Incom ist die Kommunikations-Plattform der Hochschule Magdeburg-Stendal

In seiner Funktionalität auf die Lehre in gestalterischen Studiengängen zugeschnitten... Schnittstelle für die moderne Lehre

Incom ist die Kommunikations-Plattform der Hochschule Magdeburg-Stendal mehr erfahren

Unterstützendes Lernen der embryonalen Herzentwicklung mit Hilfe von VR

Unterstützendes Lernen der embryonalen Herzentwicklung mit Hilfe von VR

In der Thesis wird verglichen, ob Medizinstudentinnen / -studenten durch den Einsatz von VR beim Lernen im Vergleich zu 2D-Abbildungen aus Lehrbüchern zusätzlich profitieren. Für die Umsetzung wurde ein VR-Erlebnis designt und ausgearbeitet, das im Zuge der Abschlussarbeit in einer qualitativen Nutzerstudie von Medizinstudentinnen / -studenten getestet wurde. Die Studie hat gezeigt, dass die Lernapplikation den Lehrbüchern gegenüber durch das räumliche Verständnis einen großen Vorteil besitzt. Die Mehrheit der Probandinnen / Probanden haben angegeben, dass die VR Anwendung ihnen dabei helfen könnte, die embryonale Herzentwicklung besser zu begreifen.

Präsentation

Was? Verteidigung + Präsentation des interaktiven Prototypen

Wann? Do 29. September 2022 | 13:00 Uhr

Wo? Schauwerk

Alternativ über Zoom: https://hs-magdeburg.zoom.us/j/87392863094

Einleitung

Die menschliche Embryologie und die komplexen Morphologien (Entwicklung der Organe), die dabei auftreten, sind schwer zu veranschaulichen (Bititci, 2022b, S. 3). Die embryonale Herzentwicklung gibt es bisher in wenigen bis keinen digitalisierten Darstellungen. Ein Grund dafür sind die ethischen und historischen Aspekte dieses Themas und die noch nicht dafür ausgelegte Technologie.

Problemstellung

Studentinnen / Studenten benötigen eine 3D-Orientierung und räumliches Verständnis, um den Embryo und seine inneren Strukturen zu erfassen. Neben wenigen digitalen Darstellungen im Allgemeinen, existieren noch weniger 3D-Darstellungen (Bititci, 2022b, S. 3). Die Medizinstudentinnen / -studenten lernen für ihr Studium hauptsächlich mit Hilfe von medizinischer Fachliteratur.

Trotz moderner Technologien wie 3D-Scans ist die komplizierte Morphogenese (Entwicklung der Organe) des sich entwickelnden menschlichen Körpers schwer zu verstehen. Die menschliche Entwicklung in Lehrbüchern basiert häufig auf den Arbeiten damaliger Embryologen, die zum Teil vor mehr als 100 Jahren veröffentlicht wurden. Da die Verfügbarkeit von menschlichen embryonalen Proben sehr begrenzt ist, ist es schwierig oder gar unmöglich, die Informationen in diesen Lehrbüchern unabhängig zu verifizieren (Bakker et al., 2016, S. 1019).

Bei der Entwicklung des Herzens laufen viele Prozesse und Verformungen ab. Mit 2D-Abbildungen aus Büchern ist räumliches Verständnis schwierig vorzustellen und kann daher zu Verständnisproblemen führen. Die Darstellung mittels VR könnte hier ansetzen und das räumliche Verständnis näherbringen, da die Entwicklung somit im dreidimensionalen Raum erlebt werden kann.

