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Virtual reality simulation training for health professions trainees in gastrointestinal endoscopy

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Authors


Abstract

Background

Traditionally, training in gastrointestinal endoscopy has been based upon an apprenticeship model, with novice endoscopists learning basic skills under the supervision of experienced preceptors in the clinical setting. Over the last two decades, however, the growing awareness of the need for patient safety has brought the issue of simulation-based training to the forefront. While the use of simulation-based training may have important educational and societal advantages, the effectiveness of virtual reality gastrointestinal endoscopy simulators has yet to be clearly demonstrated.

Objectives

To determine whether virtual reality simulation training can supplement and/or replace early conventional endoscopy training (apprenticeship model) in diagnostic oesophagogastroduodenoscopy, colonoscopy and/or sigmoidoscopy for health professions trainees with limited or no prior endoscopic experience.

Search methods

Health professions, educational and computer databases were searched until November 2011 including The Cochrane Central Register of Controlled Trials, MEDLINE, EMBASE, Scopus, Web of Science, Biosis Previews, CINAHL, Allied and Complementary Medicine Database, ERIC, Education Full Text, CBCA Education, Career and Technical Education @ Scholars Portal, Education Abstracts @ Scholars Portal, Expanded Academic ASAP @ Scholars Portal, ACM Digital Library, IEEE Xplore, Abstracts in New Technologies and Engineering and Computer & Information Systems Abstracts. The grey literature until November 2011 was also searched.

Selection criteria

Randomised and quasi-randomised clinical trials comparing virtual reality endoscopy (oesophagogastroduodenoscopy, colonoscopy and sigmoidoscopy) simulation training versus any other method of endoscopy training including conventional patient-based training, in-job training, training using another form of endoscopy simulation (e.g. low-fidelity simulator), or no training (however defined by authors) were included.  Trials comparing one method of virtual reality training versus another method of virtual reality training (e.g. comparison of two different virtual reality simulators) were also included. Only trials measuring outcomes on humans in the clinical setting (as opposed to animals or simulators) were included.

Data collection and analysis

Two authors (CMS, MES) independently assessed the eligibility and methodological quality of trials, and extracted data on the trial characteristics and outcomes. Due to significant clinical and methodological heterogeneity it was not possible to pool study data in order to perform a meta-analysis. Where data were available for each continuous outcome we calculated standardized mean difference with 95% confidence intervals based on intention-to-treat analysis. Where data were available for dichotomous outcomes we calculated relative risk with 95% confidence intervals based on intention-to-treat-analysis.

Main results

Thirteen trials, with 278 participants, met the inclusion criteria. Four trials compared simulation-based training with conventional patient-based endoscopy training (apprenticeship model) whereas nine trials compared simulation-based training with no training. Only three trials were at low risk of bias. Simulation-based training, as compared with no training, generally appears to provide participants with some advantage over their untrained peers as measured by composite score of competency, independent procedure completion, performance time, independent insertion depth, overall rating of performance or competency error rate and mucosal visualization. Alternatively, there was no conclusive evidence that simulation-based training was superior to conventional patient-based training, although data were limited.

Authors' conclusions

The results of this systematic review indicate that virtual reality endoscopy training can be used to effectively supplement early conventional endoscopy training (apprenticeship model) in diagnostic oesophagogastroduodenoscopy, colonoscopy and/or sigmoidoscopy for health professions trainees with limited or no prior endoscopic experience. However, there remains insufficient evidence to advise for or against the use of virtual reality simulation-based training as a replacement for early conventional endoscopy training (apprenticeship model) for health professions trainees with limited or no prior endoscopic experience. There is a great need for the development of a reliable and valid measure of endoscopic performance prior to the completion of further randomised clinical trials with high methodological quality.

Résumé scientifique

Formation des stagiaires des professions médicales à l'endoscopie gastro-intestinale par simulation de réalité virtuelle

Contexte

Traditionnellement, la formation en endoscopie gastro-intestinale était basée sur un modèle d'apprentissage, les endoscopistes débutants acquérant les compétences de base en milieu clinique sous la supervision de formateurs expérimentés. Au cours des deux dernières décennies cependant, la conscience grandissante du droit des patients à la sécurité a poussé sur le devant de la scène la question de la formation par simulation. Bien que l'utilisation de la formation par simulation puisse avoir d'importants avantages éducatifs et sociétaux, l'efficacité des simulateurs de réalité virtuelle pour l'endoscopie gastro-intestinale n'a pas encore été clairement démontrée.

