Untersuchungen zur Entwicklung und Implementierung eines Simulators zur transrektalen sonografischen gynäkologischen Untersuchung des Rindes im Tiermedizinstudium

Tierärztliche Hochschule Hannover

Untersuchungen zur Entwicklung und

Implementierung eines Simulators zur transrektalen sonografischen gynäkologischen Untersuchung des

Rindes im Tiermedizinstudium

INAUGURAL-DISSERTATION

Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin – Doctor medicinae veterinariae –

(Dr. med. vet.)

vorgelegt von

Silja Charlotte Brombacher-Steiert

Freiburg im Breisgau

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Andrea Tipold Klinik für Kleintiere,

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Dr. Sandra Wissing

Zentrum für Learning, Didaktik und Ausbildungsforschung I Clinical Skills Lab Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Dr. Yasmin Gundelach

Klinik für Rinder,

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

1. Gutachter/in: Frau Prof. Dr. Andrea Tipold

2. Gutachter/in: Herr Prof. Dr. Árpád Csaba Bajcsy

Tag der mündlichen Prüfung: 11.05.2021

Dieses Forschungsprojekt wurde mithilfe des Drittmittelprojektes FERTHIK (Vermittlung von tiermedizinischen klinischen Fertigkeiten unter besonderer Berücksichtigung ethischer Aspekte) durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Qualitätspakts Lehre gefördert.

Meiner Herde und Familie

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... 1

2 Literaturübersicht ... 5

2.1. Nutzung von Simulatoren in der tiermedizinischen Lehre... 5

2.2. Simulatoren für die transrektale palpatorische Untersuchung ... 6

2.2.1. Breed’n Betsy^® ... 6

2.2.2. Haptic Cow ... 7

2.2.3. Bovine Theriogenology Model ... 8

2.3. Ultraschall ... 8

2.3.1. Definitionen ... 8

2.3.2. Funktionsweise von Ultraschall ... 10

2.3.3. Ultraschallverfahren ... 10

2.3.4. Ultraschallgeräte und Ultraschallsonden ... 11

2.3.5. Einstellungen des Ultraschallgerätes ... 12

2.3.6. Bildbeschreibung und Interpretation ... 13

2.3.7. Artefakte ... 14

2.4. Durchführung der TSU am Rind ... 15

2.4.1. Darstellung des nicht-graviden Uterus ... 16

2.4.2. Darstellung des Ovars mit Funktionskörpern ... 16

2.4.3. Darstellung von Blutgefäßen ... 18

2.4.4. Darstellung der Vesica urinaria ... 19

2.4.5. Darstellung des Rumens ... 19

2.5. Ultraschallsimulatoren in der Humanmedizin ... 20

2.6. Ultraschallsimulatoren in der Veterinärmedizin ... 20

2.7. Vermittlung der Fertigkeit einer TSU des Rindes ... 22

2.8. Selbstwirksamkeit ... 23

3 Material und Methoden ... 25

3.1. Datenschutzerklärung und Tierversuchsgenehmigung ... 25

3.2. Zielsetzung ... 25

3.3. Aufbau des Simulators ... 26

3.3.1. Verwendete Materialien ... 29

3.3.2. Palpatorische und sonografische Eigenschaften der nachgebildeten Organe ... 31

3.4. Studiendesign ... 38

3.4.1. Fragebögen und Checkliste ... 40

3.4.3. Versuch 2: Evaluation des UCS durch Studierende des 9./10.

Semesters ... 42

3.4.4. Versuch 3: Evaluation des UCS durch approbierte Tierärzte/- innen 45 3.5. Statistische Analysen ... 46

4 Manuskript ... 49

5 Diskussion ... 93

5.1. Fazit ... 101

6 Zusammenfassung ... 103

7 Summary ... 107

8 Literaturverzeichnis ... 111

9 Anhang ... 123

9.1. Datenschutz ... 123

9.2. Fragebögen ... 124

9.3. Checkliste ... 141

9.4. Abbildungs-und Tabellenverzeichnis ... 143

10 Danksagung ... 149

Abkürzungsverzeichnis

CL Corpus Luteum (lateinisch), Gelbkörper

CSL Clinical Skills Lab

EAEVE European Association of Establishments for Veterinary Education

MHz Megahertz

mW/cm² Milliwatt pro Quadratzentimeter

OSCE Objective Structured Clinical Examination (englisch), Objektive strukturierte klinische Prüfung

PJ Praktisches Jahr

SWK Selbstwirksamkeit

TSU Transrektale Sonografische Untersuchung

TGU Transrektale Gynäkologische Untersuchung

TiHo Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

TSE Transrectal sonographic examination (englisch), Transrektale Gynäkologische Sonografie

Der beschriebene Simulator „Ultrasonic Cow Simulator“ wurde zum Gebrauchsmusterschutz beim Deutschen Patent- und Markenamt angemeldet (Aktenzeichen: 20 2020 107 465.2, Anmeldetag: 22.12.2020, Erfinderin: Silja

1 Einleitung

„Die Anwendung von transrektalem Echtzeit-Ultraschall zum Verständnis der Reproduktion von Rindern, stellt einen technologischen Durchbruch dar, der das

Wissen über die Reproduktionsbiologie revolutioniert hat.¹“

Die transrektale Untersuchung mit Hilfe von Ultraschall wurde in den 1980er Jahren erstmalig in der Pferdemedizin zum Erfassen reproduktionsbiologischer Daten genutzt.^{2, 3} Seit diesem Zeitpunkt ermöglichte die Ultraschallbildgebung Einblicke in komplexe Prozesse der Reproduktionsbiologie. Darunter fällt u.a. die Dynamik der Funktionskörper auf den Ovarien während des Zyklus,^{1, 4} die Entwicklung des Fetus,⁵ die Geschlechtsbestimmung des Fetus,⁶ die Trächtigkeitsbestimmung mit hoch- auflösenden Ultraschallgeräten ab Tag 25 sowie die Erkennung pathologischer Befunde an Uterus und Ovarien.⁷ Des Weiteren ermöglichte der Einsatz von Ultraschall neue biotechnologische Methoden, wie das Ovum-Pick-up⁸ im Rahmen des Embryotransfers.⁹

Die herkömmliche transrektale Palpation sowie die transrektale Untersuchung mit Hilfe von Ultraschall stellen nach Fricke et al¹⁰ aktuell die primären Untersuchungsmethoden im Rahmen der Trächtigkeitsuntersuchung dar. Im Gegensatz zur transrektalen Palpation bei der Zyklus- oder Trächtigkeitsbestimmung beim Rind hat die Untersuchung mit Ultraschall jedoch den Vorteil, präziser, schneller und weniger invasiv zu sein.^{10, 11}

Um Studierende auf die vielseitige Nutzung von Ultraschall in der Reproduktionsmedizin für Rinder vorzubereiten, wird von den veterinärmedizinischen Universitäten erwartet, entsprechende Lehrformate anzubieten. Die EAEVE (European Association of Establishments for Veterinary Education)¹² beschreibt die Kompetenz, eine einfache Untersuchung mit bildgebenden Verfahren wie der transrektalen Sonografie durchzuführen als Ersttagskompetenz für veterinärmedizinische Berufsanfänger/-innen. Diese Ersttagskompetenzen dienen tiermedizinischen Ausbildungsstätten als Richtlinie für die Lehre und stellen den Mindeststandard an relevanten Kompetenzen dar, welchen Studierende nach Abschluss ihres Studiums besitzen sollen.

Das Erlernen der sonografischen Untersuchung und die Interpretation von Ultraschallbildern werden von humanmedizinischen Studierenden als „hohe kognitive Beanspruchung“ gewertet.¹³ Es sind viele Wiederholungen sowie Hilfestellung von erfahrenem Lehrpersonal nötig, um ein Ultraschallbild korrekt darzustellen und interpretieren zu können. Viele humanmedizinische¹⁴ und veterinärmedizinische Universitäten haben derzeit nicht die Ressourcen an Lehrpersonal und Tieren, um diese zeitintensiven praktischen Übungen adäquat in die Lehre einbinden zu können.

Des Weiteren wird die Lehre an Kadavern und lebenden Tieren aus Tierschutzaspekten kritisch gesehen.¹⁵ Im Zuge dessen haben die

Einleitung

praktische Fertigkeiten lernen und trainieren. Heutzutage sind diese Zentren für klinische Fertigkeiten oder auch Clinical Skills Labs an humanmedizinischen wie auch tiermedizinischen Universitäten national und international verbreitet.^19-21

„Der Unterricht im Skills-Lab erfolgt strukturiert, supervidiert und unter

Berücksichtigung methodisch-didaktischer Rahmenaspekte, sodass im Idealfall das wiederholte, angst- und risikofreie Üben von Fertigkeiten gewährt wird.²²“ Im Bereich der transrektalen Untersuchung des Rindes sind der Simulator Breed’n Betsy^® (Brad Pickford, Australien), der Simulator Haptic Cow (Sarah Baillie, Großbritannien) sowie das Bovine Theriogenology Model (Veterinary Simulator Industries, Kanada) zur Ausbildung von Studierenden der Veterinärmedizin kommerziell erhältlich. Alle drei Simulatoren dienen ausschließlich der Palpation von transrektal zu untersuchenden Organstrukturen. Derzeit steht im europäischen und amerikanischen Sprachraum kein Simulator zur transrektalen sonografischen Untersuchung des Rindes zur Verfügung.

