Bernd Schütze
Digital unterschrieben von Bernd Schütze CN: CN = Bernd Schütze, C = DE Ursache: Ich bestätige die Richtigkeit und Integrität dieses Dokuments Speicherort: Düsseldorf Datum: 2004.03.26 23:53:01 +01'00'
Mobiles computerbasiertes Lernen in der anatomischen Lehre B. Schütze1), M. Kroll1), H.-G. Lipinski1), T.J. Filler2) 1) Fachhochschule Dortmund, Fachbereich Informatik, Abt. für Medizinische Informatik Emil-Figge-Str. 42, 44227 Dortmund 2) Universität Münster, Institut für Anatomie / Klinische Anatomie Vesaliusweg 2 - 4, 48149 Münster Kontakt: Bernd Schütze
[email protected] http://www.medizin-informatik.org
Zusammenfassung Um den Studierenden der Medizin eine Unterstützung beim Selbststudium zu geben, wurde im Institut für Anatomie des Universitätsklinikums Münster in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Medizinische Informatik der Fachhochschule Dortmund eine Möglichkeit etabliert, sich die im Verlauf des Kurses für Makroskopische Anatomie anfallenden visuellen Informationen der einzelnen Präparierstadien in Form von digitalen Bildern zur Verfügung zu stellen, auf welche die Studierenden über das Internet über einen geschützten Zugang zugreifen können. Dabei besteht die Möglichkeit, zu dem betreffenden Bildmaterial Tondateien bzw. Diktate sowie Bild-Annotationen zu speichern. Dies gestattet dem Medizinstudierenden eine Erweiterung und Personalisierung seines Lernmaterials.
Schlüsselwörter Medizinische Ausbildung, Computer Based Learning, Mobile Computing, Internet, Präparierkurs
Einführung Das Studium der Humanmedizin verzeichnet in den letzten Jahrzehnten eine Zunahme der Anzahl der Studenten bei einem gleichzeitigen Anstieg des Umfangs des zu vermittelnden Wissensstoffes [GRP03]. Diese Umstände erfordern den vermehrten Einsatz von Lernmitteln und Informationsquellen, welche an die Bedürfnisse heutiger Studierender angepasst sein müssen, für das Selbststudium. Multimedia unterstütztes Lernen (eLearning) bietet neben der Möglichkeit zur Nutzung unterschiedlicher Formen der Visualisierung zugleich den Vorteil einer individualisierbaren Lernform, die den Zugriff und die Verknüpfung des Lernstoffes unabhängig von Ort und Zeit [FI03], [Gr01] erlaubt. Im Institut für Anatomie des Universitätsklinikums Münster wurde daher in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Medizinische Informatik der Fachhochschule Dortmund für Studierende der Medizin eine Möglichkeit etabliert, sich die im Verlauf des Kurses für Makroskopische Anatomie angefallenen visuellen Daten der einzelnen Präparierstadien in Form von digitalen Bildern zur Verfügung zu stellen, auf welche der Student über das Internet zugreifen kann. Dabei wurde zunächst in dem Projekt die technische und praktische Machbarkeit geprüft. Der Kurs der makroskopischen Anatomie wurde gewählt, weil gerade hier die Kontaktzeiten mit dem Präparat in den letzten 35 Jahren auf unter 30% des Ausgangswertes gesunken sind, obwohl gerade dieses Fach eine der, wenn nicht die wichtigste Basis für das gesamt spätere ärztliche Wirken legt und hier die Anforderungen an die Technik und Praktikabilität sehr hoch sind, so dass eine Übertragbarkeit auf weitere praktische Kurse leichter denkbar ist.
