ArchivDÄ-TitelSupplement: PRAXiSPraxis Computer 3/2000Neue Unterrichtskonzepte in der Anatomie: Multimedia im Präpariersaal

Supplement: Praxis Computer

Neue Unterrichtskonzepte in der Anatomie: Multimedia im Präpariersaal

Dtsch Arztebl 2000; 97(23): [14]

Assheuer, Josef; Holstein, Jörg; Mai, Jürgen Konrad; Voß, Thomas; Nohr, Donatus; Grönemeyer, Dietrich H. W.; Kleber, Klaus-Dirk; Geisbe, Thorsten; Jennissen, Johann-Josef

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LNSLNS In jüngster Zeit wird viel über die Chancen multimedialer Techniken diskutiert und die Einbindung für den akademischen Unterricht angemahnt. Im Rahmen der
medizinischen Ausbildung eignet sich die Anatomie hierfür
vorzüglich – ein Beispiel ist das am Institut für Neuroanatomie, Universität Düsseldorf,
entwickelte integrative Konzept.
Der Anatomie-Wissenskanon umfasst hauptsächlich Fakten (Sachverhalte), Strukturen, Sachzusammenhänge und den „konkreten Gebrauch der Fachvokabularien“. Er wird in der Regel in einer statischen Form (Atlas, Grafik, Tabelle und Wörterbuch) vermittelt. Erst auf Grundlage dieser Sachkenntnis heraus werden funktionelle und physiologische Vorgänge verständlich. Die Anatomie bietet sich nicht nur für multimediale Applikationen an, sie ist sogar in besonderem Maß gefordert. Denn im klinischen Alltag werden zunehmend Computer- beziehungsweise Querschnittsabbildungen verwendet, die eine weiterreichende Kompetenz der strukturellen Bildinterpretation bedingen, als dies durch den traditionellen Anatomiekurs erlernt wird.
Trotz dieser optimalen Voraussetzungen wird das enorme Potenzial, das in einer ausgewogenen Einbeziehung der elektronischen Medien steckt, häufig noch immer ignoriert. Wohl gibt es einzelne Ansätze, multimediale Anwendungen in den anatomischen Unterricht zu integrieren, aber dies sind häufig Solitärlösungen ohne Einbindung in ein schlüssiges Gesamtkonzept. Unser Ansatz wird von der Idee bestimmt, die Ausbildung zur Interpretation von Querschnittsbildern in den traditionellen Präparierkurs zu integrieren und gleichwertig mit diesem zu organisieren. So wird das Denken nicht auf die Schablone der „ganzheitlichen“, formorientierten Strukturanordnung fokussiert, sondern lässt einer eher interpretativen, kombinatorischen Denk- und Vorstellungsweise Platz.
Material und Methoden
Das Konzept eines Anatomiekurses, in den traditionelle Präparation und Querschnittsanatomie im Rahmen eines multimedialen Kontextes integriert werden, wurde erstmals im Wintersemester 1998/1999 für Studierende der Zahnmedizin verwirklicht. Während des vergangenen Wintersemesters wurde der Kurs neu strukturiert. Die geringe Zahl von circa 40 Studierenden gewährleistete Übersichtlichkeit, intensive und zielgerichtete Vorlesungs- und Seminarbetreuung. Ergänzend zum Präparierkurs wurden kursbegleitende Vorlesungen angeboten sowie Seminare, die in die Physik der Bildgebung einführten und Hilfestellungen zur Bildinterpretation gaben.
Die für den Präparierkurs verwendeten Kopf-/Halspräparate wurden bereits vor Beginn des Kurses im Computer- und Magnetresonanztomographen gescannt. Die resultierenden Bilddaten-sätze wurden im DICOM-(Digital Imaging and Communications in Medicine-)Format abgespeichert und mit einer speziell entwickelten Software („BrainViewer“) dargestellt (siehe Abbildung 1).
Diese Software berechnet aus einer lückenlosen Schnittsequenz die orthogonal hierzu gelegenen Schnitte und stellt diese in separaten Fenstern in einem gemeinsamen Koordinatengitter dar. Die Nutzer können darin mit Hilfe eines Fadenkreuzes frei navigieren. Die korrespondierenden Schichten werden dabei automatisch eingelesen, so dass beim Verfolgen einer Struktur in einem Fenster die jeweils korrelierten Schnitte in den anderen Fenstern angezeigt werden (und die betroffene Struktur in das Zentrum das Koordinatenkreuzes platziert wird). So kann sich der Nutzer jeden Bildpunkt auf den drei orthogonalen Bilddatensätzen anzeigen lassen und die topographischen Nachbarschaftsverhältnisse studieren.
Das vierte Bildschirmsegment wird vom originalen Bilddatensatz belegt. Es korrespondiert mit einer vom Nutzer ausgewählten Ansicht und ist in die Web-Umgebung des BrainViewers (in Form eines Java-Applets) eingebettet. Wie an der CT- oder MRT-Konsole können hier radiologische Parameter (Center und Width, Vergrößerung/
Verkleinerung, Inversion des Bildinhaltes etc.) geändert werden.
Ergänzt wird dieses Material durch eine Bilddatenbank sowie durch Skript, Präparieranleitung, Zeitplan und Erklärung des Kursverlaufs. Die Bilddatenbank enthält mehrere CT- und MRT-Bilddatensätze von Präparaten und MRT-in-vivo-Bilddatensätze von Probanden. Sämtliche Materialien sind bereits zu Beginn des Kurses im Universitätsnetz frei verfügbar. Da während der Präparationen digitale Fotografien, die den Präparierfortschritt dokumentieren, angefertigt werden, wird die Bilddatenbank laufend erweitert. Die Präparatefotos werden jeweils zur kommenden Stunde als Schwarzweiß-Laserausdrucke verteilt und können von den Studierenden koloriert und beschriftet werden. Ausgewählte Fotos werden beispielhaft im Web verfügbar gemacht.