Ziel dieser Dissertation war die Erstellung eines Simulators zur transrektalen gynäkologischen palpatorischen sowie sonografischen Untersuchung des Rindes (Ultrasonic Cow Simulator) mit Fokus auf der Zyklusbestimmung sowie die Evaluation des Simulators im Hinblick auf seine weitere Nutzung in der Lehre.

Die Entwicklung und Umsetzung dieses Simulators erfolgte im Clinical Skills Lab der Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover und seine Evaluation fand im Jahr 2020 durch drei verschiedene Teilnehmergruppen statt. Studierende des 9./10. Semesters der Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover (n = 58) hatten im Rahmen ihres Praktischen Jahres im Zyklus der Klinik für Rinder die Möglichkeit, ein praktisches Training am Ultrasonic Cow Simulator durchzuführen und anschließend die palpatorischen und sonografischen Eigenschaften des Simulators mittels Fragebogen zu bewerten. Des Weiteren wurden Daten zur Selbstwirksamkeit in Bezug auf die Kompetenz, eine transrektale gynäkologische sonografische Untersuchung am Tier durchzuführen, vor und nach dem Training am Simulator erhoben und eine objektive Leistungsüberprüfung am lebenden Tier durchgeführt. Studierende des 2./3.

Semesters der Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover (n = 190) evaluierten die palpatorischen Eigenschaften des Ultrasonic Cow Simulator und verglichen ihn mit dem kommerziell erhältlichen Simulator Breed’n Betsy^®. Die dritte Teilnehmergruppe bestand aus klinisch tätigen Tierärzten/-innen der Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover sowie weiteren erfahrenen praktizierenden Tierärzten/-innen (n = 18). Diese evaluierten den Simulator ebenfalls anhand seiner palpatorischen und sonografischen Eigenschaften und verglichen die palpatorischen Eigenschaften dieses Simulators mit denen des Simulators Breed’n Betsy^®.

Anhand dieser Arbeit sollten folgende Fragestellungen geprüft werden:

- Ist die Erstellung eines geeigneten Simulators für die transrektale gynäkologische sonografische Untersuchung des Rindes auf Basis von synthetischen Materialien mit einfachen Mitteln möglich?

- Fördert der Einsatz eines Simulators für die transrektale gynäkologische sonografische Untersuchung des Rindes die Fertigkeit der Studierenden diese Untersuchung durchzuführen?

- Kann das Training am Ultrasonic Cow Simulator das Training am lebenden

- Wie verändert sich die Einschätzung der Selbstwirksamkeit der Studierenden?

- Bevorzugen Studierende zu Beginn ihres Studiums die Lehre an einfach oder komplexer strukturierten Simulatoren?

2 Literaturübersicht

2.1. Nutzung von Simulatoren in der tiermedizinischen Lehre

In früheren Jahren fand die Lehre in der Tiermedizin häufig an lebenden Tieren oder Kadavern statt. Die Lagerung und Vorbereitung von Kadavern zu Lehrzwecken ist zeit- und kostenabhängig sowie mit ethischen Bedenken behaftet.²³ In den letzten 30 Jahren kam es aufgrund wachsender Proteste von Tierschutzvereinigungen, strengeren Reglementierungen durch das Tierschutzgesetz sowie kontroversen Meinungen innerhalb der Studierendenschaft zu einem strukturellen Wandel in der Lehre¹⁶ und es wurden Alternativen zu bisherigen Lehrmethoden unter Verwendung von Tieren gefordert. Weite Verbreitung fand dabei die Regel der 3 R‘s (Reduction, Replacement, Refinement) zu Experimenten an Tieren.²⁴ In Anlehnung an diese wurden viele Methoden entwickelt, um den Gebrauch von Tieren in der Forschung und später auch in der Lehre zu verringern, zu ersetzen und Alternativen gefunden, um Schmerzen, Leiden und Schäden von Tieren zu vermeiden.

In der humanmedizinischen Ausbildung wurden bereits im 16. Jahrhundert alternative Lehrmethoden, zu den bis dahin vorwiegend durchgeführten Vorlesungen, eingesetzt.²⁵ Ursprung war das Versterben von Frauen während der Geburt aufgrund von unzureichend ausgebildeten Hebammen. Engagierte Ärzte entwickelten deshalb den ersten Geburtshilfesimulator.²⁶ Die Nutzung dieses Simulators barg viele Vorteile, wie zeitliche und räumliche Unabhängigkeit, die Möglichkeit zur Wiederholung und Durchspielens verschiedener Szenarien außerdem konnten die Lernenden Fehler machen, ohne das Risiko Mutter und Kind in Lebensgefahr zu bringen.²⁵ Ab diesem Zeitpunkt wurden weitere, differenziertere Simulatoren für die Geburtshilfe, später auch für Wiederbelebungsszenarien, Intubation und Infusion entwickelt.²⁵ In Illinois und Maastrich entstanden 1970 die ersten humanmedizinischen Clinical Skills Labs, deren Ziel die Lehre praktischer Fertigkeiten von Studierenden war.¹⁸ Mit der 2002 neu herausgegebenen Approbationsordnung für Ärzte²⁷ sowie der Einführung von Studiengebühren wurde auch in Deutschland, Österreich und der deutschsprachigen Schweiz die Basis für den Einsatz von Clinical Skills Labs an humanmedizinischen Universitäten geschaffen.²⁸ 2007 verfügten 33 von 43 humanmedizinischen Universitäten über ein derartiges Trainingszentrum.²⁸

Aus anderen Beweggründen als in der Humanmedizin aber mit dem Ziel alternative Lehrmethoden anzuwenden, wurden in den 2000er Jahren weltweit auch an tiermedizinischen Fakultäten Zentren für klinische Fertigkeiten gegründet.²⁹ Die Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover errichtete 2013 als erste deutsche, tiermedizinische Universität ein Clinical Skills Lab.^{21, 30} Ziel dieses Zentrums ist die Lehre von klinisch-praktischen Fertigkeiten im Format des Peer-Group-Teachings anhand von Simulatoren. Im Clinical Skills Lab der Stiftung Tierärztlichen Hochschule Hannover können Studierende ab dem ersten Semester selbstständig oder unter Anleitung von Tutoren/-innen mit ähnlichem Ausbildungsstand anhand von Lernstationen ihre klinisch-praktischen sowie kommunikative Fertigkeiten an Simulatoren trainieren.³¹ Ziel ist die erlernten Fertigkeiten auf das lebende Tier zu

Literaturübersicht

Laut dieser Einteilung bestehen Modelle in der Regel aus statisch nachgebildeten Organen, während Puppen lebensechte Menschen oder Tiere darstellen und dem Training klinisch-praktischer Fertigkeiten dienen.³²

Mit dem Begriff Simulator sind nach Martinsen und Jukes³² alle Nachbildungen definiert, die in der Chirurgie sowie im Notfallmanagement und in weiteren klinischen Bereichen genutzt werden können. Die Wissenschaft versucht die unterschiedlichen Formen von Simulatoren mittels verschiedener Ansätze zu kategorisieren. Der verbreitetste Ansatz ist die Kategorisierung anhand des Komplexitäts- und Realitätsgrades von Simulatoren. Hierbei wird zwischen „Low-Fidelity“, „Mid-Fidelity“

und „High-Fidelity“ Simulatoren unterschieden.³³ „Fidelity“ (Wiedergabetreue) steht hierbei für die Genauigkeit der Abbildung der Realität.^{25, 34} Issenberg et al³⁴ gehen davon aus, dass Simulatoren mit einer hohen Wiedergabetreue den Studierenden das Lernen erleichtern, wenn bestimmte Kriterien, wie zum Beispiel die Möglichkeit der Wiederholung, die Rückmeldung durch Tutoren/-innen oder die Integration des Simulatorentrainings in den Lehrplan, erfüllt werden. Hingegen zeigt eine 2016 veröffentlichte Studie, dass der Lerneffekt nicht vom Genauigkeitsgrad des Simulators abhängig ist.³⁵ Die Differenzierung in eine technische und psychologische Wiedergabetreue ist aussagekräftiger.³⁶ Die technische Wiedergabetreue stellt den physischen Realitätsgrad dar und die psychologische Wiedergabetreue beschreibt das Ausmaß, inwieweit die zu erlernenden Fähigkeiten der realen Situation am Simulator wiedergegeben werden.³³ Olszynski et al³⁷ wiederum differenziert im Bereich der Ultraschallsimulation anhand der Fertigkeiten, welche der Simulator gezielt trainiert.

