Simulatorundervisning

Generelt er en simulator er et øvingsverktøy som skal etterligne reelle oppgaver for å trene opp nødvendige ferdigheter i forkant av de faktiske oppgavene, slik at disse kan utføres korrekt i reelle situasjoner. Et kjent eksempel er trening for flygere i fullskala simulatorer, som gir helt realistiske syns- og lydinntrykk, og også fysisk tilbakemelding på flyets respons («cues») som følge av betjening av flykontrollene («input»). Slik kan man blant annet kan gjenskape situasjoner som vanskelige å oppnå eller er for risikofylte under praktisk flyging.

I odontologi har fantomhoder lenge vært, og er fortsatt en fundamental komponent i tannhelseutdanningen verden over [10][11]. Moderne simuleringslaboratorier har fantomhoder som er ganske realistiske der instrumenteringen, inkludert vann, luft og sug, ligner en klinisk behandlingsunit. Undervisningsmetoden er avhengig av den enkelte instruktørs tilbakemelding og subjektive tolkning [8]. Det kan også være utfordrende å formidle de terapeutiske aspektene bak de ulike behandlingsprosedyrene, for eksempel fyllinger eller kroner, når fantomtennene er feilfrie. Avanserte fantomtenner med karies, defekter eller pulpakavum er gjerne for kostbare til mengdetrening. Materialkvaliteten er dessuten forskjellig fra naturlige tenner. Det kan derfor oppleves som en stor overgang til behandling av reelle tenner, med karies, fyllinger og andre defekter og gjøre studentene usikre når de starter med klinisk arbeid [9][12].

Virtuell virkelighet, «virtual reality» (VR)

Virtuell, eller kunstig, virkelighet er et dataskapt miljø med sanseinntrykk, vanligst syns- og lydinntrykk, som gir inntrykk av en fysisk virkelighet. Ved hjelp av for eksempel VR-briller og ulike bevegelsessensor kan det skapes en illusjon av å bevege seg i det dataskapte miljøet. Dette er velkjent teknologi fra for eksempel spill- og underholdningsbransjen.

VR-teknologi kan anvendes i mange medisinske sammenhenger for å visualisere og trene på prosedyrer på alt fra journalopptak til kompliserte kirurgiske kikkhullsoperasjoner. Den kan også anvendes i kliniske sammenhenger, for eksempel i forbindelse med rehabilitering etter skader og sykdom og eksponeringsterapi i forbindelse med angstbehandling [13][14]. Innen anatomiundervisning finnes det en rekke digitale programmer som kan vise anatomiske strukturer i ulike forstørrelser og vinkler. Man kan vise sammenhengen mellom ulike strukturer, eksempelvis effekt av muskelkontraksjon på ekstremiteter eller i kjeveledd. Man kan gjøre virtuell disseksjon, som er reversibel i det uendelige. De mest avanserte programmene kan lage anatomiske modeller som hologrammer i 3 dimensjoner i auditoriet [15].

Utvidet virkelighet, «augmented reality» (AR)

AR, også kalt blandet virkelighet («mixed reality») er når dataskapte strukturer blandes med reelle, enten den reelle verden inn i et dataskapt miljø, eller omvendt. Innen medisinsk bruk kan man ved AR legge et tre-dimensjonalt CT-bilde av skjelettstrukturen oppå video i sanntid av pasienten. Dette benyttes for eksempel i opplæring i anestesiteknikk eller innsetting av implantater eller i robot-assisterte kirurgiske prosedyrer [16][17] . Dette benyttes også som et verktøy for å lære anatomi og patologi på en mer interaktiv måte enn ren VR-visualisering.

Et eksempel innen odontologi er ledet, «guided», innsetting av tannimplantater ved å se operasjonsfeltet via gjennomsiktige VR-briller med CT bilder lagt over området (overlay). Instrumentposisjon registreres og visualiseres imens preparering for implantatet gjøres. Slike systemer krever selvsagt at det foreligger egnede radiologiske data for den aktuelle pasienten [18].

