geteilt werden müssen (I38-Mitarbeiter; 3DP, Freitextrezension).“
„…mit 3D-Modellen können wir ein bisschen herumexperimentieren, ohne uns allzu große Sorgen um Beschädigungen machen zu müssen, wie zum Beispiel bei der Beschädigung von Proben… (Teilnehmer PA2; 3DP, Fokusgruppendiskussion).“
Laut den Studierenden ist die Anzahl plastinierter Präparate begrenzt, und der Zugang zu tiefer liegenden Strukturen ist aufgrund ihrer Steifheit schwierig. Sie hoffen, mit dem 3D-Druckmodell die anatomischen Details weiter zu verfeinern, indem sie das Modell an ihre Interessensgebiete anpassen und so personalisiertes Lernen ermöglichen. Die Studierenden waren sich einig, dass sowohl plastinierte als auch 3D-Druckmodelle in Kombination mit anderen Lehrmitteln wie dem Anatomage-Tisch eingesetzt werden können, um das Lernen zu verbessern.
„Einige tiefer liegende innere Strukturen sind schlecht sichtbar (Teilnehmer C14; Plastination, freier Kommentar).“
„Autopsietabellen und andere Methoden wären vielleicht eine sehr nützliche Ergänzung (Mitglied C14; Plastination, Freitextprüfung).“
„Indem man sicherstellt, dass die 3D-Modelle detailliert sind, kann man separate Modelle erstellen, die sich auf verschiedene Bereiche und Aspekte konzentrieren, wie zum Beispiel Nerven und Blutgefäße (Teilnehmer I26; 3DP, Freitextkommentar).“
Die Studierenden schlugen außerdem vor, eine Demonstration für den Dozenten einzubeziehen, um zu erklären, wie man das Modell richtig benutzt, oder zusätzliche Hinweise zu kommentierten Beispielbildern, um das Lernen und Verstehen in den Vorlesungsnotizen zu erleichtern, obwohl sie einräumten, dass die Studie speziell für das Selbststudium konzipiert wurde.
„…Ich schätze den unabhängigen Forschungsstil…vielleicht könnten mehr Hilfestellungen in Form von gedruckten Folien oder einigen Notizen gegeben werden…(Teilnehmer C02; allgemeine Freitextkommentare).“
„Fachexperten oder zusätzliche visuelle Hilfsmittel wie Animationen oder Videos können uns helfen, die Struktur von 3D-Modellen besser zu verstehen (Mitglied C38; Freitextrezensionen im Allgemeinen).“
Medizinstudierende im ersten Studienjahr wurden zu ihren Lernerfahrungen und der Qualität der 3D-gedruckten und plastinierten Proben befragt. Erwartungsgemäß empfanden die Studierenden die plastinierten Proben als realistischer und genauer als die 3D-gedruckten. Diese Ergebnisse werden durch eine Vorstudie [7] bestätigt. Da die Proben von gespendeten Leichen stammen, sind sie authentisch. Obwohl es sich um eine 1:1-Replik eines plastinierten Präparats mit ähnlichen morphologischen Merkmalen handelte [8], wurde das polymerbasierte 3D-gedruckte Modell als weniger realistisch wahrgenommen, insbesondere von Studierenden, denen Details wie die Ränder der Fossa ovalis im 3D-gedruckten Herzmodell im Vergleich zum plastinierten Modell nicht sichtbar waren. Dies könnte an der Qualität des CT-Bildes liegen, das keine klare Abgrenzung der Strukturen ermöglicht. Daher ist es schwierig, solche Strukturen in Segmentierungssoftware zu segmentieren, was den 3D-Druckprozess beeinträchtigt. Dies kann Zweifel an der Verwendung von 3D-Druckverfahren aufkommen lassen, da befürchtet wird, dass wichtiges Wissen verloren geht, wenn Standardmethoden wie plastinierte Proben nicht verwendet werden. Studierende, die sich für eine chirurgische Ausbildung interessieren, halten es möglicherweise für notwendig, praktische Modelle zu verwenden [43]. Die vorliegenden Ergebnisse ähneln früheren Studien, die gezeigt haben, dass Kunststoffmodelle [44] und 3D-gedruckte Proben nicht die Genauigkeit realer Proben aufweisen [45].
