3D-Druck in der Ausbildung von Assistenzärzten

Die Ausbildung verlagert sich zunehmend in virtuelle Hörsäle, während die Kosten patientenspezifischer, 3D-gedruckter Simulationsmodelle aus CT-/MRT-Daten auf wenige Euro pro Stück gesunken sind. Daher werden in immer mehr Assistenzzeitprogrammen detaillierte, patientenspezifische Modelle erstellt, um die Ausbildung zu Hause wie auch im Hörsaal zu verbessern. Betriebsinterner 3D-Druck hilft den Einrichtungen, mit hochmoderner, bewährter Technologie die nächste Generation an Chirurgen auszubilden.

Erfahren Sie in diesem Beitrag, wie der 3D-Druck genutzt wird, um die Ausbildung von Assistenzärzten in der Chirurgie zu verbessern. 

Die Ausbildung von Ärztinnen und Ärzten in den USA glich schon immer dem Konzept einer Lehre. Nachdem die Ausbildung im Hörsaal beendet war, begann die Assistenzzeit. Der englische Begriff „resident“ (wörtlich: Bewohner) deutet an, wie diese Zeit ablief. Diese Ärzte waren oft so damit beschäftigt, Patienten zu versorgen, dass sie quasi im Krankenhaus lebten. Diese traditionelle Methode der medizinischen Lehre forderte den Ärzten oft drei bis sieben Jahre lang fast 100 Stunden pro Woche ab, wobei die Selbstfürsorge und ein Leben außerhalb der Medizin nicht selten zu kurz kamen. Das änderte sich im Jahr 1984 mit einem Fall, der große Aufmerksamkeit auf sich zog: Zwei überarbeiteten Assistenzärzten unterlief ein Fehler, der zum Tod einer Universitäts-Studentin führte. Dies zog schließlich gesetzliche Beschränkungen der Gesamtarbeitsstunden pro Woche für Assistenzärzte nach sich.

Beschränkung der Dienstzeiten für Assistenzärzte – mit weniger mehr erreichen

Die Beschränkung der Dienstzeiten für Assistenzärzte war wichtig, um Müdigkeit zu verringern und für ausreichend Ruhe zwischen den Schichten zu sorgen. Sie führte jedoch dazu, dass Assistenzärzte insgesamt weniger Zeit im Krankenhaus verbringen und somit weniger Zeit haben, zu lernen, wie sie Patienten operieren und sie versorgen. Diese zeitliche Einschränkung hat Assistenzzeitprogramme dazu gezwungen, effizientere Methoden zu übernehmen, um die zukünftigen Chirurginnen und Chirurgen Amerikas auszubilden. Die heutigen Assistenzärzte müssen die Stunden im Krankenhaus effizient nutzen, da sie weniger Zeit haben, geschulte zu werden, als ihre Vorgänger. 

Verbesserung der Ausbildung von Assistenzärzten durch 3D-Druck

Chirurgische Facharztausbildungsprogramme überall in den USA suchten nach Lösungen, um die Ausbildung insgesamt zu verbessern. Einige haben zusätzliche Vorlesungen oder Simulationen mit Hilfe von virtueller Realität hinzugefügt. Viele haben sich jedoch entschieden, die Ausbildung ihrer Assistenzärzte mit praxisnahen Hilfsmitteln zu verbessern. Die Chirurgie an sich ist eine „handfeste“ Spezialisierung: Chirurgen diagnostizieren ihre Patienten auf Basis von Symptomen oder bildgebenden Verfahren und bringen sie dann in den Operationssaal, um das Problem zu beheben. Aus diesem Grund wird der 3D-Druck von mehreren chirurgischen Facharztausbildungsprogrammen zur Verbesserung der Ausbildung von Assistenzärzten in der Chirurgie eingesetzt.

Die Gehirnchirurgie ist ein komplexes Fachgebiet. Chirurgische Eingriffe an der Schädelbasis können noch komplexer sein, da hier viele wichtige Strukturen des Kopfs liegen, wie empfindliche Nerven und die Blutgefäße, die das Gehirn versorgen. Tumore in diesem Bereich können die Blutgefäße und Nerven umschließen oder die normale Anatomie verändern. Neurochirurgen mehrerer Einrichtungen, darunter Stanford, die Universität Pittsburgh und Johns Hopkins, nutzen 3D-Druck, um Operationen an der Schädelbasis sicherer zu machen¹.

Eine neue Studie dieser Gruppe berichtete von der Nutzung des 3D-Drucks zur Planung vier verschiedener Operationen und vermerkte, dass die Kosten für die Materialien pro Operation nur bei 3–41 USD lagen. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die patientenspezifischen 3D-Druckmodelle nicht nur für die Operationsplanung, sondern auch für die intraoperative Verwendung hilfreich waren, um die Anatomie bei der Resektion des Tumors besser zu verstehen. Ebenfalls vermerkten sie: „Patientenspezifische 3D-Druckmodelle können genutzt werden, um bestimmte Herangehensweisen und relevante anatomische Merkmale besser zu verstehen.“¹