Er unterscheidet hierbei zwischen „Prozedualen Simulatoren“, „Diagnostischen Simulatoren“ und „Simulierten Patientenbegegnungen“. Alle drei Kategorien dieser Simulatoren fördern die Fertigkeit der Ultraschallbilderstellung und -interpretation und gleichzeitig mit unterschiedlichem Maße den Lerntransfer auf eine klinische Situation.³⁷

In der tiermedizinischen Ausbildung kommen bisher hauptsächlich „Low-Fidelity“- Simulatoren zur Anwendung.³⁸ Viele dieser Simulatoren werden von den Universitäten selbst entwickelt, konstruiert und dann zum Training verwendet.^{23, 39} Auch dass der Markt für tiermedizinische Simulationsmodelle im Vergleich zur Humanmedizin wesentlich kleiner und weniger lukrativ ist,³⁹ trägt zur hohen Verbreitung der „Low- Fidelity“-Simulatoren bei.

2.2. Simulatoren für die transrektale palpatorische Untersuchung 2.2.1. Breed’n Betsy^®

Der Simulator Breed’n Betsy^® wurde 2005 von Brad Pickford in Zusammenarbeit mit der Charles Sturt University (Australien) entwickelt und ermöglicht die transrektale gynäkologische palpatorische Untersuchung des Rindes. Der Simulator Breed’n Betsy^® besteht aus einem Metallgestell, welches das Hinterteil eines Rindes simuliert.

Eine eingebrachte Silikonplatte stellt den Damm mit Anus und Vulva dar. Durch angebrachte Klammern können Rektum und Uteri in verschiedenen Funktionsstadien mit oder ohne Ovarien eingehängt werden. Er kann zu den „Low“- bis „Mid-Fidelity“- Simulatoren gezählt werden.⁴⁰ Der Simulator Breed’n Betsy^® wurde bislang in 33 Länder verkauft⁴¹ und in verschiedenen wissenschaftlichen Studien untersucht.

In einer Studie von Giese et al⁴² wurde der Simulator von Studierenden des 2./3.

Ebenfalls untersuchte Giese et al⁴³ im Jahr 2018 die Auswirkungen der transrektalen Palpation auf verschiedene Stressparameter von Kühen durch Studierende, welche ein Training am Simulator Breed’n Betsy^® erhalten hatten und Studierenden, welche lediglich an einer Vorlesung teilnahmen.

Bossaert et al⁴⁴ verglichen den Einsatz der Breed’n Betsy^® mit dem Training am lebenden Tier bei der transrektalen Palpation durch 17 Studierende. Sie konnten zeigen, dass die Untersuchung am Simulator eine wertvolle Ergänzung zu bisherigen Trainingsmethoden darstellt, die transrektale Palpation am lebenden Tier jedoch nicht ersetzen kann.⁴⁴

Annandale et al⁴⁵ integrierten das Training am Simulator Breed’n Betsy^® in die Lehre der Reproduktion von Studierenden des vierten Jahres der Universität von Pretoria.

Nach verschiedenen Trainingsmodulen an Kadavern, am Simulator Breed’n Betsy^® sowie lebenden Tieren wurden die Fertigkeiten der Studierenden, am lebenden Tier eine Trächtigkeitsuntersuchung im Rahmen eines OSCEs (Objective Structured Clinical Examination) durchzuführen, abgeprüft. Sie konnten nachweisen, dass die im OSCE erzielten Ergebnisse, Voraussagen treffen können über die zukünftige Leistung von Studierenden, Trächtigkeiten am lebenden Tier zu diagnostizieren.⁴⁵

Im Jahr 2020 evaluierten Annandale et al⁴⁶ ein einwöchiges Intensivtraining zur transrektalen palpatorischen Trächtigkeitsbestimmung von Kühen, welches ebenfalls die Übung an den Simulatoren Breed’n Betsy^® und Haptic Cow enthielt. Sie konnten zeigen, dass die Fertigkeit der Studierenden, eine transrektale Palpation sowie die Trächtigkeitsbestimmung durchzuführen, sich deutlich verbesserte.⁴⁶

2.2.2. Haptic Cow

Der Simulator Haptic Cow wurde von Sarah Baillie im Zuge ihrer Doktorarbeit⁴⁷ an der veterinärmedizinischen Universität von Glasgow entwickelt und 2003/2004 von Studierenden evaluiert.⁴⁸ Mit Hilfe des Simulators kann die transrektale gynäkologische Untersuchung des Rindes geübt werden. Eine Funktion zur Kraftrückkopplung der Firma 3D-Systems⁴⁹ ermöglicht dem/der Untersuchenden ein direktes haptisches Feedback und gibt so die Strukturen von Uterus, Ovarien, Becken und weitere Bauchhöhlenorgane palpatorisch wieder.⁵⁰ Der Simulator Haptic Cow gehört damit zu den „High-Fidelity“- Simulatoren⁴⁰ und wurde in verschiedenen Studien eingesetzt.

Der Mehrwert eines Trainings an der Haptic Cow im Vergleich zu traditionellen Lehrmethoden wurde 2005 von Baillie et al⁵¹ erstmalig untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass Studierende, die vorher am Simulator trainiert wurden, bei der nachfolgenden Untersuchung am Tier bessere Ergebnisse erzielten.⁵¹

In einer weiteren 2005 veröffentlichen Studie von Baillie et al⁴⁸ wurden zwei Trainingssitzungen am Simulator mit Studierenden des vierten Studienjahres an der veterinärmedizinischen Universität in Glasgow durchgeführt. Die Studierenden

Literaturübersicht

Im Rahmen von 2009 durchgeführten Untersuchungen zum Peer-assisted-Learning wurde die Haptic Cow ebenfalls eingesetzt.⁵²

Eine ebenfalls im Jahr 2009 entstandene Studie²³ setzte sich mit der Möglichkeit auseinander, Studierenden Wissen über die Anatomie der Bauch- und Beckenhöhle des Rindes mithilfe der Haptic Cow zu vermitteln als Alternative zur Verwendung von Kadavern.²³

Eine automatisierte Version der Haptic Cow ermöglichte Studierenden das selbstständige Lernen ohne Tutor/-in und konnte als erfolgreiche Lehrmethode evaluiert werden.⁵³

Die Haptic Cow wurde 2010 für eine Studie⁵⁴ eingesetzt, deren Ziel die transrektale, palpatorische Untersuchung des Rindes im Kontext einer realen Bauernhof-Situation war. Es konnte gezeigt werden, dass Studierende diese kontextualisierte Simulation als wertvolle Ergänzung zu klinischen Fällen empfanden.⁵⁴

2.2.3. Bovine Theriogenology Model

Das Bovine Theriogenology Model wird von der Firma Veterinary Simulator Industries (VSI) aus Kanada weltweit vertrieben. Es handelt sich dabei um den hinteren Anteil eines Hereford-Rindes aus modelliertem Fiberglas. Durch das Rektum können der Uterus mit Ovarien in verschiedenen Zyklusständen sowie verschiedene Trächtigkeitsstadien palpatorisch untersucht werden.⁵⁵ Studien zum Bovine Theriogenology Model sind der Autorin derzeit nicht bekannt.

2.3. Ultraschall 2.3.1. Definitionen Ultraschall

Akustische Wellen mit Frequenzen oberhalb des Hörbereiches werden als Ultraschall bezeichnet.⁵⁶ Ultraschall entsteht durch die Umwandlung von elektrischen Wechselspannungen in mechanische Schwingungen. Als elektro-akustische Wandler werden hierbei unter anderem Piezokristalle eingesetzt. Diese ändern je nach Höhe der elektrischen Spannung ihre Dicke.⁵⁷ Ultraschall breitet sich als mechanische Welle im Raum aus. Die Anzahl an Schwingungen pro Zeiteinheit wird als Frequenz bezeichnet und in der Einheit Hertz (Hz) gemessen.⁵⁸ Die bei der diagnostischen Ultraschalluntersuchung eingesetzten Schallfrequenzen liegen typischerweise bei zwei bis 20 MHz.⁷

Dichte (p)

Die Dichte ist als das Verhältnis von Masse (𝑚) zum Volumen (𝑉) eines Körpers definiert. Die Dichte eines Gewebes ist abhängig von seinen Anteilen an Bindegewebe, Fett oder mineralischen Anteilen (s. Tab. 1).⁷

Frequenz

Die Frequenz (𝑓) ist definiert als die Anzahl an wiederholten Wellen pro Sekunde. Je nach zu untersuchendem Gewebe kann der/die Untersuchende die Frequenz

zu untersuchende Gewebe eindringen. Im gleichen Zuge verringert sich jedoch auch das Auflösungsvermögen des Ultraschallbildes. Je höher die Frequenz, desto besser ist die Qualität des Ultraschallbildes, gleichzeitig ist die Eindringtiefe gering.¹¹

Schallgeschwindigkeit (v)

Die Schallgeschwindigkeit wird durch die Frequenz und die Wellenlänge (𝜆) des Ultraschalls definiert.⁵⁸ Sie wird in der Einheit m/s gemessen. Weichteilgewebe weist eine Schallgeschwindigkeit von ungefähr 1540 m/s auf (s. Tab. 1).

