의대생을 대상으로 한 디지털 기반 해부학 교육과정 개발과 교육효과에 관한 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 의과대학 의학과, 2023. 2. 신동훈.전통적인 카데바 해부는 다양한 이유로 인해 급격하게 감소하였고, 최근 몇 년 동안 기술 발전으로 의료 교육 분야에서는 다양한 디지털 기기와 소프트웨어가 생산되고 있다. 본 논문은 디지털 기술을 적용한 교육과정을 개발하고 디지털 기반 해부학 교육의 학습효과와 만족도를 알아보기 위해 두 가지 연구로 진행되었다. 첫번째 연구에서는 2019년 코로나 바이러스 발생으로 의료 교육과 의료 시스템이 약화되었다. 따라서 본 연구는 온라인 수업의 도입과 3차원 해부학 어플리케이션을 통한 수정된 일정이 학생들의 학업성취도와 만족도에 미치는 영향을 분석하였다. 해부학 교육은 코로나19 범유행으로 인해 3개의 하위단위(상하, 몸통, 머리와 목)로 나뉘었다. 온라인 강의를 제외한 카데바 해부와 필기 및 실기시험은 각각 50여명씩 3개의 반으로 나뉘어 진행됐다. 또한, 학생들의 학업성취도를 3개의 하위 단위에서 필기시험과 실기시험을 통하여 평가하였고, 수정된 해부학 일정에 대한 설문지를 작성하였다. 필기시험과 실기시험 점수는 대부분 2019년에 비해 2020년에 크게 떨어졌다. 다만, 가상해부학 어플리케이션을 활용한 몸통 세션에서는 2020년 실기시험 점수가 2019년보다 월등히 높았다. 70% 이상(팔다리와 몸통 세션)과 53% (머리와 목 세션) 학생들이 대면 실습에서 해부학을 공부하는 데 큰 어려움이 없다고 보고했다. 또한, 50% 이상의 학생들이 모든 세션에서 어플리케이션의 상당한 도움을 받았다. 두번째 연구에서 오늘날의 모든 의학 분야는 디지털 전환의 영향을 크게 받는다. 본 연구는 의학교육에서 디지털 역량의 통합 필요성을 설명하고, 학부 교육에서 이러한 역량의 구현이 어떻게 이루어질 수 있는지 디지털 기반 해부학 교육 커리큘럼을 제시한다. 이 연구는 교차 무작위 대조 시험이었다. 인체해부학과 신경해부학 실습은 3분반 (A반, B반, C반)으로, 1학년 의대생은 가상 해부 집단 (가상 해부 --> 카데바 해부)과 카데바 해부 집단 (카데바 해부 --> 가상 해부)으로 무작위 분류되었다. 가상 해부실습은 헤드마운티드 디스플레이, 태블릿, 실물 크기의 터치 스크린을 사용했다. 퀴즈 1은 첫번째 가상 해부실습 또는 카데바 해부실습 후에 해부학 지식을 비교하기 위해 진행되었다. 퀴즈 2와 설문조사는 모든 가상해부실습과 카데바 해부실습이 끝날 때 수행되었다. 인체해부학 실습의 경우, 퀴즈1의 평균 총점에서는 유의미한 차이가 없었다. 그러나, C반에서는 가상 해부 교육이 카데바 교육보다 월등히 높은 학업성취도를 보였다. 디지털 기기들 중에서, 대부분의 학생들은 태블릿 기반 학습이 효과적인 학습 방법이라고 생각했다. 신경해부학 실습에서는 가상 해부 교육이 카데바 교육보다 통계적으로 유의하게 높은 학업 성취도를 보여주었다. 대부분의 학생들은 3차원 디지털 기반 학습이 시체 해부학에 대한 이해를 향상시켰다고 보고하고, 디지털 실습 기기를 통한 가상 해부학 실습 경험에 가장 만족했다. 본 연구는 의학교육에서 디지털 기반 해부학 교육의 가능성을 보여주고 디지털 기반 해부학 교육은 전통적인 카데바 교육을 강화하는 혁신적인 학습 경험을 제공할 수 있을 것이다.Traditional cadaver dissection has been drastically reduced for various reasons, and technological advances in recent years have produced a variety of digital devices and software in medical education. This thesis was conducted in two studies to develop curriculums applying digital technologies and compare digital-based anatomy education with traditional anatomy education to find out the learning efficacy and satisfaction. In the first study, the coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak weakened medical education and healthcare systems. Therefore, the effect of the modified schedule with the introduction of online classes and a three-dimensional anatomy application on students' academic achievement and satisfaction was analyzed. Anatomy education was divided into three regional units (the upper and lower limbs, trunk, and head and neck) due to COVID-19. The schedule was mixed with simultaneous and rotating schedules. Except for online lectures, cadaver dissections, and written and practical examinations were conducted in three classes of approximately 50 students each. Furthermore, students' performance was assessed using three sets of written and practical examinations, and they completed a questionnaire regarding modified anatomy laboratory schedules. Most of the written and practical examination scores significantly decreased in 2020 compared to 2019. However, in the trunk session that used the virtual anatomy application, the score on the practical examination in 2020 was significantly higher than in 2019. Over 70% (upper and lower limbs and trunk sessions) and 53% (head and neck session) students reported no significant difficulty in the face-to-face anatomy laboratory. In addition, over 50% of students received considerable help with the anatomy application in all sessions. In the second study, the digital revolution has impacted all medical disciplines. Therefore, the need for digital competencies