Objectifs

Déterminer si la formation par simulation de réalité virtuelle peut compléter et/ou remplacer la formation initiale classique à l'endoscopie (modèle de l'apprentissage) en oesophagogastroduodénoscopie, coloscopie et/ou sigmoïdoscopie diagnostiques pour les stagiaires des professions médicales avec peu ou pas d'expérience préalable en endoscopie.

Stratégie de recherche documentaire

Des bases de données du domaine des professions de santé, de l'éducation et de l'informatique ont été passées au crible jusqu'à novembre 2011, notamment le registre central Cochrane des essais contrôlés, MEDLINE, EMBASE, Scopus, Web of Science, BIOSIS Previews, CINAHL, Allied and Complementary Medicine Database, ERIC, Education Full Text, CBCA Education, Career and Technical Education @ Scholars Portal, Education Abstracts @ Scholars Portal, Expanded Academic ASAP @ Scholars Portal, ACM Digital Library, IEEE Xplore, Abstracts in New Technologies and Engineering et Computer & Information Systems Abstracts. La recherche a également porté sur la littérature grise jusqu'à novembre 2011.

Critères de sélection

Ont été inclus, des essais cliniques randomisés et quasi-randomisés comparant la formation à l'endoscopie (oesophagogastroduodénoscopie, coloscopie et sigmoïdoscopie) par simulation de réalité virtuelle à toute autre méthode de formation, notamment la formation classique basée sur des patients, la formation sur le tas, une formation utilisant une autre forme de simulation de l'endoscopie (par ex. un simulateur basse-fidélité) ou l'absence de formation (comme définie par les auteurs). Les essais comparant une méthode de formation par réalité virtuelle à une autre méthode de formation par réalité virtuelle (par ex. la comparaison de deux différents simulateurs de réalité virtuelle) ont également été inclus. Seuls ont été inclus des essais mesurant des critères de résultat sur des humains dans un contexte clinique (par opposition aux animaux ou aux simulateurs).

Recueil et analyse des données

Deux auteurs (CMS, MES) ont, indépendamment, évalué l'éligibilité et la qualité méthodologique des essais et extrait les données sur les caractéristiques et les résultats des essais. Compte tenu de l'importante hétérogénéité clinique et méthodologique, il n'a pas été possible de regrouper des données d'études pour effectuer une méta-analyse. Lorsque des données étaient disponibles pour un critère de résultat continu, nous avons calculé la différence moyenne standardisée avec intervalle de confiance à 95 % sur la base d'une analyse en intention de traiter. Lorsque des données étaient disponibles pour un critère de résultat dichotomique, nous avons calculé le risque relatif avec intervalle de confiance à 95 % sur la base d'une analyse en intention de traiter.

Résultats principaux

Treize études, avec un total de 278 participants, remplissaient les critères d'inclusion. Quatre essais comparaient la formation par simulation à la formation classique à l'endoscopie basée sur des patients (modèle de l'apprentissage), tandis que neuf essais comparaient la formation par simulation à l'absence de formation . Seuls trois essais présentaient de faibles risques de biais. La formation par simulation, en comparaison avec l'absence de formation, semble généralement accorder aux participants un certain avantage sur leurs homologues non formés, selon la mesure d'un score composite de compétence, d'achèvement de procédure en mode indépendant, de temps d'exécution, de profondeur d'insertion en mode indépendant, de note de performance globale (ou de taux d'erreurs de compétence) et de visualisation des muqueuses. À l'opposé, il n'y avait pas de preuve concluante que la formation par simulation fut supérieure à la formation classique basée sur des patients, même si les données étaient limitées.

Conclusions des auteurs

Les résultats de cette revue systématique indiquent que la formation à l'endoscopie par réalité virtuelle peut être utilisée pour compléter efficacement la formation initiale classique à l'endoscopie (modèle de l'apprentissage) en oesophagogastroduodénoscopie, coloscopie et/ou sigmoïdoscopie diagnostiques pour les stagiaires des professions médicales avec peu ou pas d'expérience préalable en endoscopie. Cependant, les données probantes restent insuffisantes pour formuler des conseils concernant l'utilisation de la formation par simulation de réalité virtuelle en place de la formation initiale classique à l'endoscopie (modèle de l'apprentissage) pour les stagiaires des professions médicales ayant peu ou pas d'expérience préalable en endoscopie. Il est absolument nécessaire de mettre au point une mesure fiable et valide de performance endoscopique avant de réaliser des essais cliniques randomisés supplémentaires de bonne qualité méthodologique.