Impedanz/ Schallwiderstand

Die Ausbreitung von Ultraschallwellen wird bei der Ausbreitung durch Widerstände behindert. Das Maß für diesen Widerstand wird akustische Impedanz (𝑍) genannt. Die Impedanz wird durch die Dichte (𝑝) und die Schallgeschwindigkeit (𝑣) eines Organs bestimmt:⁵⁷

𝑍 = 𝑣 × 𝑝.

Medium Massendichte 𝑝 (kg/m³)

Longitudinale Schallgeschwindigkeit 𝑣

(m/s)

Akustische Impedanz 𝑍 (10⁶ Pa·s/m)

Wasser (20°C) 998,2 1482 1,48

Leber 1050 1578 1,66

Haut 1100 1537 1,69

Knochen 1990 3526 7,02

Fett - 1450 1,38

Tab. 1: Dichte, Schallgeschwindigkeit und Impedanz verschiedener menschlicher Organsysteme^{2, 3}

Literaturübersicht

2.3.2. Funktionsweise von Ultraschall

Ultraschallwellen werden durch an Wechselspannung angelegte elektroakustische Wandler, wie zum Beispiel Piezokristalle, erzeugt. Durch die Wechselspannung verändern die Piezokristalle periodisch ihre Ausdehnung und emittieren Wellen im nicht hörbaren Bereich. Diese Wellen breiten sich im Raum aus und werden nach Aufprall auf Körperoberflächen absorbiert, gestreut oder reflektiert.⁵⁷ Ob die Schallwellen eine Absorption, Streuung oder Reflektion erfahren, hängt von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Ultraschallfrequenz, den Gewebeeigenschaften und dem Schallwiderstand des Gewebes ab.⁵⁷

Man spricht von Streuung, wenn es zur ungerichteten Umlenkung von Ultraschallstrahlen kommt. Dies passiert zum Beispiel an rauen Oberflächen oder heterogenen Medien.¹¹

Die Absorption ist die Umwandlung von Ultraschallwellen in Wärme, wenn sie auf Gewebe mit hoher Dichte treffen.¹¹

Eine Reflexion entsteht vor allem dann, wenn der Schallwiderstand zweier Medien unterschiedlich groß ist.⁵⁷ Die reflektierten Ultraschallwellen bilden die Grundlage für die sonografischen Untersuchung.¹¹ Die Piezokristalle empfangen die reflektierten Ultraschallwellen und wandeln sie wiederum in ein elektrisches Signal um. Dieses Signal kann dann in ein optisches Bild übersetzt werden.⁷

2.3.3. Ultraschallverfahren

Man kann zwischen verschiedenen Verfahren der Ultraschalldiagnostik unterscheiden.⁵⁷

A-Bildverfahren

Der A-Modus (Englisch „Amplitude“ = Amplitude) wird auch als Impulsechoverfahren bezeichnet⁵⁹ und stellt die Untersuchung von Geweben eindimensional dar.⁵⁷ Auf einem Bildschirm wird hierbei die Intensität des zurückkehrenden Echos an einer Grenzfläche auf der vertikalen Achse als Amplitude in Abhängigkeit von der Eindringtiefe auf der horizontalen Achse dargestellt.⁶⁰

Dieser Modus wurde Mitte der 60er Jahre für die Trächtigkeitsdiagnostik angewendet, wird heutzutage jedoch nur noch selten in der Medizin eingesetzt.⁵⁹

B-Bildverfahren

Der B-Modus (Englisch „Brightness“ = Helligkeit) ist in der Tiermedizin am weitesten verbreitet.⁶⁰ Dabei gibt es sowohl ein- als auch zweidimensionale Verfahren. Bei Beiden werden die in einer Ebene liegenden, reflektierenden Grenzflächen von Gewebe als Punkte unterschiedlicher Graustufen im Bildschirm dargestellt.⁵⁹ Je stärker die Intensität des Echos, desto heller der Punkt.⁶⁰

Zu den eindimensionalen Bildverfahren gehört das T-M-Verfahren oder auch nur M- Verfahren genannt (Englisch „Time“ = Zeit; „Motion“ = Bewegung). Auf der vertikalen Achse werden hierbei zeitliche Form- oder Lageänderungen eines Organs dargestellt, während die horizontale Achse die getroffenen Grenzflächen abbildet.⁵⁹ Dieses Verfahren hat sich bei der Beurteilung von Herzklappenveränderungen⁵⁸ bewährt und wird vor allem in der Kardiologie genutzt.⁵⁹

Das Compound-Verfahren sowie die Real-Time-Sonografie zählen zu den zweidimensionalen B-Bildverfahren.⁵⁹

Compound-Verfahren

Beim Compound-Verfahren (Englisch „Compound“ = Zusammensetzen) werden viele eindimensionale Echogramme zu einem zweidimensionalen Ultraschallbild zusammengesetzt. Es entstehen hierbei gut beurteilbare Bilder in Bezug auf die Abbildungsgröße und Auflösung, jedoch benötigt dieses System eine lange Ladezeit für die Aufzeichnung. Das Compound-Verfahren besitzt heutzutage keine Bedeutung mehr in der tiermedizinischen Diagnostik.⁵⁹

Real-Time-Verfahren

Das Real-Time-Verfahren (Englisch „Real-Time“ = Echtzeit) erhielt seinen Namen, da aufgrund einer Verkürzung der Bildaufbauzeit über 50 Bilder pro Sekunde gezeigt werden können. Mit Hilfe des Real-Time-Verfahrens entsteht ein bewegtes, zweidimensionales Graustufenbild der Organe im Querschnitt.⁵⁶ Die reflektierten Ultraschallwellen stellen sich je nach Gewebeart als schwarze (Flüssigkeiten), dunkelgraue (Ultraschall durchlässiges Gewebe) oder hellgraue (dichtes Gewebe) Bildpunkte im Ultraschallbild dar. Die Position des Bildpunktes hängt dabei vom Zeitraum zwischen Aussenden der Ultraschallwelle und Empfang des Echos ab.¹¹ Je größer der Zeitraum zwischen Aussenden und Empfangen des Ultraschallechos, desto weiter unten wird der Bildpunkt auf dem Bildschirm angezeigt.¹¹ Nach Poulsen- Nautrup⁵⁹ stellt das Real-Time-Verfahren die Methode der Wahl in der heutigen Diagnostik dar.

Doppler-Verfahren

Mit Hilfe dieses Verfahrens können bewegte Strukturen im Ultraschallbild untersucht werden. Das Doppler-Verfahren beruht auf dem gleichnamigen Effekt, bei dem es zu einer Änderung der Frequenz von Ultraschallwellen kommt, wenn diese von bewegten Strukturen zurückgeworfen werden. Hierbei kann man Rückschlüsse auf die Fließgeschwindigkeit und weitere Fließeigenschaften ziehen.⁷ Mit Hilfe eines Farbdopplers können fließende Strukturen farbig im Ultraschallbild dargestellt werden.⁵⁸

2.3.4. Ultraschallgeräte und Ultraschallsonden

Für die zweidimensionale Real-Time-Sonografie sind viele verschiedene Ultraschallgeräte abhängig von Hersteller, Preis- und Nutzungsklassen sowie mit unterschiedlicher Leistung auf dem Markt.⁵⁹ Es lassen sich dabei tragbare, transportable sowie stationäre Geräte unterscheiden.⁵⁹ Der Einsatz dieser Geräte variiert je nach Tierart und gewählter Untersuchung.⁶¹ Ebenso können unterschiedliche Ultraschallsonden von der/dem Untersuchenden genutzt werden.

Diese unterscheiden sich in ihrer Form und Bilddarstellung und müssen entsprechend der geplanten Untersuchung ausgewählt werden.

Literaturübersicht

Linearschallkopf

Die Piezokristalle im Linearschallkopf liegen in einer Ebene nebeneinander, sodass ein rechteckiges Ultraschallbild entsteht.⁵⁶ Sie vermitteln somit schon im Nahbereich ein breites, gut interpretierbares Bild. Es hat sich herausgestellt, dass diese Art des Schallkopfes für die Untersuchung des Rindes sehr geeignet ist.⁷

Sektorschallkopf

Der Sektorschallkopf hat eine kleine Auflagefläche auf der Haut, deshalb lassen sich hiermit auch Bereiche mit kleiner Eintrittspforte, wie die Interkostalräume untersuchen.⁷ Das Ultraschallbild hat ein dreieckiges bis schmal-trapezförmiges Format, welches an schallkopffernen Arealen stark divergiert.⁵⁹ Durch diese Form des Ultraschallbildes können oberflächig liegende Strukturen weniger gut dargestellt werden.⁷

Konvexschallkopf

Ähnlich dem Linearschallkopf sind die Piezokristalle im Konvexschallkopf nebeneinander, hier jedoch bogenförmig konvex angeordnet.⁷ Er erzeugt somit ein breit-trapezförmiges Bild⁵⁹ und ist für die Untersuchung von Thorax und Abdomen des Rindes gut geeignet.⁷

2.3.5. Einstellungen des Ultraschallgerätes

Der/die Untersuchende kann verschiedene Einstellungen am Ultraschallgerät vornehmen, um die Qualität des Bildes anzupassen und zu steuern (Preprocessing).⁵⁹ Hauptziel der Einstellungen eines Ultraschallbildes ist es, eine gleichmäßige Bildhelligkeit im Nah- und Fernbereich zu erzeugen.⁵⁶ Viele Ultraschallgeräte sind mit linearen oder logarithmischen Voreinstellungen ausgestattet,⁵⁶ um die Nutzung für den/die Untersuchenden zu erleichtern.