Material und Methode Der Kurs der makroskopischen Anatomie soll dem Medizinstudierenden ein gesichertes Wissen über den Bau des normalen menschlichen Körpers in allen Einzelheiten verschaffen. Dazu sind zunächst alle anatomischen Entitäten zu erkennen, zu beschreiben (deskriptive Anatomie) und die Lage aller Gebilde am Ort sowie ihre Lagebezeichnung zueinander zu erfassen (topographische Anatomie). Um diese Lehrinhalte vermitteln zu können, wird der Leichnam eines Körperspenders mit Fixiermitteln (z.B. Formalin, Alkohol) konserviert und damit vor der nach dem Tode beginnenden Zersetzung bewahrt. Damit die Studierenden die im Körperinneren gelegenen Organe makroskopisch untersuchen können, muss die Haut und das Unterhautgewebe durchschnitten und die zu untersuchenden Strukturen schichtweise frei präpariert werden. Systembedingt werden hierbei Körperbestandteile (z.B. Haut oder Muskulatur) zerteilt und können daher nur jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt der visuellen Anschauung dienen. Durch das Zerlegen sollen die Einzelteile und Ihrer Funktion, die sich in der Morphe (Gestalt) ausdrückt, erfasst werden mit dem Zweck, gewissermaßen im Kopf den Körper wieder zusammen zu setzen, um so nach und nach ein Bild von dem ganzen gesunden Menschen zu generieren, das als Leitfaden für in der Diagnostik zu erkennende Abweichungen dienen und als Ziel der Therapie fungieren soll. Dafür ist die möglichst gute Memorierung der schrittweisen Zerlegung (ana temno = ich schneide auf) erforderlich. Eine gute Erinnerung wird durch Wiederholung gewährleistet.
Da zum einen Handhelds und Handys mittlerweile Fotoapparate mit einer guten Auflösung beinhalten, zum anderen heutzutage praktisch jeder Student über einen Internetanschluss verfügt, bietet die Arbeitsgruppe Klinische Anatomie an der Universität Münster in einem experimentellen Feldversuch Studierenden an, während der Präparation von den der Lehre zur Verfügung stehenden Körperspenden fotografische Aufnahmen von allen Präparierstadien zu erstellen, diese mit einem eigenentwickelten Programm zu annotieren und mittels einer eigenständigen Client-Server-Kommunikation vom Client (= Handy, Handheld) auf eine im Internet zugreifbare anatomische Bilddatenbank aufzuspielen. Dadurch bietet sich den Studierenden auch zu einem späteren Zeitpunkt, d.h. auch nach der präparationsbedingten Zerlegung der anatomischen Strukturen, die Lehrinhalte anhand von Lehrbüchern zu rekapitulieren und mit den eigenen Erfahrungen – gewonnen aus dem Präparieren der Körperspender – zu vergleichen. Die mobilen Clients müssen einerseits über eine WLAN-Unterstützung verfügen, da der Präpariersaal des Instituts für Anatomie des Universitätsklinikums Münstermittels eines WLAN an das universitäre Netzwerk angeschlossen ist und so die vorhandenen Ressourcen zur Übertragung der Daten direkt am Präparat und während der praktischen Tätigkeit vom Client an den Server genutzt werden können. Die im mobilen Client integrierte Digitalkamera muss über eine Programmierschnittstelle verfügen, damit sie von dem selbstentwickelten Programm angesprochen werden kann. Da die Medizinstudenten die Bilddaten mit Text- oder Sprachdateien versehen können, muss die Texteingabe bzw. die Sprachaufzeichnung des Clients ebenfalls über eine geeignete Programmierschnittstelle verfügen. Um das für den vorgestellten Verwendungszweck bestmögliche Gerät oder Gerätekombination herauszufinden, wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Geräte untersucht: PDA HP IPaq 3630 HP IPaq 5450 Sharp Zaurus SL-5500G Sharp Zaurus SL-C750 Sony CLIE NZ90 Palm Tungsten C
Mobiltelefone / Smartphones Siemens SL45i Motorola Accompli 008 Nokia Communicator 9210 Nokia 7650 Nokia 3650 Sony Ericsson P800
Tabelle 1: Getestete mobile Clients
Der PDA „HP IPaq H5450“ lieferte in Kombination mit der „Hewlett Packard Compact Camera“ die besten Ergebnisse bzgl. der Bildqualität der Fotografien und wurde, da der Bildqualität eine entscheidende Rolle zukommt, ausgewählt. Das von HP eingesetzte Betriebssystem „PocketPC 2002“ unterstützt jedoch nicht das „Point to Point Tunneling Protocol“ (PPTP), mit welchem das „Virtual Private Network“ (VPN) innerhalb des WLANs der Universität Münster arbeitet.