Um die Zugänglichkeit für Studierende und damit deren Zufriedenheit zu verbessern, müssen auch die Kosten und die Verfügbarkeit der benötigten Werkzeuge berücksichtigt werden. Die Ergebnisse belegen den Nutzen von 3D-gedruckten Modellen für den Erwerb anatomischer Kenntnisse aufgrund ihrer kostengünstigen Herstellung [6, 21]. Dies deckt sich mit einer früheren Studie, die eine vergleichbare objektive Leistungsfähigkeit von plastinierten Modellen und 3D-gedruckten Modellen zeigte [21]. Studierende empfanden 3D-gedruckte Modelle als hilfreicher für das Studium grundlegender anatomischer Konzepte, Organe und Merkmale, während plastinierte Präparate besser für das Studium komplexer Anatomie geeignet seien. Darüber hinaus sprachen sich Studierende für die Verwendung von 3D-gedruckten Modellen in Kombination mit vorhandenen Leichenpräparaten und moderner Technologie aus, um das anatomische Verständnis zu verbessern. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein und dasselbe Objekt darzustellen, beispielsweise die Kartierung der Herzanatomie mithilfe von Leichenpräparaten, 3D-Druck, Patientenscans und virtuellen 3D-Modellen. Dieser multimodale Ansatz ermöglicht es Studierenden, Anatomie auf unterschiedliche Weise zu veranschaulichen, ihre Lernerfolge auf verschiedene Weise zu kommunizieren und sich auf unterschiedliche Weise aktiv einzubringen [44]. Forschungen haben gezeigt, dass authentische Lernmaterialien wie Leichenpräparate für manche Studierende aufgrund der kognitiven Belastung beim Anatomielernen eine Herausforderung darstellen können [46]. Es ist daher entscheidend, den Einfluss der kognitiven Belastung auf das studentische Lernen zu verstehen und Technologien zur Reduzierung dieser Belastung einzusetzen, um eine bessere Lernumgebung zu schaffen [47, 48]. Bevor Studierende mit Leichenpräparaten arbeiten, können 3D-gedruckte Modelle eine hilfreiche Methode sein, um grundlegende und wichtige Aspekte der Anatomie zu veranschaulichen, die kognitive Belastung zu reduzieren und das Lernen zu fördern. Darüber hinaus können Studierende die 3D-gedruckten Modelle mit nach Hause nehmen, um sie in Kombination mit Lehrbüchern und Vorlesungsmaterialien zu nutzen und so das Anatomiestudium über den Laborraum hinaus zu erweitern [45]. Die Praxis, 3D-gedruckte Komponenten zu entfernen, wird an der Institution des Autors jedoch noch nicht angewendet.
In dieser Studie wurden plastinierte Proben höher bewertet als 3D-gedruckte Repliken. Dieses Ergebnis deckt sich mit früheren Forschungsergebnissen, die zeigen, dass Leichenpräparate als „erste Patienten“ Respekt und Empathie hervorrufen, während dies bei künstlichen Modellen nicht der Fall ist [49]. Realistisches plastiniertes menschliches Gewebe wirkt vertraut und authentisch. Die Verwendung von Leichenmaterial ermöglicht es Studierenden, humanistische und ethische Ideale zu entwickeln [50]. Darüber hinaus kann die Wahrnehmung von Plastinationsmustern durch Studierende durch ihr wachsendes Wissen über Leichenspendeprogramme und/oder den Plastinationsprozess beeinflusst werden. Plastinierte Spenderleichen spiegeln die Empathie, Bewunderung und Dankbarkeit wider, die Studierende ihren Spendern entgegenbringen [10, 51]. Diese Eigenschaften zeichnen humanistisch orientierte Pflegekräfte aus und können, wenn sie gefördert werden, ihre berufliche Entwicklung unterstützen, indem sie Wertschätzung und Empathie für Patienten entwickeln [25, 37]. Dies ist vergleichbar mit der Arbeit von Lehrenden, die die Nasspräparation menschlicher Präparate durchführen [37, 52, 53]. Da die Präparate für die Plastination von Leichen stammten, wurden sie von den Studierenden als stille Lehrmeister betrachtet, was ihnen Respekt vor diesem neuen Lehrmittel einbrachte. Obwohl sie wissen, dass 3D-gedruckte Modelle maschinell hergestellt werden, arbeiten sie dennoch gern damit. Jede Gruppe fühlt sich gut betreut, und die Modelle werden sorgsam behandelt, um ihre Unversehrtheit zu bewahren. Den Studierenden ist möglicherweise bereits bekannt, dass 3D-gedruckte Modelle anhand von Patientendaten für Ausbildungszwecke erstellt werden. An der Institution des Autors wird vor Beginn des formalen Anatomiestudiums ein Einführungskurs zur Geschichte der Anatomie angeboten, im Anschluss daran leisten die Studierenden einen Eid. Hauptzweck dieses Eides ist es, den Studierenden humanistische Werte, Respekt vor anatomischen Instrumenten und Professionalität zu vermitteln. Die Kombination aus anatomischen Instrumenten und Engagement kann dazu beitragen, ein Gefühl der Fürsorge und des Respekts zu fördern und die Studierenden möglicherweise an ihre zukünftige Verantwortung gegenüber Patienten zu erinnern [54].
Im Hinblick auf zukünftige Verbesserungen der Lernwerkzeuge bezogen Studierende beider Gruppen (Plastination und 3D-Druck) die Angst vor Strukturzerstörung in ihre Teilnahme und ihren Lernprozess mit ein. In den Fokusgruppendiskussionen wurden jedoch Bedenken hinsichtlich der Beschädigung der Struktur plastifizierter Präparate geäußert. Diese Beobachtung wird durch frühere Studien an plastifizierten Proben bestätigt [9, 10]. Die Manipulation von Strukturen, insbesondere von Halsmodellen, ist notwendig, um tieferliegende Strukturen zu erforschen und dreidimensionale räumliche Beziehungen zu verstehen. Die Verwendung taktiler und visueller Informationen hilft Studierenden, sich ein detaillierteres und vollständigeres mentales Bild von dreidimensionalen anatomischen Teilen zu machen [55]. Studien haben gezeigt, dass die taktile Manipulation physischer Objekte die kognitive Belastung reduzieren und zu einem besseren Verständnis und einer besseren Speicherung von Informationen führen kann [55]. Es wurde vorgeschlagen, 3D-Druckmodelle durch plastifizierte Präparate zu ergänzen, um die Interaktion der Studierenden mit den Präparaten zu verbessern, ohne die Angst vor einer Beschädigung der Strukturen zu verlieren.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juli 2023