Frequenz

Die Frequenz ist abhängig von der eingesetzten Sonde und kann nicht oder nur teilweise manuell durch den/die Untersuchende eingestellt werden.⁵⁶ Die Frequenz bedingt das Auflösungsvermögen des Ultraschallbildes. Hochfrequente Ultraschallköpfe führen dabei zu einer hohen Auflösung, niedrige Frequenzen zu einer hohen Eindringtiefe.⁵⁹ Bei der transrektale gynäkologische sonografische Untersuchung des Rindes werden Frequenzen von 5 - 7,5 MHz eingesetzt.⁶¹

Leistung

Durch die Erhöhung der Leistung wird die Amplitude der ausgesendeten Ultraschallwellen größer und damit auch ein Echo mit höherer Intensität von reflektierendem Grenzgewebe zurückgeworfen.⁵⁶ 45 - 75% von maximal 100 mW/cm² Ultraschallintensität reichen bei niedrigen Frequenzen aus, um einen gut schallbaren Patienten (Hund, Katze) zu untersuchen.⁵⁹

Gesamtverstärkung (Gain) und zeitabhängige Verstärkung (Time Compensated Gain)

Mit Hilfe der Gesamtverstärkung ist eine gleichmäßige Verstärkung der zurückkehrenden Echos aus allen Gewebetiefen möglich.⁵⁹ Hierdurch wird das Ultraschallbild insgesamt heller.

Durch die zeitabhängige Verstärkung (TCG = englisch Time Compensated Gain = zeitabhängige Verstärkung) lassen sich an modernen Geräten mit Hilfe von in Reihen angeordneten Schiebeschalter, beliebige zu untersuchende Areale im Ultraschallbild manuell einstellen.⁵⁶

2.3.6. Bildbeschreibung und Interpretation

Um ein Ultraschallbild korrekt beschreiben und interpretieren zu können, sind umfassende Kenntnisse der physiologischen und pathologischen Anatomie nötig.⁵⁶ Häufig hängt der Erfolg der Ultraschalluntersuchung von der Erfahrung des/der Untersuchenden ab.⁷ Der/die Untersuchende sollte sich vor Untersuchungsbeginn bewusst sein, dass am oberen Bildschirmrand schallkopfnahe Bereiche liegen und am unteren Rand des Bildschirmes tiefer liegende Strukturen gezeigt werden.⁵⁶ Während der Ultraschalluntersuchung werden Organbefunde nach Kriterien wie Lage, Größe, Form, und Abgrenzbarkeit des Organs erhoben.⁷ Des Weiteren ist die Beschreibung der Echogenität⁷ oder der Echointensität, sowie der Abschwächung und der Textur des Gewebes durchzuführen.⁵⁶ Als Echogenität wird die physikalische Eigenschaft bezeichnet, welche beschreibt, wie ein Gewebe mit Ultraschallwellen interagiert.⁶² Sie steht immer in Relation zum umgebenden, gesunden Gewebe und wird unter anderem von der Schallfrequenz beeinflusst.⁷ Strukturen, welche ankommende Ultraschallwellen stark reflektieren sind von hoher Echogenität und werden als hyperechogen bezeichnet.⁵⁶ Diese stellen sich - wie in Tabelle 2 zu sehen - als hellgraue Bildpunkte dar. Während Bereiche mit geringer Echogenität als hypoechogen definiert werden und sich dunkelgrau im Ultraschallbild abbilden. Von anechogenen Strukturen spricht man, wenn diese kein Echo wiedergeben.⁵⁶

In Tabelle 2 ist die Beschreibung sowie Interpretation von Ultraschallbilder anhand von Beispielen erläutert.

Literaturübersicht

Echogenität Darstellung im

Ultraschallbild Beispiel

anechogen / echofrei schwarz

amorphe Gewebe oder Flüssigkeiten wie z.B.

Wasser

hypoechogen / echoarm dunkelgrau zellreiche Flüssigkeiten, Lymphknoten isoechogen / mittelgradig

echogen mittelgrau Leber, Milz

hyperechogen / echoreich hellgrau bis weiß Bindegewebe hyperechogen mit

Schallschatten

weiß mit verlaufendem

schwarzen Anteil Knochen, Lunge Tab. 2: Beschreibung, Interpretation und Beispiele für die Darstellung von Organen im Ultraschallbild, modifiziert nach Braun⁷

2.3.7. Artefakte

Das Ultraschallbild repräsentiert die Interaktion zwischen der Komplexität des Gewebeaufbaus und des Ultraschalls. Aus diesem Zusammenspiel können Artefakte im Ultraschallbild entstehen.⁶³ Man kann zwischen zwei Kategorien von Artefakten unterscheiden: Artefakte, welche auf den/die Untersuchende zurückzuführen sind, wie falsche Einstellungen am Ultraschallgerät oder eine schlechte Patientenvorbereitung oder Artefakte, welche durch die Interaktion mit dem Gewebe zustande kommen.¹¹ Die Kenntnisse über die Entstehung und das Aussehen von Artefakten ist wichtig, um diese nicht mit physiologischen oder pathologischen Strukturen zu verwechseln.⁶³ Schallschatten (Acoustic Shadowing)

Distal von Geweben, welche die Schallwellen stark reflektieren, entstehen sogenannte Schallschatten. Diese stellen sich als echofreie Areale dar und sind beispielsweise hinter Knochen oder stark mineralisierten Geweben zu finden.⁷

Randschatten (Edge Shadowing)

Randschatten entstehen, wenn es zur Brechung¹¹ oder Streuung⁷ der Ultraschallwellen an gekrümmten Oberflächen kommt. Diese werden nicht reflektiert und ergeben somit einen divergierenden, meist inkompletten Schallschatten.⁵⁹

Schallverstärkung (Distal Acoustic Enhancement)

Die Schallverstärkung ist gekennzeichnet durch eine Vergrößerung der Amplitude des Echos (echoreicher) distal einer echoarmen Struktur.¹¹ Das Gewebe distal des echoarmen Gewebes wird deutlicher dargestellt⁵⁹ und kann beispielsweise zur Identifikation von Zysten eingesetzt werden.¹¹

Wiederholungsartefakt (Reverberation Artifact)

Das Wiederholungsartefakt entsteht durch das wiederholende Reflektieren von Ultraschallwellen zwischen Strukturen mit hoher Dichte und der Ultraschallsonde.¹¹ Sie sind gekennzeichnet durch helle horizontale Streifen mit bandartigen echoarmen Zwischenräumen.⁷ Wiederholungsartefakte können entstehen, wenn die Ultraschallsonde zu wenig Anbindung an die zu untersuchende Struktur hat¹¹ oder bei Gewebe mit Lufteinschlüssen, wie beispielsweise der Lunge.⁷

Schichtdickenartefakte (Slide thickness)

Schichtdickenartefakte treten am Rand flüssigkeitsgefüllter Organe als feiner, unscharf begrenzter Saum von Echos auf.⁵⁹ Dieses Phänomen kann beispielsweise bei der Untersuchung der Gallenblase beobachtet und mit Gallenblasensediment verwechselt werden.¹¹

Bogenartefakte (Side lobes)

Der Ultraschallstrahl setzt sich aus einem Primärstrahl sowie mehreren Sekundärstrahlen zusammen. Werden die Sekundärstrahlen von einer hochreflektierenden Oberfläche zurückgeworfen, werden sie als Teil des Primärstrahles interpretiert.¹¹ Sie zeigen sich als helle, schmale Bogen und können durch Änderungen des Einfallswinkels entfernt werden.⁷