Daher wurde interimsweise eine „Kommunikations-Brücke“ aufgebaut: der Client (= PDA) übermittelt die Daten (Bilder, Texte oder Sprachaufzeichnungen) mittels Bluetooth an einen Kommunikationsserver, der über eine entsprechende PCI-Karte verfügt. Der Kommunikationsserver verfügt zusätzlich über eine WLAN-Karte und ist in das WLANNetzwerk der Universität Münster integriert. (siehe Abbildung 1) Das Betriebssystem des Kommunikationsservers (Windows XP) verfügt über die Möglichkeit als transparenter Proxy zu arbeiten und wurde entsprechend konfiguriert. Der Server der Anwendung (siehe Abbildung 1d) ist über das Internet erreichbar. Als Webserver wird der Apache Tomcat benutzt, da Tomcat die Referenzimplementierung für den Einsatz von Java Servlets ist [AJ04]. Für die serverseitige Implementierung der webbasierten Benutzeroberfläche wurde der COMRIS Information Layer eingesetzt [HMP03]. Unter Nutzung eines zuvor erstellten UML-Modells ermöglicht das InfolayerSystem die Generierung von webbasierten Anwendungen. Das für die hier vorgestellte Anwendung erstellte UML-Modell (Onthologie) erzeugt neben allen notwendigen HTML-Seiten (dies beinhaltet die Seiten zur Anzeige wie auch die Formulare zur Eingabe von Daten seitens der Benutzer) eine objektorientierte Datenbank auf XML-Basis. In dieser XML-Datenbank werden die administrativen Daten (z.B. Zugriffsberechtigungen der Benutzer) wie auch die Dateien (anatomische Bilddaten und die dazu gehörenden Annotationen, Sprachaufzeichnungen usw.) im Filesystem gespeichert. Da zur Anzeige der Daten vom Infolayer-System HTML-Code generiert wird, können die gespeicherten Daten mit jedem Webbrowser angezeigt werden. Prinzipiell sind für die Heimarbeit aus Platzgründen am Schreibtisch der Lernenden Tablet-PCs vorgesehen. Bisher wurde ein System modellhaft getestet.
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(b) Datenbankserver im Internet
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Übermittlung der Bilddaten von Handy/ Handheld an Kommunikations-Server
WLAN des Instituts für Anatomie / Klinische Anatomie mit privatem Adressraum: 10.0.0.x
(e)
Internet-Client des Studierenden
Abbildung 1: Netzwerkstruktur zur Kommunikation zwischen Datenbankserver und Clients (vgl. Text)
Ergebnisse Nach dem Aufruf der entsprechenden Internetseite erfolgt zunächst die Abfrage von Benutzername und Passwort. Auf der Startseite erhält der Benutzer einen Überblick über die aktuellen Neuigkeiten. Sollten die Einstellungen für die optimale Darstellung der Bilddaten noch nicht erfolgt sein, wird dies auf dieser Seite ebenfalls angemerkt. In diesem Fall ist es erforderlich, zunächst die entsprechenden Einstellungen: – Breite des Bildschirms (640 / 800 / 1024 / 1200 / 1400 / 1800) – Sprache (englisch / deutsch) – Geräteklasse (Standard / Webpad) – Fotoberechnung (Server / Client) vorzunehmen. (Abbildung 2)
Abbildung 2: Festlegung der Browser-Einstellungen
Nach dem Speichern der Einstellungen können Tondateien bzw. Diktate abgerufen werden oder die Bilddaten betrachtet werden, die sich in verschiedenen Kategorien befinden: -
Körperspender
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Demo-Objekte
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Präparate
Im Bereich der Körperspender (vgl. Abbildung 3) liegen von den Lehrenden ausgewählte Bilddaten früherer Präparierkurse, die den Studierenden zur Anschauung z.B. besonderer Organstrukturen dienen.