Resumen

Entrenamiento con simulación de realidad virtual para la práctica de los profesionales sanitarios en endoscopia gastrointestinal

Antecedentes

Tradicionalmente, el entrenamiento en endoscopia gastrointestinal se ha basado en un modelo de aprendizaje en el que los endoscopistas novatos aprenden las habilidades básicas bajo la supervisión de preceptores experimentados en el contexto clínico. Sin embargo, durante las últimas dos décadas la concientización creciente de la necesidad de seguridad para los pacientes ha llevado a un primer plano el tema del entrenamiento con simulación. Aunque el uso de entrenamiento con simulación puede tener ventajas educacionales y sociales importantes, aún se debe demostrar claramente la efectividad de los simuladores de realidad virtual en endoscopia gastrointestinal.

Objetivos

Determinar si el entrenamiento con simulación de realidad virtual puede complementar o reemplazar el entrenamiento convencional temprano en endoscopia (modelo de aprendizaje) en cuanto a la esofagogastroduodenoscopia, la colonoscopia o la sigmoidoscopia de diagnóstico para la práctica de profesionales sanitarios con experiencia previa limitada o ninguna experiencia en endoscopia.

Métodos de búsqueda

Se hicieron búsquedas en bases de datos de profesionales sanitarios, educacionales y electrónicas hasta noviembre de 2011 que incluyeron el Registro Cochrane Central de Ensayos Controlados (Cochrane Central Register of Controlled Trials), MEDLINE, EMBASE, Scopus, Web of Science, Biosis Previews, CINAHL, Allied and Complementary Medicine Database, ERIC, Education Full Text, CBCA Education, Career and Technical Education @ Scholars Portal, Education Abstracts @ Scholars Portal, Expanded Academic ASAP @ Scholars Portal, ACM Digital Library, IEEE Xplore, Abstracts in New Technologies and Engineering and Computer & Information Systems Abstracts. También se realizaron búsquedas en la literatura gris hasta noviembre de 2011.

Criterios de selección

Se incluyeron ensayos clínicos aleatorios y cuasialeatorios que compararon el entrenamiento con simulación de realidad virtual en endoscopia (esofagogastroduodenoscopia, colonoscopia y sigmoidoscopia) versus cualquier otro método de entrenamiento en endoscopia, incluido el entrenamiento convencional con el paciente, el entrenamiento en el trabajo, el entrenamiento mediante otra forma de simulación de endoscopia (p.ej. simulador de baja fidelidad) o ningún entrenamiento (según lo definido por los autores). También se incluyeron los ensayos que compararon un método de entrenamiento con realidad virtual versus otro método de entrenamiento con realidad virtual (p.ej. comparación de dos simuladores diferentes de realidad virtual). Sólo se incluyeron los ensayos que midieron resultados en seres humanos en el contexto clínico (en contraposición con animales o simuladores).

Obtención y análisis de los datos

Dos revisores (CMS, MES) evaluaron de forma independiente la elegibilidad y la calidad metodológica de los ensayos y extrajeron los datos sobre las características y los resultados del ensayo. Debido a la significativa heterogeneidad clínica y metodológica no fue posible agrupar los datos de los estudios para realizar un metanálisis. Cuando hubo datos disponibles para cada resultado continuo se calculó la diferencia de medias estandarizada con intervalos de confianza del 95% según el análisis de intención de tratar. Cuando hubo datos disponibles para los resultados dicotómicos se calculó el riesgo relativo con intervalos de confianza del 95% según el análisis de intención de tratar.

Resultados principales

Trece ensayos con 278 participantes cumplieron los criterios de inclusión. Cuatro ensayos compararon el entrenamiento con simulación con el entrenamiento convencional en endoscopia con el paciente (modelo de aprendizaje), mientras que nueve ensayos compararon el entrenamiento con simulación con ningún entrenamiento. Sólo tres ensayos tuvieron un riesgo de sesgo bajo. En general, el entrenamiento con simulación en comparación con ningún entrenamiento parece proporcionar algunas ventajas para los participantes sobre sus compañeros no entrenados según lo medido con una puntuación compuesta de competencia, el cumplimiento de forma independiente del procedimiento, el tiempo de realización del procedimiento, la profundidad de la inserción de forma independiente, la calificación general de la realización del procedimiento o la tasa de error de competencia y la visualización de la mucosa. Por otro lado, no hubo pruebas definitivas de que el entrenamiento con simulación fuera superior al entrenamiento convencional con el paciente, aunque los datos fueron limitados.