in medical education and how to incorporate them into undergraduate training using a digital-based anatomy curriculum was addressed. This was a crossover randomized controlled trial. In both Human Anatomy and Neuroanatomy laboratories, there were three classes (class A, B, and C) in the first year of the Department of Medicine, and students were randomized into two groups: the virtual group (virtual dissection --> cadaver dissection) and the cadaver group (cadaver dissection --> virtual dissection). The virtual dissection laboratory was conducted via head-mounted displays, tablets, and a life-sized touchscreen. Quiz 1 (Q1) was tested following the first virtual or cadaver dissections. Quiz 2 (Q2) and a survey were conducted at the end of the final procedure in each training modality. Regarding the Human Anatomy laboratory, there was no significant difference in the Q1 mean total score. However, in class C, virtual education showed significantly higher academic achievement than cadaver education. Most students felt tablet-based learning was an effective study method among the digital lab resources. Regarding the Neuroanatomy laboratory, virtual education showed significantly higher academic achievement in Q1 than cadaver education. Most students reported that digital-based learning enhanced their understanding of cadaveric anatomy. Students were most satisfied with their experiences of virtual anatomy education through digital lab resources. These studies demonstrate the potential for digital-based anatomy education in medical education. Digital-based anatomy education can provide innovative learning experiences augmenting traditional cadaver education.Chapter 1 The Metaverse: A New Challenge for the Anatomy Education 01 Challenges Facing Anatomy Education 02 Applications of Metaverse in Medical Education 05 The List of Devices for Anatomy Education 08 Mobile Devices 08 Virtual Dissection Tables 09 Head-Mounted Displays 10 Digital Anatomy Applications 13 Contents' Scenarios for Digital Anatomy Education 15 Chapter 2 Exploring Medical Students' Performance and Satisfaction of the Modified Anatomy Schedules and a Digital Software During COVID-19 Pandemic 17 Introduction 18 Study Goals and Questions 20 Materials and Methods 21 Results 28 Discussion 32 Chapter 3 Virtual Anatomy Laboratory Education: A Randomized Controlled Trial Compared to Cadaver Dissection 36 Introduction 37 Study Goals and Questions 39 Materials and Methods 40 Results 48 Discussion 64 Conclusion 69 References 71 Supporting Information 85 Abstract in Korean 94 Acknowledgement 96박

조직 투명화를 이용한 쥐와 사람의 전체 장신경계 3차원 시각화 및 정량화

학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 의과대학 의학과, 2021. 2. 황영일.BACKGROUND & AIMS: Nowadays, state-of-the-art tissue clearing methods enable visualization of the thicker tissue section or even whole organ imaging, by increasing tissue transparency and enhancing the antigen-antibody reaction. The goal of this research was to establish a 3D imaging method for the whole gastrointestinal (GI) tract that yields more information and insight about the enteric nervous system (ENS) than traditional 2D tissue section imaging. This approach will improve a comprehensive understanding of research purpose and diagnosis of human diseases, such as Hirschsprung disease, bowel motility disorders, or inflammatory bowel disease (IBD). The present study optimized a technique to image transgenic fluorescence mice and human ENS that express fluorescent neuron-specific class Ⅲ beta-tubulin (Tuj1), neuronal nitric oxide synthase (nNOS), choline acetyltransferase (ChAT), and RNA binding