Außer neurochirurgischen Resektionen hatten Ärzte auch beim Einsatz des 3D-Drucks zur Veranschaulichung von Konzepten bei der Ausbildung von Medizinstudierenden Erfolg. 3D-gedruckte Hilfsmittel können bereits im Studium eingesetzt werden, denn klare Anzeichen sprechen dafür, dass derartige Veranschaulichungsmittel für Studierende hilfreich sind. Beispielsweise ist eine Lippen- oder Gaumenspalte eine angeborene Anomalie, die noch Studierende sich oft nur schwer vorstellen können. Eine Forschergruppe testete die Wirksamkeit von 3D-Druckmodellen in der medizinischen Lehre, indem sie eine Kohorte mit diesen Modellen und eine weitere ohne unterrichteten. Beide Gruppen absolvierten im Anschluss dieselbe Prüfung, damit ihr Lernfortschritt untersucht werden konnte². Für die 67 untersuchten Studierenden verbesserte die Verwendung von 3D-Druckmodellen in der Vorlesung die Prüfungsergebnisse um mehr als 30 % (p = 0,038). 

Die vielleicht bemerkenswerteste Nutzung des 3D-Drucks in der medizinischen Lehre liegt in Simulatoren oder patientenspezifischen Modellen, anhand derer eine Operation vor dem Eingriff am Patienten geübt werden kann. Eine Studie der Abteilung für Neurochirurgie an der Universität Vanderbilt zeigte, dass Assistenzärzte durch die Nutzung 3D-gedruckter Wirbelsäulenmodelle am Simulator üben konnten und die Platzierung bei der Instrumentierung der Wirbelsäule um mehr als 60 % verbesserten³. Die Assistenzärzte übten zunächst die Platzierung der Instrumentierung. Danach wurde eine kurze Anleitung der richtigen Techniken wiederholt und die Assistenzärzte versuchten es erneut. Die Autoren weisen darauf hin, dass die mit 3D-Druck hergestellten Simulatoren kostengünstig waren, da die dafür benötigten Materialien nur bei 5–12 USD lagen. 

Eine Gruppe Endovaskulärchirurgen in Brasilien untersuchte die Wirksamkeit einer Übung der endovaskulären Behandlung von Aortenaneurysmen am 3D-gedruckten, patientenspezifischen Simulator vor dem tatsächlichen Eingriff⁴. Eine Gruppe nutzte die 3D-gedruckten Simulatoren, während eine zweite den Eingriff wie gewohnt durchführte. Nicht nur vermeldete die Übungsgruppe, dass diese Übung ihnen mehr Selbstvertrauen vor dem Eingriff schenkte, sondern wurde durch die Nutzung der 3D-Druckmodelle die Operationsdauer sowie die Menge verwendeter Röntgenstrahlung um fast 30 % verringert. Weiterhin wurde auch weniger Kontrastmittel verwendet. Diese praxisbezogene Anwendung des 3D-Drucks in der Chirurgenausbildung führte nicht nur zu Verbesserungen in der subjektiven Selbsteinschätzung, sondern auch zu objektiv messbar verbesserten Ergebnissen bezüglich der Patientensicherheit, etwa der reduzierten Verwendung von Röntgen und Kontrastmittel sowie kürzerer Eingriffsdauer.

Die Ausbildung fähiger Chirurginnen und Chirurgen ist von hoher Bedeutung, um die Qualität der medizinischen Versorgung in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern der Welt zu gewährleisten. Früher eigneten sich Ärzte und Chirurgen diese Kompetenzen teilweise an, indem sie sich rund um die Uhr im Krankenhaus befanden. Durch ständige Beobachtung konnten sie von erfahrenem Personal lernen, wie Eingriffe und Behandlungen am Patienten richtig durchzuführen sind. 

Heute wird die Lehre anders gehandhabt, und die Zeit, die Mediziner und Medizinerinnen in Ausbildung im Krankenhaus verbringen können, ist beschränkt. Da insgesamt weniger Zeit im direkten Patientenkontakt verbracht wird, wird die praktische Ausbildung mit Nutzung des 3D-Drucks für andere Lehrmethoden ergänzt, wie chirurgische Simulatoren oder patientenspezifische Modelle. Erste Einsätze dieser Methoden wurden gut aufgenommen und haben merkliche und messbare Erfolge erzielt. Virtuelle Hörsäle werden immer mehr zum Standard und kostengünstige Simulationsmodelle können auch das Lernen zu Hause unterstützen.

Literatur

1. Panesar SS, Magnetta M, Mukherjee D, et al. (2019). Patient-specific 3-dimensionally printed models for neurosurgical planning and education. Neurosurgical Focus, 47(6), E12.
2. AlAli AB, Griffin MF, Calonge WM, Butler PE. (2018). Evaluating the Use of Cleft Lip and Palate 3D-Printed Models as a Teaching Aid. Journal of Surgical Education, 75(1), 200–208.
3. Bow H, Zuckerman SL, Griffith B, et al. (2019). A 3D-Printed Simulator and Teaching Module for Placing S2-Alar-Iliac Screws. Operative Neurosurgery, 18(3), 339–346.
4. Torres IO, De Luccia N. (2017). A simulator for training in endovascular aneurysm repair: The use of three dimensional printers. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, 54(2), 247–253.