Conclusiones de los autores

Los resultados de esta revisión sistemática indican que el entrenamiento con realidad virtual en endoscopia se puede utilizar para complementar de forma efectiva el entrenamiento convencional temprano en endoscopia (modelo de aprendizaje) para la esofagogastroduodenoscopia, la colonoscopia o la sigmoidoscopia de diagnóstico en la práctica de los profesionales sanitarios con experiencia previa limitada o ninguna experiencia en endoscopia. Sin embargo, las pruebas no son suficientes para aconsejar a favor o en contra del uso del entrenamiento con simulación de realidad virtual como reemplazo al entrenamiento convencional temprano en endoscopia (modelo de aprendizaje) para la práctica de los profesionales sanitarios con experiencia previa limitada o ninguna experiencia en endoscopia. Es muy necesario desarrollar una medida válida y confiable para la realización del procedimiento de endoscopia antes de realizar ensayos clínicos aleatorios adicionales con calidad metodológica alta.

Plain language summary

Virtual Reality Simulators for Training Gastrointestinal Endoscopy

Traditionally trainees have learned to perform endoscopy in the clinical setting under the supervision of a trained endoscopist. Virtual reality computer simulators are becoming popular as a way of providing trainees with an opportunity to practice skills in a risk-free environment. This review was undertaken to determine whether virtual reality simulation training can supplement and/or replace early patient-based endoscopy training. We included randomised trials comparing virtual reality endoscopy simulation training with any other form of endoscopy training (patient-based training, no training, training using another form of endoscopy simulation) for trainees with little or no prior endoscopic experience. Thirteen trials involving 278 participants were included. All trials except one were at high risk of bias. Simulation-based endoscopy training, as compared with no training, generally appears to provide trainees with an advantage as measured by a composite score of competency, ability to complete procedures independently, time taken to complete a task, depth of endoscope insertion, overall rating of performance, number of errors and mucosal visualization. There was no conclusive evidence that simulation-based training, as compared with traditional patient-based training, provided benefit, although data were limited. The results of this review have shown that virtual reality endoscopy training can be used to supplement early traditional endoscopy training for trainees with little or no endoscopic experience.

Résumé simplifié

Simulateurs de réalité virtuelle pour la formation à l'endoscopie gastro-intestinale

Traditionnellement, les stagiaires ont appris à faire des endoscopies dans un contexte clinique sous la supervision d'un endoscopiste qualifié. Les simulateurs informatisés de réalité virtuelle commencent à être appréciés parce qu'ils donnent aux stagiaires l'occasion de mettre leurs compétences en pratique dans un environnement dénué de risque. Cette revue a été entreprise afin de déterminer si la formation par simulation de réalité virtuelle peut compléter et/ou remplacer la formation initiale à l'endoscopie basée sur des patients. Nous avons inclus des essais randomisés comparant la formation à l'endoscopie par simulation de réalité virtuelle à toute autre forme de formation à l'endoscopie (formation basée sur des patients, absence de formation, formation utilisant une autre forme de simulation de l'endoscopie) pour les stagiaires ayant peu ou pas d'expérience préalable en endoscopie. Treize essais impliquant 278 participants ont été inclus. Tous les essais sauf un étaient à risque élevé de biais. La formation à l'endoscopie basée sur la simulation, en comparaison avec l'absence de formation, semble généralement offrir un avantage, selon la mesure d'un score composite de compétence, de capacité à mener à bien des procédures de manière indépendante, de temps pris pour accomplir une tâche, de profondeur d'insertion de l'endoscope, de note de performance globale, de nombre d'erreurs et de visualisation des muqueuses. Il n'y avait pas de preuve concluante que la formation par simulation, en comparaison avec la formation traditionnelle basée sur des patients, ait présenté un avantage, même si les données étaient limitées. Les résultats de cette revue ont montré que la formation à l'endoscopie par réalité virtuelle peut être utilisée pour compléter la formation initiale traditionnelle à l'endoscopie pour les stagiaires ayant peu ou pas d'expérience en endoscopie.

