Smart Surgical Training: Digitalisierung der chirurgischen Lehre

Das Zentrum für Biomedizinische Forschung und Translationale Chirurgie, Medizinischen Universität Wien widmet sich der Erforschung von Behandlungsmethoden für Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems sowie der Entwicklung neuer chirurgischer Trainingsmodelle (Schwerpunkt: Herz- und Gefäßchirurgie), welche den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen und technologischen Möglichkeiten entsprechen. In einer interdisziplinären Kooperation aus Bioengineering und Herzchirurgie werden erstmals Materialien und Methoden aus der Gefäßprothesenforschung, technische Innovationen und Techniken aus der Fachärzt:innen-Ausbildung den Medizinstudierenden zugänglich gemacht.

Das Wahlfach - “Chirurgisches Training - Koronaranastomosen an ex-vivo Modellen” bietet Medizinstudierenden ab dem 5ten Semester die einmalige Gelegenheit, mit hochwertigen Trainingsmaterialien chirurgische Grundfertigkeiten zu erlernen. Die Studierenden erlernen hierbei die Herstellung von komplexen Gefäßnahttechniken unter der Anleitung von erfahrenen Fachärzt:innen der Herz- und Gefäßchirurgie.

Das Training wird mit originalen chirurgischen Instrumenten und Nahtmaterialien an ex-vivo Modellen durchgeführt, welche auch im klinischen Alltag verwendet werden. Unter dem Projekttitel Smart Surgical Training, findet somit eine Digitalisierung der chirurgischen Lehre statt. Eine didaktische Besonderheit ist die Implementierung von innovativen Videoanalysen und Eye-Tracking um den Lernerfolg mit neuen digitalen Evaluationstechnologien messbar zu machen. Die Ergebnisse dieser Evaluationen dient sowohl als ergänzendes Feedback an die Teilnehmenden als auch für die Weiterentwicklung moderner chirurgischer Trainingsmethoden. Das langfristige Ziel ist die Echtzeit-Evaluierung von Studierenden und Chirurg:innen, welche eine individuelle Studierenden- und Kompentenzorientierung der der derzeit noch sehr heterogenen chirurgischen Ausbildung erlaubt.

Allgemeine Kursinformationen

Ein fundiertes chirurgisches Training erlaubt aus Kapazitätsgründen nur limitierte Teilnehmerzahlen. Der Kurs für insgesamt 10 Studierende wurde im Wintersemester 2024 erstmals abgehalten und erstreckt sich über 2 Semesterwochenstunden. Aufgrund einer sehr guten Evaluierung und der großen Nachfrage wurde die Anzahl an Kursplätzen für das Sommersemester 2025 verdoppelt. Dieses Programm erlaubt es somit, dass jährlich 40 Studierende erste realistische Erfahrungen mit chirurgischen Techniken machen dürfen und sich so frühzeitig für eine chirurgische Laufbahn entscheiden können.

Detaillierter Ablauf des Kurses

1.        Theoretische Grundlagen

Der Kurs beginnt mit einer kurzen, doch umfassenden theoretischen Einführung. In 3 akademischen Stunden werden die Grundlagen der Herzchirurgie, die zu erlernenden chirurgischen Basisfertigkeiten sowie moderne chirurgische Trainingsmethoden behandelt. Dieses Wissen bildet die Basis für das darauffolgende praktische Training und ermöglicht den Teilnehmenden, ein vertieftes Verständnis für das medizinische Fach sowie die technischen und anatomischen Anforderungen der chirurgischen Verfahren zu entwickeln.

2.        Praktische Übungen

Als Hauptteil des Kurses folgt die praktische Ausbildung. Die Teilnehmenden erlernen und trainieren in mehreren Lehreinheiten Gefäßnahttechniken mit kontinuierlich zunehmendem Schwierigkeitsgrad:

Modell 1: End-to-End Anastomosen an Dacron-Prothesen (>2cm Durchmesser)

Modell 2: End-to-Side Anastomosen an Schrumpfschläuchen (ca. 4-8mm Durchmesser)

Modell 3 (ex-vivo): End-to-Side Anastomosen am Schweinherz (ca. 2-3mm Durchmesser). Ein besonderer Schwerpunkt hierbei liegt darauf, eine praxisnahe Umgebungssituation für die Studierenden zu schaffen.

Praxisnahes Training bedeutet, dass ausschließlich OP-Material in höchster Qualität verwendet wird. Durch den chirurgischen Schwerpunkt des Zentrums können Studierende mit den gleichen chirurgischen Instrumenten, Nahtmaterial und Gefäßprothesen arbeiten, welche ihnen auch in der Klinik begegnen werden. Das Training findet in Operationssälen und Eingriffsräumen auf OP-Tischen statt.

Bei den verwendeten Kunststoffprothesen und dem Nahtmaterial handelt es sich um hochwertige Ausschussware, welche im Sinne der Nachhaltigkeit von Industriepartnern kostenfrei für die Ausbildung zur Verfügung gestellt werden.

Als letzte Stufe unseres Kurses trainieren die Studierenden an Schweineherzen, welche aus Schlachtabfällen gewonnen werden. An diesem ex-vivo Modell wird die herzchirurgische Bypassoperation mit Prototypen für Blutgefäßprothesen (synthetisch und biologisch) trainiert.