Abbildung 3: Bilddaten Körperspender
Weiterhin befinden sich hier die Bilddaten der anatomischen Lehrsammlung. (vgl. Abbildung 4). Dieses Material lässt sich durch Bilder besonderes guter Kurspräparate nach und nach ergänzen.
Abbildung 4: Anatomische Sammlung
Nach Auswahl des entsprechenden Menupunktes werden die Titel der vorhandenen Abbildungen angezeigt. Nach Auswahl der entsprechenden Abbildung erfolgt die Darstellung des Bildes. (vgl. Abbildung 5)
Abbildung 5: Annotierter Fuß in der anatomischen Lernsammlung
Die Anpassung bzw. Neuberechnung der Bilddaten zur optimalen Darstellung im Browserfenster erfolgt entsprechend der vorgenommenen Einstellungen entweder serverseitig (weniger Ressourcenverbrauch seitens des Client, daher gut geeignet für Webpads und Handhelds, dafür allerdings langsamerer Bildschirmaufbau) oder clientseitig (schnellerer Bildschirmaufbau bei höherer Ressourcenanforderung an den Client, daher optimal bei Nutzung neuerer PCs). Die Daten des aktuellen Kurses werden in der Rubrik „Präparate“ dargestellt. (vgl. Abbildung 6) Hier erhält der Benutzer nur Zugriff auf die Daten des Körperspenders, die er bzw. seine Gruppe (ein Körperspender wird i. d. R. von mehreren Studierenden, die zu einer Gruppe zusammengefasst sind, präpariert) selbst angelegt hat oder die ihm von dem System-Administrator zur Verfügung gestellt wurden. Nach Auswahl der darzustellenden Organregion öffnet ein Mausklick eine Übersichtsdarstellung mit einer Kurzbeschreibung des Präparates. (vgl. Abbildung 7) Es können auch ein oder mehrere Tondokumente zugeordnet sein. An einer Erweiterung zur Integration allgemeiner Lehrtexte wird gearbeitet.
Abbildung 6: Bilddaten Präparierkurs
Abbildung 7: Übersichtdarstellung des Präparates
Ein Mausklick auf die verkleinerte Darstellung in der Übersichtdarstellung (Abbildung 7, Pfeil) öffnet die optimierte Darstellung. (Abbildung 8)
Abbildung 8: Präparierter Situs von dorsal
Um die Bilddaten annotieren, d.h. mit Metainformationen versehen, zu können, wurde ein diesbezügliches Programm entwickelt, welches den Studierenden zum Download angeboten wird. Das Annotationstool (Abbildung 9) bearbeitet jpg-Bilder, welche in das Programm geladen werden.
Abbildung 9: Im Annotationstool geöffnetes Bild
Das Tool bietet dann die Möglichkeit, Annotationen – anzulegen – zu löschen – umzubenennen – die Farbe der Beschriftung zu ändern – die Farbe des Annotationspfeiles zu ändern.
Diskussion Das Web basierte Lernen, welches mittlerweile international anerkannt ist, bietet viele Möglichkeiten, um das Selbststudium der Medizinstudierenden außerhalb des Campus effektiver zu gestalten [MJC03]. Hierzu gehört, dass –
der Lernende Inhalt, Zeit, Ort, Reihenfolge, Methode und Geschwindigkeit des Lernens selbst bestimmen
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die Aktualität des Lernmaterials durch ständige Bearbeitung des elektronischen Lernmaterials gewährleistet wird
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Annotationsmöglichkeiten dem Lernenden eine Personalisierung des Lernstoffes ermöglichen [SI96]
–
dass computerbasiertes Lernen dem Medizinstudenten jederzeit eine graphische Übersicht („Lernkarte“) zu aktuellen Lernsituationen bietet.