2.4. Durchführung der TSU am Rind

Für die transrektale sonografische gynäkologische Untersuchung des Rindes empfiehlt sich ein mobiles, akkubetriebenes Ultraschallgerät im B-Verfahren mit Rektalsonde, welches Frequenzen von 5 - 7,5 MHz aussenden kann.⁶¹ Zum Schutze des Tieres und des Untersuchenden ist eine adäquate Fixierung des Tieres beispielsweise im Fressfanggitter ratsam.⁶¹ Ein/e neben dem Tier stehende/r Helfer/in kann das Tier an lateralen Bewegungen hindern und den Schwanz des Tieres fixieren, sodass eine ungestörte Untersuchung möglich wird.⁶⁴ Die untersuchende Hand sowie der Arm werden mit einem Rektalhandschuh geschützt. Die Ultraschallsonde kann zum Schutz vor Verschmutzungen in einen mit Gleitgel gefüllten Schlauch⁶³ oder Rektalhandschuh verbracht werden. Das Gleitgel dient als Koppelmedium und verhindert das Entstehen von Ultraschallstörungen durch Lufteinschlüsse.⁶³ Kot im Rektum wird durch die untersuchende Hand entfernt. Danach erfolgt die transrektale palpatorische Untersuchung von Uterus und Ovarien.⁶¹ Es hat sich bewährt, den Uterus vor Beginn der Ultraschalluntersuchung unter der Hand zu versammeln.⁷ Das Einführen der Rektalsonde erfolgt unter manueller Kontrolle, um das Risiko von Verletzungen oder einer Ruptur des Rektums zu minimieren.⁶³ Die Ultraschallsonde wird auf dem Boden des Rektums nach kranial geschoben und dann dorsal auf den versammelten Uterus gelegt.⁷ Jede/r Untersuchende sollte eine systematische Reihenfolge der Untersuchung entwickeln und beispielsweise erst den gesamten Uterus und danach die Ovarien befunden.⁶³ Durch Bewegen der Ultraschallsonde nach lateral können der Uterus sowie die Ovarien dargestellt werden.⁷ Der Uterus kann

Literaturübersicht

Ultraschallsonde.⁶¹ Da schnelle Bewegungen das Ultraschallbild verzerren können, ist die langsame Untersuchung der inneren Genitalien ratsam.⁶¹ Weiterhin kann es durch Kot zwischen Ultraschallsonde und Rektalwand zu Störungen im Ultraschallbild kommen. Dieser kann durch die Finger der untersuchenden Hand von der Ultraschallsonde entfernt werden.⁶³ Je nach Hersteller ist die Übertragung des Ultraschallbildes auf einen Bildschirm oder auf eine Brille mit integrierten Bildschirmen möglich.⁶⁴ Nach abgeschlossener Untersuchung wird die Hand des/der Untersuchenden gleichzeitig mit der Ultraschallsonde aus dem Rektum entfernt.

2.4.1. Darstellung des nicht-graviden Uterus

Der nicht-gravide Uterus ist im Ultraschallbild (s. Abb. 1) deutlich am Umriss der großen Kurvatur, welche sich als schmale hypoechogene Linie zeigt, erkennbar.⁷ Das sonografische Bild des Uterus ändert sich je nach Zyklusstand. Im Östrus ist das Myometrium aufgrund der charakteristischen Ödematisierung und einem hohen Durchblutungsgrad durchsetzt mit anechogenen Zonen.⁶⁴ Das Endometrium ist als hyperechogene, breite Linie und eventuell mit anechogener Flüssigkeitsfüllung zu sehen, während sich im Diöstrus keine Flüssigkeit im Uteruslumen befindet und der Uterus gleichmäßig echogen erscheint.⁶⁴

2.4.2. Darstellung des Ovars mit Funktionskörpern

Der Informationsgehalt, welcher bei der ultraschallgestützten Untersuchung des Ovars und seiner Funktionskörper gewonnen werden kann, übertrifft den der transrektalen Palpation bei Weitem.⁶⁵ Das Bindegewebe des Ovars ist im Ultraschallbild als hellgraues⁶¹ bis graues⁴ Areal zu erkennen.

Follikel stellen sich im Ultraschall, ähnlich anderer flüssigkeitsgefüllter Strukturen, als schwarze Strukturen,⁶¹ welche grob umrandet⁶⁵ sind, dar (s. Abb. 2). Follikel sollten nicht mit den ähnlich aussehenden Hohlkörpern von Gelbkörpern verwechselt werden.

Der Hohlraum von Gelbkörpern ist im Gegensatz zu Follikeln mit einer mäßig echogenen Wand aus Luteingewebe umgeben.^{7, 66}

Abb. 1: Ultraschallbild eines Uterus im Längsschnitt aufgenommen mit einem Easi- Scan:Go-Gerät bei 8 cm Eindringtiefe. (Quelle: Dr. Yasmin Gundelach, Klinik für Rinder, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

Die Morphologie sowie das Aussehen von Gelbkörpern im Ultraschallbild variiert sehr stark. Aufgrund dessen ist das Stellen einer korrekten Diagnose eine Herausforderung.⁶⁴ Das Gewebe des Gelbkörpers ist gegenüber dem Ovargewebe deutlich abgegrenzt und gekennzeichnet durch ein grobkörniges, graustrukturiertes Erscheinungsbild.⁷ Verglichen mit dem Ovarstroma werden Gelbkörper aufgrund der einwandernden Blutgefäße mit der Zeit hypoechogener.⁶⁴ Gelbkörper können solide sein oder einen Hohlraum besitzen.⁴ Der Hohlraum zeichnet sich durch eine zentrale, anechogene Flüssigkeitsansammlung mit einem mehrere Millimeter breitem, echogenen Rand aus⁷ (s. Abb. 3). Durch bindegewebige Einziehungen können Gelbkörper eine zentral gelegene, echogen-hyperechogene Linie aufweisen, welche im typischen Fall dem Aussehen einer Kaffeebohne ähnlich sind.⁶¹

Abb. 2: Ultraschallbild eines Ovars mit zwei unterschiedlich großen Follikeln, aufgenommen mit einem Easi-Scan:Go-Gerät bei 8 cm Eindringtiefe. (Quelle: Dr.

Yasmin Gundelach, Klinik für Rinder, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)

Literaturübersicht

2.4.3. Darstellung von Blutgefäßen

Das Ultraschallbild von Gefäßen ist gekennzeichnet durch eine runde (Querschnitt) oder bandförmige (Längsschnitt), anechogene Struktur mit echogener Wand (s. Abb. 4).⁷ Diese ist bei Venen vergleichsweiße dünn, sodass sie kaum nachweisbar ist. Durch Erhöhung des Druckes der aufgelegten Ultraschallsonde können Gefäße komprimiert werden.⁷

Abb. 3: Ultraschallbild eines Ovars mit Gelbkörper mit zentralem Hohlraum, aufgenommen mit einem Easi-Scan:Go-Gerät bei 8 cm Eindringtiefe. (Quelle: Dr.

Yasmin Gundelach, Klinik für Rinder, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)

Abb. 4:Ultraschallbild der A. uterina, aufgenommen mit einem Easi-Scan:Go-Gerät bei 8 cm Eindringtiefe. (Quelle: Dr. Yasmin Gundelach, Klinik für Rinder, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)

2.4.4. Darstellung der Vesica urinaria

Die Harnblase stellt sich in gefülltem Zustand als echoarmes Hohlorgan dar (s. Abb. 5). Die Wandstärke nimmt mit Erhöhung des Füllungsstandes ab.⁷

2.4.5. Darstellung des Rumens

Der dorsale Blindsack des Pansens (s. Abb. 6) kann bei der transkutanen Ultraschalluntersuchung entlang dem rippenbedeckten Anteil der linken Bauchwand untersucht werden.⁶⁷ Die Wand des Pansens zeigt sich echogen, wobei Wiederholungsechos in der Region der dorsalen Gasblase zu sehen sind. Die ventral davon liegende Ingesta ist durch eine mittlere Echogenität gekennzeichnet, während ventrale Flüssigkeitsanteile hypoechogen erscheinen.⁶⁷

Abb. 5:Ultraschallbild einer Harnblase im Längsschnitt aufgenommen mit einem Easi-Scan:Go-Gerät bei 8 cm Eindringtiefe. (Quelle: Dr. Yasmin Gundelach, Klinik für Rinder, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover)

Literaturübersicht

2.5. Ultraschallsimulatoren in der Humanmedizin

Die Lehre mithilfe von Simulatoren ist an den deutschen humanmedizinischen Fakultäten weit verbreitet. Rund 75 % der deutschen humanmedizinischen Universitäten waren 2008 mit einem Skills Lab ausgestattet.²⁸

Ultraschallsimulatoren finden in der humanmedizinischen Ausbildung ein weites Einsatzgebiet. Die Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2018 konnte zeigen, dass 83 % der Mitglieder/-innen des American College of Emergency Physicians Ultrasound Section (n = 151) Ultraschallgeräte besitzen und 45 % sowohl „Low-Fidelity“- als auch „High- Fidelity“-Ultraschallsimulatoren zur Verfügung haben.⁶⁸ Es werden Simulatoren zum Erlernen der abdominalen,^{69, 70} cardialen⁷¹ bis hin zur transrektalen,⁷² sonografischen Untersuchung eingesetzt.

Derzeit kann man zwischen drei unterschiedlichen Arten von Ultraschallsimulatoren unterscheiden. Zum einen gibt es Simulatoren, welche aus ultraschallleitenden Materialien aufgebaut sind.^{73, 74} Diese haben den Vorteil, widerstandsfähig zu sein, gleichzeitig können sie nur sehr einfach aufgebaute Strukturen wiedergeben und besitzen das Risiko von materialbedingten Artefakten.