2D-Abbildungen aus Lehrbüchern

Herzschleife.pngHerzschleife.png
Herzschleife 2.pngHerzschleife 2.png
Herzschleife 3.pngHerzschleife 3.png

Ethische und historische Aspekte

Für die Digitalisierung müssen medizinische Daten vorliegen. Der technologische Fortschritt in der Medizin bietet bisher keinen 3D-Scan, womit sich lebendige Embryonen scannen lassen. Das Embryonenschutzgesetz (ESchG) § 2 soll eine missbräuchliche Verwendung von Embryonen zu Forschungszwecken verhindern (BGBl. I S. 2746). Die meisten Embryonen Sammlungen sind historisch vorbelastet und ihre Verwendung ist somit ethisch fragwürdig.

Nach § 15 (1) der Berufsordnung für Ärzte muss „[…] vor einem Forschungsvorhaben […], bei dem in die psychische und körperliche Integrität eines Menschen eingegriffen oder Körpermaterialien oder Daten verwendet werden […], von einer bei der zuständigen Ärztekammer gebildeten Ethik-Kommission […] eine Beratung durchgeführt werden […]. Dasselbe gilt vor der Durchführung gesetzlich zugelassener Forschung mit vitalen menschlichen Gameten und lebendem embryonalen Gewebe.“ (Berufsordnung § 15 Forschung (1)) Die Ethikkomission der Rechtsmedizin hat das Vorhaben dieser Abschlussarbeit nach informeller Anfrage an das Uniklinikum Magdeburg als unbedenklich eingestuft.

Für die vorliegende Abschlussarbeit werden weder lebende Exemplare verwendet noch wird in die Integrität des Menschen eingegriffen. Für das Vorhaben werden ausschließlich Daten aus medizinischer Fachliteratur, vorhandenen Animationsvideos und die Daten von Projekten verwendet, die bereits von einer Ethikkommission beraten und befürwortet wurden.

Zielsetzung

In der Thesis soll untersucht werden, ob Medizinstudentinnen / -studenten durch den Einsatz von VR ein besseres Verständnis der embryonalen Herzentwicklung erhalten als im Vergleich zu dem Lernen mittels medizinischer Fachliteratur. Die Zielgruppe richtet sich hierbei auf Studentinnen und Studenten der Humanmedizin.

Im Fokus steht zusätzlich eine designorientierte Gestaltung einer interaktiven User Experience. Die Anwendung soll den Prozess der Herzentwicklung nicht nur wie ein Video abspielen. Zusätzlich soll die Nutzerin / der Nutzer in den Prozess und die Umgebung einbezogen werden. Bei der Gestaltung der medizinischen Inhalte ist darauf zu achten, eine Balance zwischen einer naturnahen, detailgetreuen und einer abstrakten, designorientierten Darstellungsweise zu finden.

Spekulatives Konzept

In der Ideation Phase wurden mit zuvor erarbeiteten Anforderung für eine medizinische VR-Lernapplikation zwei Konzepte entwickelt. Ein spekulatives und ein empirisches Konzept.

Das spekulative Konzept berücksichtigt keine Hardware Einschränkungen und wurde daher experimentell und ohne technische Grenzen erstellt.

Intro.jpgIntro.jpg
Durchschneiden.jpgDurchschneiden.jpg
Beschriftung.jpgBeschriftung.jpg

Empirisches Konzept

Das empirische Konzept beruht im Gegensatz zu dem spekulativen Konzept auf Erfahrungen und Beobachtungen im Bereich VR und Medizin. Dadurch ist es theoretischer und weniger experimentell gestaltet.

IMG_4344.jpgIMG_4344.jpg
Querschnitt.pngQuerschnitt.png
BoundingBox.pngBoundingBox.png

Funktionsprototyp für die Nutzerstudie

Der Funktionsprototyp ist hauptsächlich aus dem empirischen Konzept entstanden. Dieser wurde im Anschluss in einer Nutzerstudie von Medizinstudierenden getestet.

Finales Gesamtkonzept

Durch die Nutzerstudie konnte der umgesetzte Funktionsprototyp evaluiert werden. Insgesamt ist die entwickelte VR-Anwendung bei den Probandinnen / Probanden sehr gut angekommen. An der Usability und der Menge des Inhalts sollte noch gearbeitet werden.