VR og AR teknologi med haptisk respons

Haptisk teknologi vil si at man får sanseinntrykk gjennom berøringssansen. De aller fleste VR og AR systemer gir ikke haptisk respons når man for eksempel berører et virtuelt objekt – man får ikke inntrykk av konsistens, om det er hardt eller mykt. Mulige anvendelser av haptisk teknologi er for eksempel læring av palpering av anatomiske strukturer. Haptiske systemer som skal oppfattes som realistiske, krever raffinerte sensorer og kraftaktuatorer i minst tre akser samt hurtig dataprosessering [19].

Innen odontologiske prosedyrer er haptisk respons avgjørende for hvor reelt utstyret oppleves. Når man preparerer i en tann, må man kunne kjenne forskjell på kariøst og friskt dentin eller emalje. Man må kjenne motstand som svarer til det trykket man legger på instrumentet og på fotkontrollen [20][21][22]. I disse spesialiserte systemene blir responsen vanligvis overført til fysisk håndgrep som visuelt kan framstå som et vinkelstykke eller andre instrumenter (figur 1 og 2). Ved hjelp av briller, enten enkle 3D-briller eller eventuelt VR-briller, kan må få en tredimensjonal oppfatning av arbeidsområdet.

De mest avanserte odontologiske VRS’ene har programmer for mange ulike prosedyrer og dentale instrumenter, for eksempel virtuelle vinkelstykker, speil eller sonde. De har mulighet for å arbeide både med direkte innsyn og med speil i to-hendige prosedyrer. De har også muligheter for å avansere fra enkle presisjonsprosedyrer til arbeid i anatomisk korrekte kjever (figur 3–5). Studentene kan få tilgang på anamnese, røntgenbilder og annen nødvendig informasjon for å løse en oppgave i en klinisk relevant situasjon.

Det er likevel ingen simulatorer som i dag kan fullt ut erstatte all undervisning på fantomhoder eller andre typer dukker. VRS er som regel spesialisert for en type oppgave, for eksempel periodontal diagnostikk og terapi, implantatinnsetting, anestesi, røntgenopptak eller operative prosedyrer [23][24][25].

Pedagogiske aspekter av VR og AR i odontologisk utdanning

Pedagogisk forskning på bruk av VR og AR i odontologisk og medisinsk utdanning viser at denne typen hjelpemidler i undervisning kan gir bedre og raskere kunnskapservervelse og økt dybdelæring enn ved bruk av tradisjonell undervisning [2][3][26][27]. Dette er trolig fordi programmene stimulerer studentene til å ta mer aktivt del i egen læring, spesielt dersom de også kan tilgjengeliggjøres på studentenes egne enheter som en egen applikasjon e.l. Det er dermed ikke nødvendigvis VR-enheten i seg selv som gir økt læring, men det at studentene har en mer aktiv rolle i egen læring. Bruk av VRS i preklinisk ferdighetstrening har vist seg å kunne bidra til effektiv og relevant læring selv med redusert antall øvingstimer [8][28][29][30][31][32][33]. Det gir også mulighet for egentrening, uten instruktør eller oppsatt undervisningstid, og kan dermed komplettere vanlig undervisning [8]. Dette kan være særlig aktuelt for studenter med ekstra oppfølgingsbehov [30]. Det er vesentlig at studentene kan løse autentiske oppgaver, med reelle problemstillinger i samarbeid med motiverte og kompetente instruktører og medstudenter, for at VRS skal bidra til kunnskapstilegnelse [34][35][36][37].

Bruk av VRS gir fordeler med hensyn til objektiv og standardisert evaluering og tilbakemelding gjennom hele arbeidsprosessen, ikke bare av sluttresultatet [38]. Oppgavene kan gjentas flere ganger uten ekstra kostnader, og arbeidsprogresjonen kan loggføres og sammenlignes [8]. Videre kan man benytte de objektive målene på presisjonspreparering til å vurdere effekt av ulike pedagogiske grep og progresjon gjennom studiet. Øving på VRS reduserer smitterisiko, støv, støy og avfall, i hvert fall lokalt. VRS kan legge til rette for oppstart av preklinisk ferdighetstrening på et tidligere tidspunkt i utdanningsløpet, samt tilby øvingsmulighet på kliniske problemstillinger som på grunn av begrenset pasientgrunnlag ikke er tilgjengelig i klinikken. Pasientsikkerhet er også et aspekt ved at man kan ha oppgaver som av etiske årsaker ikke kan utføres i en undervisningssituasjon, for eksempel å trene på hvordan det oppleves å perforere til pulpakavum ved dyp karies.