Gegen Ende des Kurses konnte von einer erweiterten Version des DICOM-Viewers Gebrauch gemacht werden. Mit dem JiveX DICOM-Viewer kann der Anwender über eine Knopfleiste ein zusätzliches Fenster öffnen, in dem das angezeigte DICOM-Bild vergrößert dargestellt wird. Der DICOM-Viewer zeigt hier Annotierungen, die in „presentation states“ gespeichert werden und thematisch wie hierarchisch gruppierbar sind.
Neben dem DICOM-Bild können über eine Button-Leiste weitere Materialien aufgerufen werden, darunter Fotografien, Zeichnungen oder Röntgenaufnahmen. Das Zusatzmaterial wird entsprechend der Schnittebene und den Koordinaten des DICOM-Bildes automatisch gewählt, so dass eine optimale Korrespondenz zwischen DICOM-Bild und dem erklärenden Bildmaterial gegeben ist (Abbildung 2). Die Verfügbarkeit im Netz unterstreicht das Potenzial des Unterrichtsmaterials für das interaktive Lernen.
Erfahrungen und Evaluation
Aufgrund der Menge und Komplexität des angebotenen Materials sowie der Schwierigkeit, zweidimensionale Bilddatensätze in die räumliche Vorstellungswelt zu transponieren, und schließlich auch wegen des großen Aufwands, Fakten zu erlernen, machten die Studierenden zunächst wenig Gebrauch von dem elektronischen Angebot. Zusätzliche Anstrengungen waren daher nötig, um das Material attraktiv zu machen. So wurden beschriftete und kolorierte Querschnittbildserien als Poster entweder im Präpariersaal aufgehängt (Abbildung 3) oder den Studierenden ausgehändigt; ferner wurden Seminarstunden eingerichtet, die der gemeinsamen Erarbeitung von Interpretationsroutinen dienten.
Um den eigenständigen Gebrauch bei allen Studierenden zu forcieren, wurde dieses Material auch während der Vorlesungen und Seminare mittels Videodatenprojektor verstärkt eingesetzt. Ferner wurde angekündigt, dass dieses Material auch während der Abschlussklausur verwendet würde. Zusätzlich sollte die Lernbereitschaft durch das Versprechen stimuliert werden, sämtliche Materialien am Ende des Kurses auf CD-ROM auszuhändigen. Hierdurch erhielten die Studierenden die Gelegenheit, ihre Präparate (auf Digitalfotos) mit den Bildsequenzen und das Lehrmaterial später, auch im klinischen Alltag, wie einen Atlas zu konsultieren.
Nach einiger Einarbeitungszeit interessierten sich zunehmend mehr Studierende für die Zusammenhänge zwischen den im Querschnittsbild erkennbaren und den während der Präparation sichtbaren Strukturen. Dies gelang am sichersten bei Verwendung von CT-Serien im Zusammenhang mit speziell eingefärbten und in Scheiben gesägten Schädelpräparaten.
Da die CT- und MRT-Schnittserien von den bearbeiteten Präparaten stammten, war es leicht, diese Korrespondenz im Präpariersaal zu testen und mit den bekannten Abbildungen der verwendeten Atlanten zu verknüpfen. In Einzelfällen regte der Befund auf den Querschnittbildern das gezielte Präparieren von Strukturen an.
Das Programm ist bislang noch nicht vollständig evaluiert worden. Allerdings gab die Mehrheit der Studierenden in einem Fragebogen (1998/1999) an, dass sie vor dem Kurs keine persönlichen Erfahrungen mit Lernsoftware gehabt hatte. 65 Prozent der Kursteilnehmer meinten, dass sie mit den angebotenen elektronischen Hilfsmitteln wesentlich besser gelernt hätten. Daraus geht hervor, dass viele Studierende durch den Kurs und die Seminare erfolgreich im Umgang mit neuen Medien trainiert wurden. Diese Trainingsarbeit, die intensive Betreuung, die Herstellung der CT- und MRT- Abbildungen, die Anfertigung der Digitalfotografien und die Verfügbarmachung der Materialien im Universitätsnetz erforderten ein außergewöhnliches Engagement. Während des Win-tersemesters 1998/1999 stellte das Ministerium für Schule, Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen hierfür die Finanzierung für eine halbe wissenschaftliche Hilfskraftstelle zur Verfügung. Während des vergangenen Wintersemesters mussten sämtliche Kosten aus Privatmitteln finanziert werden.
Ob sich der Einsatz für die neuen Medien an den Hochschulen rechnet, ist allerdings nicht die einzig relevante Frage. Zweifelsohne werden finanzielle Schwierigkeiten durch prinzipielle Vorteile aufgewogen. Als besonders wichtig erscheint hierbei, dass die Entwicklung des multimedialen Unterrichtskonzepts die Erarbeitung eines strukturierten und standardisierten Unterrichtsablaufs erleichtert. Dies ist ein wesentlicher Beitrag zur Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen, am medizinischen Wissensstand orientierten Ausbildung. Die konzeptionelle Auseinandersetzung mit dem gesetzten Anforderungsprofil und die Vorstellung, eine sinnvolle, von den Studierenden akzeptierte Ausbildungsstrategie zu realisieren, hat auf Seiten der Studierenden und der Tutoren die Motivation erhöht.
Perspektiven
Zurzeit wird die Lernumgebung für den Einsatz im kommenden Semester um einige zusätzliche Elemente erweitert:

L Quiz-Funktion. Während des Kursunterrichts stellte sich heraus, dass Lerngruppen in einen spielerischen Umgang mit der Schnittbilddarstellung gerieten, wenn bestimmte Strukturen auf den orthogonalen Bildserien gesucht werden sollten. Relativ schnell entwickelten sich Routinen, die das „Heranklicken“ an bestimmte Strukturen beschleunigten. Dass hierfür als Orientierungsmerkmale anatomisch wichtige bzw. auffallende Strukturen und Abstandsverhältnisse gewählt werden, unterstützt den Lerneffekt. Da der Wettstreit um die optimalen Routinen gewünscht wurde, soll nun die Möglichkeit geboten werden, die Zahl der benötigten Schritte (Cursor-Bewegungen) und den Zeitaufwand zu registrieren. Dies könnte durch eine den Spielcharakter unterstützende Oberfläche für „Mannschaftswettbewerbe“ ausgebaut werden. Ein weiterer Effekt der Quiz-Option liegt darin, dass sowohl Studierende als auch Tutoren den Lerneffekt validieren und gegebenenfalls die Kurs- und Lernstrategie ändern können.
L Einbindung von Fremdserien. Statt der vorgegebenen Bildserie soll auf CD-ROM die Möglichkeit geschaffen werden, jede beliebige DICOM-Bildserie einzubauen. Der Nutzer würde über die Orthogonalserie die optimale Zuordnung „seines“ Bildes vornehmen und könnte dann über die Zuordnung der Bildkoordinaten, die Materialien aufrufen, die der Bildcharakterisierung die-nen. Dadurch könnten Studierende und Kliniker DICOM-Bilder in der gewohnten „Umgebung“ interpretieren.
L Multizentrische Anwendung. Es liegt nahe, das Programm auch anderen Nutzergruppen, beispielsweise anderen Hochschulen oder praktizierenden Ärzten, zu erschließen. Wegen der Austauschbarkeit des Bildmaterials kann örtlichen Präferenzen viel Spielraum eingeräumt werden.
L Problemstimuliertes Lernen. Klinisch relevante Materialien können für problemstimuliertes Lernen eingesetzt werden. Da die Verwendung fremder DICOM-Bilder möglich gemacht werden soll, könnten klinische Befunde, soweit sie für den Anatomieunterricht dienlich sind, eingebunden werden. Dies wird für das kommende Wintersemester vorbereitet; allerdings ist eine Zusammenarbeit mit weiteren interessierten Kliniker/-innen angestrebt.
Jürgen Konrad Mai, Thomas Voß, Josef Assheuer*, Donatus Nohr, Dietrich H. W. Grönemeyer**, Jörg Holstein**, Klaus-Dirk Kleber**, Thorsten Geisbe**, Johann-Josef Jennissen***