Erweiterung
und
Dabei muss der Aufbau des Internetangebotes natürlich ein pädagogisch sinnvolles Lernen erlauben und zum anderen allgemeinen und fachspezifischen Qualitätsansprüchen genügen [Fa03], [AO99]. Voraussetzung für den Erfolg beim computerunterstützen Selbststudium ist ein Mindestmaß an Motivation und Selbstorganisation bei den Medizinstudierenden sowie die Bereitschaft sich mit der Bedienung der Software auseinanderzusetzen. In früheren Untersuchungen konnte jedoch gezeigt werden, dass Medizinstudierenden den Einsatz moderner Technik zur Präsentation von Lerninhalten überwiegend positiv beurteilen [ESP00] [SAK97]. Neu ist u.a., das on- und offcampus Lernen zusammengeschaltet werden durch die integrierte Kommunikation und die Verbindung zu dem selbsterstellten Anschauungsmaterial nach Hause. Basierend auf diesen Überlegungen wurde die vorgestellte Möglichkeit der webbasierten Unterstützung in der medizinischen Ausbildung von Medizinstudenten im Rahmen einer Promotionsarbeit erarbeitet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Einbindung multimedialer Daten das Selbststudium von Medizinstudenten sinnvoll unterstützen kann und mobile Clients wie PDAs heute schon leistungsfähig genug für einen unterstützenden Einsatz in der akademischen Ausbildung sind und eine wertvolle Ergänzung beim Einsatz von Multimedia darstellen.
Literatur [AJ04] The Apache Jakarta Project, http://jakarta.apache.org/tomcat, 30.01.2004 [AO99] Adelhard K, Obst O (1999) Evaluation of Medical Internet Sites. Meth Inform Med 38: 75 – 79 [ESP00] Evers C, Schulz S, Pschichholz H, et a. (2000) 4 Jahre InfoServer im Universitätsklinikum Freiburg – Ergebnisse einer Befragung. In: Koop A, Novak DC (Hrsg.) Computerunterstützte Ausbildung in der Medizin. Proc. 5. Workshop der GMDS AG Computerunterstützte Lehr- und Lernsysteme in der Medizin, Aachen, Shaker-Verlag, 50 – 58 [Fa03] Farrow R (2003) ABC of learning and teaching - Creating teaching materials. BMJ 326: 921 – 923 [Fi03] Fischer M (2003) E-Learning in der medizinischen Aus-, Fort- und Weiterbildung. Med Klin 98: 594 – 597 [Gr01] Greenhalgh T (2001) Computer assisted learning in undergraduate medical education. BMJ 322: 40 – 44 [GRP03] Grunze H, Strupp M, Rönneberg T, Putz R (2003) Problemorientiertes Lernen im Medizinstudium. Nervenarzt DOI 10.1007/s00115-003-1572-8 [HMP03] Haustein S, Morik K, Pleumann J (2003) The InfoLayer - A Simple Knowledge Management System Put To Use in Academica. In I-Know-03 (in citation) [MJC03] McKimm J, Jollie C, Cantillon P (2003) ABC of learning and teaching - Web based learning. BMJ 326: 870 – 873 [SAK97] Schulz S, Auhuber T, Klar R (1997) Kontrollierte Evaluationsstudie von MicroPat – Interaktiver Atlas der Histopathologie. In: Conradi H, Kreutz R, Spitzer K (Hrsg.) CBT in der Medizin – Methoden, Techniken, Anwendungen. Proc. Workshop in aachen, Aachen, ShakerVerlag, 117 - 123 [SI96] Schaumberg H, Issing LJ (1996) Lernen mit Hypermedia – Verloren im Hyperraum? HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik 190