Betenkeligheter ved innføring av VRS

Enkelte studier indikerer imidlertid at studenter og undervisere mener arbeid på VRS føles urealistisk sammenlignet med klinisk virkelighet, at håndgrepet ikke føles likt, og at et fast fikseringspunkt for hånden mangler [5]. Mange savner bløtvevsrespons, som blødning ved pulpaperforasjon og skader på gingiva. Flere institusjoner opplever også en reservert holdning til VR fra undervisere som skal implementere det i sin undervisning, samt liten vilje til å erstatte eksisterende kursinnhold med nytt [8]. Ofte blir det lagt til som ekstraoppgaver, noe som slår negativt ut for studentenes arbeidsmengde. Betydelige investeringskostnader, tekniske utfordringer, og behov for stadige oppgradering og kompetanseheving gjør at det fleste institusjoner vegrer seg for denne typen investeringer [8]. I tillegg blir det kanskje ikke kjøpt inn tilstrekkelig antall enheter til at det kan inngå i vanlig undervisning. På ulike læresteder i verden står det trolig en del VR-enheter, som var anskaffet av entusiaster, men som etter hvert støver ned i en krok.

Trender og framtidsutsikter

Mange studenter er positive til digitale hjelpemidler og E-læringsplattformer i undervisningssammenheng og ønsker mer digitalisering av undervisningen [39][40][41]. Trolig bunner dette i stor grad av nyhetsinteresse og det at de er mer vant med digitale læringsressurser enn med lærebøker. Erfaringer fra Covid 19-epidemien indikerer at studentene foretrekker å se en video fremfor å lese pensum i en bok [39]. Digital didaktikk endrer de fysiske rammene for undervisning og underviserens rolle i forhold til tradisjonelle undervisningsformen med forelesninger og planlagte oppgaver [42][43]. Bruk av VRS vil innebære behov for nytenkning i klinisk og paraklinisk undervisning hos lærere og i læringsmiljøet. Dette krever kunnskap og opplæring, og at det formelt implementeres i læreplaner, og ikke blir «noe ekstra» i en ellers tradisjonell undervisning.

VRS og E-læring for opplæring i odontologiske ferdigheter har imidlertid noen punkter som bør vurderes nøye før implementering [44][45]. Hvordan regulerer man innholdet i online-basert materiale? Hvem er ansvarlig for kvaliteten og oppfølging? Er det trygt å benytte programmer styrt av eksterne aktører? Kan dette øke risikoen for dataangrep og medføre at man mister kontroll på informasjon til eller fra studentene? Kan man kople eksternstyrte enheter på eget intranett, eller må disse være helt frikoplet? Hver enkelt institusjon må vurdere hvordan disse faktorene vil påvirke deres valg og muligheter, men det bør også undersøkes på generelt grunnlag i et globalt perspektiv der informasjon er blitt handelsvare.

Den teknologiske utviklingen vil utvilsomt gjøre simulatortrening stadig mer realistisk og med flere bruksområder. Innen simulatorer med haptisk funksjon er den spesialiserte maskinvaren en kritisk faktor – det er fortsatt et mekanisk grensesnitt som er nødvendig for å gjenspeile taktilitet og haptisk funksjon generelt. Det er reelle muligheter for å legge inn spesifikk informasjon for en aktuell pasient, men dette krever at det foreligger data som er relevant og mulig å hente inn, for eksempel radiologiske opptak, intraorale 3D-skanninger, kliniske bilder eller lignende slik det gjøres for ved VR-«guided» implantatinnsetting (figur 6).