Mit den Erkenntnissen aus der Nutzerstudie ist das finale Gesamtkonzept entstanden. Das UI und die Funktionen wurden teilweise geändert oder erweitert.

Neues UI mit Herz.jpgNeues UI mit Herz.jpg
Erklärung.pngErklärung.png
Embryo Herz groß und klein.pngEmbryo Herz groß und klein.png

Ausblick

Die entwickelte Lernapplikation besitzt Potential, weiter ausgearbeitet und verbessert zu werden. Das finale Gesamtkonzept hat bereits einen Großteil der Anregungen und Wünsche der Studentinnen / Studenten berücksichtigt, jedoch noch nicht alle. Außerdem hat die Thesis nur einen kurzen Teil der embryonalen Herzentwicklung abgebildet. Wenn die Funktionen und die Bedienoberfläche final feststehen, könnte sich damit auseinandergesetzt werden, die gesamte Herzentwicklung abzubilden. 

Für die ferne Zukunft könnte sogar überlegt werden, ob die Anwendung auch eine Multi- User-Funktion erhält, sodass Studierende und / oder Lehrende zusammen in der VR-Umgebung lernen und sich austauschen können, da dies nach Dahmer (2007) förderlich für den Lernerfolg ist.

Die Anwendung ist bisher so aufgebaut, dass Nutzer/innen sich die Herzentwicklung in VR anschauen und mit ihr interagieren können. Die Applikation könnte noch didaktischer umgesetzt werden, indem die Nutzerin / der Nutzer bspw. bestimmte Aufgaben erledigen muss, um ihren / seinen Lernerfolg abzufragen und auszubauen. Denkbar wäre das eigenhändige Verformen des Herzens zur nächsten Entwicklungsphase oder das Abfragen der Lage verschiedener Bestandteile des Herzens.

Um herauszufinden, wie eine optimale Lernapplikation für Medizinstudentinnen / -studenten ausschaut, sollten weitere Iterationen der Anwendung und Nutzerstudien durchgeführt werden.

Literatur

Bakker, B. S. de, Jong, K. H. de, Hagoort, J., Bree, K. de, Besselink, C. T., Kanter, F. E. C. de, Veldhuis, T., Bais, B., Schildmeijer, R., Ruijter, J. M., Oostra, R.-J., Christoffels, V. M. & Moorman, A. F. M. (2016) „An interactive three-dimensional digital atlas and quantitative database of human development“, Science (New York, N.Y.), Vol. 354, No. 6315.

Bititci, M. (2022b) Visualising The Developing Brain, Dissertation, Dundee, University of Dundee [Online]. Verfügbar unter [http://visualisingthedevelopingbrain. href=„http://co.uk/dissertation“>co.uk/dissertation](http://visualisingthedevelopingbrain. 

Dahmer, J. (2007) Didaktik der Medizin: Professionelles Lehren fördert effektives Lernen [Online], s.l., Schattauer GmbH Verlag für Medizin und Naturwissenschaften. Verfügbar unter http://www.content-select.com/index.php?id=bib_view&ean=9783794580224.

Embryonenschutzgesetz vom 13. Dezember 1990 (BGBl. I S. 2746), das zuletzt durch Artikel 1 des Gesetzes vom 21. November 2011 (BGBl. I S. 2228) geändert worden ist - zuletzt geändert durch Art. 1 G v. 21.11.2011 I 2228

Ein Projekt von

Fachgruppe

Master Interaktion Design

Art des Projekts

Masterarbeit

Betreuung

foto: Prof. Steffi Hußlein foto: Prof. Henrik Rieß foto: Danny Schott foto: Matthias Kunz

Zugehöriger Workspace

20 MID: 5.1 Master Colloquium

Entstehungszeitraum

WiSe 21 / 22 – SoSe 22

Keywords