proteins (HuC/D) in 3 dimensions. METHODS: Visualization and quantification of the digestive organs (e.g. esophagus, stomach, small intestine, and colon) in mice and humans were carried out through various techniques. A method, encompassing tissue clearing, immunohistochemistry (IHC), confocal microscopy, light sheet fluorescence microscopy (LSFM), and quantitative analysis of full-thickness bowel without tissue sections, had been established for 3D imaging at high resolution. Furthermore, using surface rendering, volume rendering for all channels, fluorescence thresholding, and background subtraction, tools from in IMARIS, cleared tissues could be visualized in an accurate 3D structure. RESULTS: The multiscale structural decomposition of mouse and human ENS was clearly visualized in 3D. The tissue clearing method could image the complex ENS network structure of myenteric plexus, submucosal plexus, and mucosal nerves. Similarly, the 3D ENS network structure of the esophagus (16 × 14 × 5.3 mm) and colon (1.2 × 1.3 × 1.4 mm) samples were visualized in mouse and human, respectively. I investigated the cholinergic ENS structure through the whole GI tract and quantified the number of cell bodies and cell bodies per ganglion in myenteric and submucosal plexus in mouse (n=3). To identify the hubness of the myenteric plexus in mouse, I measured the number of ganglia and bridges without cell bodies that connected the ganglion. Quantitative data for myenteric plexus and submucosal plexus showed relatively different aspects. CONCLUSIONS: This study was the first to visualize the mouse and human whole ENS in three dimensions with no sectioning and microanatomy. The cytoarchitecture of the mouse tissues could be quantitatively analyzed, preserving the tissue structure, and providing more accurate data with tissue clearing. A quantitative analysis method of structure phenotypes in mouse will illuminate the potential usefulness of this technology. For GI motility disorders, this novel technology will unravel the extensive spatial 3D network structure of neuro-immune interaction.배경 및 목적: 오늘날의 최첨단 생체조직 투명화 기술은 조직 투명화와 항원-항체의 반응을 촉진시킴으로써 두꺼운 조직 또는 전 기관을 시각화 할 수 있게 한다. 본 연구는 위장관에 대한 조직의 2차원 이미지보다 장신경계에 대한 정보와 통찰력을 더 많이 산출하는 3차원 영상 방법을 개발하는 것이다. 이러한 접근방식은 염증성 장질환이나 장 운동성 장애와 같은 인간 질병에 대한 연구 목적과 진단에 대한 포괄적인 이해를 향상시킬 수 있으며 따라서 형질전환 쥐와 인간의 장신경계에서 베타 Ⅲ 튜블린 (Tuj1), 신경성 산화질소 합성효소 (nNOS)와 콜린아세틸트랜스퍼라아제 (ChAT), 형광신경의 RNA 결합 단백질 (HuC/D)을 3차원으로 시각화 하는 기법을 최적화하였다. 방법: 쥐와 사람의 소화기관 (식도, 위, 소장, 대장)을 시각화하고 정량화 하기 위해 다양한 기법으로 연구를 수행하였다. 고해상도의 3차원 영상을 얻기 위해 쥐와 사람의 조직을 사용하여 조직 투명화 기법, 면역화학염색 (IHC), 공초점 현미경, 시트 형광 현미경 (LSFM)과 전체 위장관 두께에 대한 정량적 분석을 수반한 방법들이 개발되었다. 나아가 IMARIS의 툴인 표면 렌더링, 모든 채널에 대한 볼륨 렌더링, 형광 임계치, 배경 제거 등을 사용하여 볼륨을 측정할 수 있는 정확한 3D 구조를 얻을 수 있었다. 결과: 쥐와 사람의 장신경계는 다양한 규모의 3차원으로 시각화 되었다. 큰 조직에서 3차원으로 면역염색과 이미징이 가능한 조직 투명화 방법은 근육층신경얼기, 점막하신경총과 점막 신경들의 네트워크를 보여주었다. 마찬가지로, 쥐의 식도 (16 × 14 × 5.3 mm) 와 사람의 대장 (1.2 × 1.3 × 1.4 mm) 조직 샘플에서도 3차원 장신경 네트워크 구조를 잘 보여주었다. 쥐(n=3)를 사용하여 장 전체에 분포하는 ChAT의 신경 구조를 연구하고, 두개의 주요 층에서 세포체와 신경절 당 세포체를 정량화 하였다. 근육신경얼기의 연결도를 확인하기 위해 신경절의 수와 신경절과 신경절을 이는 다리도 측정하였다. 근육층신경얼기와 점막하신경총의 정략적 데이터는 비교적 서로 다른 양상을 보여주었다. 더 나아가 쥐에서 억제성 신경과 흥분성 신경을 면역 염색하는데 성공하였다. 결론: 이 연구는 쥐와 사람의 조직 투명화 기술에 적합하고 장신경계의 구조와 신경회로 연구에 적용 가능성을 높일 것이다. 특히, 콜린 작동성 뉴런의 수를 정량화하는 방법에 대한 검증을 제공한다. 쥐의 구조 표현형의 정량적 분석 방법은 진단 마커로서 이 기술의 잠재적인 유용성을 조명하고 장 운동성 장애의 경우 이 새로운 기술이 신경면역의 상호작용에 대한 광범위한 3차원 네트워크 구조를 밝힐 것이다.ⅰ. Abstract ⅳ. Contents ⅴ. List of tables ⅵ. List of figures ⅸ. List of abbreviations 1. Introduction 6. Materials and Methods 11. Results 21. Discussion 26. References 70. Abstract (Korean)Maste