Eksempel på VRS-implementering i odontologisk grunnutdanning

Ved Institutt for klinisk odontologi ved Universitetet i Bergen har vi fem VRS-enheter for operative prosedyrer (Simodont, Nissin Dental Products BV, Europe). Disse er gradvis blitt mer og mer implementert i undervisningen, primært i de tre første studieårene. Først får studentene prøve seg på enkle manuelle oppgaver som presisjonsboring med direkte innsyn og i speil. De får også prøve på preparing i virtuelle tenner med karies. Disse oppgavene inngår i et introduksjonskurs rett etter studiestart og som gir studentene innblikk i det kliniske tannlegefaget. Odontologistudentene har ellers felles undervisning med medisinstudentene hele første studieår. Kurset får svært gode tilbakemeldinger fra studentene, spesielt på VRS-oppgavene. Studentene oppgir at det er svært motiverende og gir dem en følelse av tilhørighet til faget som tidligere studenter har savnet. Siden oppstarten av dette kurset har frafallet på første studieår sunket fra ca. 25 % til rundt 12 % .

I andre og tredje studieår benyttes VRS’ene i ferdighetstreningskursene for direkte og indirekte restaureringer med både presisjonsoppgaver og virtuelle kliniske kasus. Under pandemien ble de også benyttet for studenter med behov for flere kliniske kasus i fjerde og femte studieår. Fra 2021 er det en ny studieplan med et eget kurs med bare VRS-oppgaver før oppstart på ferdighetstreningen. Tanken er at studentene skal opparbeide fingerferdigheter, forståelse for presisjon, romforståelse og ergonomisk arbeidsstilling før de begynner med fantomhoder på ferdighetssenteret.

Utviklingen og implementeringen har vært drevet av en liten håndfull entusiaster og etter 7 år oppleves nå VRS-enhetene som en integrert del av ferdighetstreningen. De kunne imidlertid ha blitt benyttet i mye større grad, spesielt for kliniske kasus. Disse erfaringene samsvarer med erfaringer ved andre læresteder med tilsvarende utstyr. Implementeringen har gått relativt langsomt av flere grunner. Studentene har hele tiden vært svært positive til VRS-oppgaver, men det har vært vanskelig å finne tid ved fjerne andre obligatoriske oppgaver fra pensum. Det at vi bare har fem enheter gjør at det er logistisk utfordrende å gjennomføre kurs for over 50 studenter. Staben har sett på VRS-oppgavene mer som et supplement enn som en erstatning til den etablerte undervisningen. Få lærere tok seg tid til å bli godt kjent med utstyret da det kom og enda færre forsøkte å lage egne oppgaver eller kasus tilpasset vår undervisning og pedagogiske profil. Enkelte fagområder har ikke vist noen interesse for implementering i deres kurs selv om det er svært gode kasus tilgjengelig. Dette illustrerer at ny teknologi må innføres organisatorisk koordinert i organisasjonen.

De tekniske utfordringer med enhetene har stort sett blitt løst relativt raskt ved fjernstyring fra produsent, men det har også vært behov for utskifting av deler og oppgraderinger. Oppgraderinger og vedlikehold er relativt kostbart, men vi har ikke gjort noen beregninger på hva vi eventuelt har spart på annet utstyr eller personell utøver det faktum at økt gjennomføringsgrad øker fakultetets inntekter.

Oppsummering

VRS kan være et nyttig hjelpemiddel og et godt supplement til eksisterende preklinisk undervisning og etter hvert også klinisk undervisning. Bruken av VRS må tilpasses slik at det ikke oppleves som en ekstrabelastning, hverken for studenter eller instruktører. Det er trolig mest hensiktsmessig å innføre simulatorene tidlig i studieløpet, gjerne allerede første studieår. VRS kan gjøre abstrakt innhold mer levende og visualisert, og undervisningen kan legges opp mer problem- eller kasussentrert. Overgangen til klinisk praksis vil bli tryggere både for studenter og pasienter. Utfordringene er blant annet høy kostnad, både i investering og drift, begrensninger i selve teknologien, økt behov for IT-teknologisk kompetanse og – ikke minst – et læringsmiljø der slik teknologi er en naturlig del av aktiviteten.