Weiterhin gibt es „High-Fidelity“-Simulatoren, deren Schwerpunkt die korrekte Darstellung des Ultraschallbildes ist. Sie bestehen meist aus einer Patientenattrappe, welche mithilfe eines Ortungssystems an der nachgebildeten Ultraschallsonde untersucht werden kann. Durch eine Software werden auf dem Bildschirm, der Position der Ultraschallsonde entsprechende Ultraschallbilder aus echtem Patientenmaterial gezeigt.^{69, 75} Der Nachteil besteht darin, dass die Menge an Bild- und Videomaterial begrenzt ist. Außerdem fehlen sonografischen Standbildern Informationen, sodass dies die korrekte Diagnosestellung erschweren kann.⁷⁶

Da auch diese Art der Simulatoren nicht alle Möglichkeiten der physiologischen und pathologischen Ausprägungen von Befunden im Ultraschallbild darstellen kann, wurde dazu übergegangen, Ultraschallbilder mit Softwareprogrammen zu simulieren. Die dabei am häufigsten genutzte Open-Source-Software ist Field II. Weitere Programme sind UltraSim, sowie die Wave-Programme von CyberLogic. Mit Hilfe dieser Programme können Ultraschallbilder mit verschiedenen Einschränkungen simuliert werden. Zu diesen Einschränkungen gehören der Verkauf der Programme über Jahreslizenzen (Wave-Programme), lange Ladezeiten (Field II) und ein hoher technischer Aufwand (UltraSim).⁷⁷ Lösungsansätze der genannten Probleme wurden in verschiedenen Forschungsarbeiten bearbeitet.^{71, 77}

Die Kosten von „High-Fidelity“-Simulatoren werden auf Summen zwischen 30.000 $ bis 250.000 $ pro Simulator geschätzt.⁷⁸ Ausgewählte Ultraschallsimulatoren kosten zwischen 999 $ bis 3.799 $⁷⁹ oder werden nach Hage et al⁸⁰ für bis zu 40.000 $ angeboten. Diese hohen Anschaffungskosten sind häufig ein Faktor, sich gegen den Kauf eines Simulators zu entscheiden.³⁴ Gleichzeitig sind sie auch Anreiz dafür, Simulatoren nach dem „Low-Budget“-Prinzip selbst zu erstellen.⁸¹ Dies gilt sowohl für die aus Materialien erstellten Simulatoren, welche beispielsweise aus Gelatine,^{79, 82} Ballistikgel⁸³ oder Kadavern^84-86 hergestellt werden können, aber auch für digitale Ultraschallsimulatoren.⁸⁷

2.6. Ultraschallsimulatoren in der Veterinärmedizin

Im Bereich der tiermedizinischen Lehre und Ausbildung werden im Vergleich zur humanmedizinischen Lehre weniger kommerzielle Simulatoren angeboten. Aufgrund

entwickelt.³⁹ Im Weiteren werden einige Beispiele für bestehende Ultraschallsimulatoren in der Veterinärmedizin vorgestellt.

In das von Brad Pickford (Australien) entwickelte „Water Rektum“ des Simulators Breed’n Betsy^® können die weiblichen Geschlechtsorgane (Uterus, Ovarien) von lebenden Tieren eingehängt und per Ultraschall untersucht werden.⁴¹

In einer weiteren Studie⁸⁰ wurde ein kostengünstiger Simulator zur ultraschallgestützten Perikardzentese, bestehend aus Gelatine sowie Hühnerherzen, entwickelt und evaluiert.

Aus Rinderlebern und handelsüblicher Traubengelatine wurde ein Simulator zur sonografischen perkutanen Biopsie unter Verwendung einer Tru-Cut-Nadel konstruiert und von Studierenden bewertet.⁸¹

Von Beraldo et al⁸⁸ wurde ein Simulator zur Identifizierung röntgenologisch nicht darstellbarer, aber in der sonografischen Untersuchung auffindbarer Strukturen im Rahmen einer Fremdkörpererkrankung von Tieren entwickelt. Dabei wurden verschiedene, den Fremdkörper simulierende Materialien wie Eisstiele, Spielzeugbälle oder Socke in Gelatine getaucht und von Studierenden mit Hilfe eines Fragebogens evaluiert.⁸⁸

Um die sonografische intraartikuläre Injektion in Gelenke der Halswirbelsäule eines Pferdes zu simulieren, wurden in einer weiteren Forschungsarbeit sechs verschiedene 3D-Druckmodelle erstellt und im Wasserbad mit der sezierten Halswirbelsäule eines Pferdes verglichen.⁸⁹

In einer Untersuchung⁹⁰ zur transrektalen gynäkologischen Untersuchung des Pferdes per Ultraschall wurde der kommerziell erhältliche Simulator Breed´n Bonny^® (Brad Pickford, Australien) eingesetzt. Da dieser jedoch für die palpatorische Untersuchung konstruiert wurde, konnten die gynäkologischen Organe sonografisch nur eingeschränkt und ohne entsprechende Details dargestellt werden.

In einer 2015 veröffentlichten Dissertation⁹¹ wurden 3D-Ultraschall-Datensätzen von Herzen gesunder Katzen erstellt und bearbeitet. Zur Untersuchung der entstandenen Ultraschalldatensätze wurde ein Katzenmodell entwickelt, an welchem die Echokardiographie simuliert werden konnte.

Literaturübersicht

2.7. Vermittlung der Fertigkeit einer TSU des Rindes

Um eine ultraschallgestützte gynäkologische Untersuchung des Rindes durchführen zu können, benötigt der/die Untersuchende Kenntnisse über den Ablauf der transrektalen Palpation ebenso wie Wissen über die Handhabung des Ultraschallgerätes und die Interpretation von Ultraschallbildern.

Schon die Vermittlung der Fertigkeiten der transrektalen Palpation stellt die Lehrenden meist vor Herausforderungen. Nach Bossaert et al⁴⁴ sind mindestens 200 Untersuchungen am lebenden Tier notwendig, um eine transrektale Palpation einheitlich durchführen zu können. Nagel et al⁹⁰ zeigte, dass wiederholtes Training am Simulator ähnlich effektiv ist, wie die gleiche Anzahl an Übungen am lebenden Tier.

Die Möglichkeit, die transrektale Palpation an lebenden Tieren zu üben, ist jedoch aufgrund strengerer gesetzlicher Anforderungen, kritischen Einsprüchen von Tierschützern ¹⁶ sowie einer verhältnismäßig hohen Anzahl an Studierenden im Vergleich mit den zur Verfügung stehenden Übungstieren⁹² begrenzt. Die Anzahl der landwirtschaftlichen Betriebe mit Kuhhaltung ist aufgrund wirtschaftlicher Herausforderungen seit 1975 bis heute gesunken,⁹³ wenn gleich die Anzahl der Kühe pro Betrieb gestiegen ist.⁹⁴

Weiterhin sind die Möglichkeiten der Lehrenden, die transrektale Palpation anschaulich zu erklären, begrenzt. Sowohl die Demonstration, Hilfestellung sowie eventuelle Korrekturmaßnahmen von Studierenden durch Lehrende sind am lebenden Tier kaum möglich.^{40, 53} Durch Zuhilfenahme von organischem Tiermaterial oder anatomischen Präparaten, sowie im besten Fall eines Simulators, kann die gynäkologische palpatorische Untersuchung jedoch demonstriert werden.⁴⁰

Gleichzeitig sind Kenntnisse über die Anatomie der Bauch- und Beckenhöhle, die Physiologie der Reproduktionsorgane, die Ultraschallbildgebung und -interpretation sowie den Umgang und der Bedienung des Ultraschallgerätes notwendig, um eine transrektale sonografische Untersuchung des Rindes durchführen zu können.1, 7, 56, 63

Olszynski et al³⁷ beschrieben weiterhin, dass für die Durchführung der diagnostischen Ultraschalluntersuchung zuerst einmal Kenntnisse über die Indikation und die damit verbundenen Gründe für die Anwendung der Untersuchung vorhanden sein müssen.