Als biologische Prothesen werden dezellularisierte Nabelschnurarterien verwendet, welche im Labor von Dr. Schneider hergestellt und auf ihr Potential für zukünftige klinische Anwendungen getestet werden. Es befinden sich ebenfalls 3D gedruckte Gefäßmodelle in Entwicklung, welche in den Kursen getestet werden.

Ein wichtiger Aspekt in diesem Kurs ist es, dass die Teilnehmenden schrittweise an die gängigen klinischen Methoden herangeführt werden. Am Ende des Kurses werden die Studierenden befähigt sein 2 mm starke Blutgefäße mit 0.07 mm dünnem Nahtmaterial zu anastomosieren. Diese hochkomplexen chirurgischen Techniken sind bisher kein fixer Bestandteil der medizinischen Ausbildung und vor allem Assistenzärzt:innen und Fachärzt:innen vorbehalten.

3.        Digitalisierung des Trainings durch digitale Messsysteme

Im Jahr 2024 wurden in unserem Institut vermehrt neue Technologien als Unterstützung für chirurgische Trainings von Fachärzt:innen erforscht und etabliert. Hierbei wurde der Schwerpunkt auf zwei Messmethoden gelegt:

• Bewegungsanalysen mittels Videoanalysen und Detektion der Tremorbewegungen am Handgelenk über eine Smartwatch in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Francesco Moscato (Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik, Medizinische Universität Wien).
• Messung der kognitiven Last mittels Eye-Tracking-Technologie in einer Kooperation mit dem Start-Up SOMAREALITY (Wien)

Erste Pilotversuche in Kursen für Fachärzt:innen haben gezeigt, dass mit den eingesetzten Messsystemen die unterschiedlichen chirurgischen Fähigkeiten der Kursteilnehmer:innen abgebildet werden können. Diese vielversprechenden Ergebnisse haben uns dazu bewegt, diese Methodik nun auch für unsere universitäre Lehre zu etablieren. Mittels quantitativer Parameter, wie Bewegungsanalysen und Eyetracking, soll die Effizienz der Bewegungsabläufe, die kognitive Belastung, sowie der Fortschritt der Teilnehmenden systematisch und objektiv erfasst werden. Eine solche datenbasierte Auswertung ermöglicht eine individuelle Anpassung des Trainings und eine gezielte Förderung der individuellen chirurgischen Fähigkeiten.

Ein Modell für die Zukunft der chirurgischen Ausbildung

Das hier vorgestellte Lehrkonzept nutzt unsere ursprünglich für Forschung und spezialisierte Trainings entwickelte Infrastruktur, um Medizinstudierenden frühzeitig den Zugang zu professionellen Trainingsmethoden zu ermöglichen. Gleichzeitig profitieren aber auch wissenschaftliche Entwicklungen von diesem Ansatz. Neue Evaluierungs- und Trainingsmethoden können gezielt in Kursen für Studierende und Fachärzt:innen erprobt werden.

Ein Ausbildungsmodell, welches bereits während des Studiums eine Verknüpfung mit der chirurgischen Facharztausbildung schafft, ist unseren Informationen zufolge einzigartig. Durch einen strukturierten Ablauf erhalten die Studierenden nicht nur ein realistisches Bild aus der chirurgischen Praxis, sondern profitieren auch von einem wissenschaftlich fundierten und individuell adaptierbaren Training. Die Kombination aus frühzeitigem praktischem Training und objektiven Evaluationsmethoden markiert einen Paradigmenwechsel in der chirurgischen Lehre. So können nicht nur obligatorische Fertigkeiten frühzeitig vermittelt werden, sondern auch die Qualität und Messbarkeit der Ausbildung nachhaltig verbessert werden.

Dieses innovative Konzept stellt einen bedeutenden Schritt zur Modernisierung der chirurgischen Ausbildung dar und könnte langfristig als Modell für zukünftige Ausbildungsprogramme dienen. Denn während der Beurteilung chirurgischer Leistungen bislang ausschließlich subjektiven Einschätzungen unterliegt, wird sie in Zukunft durch objektive, quantitative Messungen ergänzt werden.

Der Einsatz sowohl unerfahrener als auch geschulter Teilnehmer:innen ermöglicht eine fundierte Analyse der Methoden. Besonders die Entwicklung neuer quantitativer und objektiver digitaler Messparameter wird in Zukunft einen großen Einfluss in der chirurgischen Ausbildung haben. Der Ansatz macht interdisziplinäre Methoden aus der Forschung sowie praxisnahe Übungen und Techniktrainings, die bisher Assistenzärzt:innen vorbehalten waren, bereits für Medizinstudierende zugänglich. Langfristig könnte dieser Kurs auf andere chirurgische Fächer ausgedehnt werden, als Modell für Facharztausbildungen in Österreich dienen und die Attraktivität chirurgischer Berufe steigern.

Durch die Integration objektiver Bewertungsmethoden rückt der tatsächliche Zuwachs von Fähigkeiten der Teilnehmenden in den Fokus, anstelle einer rein fallzahlenbasierten Ausbildung. Mit diesem innovativen Konzept wird nicht nur der Wissenstransfer von erfahrenden Chirurg:innen an die nächste Generation optimiert, sondern auch die Motivation für chirurgische Fächer frühzeitig gefördert. Damit leistet dieser Kurs einen wichtigen Beitrag zur Nachwuchssicherung und zur Ausbildung einer neuen Generation hochqualifizierter Chirurg:innen.