Institut für Neuroanatomie, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf; *Institut für Kernspintomographie, Köln; **Institut für MikroTherapie, Universität Witten/Herdecke, Bochum; ***Strahleninstitut, Köln

Kontaktadresse für die Autoren:
Prof. Dr. Jürgen Konrad Mai, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Neuroanatomie, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf, E-Mail: mai@uni-duesseldorf.de, Internet: www.uni-duesseldorf.de/MedFak/
mai/mrXpert.htm


Abbildung 1: Darstellung der orthogonalen Schnitte in der BrainViewer-Web-Umgebung (obere Reihe und unterer rechter Quadrant). Das DICOM-Bild des sagittalen Schnitts ist im unteren linken Quadrant eingeblendet. Es ist in die Web-Seite mittels des JiveX Java Applet integriert. Am rechten Bildschirmrand finden sich Knöpfe, über die Atlas-Templates (Fotografien von anatomischen Querschnitten des Kopfes, Schemazeichnungen und Röntgendarstellungen) zur Erleichterung der Bildinterpretation aufgespielt werden können.

Abbildung 2: Sagittales Querschnittsbild durch den Schädel, mittels JiveX DICOM Viewer angezeigt und mit Beschriftungen belegt (linke Bildseite). Rechts ist ein Atlas-Template, passend zur Schnittebene, eingeblendet.

Abbildung 3: Anwendung der BrainViewer-Software im Präpariersaal. Laptop und Videodatenprojektor sind mobil; daher kann das Unterrichtsmaterial in den einzelnen Präpariergruppen wechselnd eingesetzt werden.
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