Des Weiteren muss die untersuchende Person Fertigkeiten zur Erstellung von Ultraschallbildern besitzen und die erhobenen Befunde in das klinische Gesamtbild des Patienten integrieren können.³⁷

Herausfordernd bei der Vermittlung dieser Kenntnisse ist, dass Studierende das Erlernen der sonografischen Untersuchung sowie die Interpretation von Ultraschallbildern als hohe kognitive Beanspruchung empfinden.¹³ Gleichzeitig fällt es Lernenden häufig schwer, sich die Umwandlung eines 3D-Organes in ein 2D- Ultraschallbild vorzustellen.⁹⁵ Auch ein wiederholtes Training der Untersuchung an lebenden Tieren führt nach Nagel et al⁹⁰ nicht zu adäquaten Trainingsergebnissen in Bezug auf die Fertigkeit, eine vollständige sonografische Untersuchung des Uterus und der Ovarien beim Pferd durchzuführen. Um eine einfache Point-of-Care- Ultraschalluntersuchung durchführen zu können, braucht es mehr als 100 Untersuchungen.³⁷ Mit Point-of-Care-Ultraschall (POCUS) wird die zielgerichtete Ultraschalluntersuchung in der Notfallmedizin bezeichnet, welche zu einer möglichst schnellen Diagnosestellung und damit auch Therapieentscheidung führt.⁹⁶

Aufgrund dieser Schwierigkeiten müssen Lehrende geeignete Lehrmethoden zur Vermittlung von Ultraschalltechniken finden. Ihnen stehen didaktische Möglichkeiten wie Vorlesungen, Lesematerial, Lehrvideos sowie die Übungen mit lebenden Tieren zur Verfügung.⁹⁷ Olyzynski et al³⁷ beschreiben zusammenfassend, wie die am

besteht in den meisten Ländern aus einer Einführung, einem Zeitraum in dem die Fertigkeit praktisch geübt werden kann, um diese dann in klinischer Umgebung zu verbessern und beispielsweise mittels Logbuches zu dokumentieren.³⁷

Eine Studie von Scallan et al⁹⁸ verglich die Leistungen von veterinärmedizinischen Studierenden, welche an Kursen mit drei unterschiedlichen Lehrmethoden zum Thema Ultraschall-„Knobology“ und der Interpretation von Ultraschallbildern teilnahmen.

Knobology bedeutet so viel wie „die Funktionalität der Bedienelemente eines Gerätes, soweit sie für die Anwendung relevant ist“, zu verstehen.⁹⁹ Studierende, welche im Kurs für selbstgesteuertes und aktives Lernen teilnahmen, schnitten sowohl im direkt nach dem Kurs folgenden sowie im sechs Wochen später stattfindenden Test signifikant besser ab als Teilnehmer/-innen der Gruppen, in denen es eine persönliche Demonstration durch einen Ausbilder/-in gab oder welche an einem Online- Unterrichtsmodul teilgenommen hatten.⁹⁸ Als effektivste Lehrmethode erscheinen Kleingruppenformate, welche anhand von Videos und praktischen Übungen unterrichtet werden.³⁸

Als Ergänzung zu Übungen an lebenden Tieren kann der Einsatz von Ultraschallsimulatoren in der tiermedizinischen Lehre geeignet sein.^{88, 90} Studierende können von der Nutzung simulationsbasierter Technologien im Hinblick auf die Point- of-Care-Ultraschalluntersuchung profitieren.³⁸

2.8. Selbstwirksamkeit

Der Begriff der Selbstwirksamkeit (SWK) wurde erstmalig von Albert Bandura in den 1970er Jahren angewendet. Frei übersetzt definiert er die bewusste Selbstwirksamkeit als „den Glauben an die eigene Fähigkeit, die notwendigen Handlungen so zu planen und auszuführen, dass künftige Situationen gemeistert werden können.¹⁰⁰“ Diese Definition betont die subjektive Einschätzungen einer Person, gewisse Kompetenzen zu besitzen, um eine komplexe Aufgabe zu bewältigen oder ein anspruchsvolles Ziel zu erreichen.¹⁰⁰ Bandura geht davon aus, dass emotionale, motivationale sowie kognitive Prozesse durch subjektive Überzeugungen, Einschätzungen und Erwartungen gesteuert werden. Das Konzept der Selbstwirksamkeit beruht auf drei Hauptbereichen: Überzeugungen, Fähigkeiten und Zielen. Diese sind eng miteinander verbunden und bedingen sich gegenseitig.¹⁰⁰ Die Überzeugungen über die eigene Wirksamkeit, auch als Erwartungen oder Urteile bezeichnet, nehmen dabei eine Schlüsselposition ein und werden von Bandura als Spielemacher (Pivot) bezeichnet.¹⁰¹ Zu den Fähigkeiten zählen sowohl Überlegungen als auch physische Fertigkeiten, ein Problem anzugehen. Hauptinformationsquellen für die Einschätzung der eigenen Fähigkeiten sind persönliche Erfolgserlebnisse, stellvertretende Erfahrungen, mündliche Überzeugung sowie physiologische und affektive Zustände.¹⁰² Die Ziele sind in Banduras Theorie vielfältig.¹⁰⁰ Sie alle sorgen jedoch durch „die erwartete Befriedigung bei erwünschter Leistung und die erwartete Unzufriedenheit bei ungenügender Leistung für den Anreiz, sich anzustrengen.¹⁰³“ Die Anwendung des Konzepts der Selbstwirksamkeit wurde bereits durch mehr als 500 wissenschaftliche Veröffentlichungen dokumentiert.¹⁰⁴

Literaturübersicht

höheren Anstieg des Selbstvertrauens von Studierenden kam, welche an den Simulatoren trainiert hatten. Es gibt jedoch auch Studien,¹⁰⁹ die keine Unterschiede in der Einschätzung der Selbstwirksamkeit im Vergleich verschiedener Lehrmethoden aufzeigen. Eine Übersichtsarbeit¹¹⁰ aus dem Jahr 2018, die sich mit Selbstwirksamkeitsforschung von Medizinstudierenden auseinandersetzte, zeigte, dass es weltweit zu einem Anstieg an Forschungsarbeiten in diesem Bereich kam.

Allerdings bemängeln sie Probleme in der konzeptuellen Klarheit und Messtreue und stellen fünf Regeln für die zukünftige Durchführung für Studien dieser Art vor.¹¹⁰ Gleichfalls benötigt es weitere Forschung für den Nachweis, ob Übungen an „High- Fidelity“-Simulatoren in der Medizin zu einer höhere Selbstwirksamkeit führen und dementsprechend nachfolgende Behandlungen am lebenden Patienten besser durchgeführt werden können.¹¹¹

Mit der vorliegenden Arbeit soll die Trainingsmöglichkeit für Studierende, eine transrektale sonografische Untersuchung des Rindes mittels Simulator zu erlernen, entwickelt und geprüft werden. Der Einsatz des Simulators soll durch verschiedene Versuchsgruppen evaluiert werden, wobei Daten zur objektiven Leistung und Selbstwirksamkeit erhoben und subjektive Einschätzungen bezüglich des Simulators von den Studienteilnehmern/-innen ermittelt werden sollen.

3 Material und Methoden

3.1. Datenschutzerklärung und Tierversuchsgenehmigung

Vor Durchführung der ersten Datenerhebung erteilten der Datenschutzbeauftragte und die Promotionskommission der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover ihre Einwilligung für das geplante Projekt. Die ermittelten Daten wurden im Einklang mit der Datenschutzgrundverordnung verarbeitet (Art. 6 I 1 lit. e i.V.m. 89 DSGVO, § 13 NDSG) und anonymisiert (Art. 6 I 1 lit. e i.V.m. 89 DSGVO, § 3 I 1 Nr. 1 NHG, § 13 NDSG).

Alle Tierversuche im Rahmen der Aus-, Fort- und Weiterbildung wurden vom Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES) genehmigt (AZ: 17A237; 16A014).

3.2. Zielsetzung

Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit bestand zum einen in der Entwicklung eines Simulators für die transrektale gynäkologische sonografische Untersuchung des Rindes sowie in der Evaluierung dieses Simulators von Studierenden der Tiermedizin und Tierärzten/-innen an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover zur Einschätzung seiner zukünftigen Nutzung in der Lehre. Hierbei lag der Fokus auf der Bewertung der palpatorischen Eigenschaften des Simulators im Vergleich zum kommerziell erhältlichen Simulator Breed’n Betsy^® sowie auf der Beurteilung seiner sonografischen Eigenschaften.

Auf Basis des Tierschutzgesetzes, welches aussagt, dass Tierversuche im Rahmen der Aus-, Fort- und Weiterbildung an Hochschulen zwar durchgeführt werden dürfen, aber die hierbei entstehenden Schmerzen, Leiden und Schäden der Tiere auf ein unerlässliches Maß zu beschränken sind ¹¹², sollte bei der Konstruktion möglichst auf tierische Organe sowie Kadaver verzichtet und andere synthetische Materialien bevorzugt eingesetzt werden.

Die für die Konstruktion des Simulators genutzten Materialien sollten die Gegebenheiten des lebenden Tieres bei der palpatorischen und auch sonografischen Untersuchung möglichst realitätsnah wiedergeben.

Bei der transrektalen gynäkologischen Untersuchung des Rindes werden Befunde an Uterus und Ovarien mit Funktionskörpern erhoben, sodass die Nachbildung dieser beiden Organe erforderlich war. Im Vergleich zum kommerziell erhältlichen Simulator Breed’n Betsy^® sollte der entstandene Simulator jedoch über weitere Organe der Bauch- und Beckenhöhle verfügen und somit einen komplexeren Untersuchungseindruck ermöglichen. Die Differenzierung von Organen im Ultraschallbild ist für Studierende häufig schwierig, aufgrund dessen sollten die entstandenen Organe auch für die sonografische Untersuchung geeignet sein.

Um eine zukünftige Nutzung des Simulators in der Lehre zu gewährleisten, sollte er kostengünstig sein sowie über eine einfache Bedienung, Wartung und lange Haltbarkeit verfügen.