Notes de traduction

Translated by: French Cochrane Centre

Translation supported by: Ministère du Travail, de l'Emploi et de la Santé Français

Laički sažetak

Simulatori virtualne stvarnosti za obuku u području gastrointestinalne endoskopije

Tradicionalno su specijalizanti naučili obavljati endoskopiju u kliničkom okruženju pod nadzorom iskusnog endoskopičara. Računalni simulatori virtualne stvarnosti postaju popularni kao način pružanja prilike specijalizantima vježbanja vještina u uvjetima bez rizika. Ovaj pregled je proveden kako bi se utvrdilo može li obuka simulacijom virtualne stvarnosti dopuniti i/ili zamijeniti ranu obuku iz endoskopije na pacijentu. Uključili smo randomizirane studije koje su edukaciju iz endoskopije simulacijom virtualne stvarnosti uspoređivale s bilo kojim drugim oblikom endoskopske obuke (obuka uz pacijenta, bez obuke, obuka uz korištenje drugog oblika simulacije endoskopije) za specijalizante s malo ili bez prethodnog iskustva endoskopiranja. Bilo je uključeno 13 ispitivanja u kojima je sudjelovalo 278 sudionika. Sva ispitivanja osim jednog imala su visoki rizik od pristranosti. Čini se da obuka iz endoskopiranja na temelju simulacije, u usporedbi s nepostojanjem obuke, općenito pruža specijalizantu prednost mjereno kompozitnim rezultatom koji se sastojao od stručnosti, sposobnosti za samostalni dovršetak postupaka, vremena potrebnog za dovršenje zadatka, dubine insercije endoskopa, ukupne ocjene izvedbe, broja pogrešaka i vizualizacije sluznice. Nije bilo uvjerljivog dokaza da se obuka koja se temelji na simulaciji pokazala korisna, u usporedbi s tradicionalnom obukom uz pacijenta, iako su podaci bili ograničeni. Rezultati ovog pregleda su pokazali da se obuka iz endoskopiranja simulacijom virtualne stvarnosti može koristiti za dopunu tradicionalne rane obuke iz endoskopije za specijalizante s malo ili bez endoskopskog iskustva.

Bilješke prijevoda

Translated by: Croatian Branch of the Italian Cochrane Centre

Resumen en términos sencillos

Simuladores de realidad virtual para el entrenamiento en endoscopia gastrointestinal

Tradicionalmente los médicos en entrenamiento han aprendido a realizar la endoscopia en el contexto clínico bajo la supervisión de un endoscopista entrenado. Los simuladores electrónicos de realidad virtual se han vuelto populares como una forma de proporcionar a dichos médicos una oportunidad de practicar sus habilidades en un ambiente sin riesgos. Esta revisión se realizó para determinar si el entrenamiento con simulación de realidad virtual puede complementar o reemplazar el entrenamiento temprano en endoscopia con el paciente. Se incluyeron ensayos aleatorios que compararon el entrenamiento con simulación de realidad virtual en endoscopia con cualquier otra forma de entrenamiento en endoscopia (entrenamiento con el paciente, ningún entrenamiento, entrenamiento mediante otra forma de simulación de endoscopia) para los médicos en entrenamiento con experiencia previa escasa o ninguna experiencia en endoscopia. Se incluyeron trece ensayos con 278 participantes. Todos los ensayos, excepto uno, tuvieron alto riesgo de sesgo. En general, el entrenamiento en endoscopia con simulación en comparación con ningún entrenamiento parece proporcionar ventajas a los médicos en entrenamiento según lo medido por una puntuación compuesta de competencia, la capacidad para completar los procedimientos de forma independiente, el tiempo hasta completar una tarea, la profundidad de la inserción del endoscopio, la calificación general de la realización del procedimiento, el número de errores y la visualización de la mucosa. No hubo pruebas definitivas de que el entrenamiento con simulación en comparación con el entrenamiento tradicional con el paciente proporcionara beneficios, aunque los datos fueron limitados. Los resultados de esta revisión mostraron que el entrenamiento con realidad virtual en endoscopia se puede utilizar para complementar el entrenamiento tradicional temprano en endoscopia para la práctica de los profesionales con poca o ninguna experiencia en endoscopia.

Notas de traducción

La traducción y edición de las revisiones Cochrane han sido realizadas bajo la responsabilidad del Centro Cochrane Iberoamericano, gracias a la suscripción efectuada por el Ministerio de Sanidad, Servicios Sociales e Igualdad del Gobierno español. Si detecta algún problema con la traducción, por favor, contacte con Infoglobal Suport, cochrane@infoglobal-suport.com.

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