Trójwymiarowe drukowane modele anatomiczne (3DPAM) wydają się być odpowiednim narzędziem ze względu na ich wartość edukacyjną i wykonalność. Celem tego przeglądu jest opisanie i analiza metod wykorzystywanych do stworzenia 3DPAM do nauczania anatomii człowieka i oceny jego wkładu pedagogicznego.
Poszukiwanie elektroniczne przeprowadzono w PubMed przy użyciu następujących terminów: edukacja, szkoła, nauka, szkolenia, nauczanie, edukacja, trójwymiarowa, 3D, 3-wymiarowa, drukowanie, drukowanie, drukowanie, anatomia, anatomia, anatomia i anatomia . . Wyniki obejmowały cechy badań, projektowanie modelu, ocenę morfologiczną, wydajność edukacyjną, mocne i słabe strony.
Spośród 68 wybranych artykułów największa liczba badań koncentrowała się na regionie czaszki (33 artykuły); 51 artykułów wspomina o druku kości. W 47 artykułach opracowano 3DPAM na podstawie tomografii komputerowej. Wymieniono pięć procesów drukowania. W 48 badaniach zastosowano tworzywa sztuczne i ich pochodne. Każdy projekt waha się od 1,25 USD do 2800 USD. Trzydzieści siedem badań porównało 3DPAM z modelami referencyjnymi. Trzydzieści trzy artykuły zbadało działania edukacyjne. Głównymi korzyściami są jakość wizualna i dotykowa, wydajność uczenia się, powtarzalność, dostosowalność i zwinność, oszczędności czasowe, integracja anatomii funkcjonalnej, lepsze możliwości rotacji umysłowej, utrzymanie wiedzy oraz zadowolenie nauczycieli/uczniów. Główne wady są związane z projektem: spójność, brak szczegółów lub przezroczystości, kolory, które są zbyt jasne, długie czasy drukowania i wysokie koszty.
Ten systematyczny przegląd pokazuje, że 3DPAM jest opłacalny i skuteczny w nauczaniu anatomii. Bardziej realistyczne modele wymagają wykorzystania droższych technologii drukowania 3D i dłuższych czasów projektowania, co znacznie zwiększy całkowity koszt. Kluczem jest wybranie odpowiedniej metody obrazowania. Z pedagogicznego punktu widzenia 3DPAM jest skutecznym narzędziem nauczania anatomii, z pozytywnym wpływem na wyniki uczenia się i satysfakcję. Efekt nauczania 3DPAM jest najlepszy, gdy odtwarza złożone regiony anatomiczne, a studenci używają go na wczesnym etapie szkolenia medycznego.
Od czasu starożytnej Grecji przeprowadzono rozwarstwienie zwłok zwierząt i jest jedną z głównych metod nauczania anatomii. Dane zwłoki wykonywane podczas szkolenia praktycznego są stosowane w teoretycznym programie nauczania studentów medycyny uniwersyteckiej i są obecnie uważane za złoty standard badania anatomii [1,2,3,4,5]. Istnieje jednak wiele barier w korzystaniu z ludzkich okazów zwłok, co skłoniło wyszukiwanie nowych narzędzi szkoleniowych [6, 7]. Niektóre z tych nowych narzędzi obejmują rzeczywistość rozszerzoną, narzędzia cyfrowe i drukowanie 3D. Według najnowszego przeglądu literatury Santos i in. [8] Jeśli chodzi o wartość tych nowych technologii do nauczania anatomii, drukowanie 3D wydaje się być jednym z najważniejszych zasobów, zarówno pod względem wartości edukacyjnej dla studentów, jak i pod względem wykonalności wdrażania [4,9,10] .
Drukowanie 3D nie jest nowe. Pierwsze patenty związane z tą technologią sięgają 1984 roku: Le Méhauté, O de Witte i JC André we Francji, a trzy tygodnie później Hull w USA. Od tego czasu technologia ewoluuje, a jej wykorzystanie rozszerzyło się na wiele obszarów. Na przykład NASA wydrukowała pierwszy obiekt poza Ziemię w 2014 r. [11]. Pole medyczne przyjęło również to nowe narzędzie, zwiększając w ten sposób chęć rozwoju spersonalizowanej medycyny [12].
Wielu autorów wykazało korzyści płynące z korzystania z modeli anatomicznych (3DPAM) w edukacji medycznej [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Podczas nauczania anatomii ludzkiej potrzebne są modele niepatologiczne i anatomicznie normalne. Niektóre recenzje zbadały patologiczne lub medyczne/chirurgiczne modele szkolenia [8, 20, 21]. Aby opracować hybrydowy model nauczania anatomii ludzi, który obejmuje nowe narzędzia, takie jak drukowanie 3D, przeprowadziliśmy systematyczny przegląd, aby opisać i analizować, w jaki sposób tworzone są obiekty drukowane 3D do nauczania anatomii ludzi i w jaki sposób uczniowie oceniają skuteczność uczenia się za pomocą tych obiektów 3D.
Ten systematyczny przegląd literatury został przeprowadzony w czerwcu 2022 r. Przy użyciu wytycznych PRISMA (preferowane pozycje raportowania do przeglądów systematycznych i metaanaliz) bez ograniczeń czasowych [22].
Kryteria włączenia były pracami badawczymi z wykorzystaniem 3DPAM w nauczaniu/uczeniu się anatomii. Wykluczono recenzje literatury, listy lub artykuły koncentrujące się na modelach patologicznych, modelach zwierzęcych, modelach archeologicznych i modelach szkolenia medycznego/chirurgicznego. Wybrano tylko artykuły opublikowane w języku angielskim. Artykuły bez dostępnych abstrakcji online zostały wykluczone. Uwzględniono artykuły, które obejmowały wiele modeli, z których przynajmniej jeden był anatomicznie normalny lub miał niewielką patologię nie wpływającą na wartość nauczania.
Poszukiwanie literatury przeprowadzono w elektronicznej bazie danych PubMed (National Library of Medicine, NCBI) w celu zidentyfikowania odpowiednich badań opublikowanych do czerwca 2022 r. Skorzystaj z następujących wyszukiwanych warunków: edukacja, szkoła, nauczanie, uczenie się, nauczanie, edukacja, trzy- wymiar, 3D, 3D, drukowanie, drukowanie, drukowanie, anatomia, anatomia, anatomia i anatomia. Wykonano jedno zapytanie: ((edukacja [tytuł/streszczenie] lub szkoła [tytuł/streszczenie] Orlearning [tytuł/streszczenie] lub nauczanie [tytuł/streszczenie] lub szkolenie [tytuł/streszczenie] Oreach [tytuł/streszczenie]] lub Edukacja [tytuł/streszczenie]) i (trzy wymiary [tytuł] lub 3d [tytuł] lub 3d [tytuł])) i (wydruku [tytuł] lub wydruku [tytuł] lub drukuj [tytuł])) i (anatomia) [tytuł) [tytuł) [tytuł) [tytuł ]]/Streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie]). Dodatkowe artykuły zostały zidentyfikowane poprzez ręczne przeszukiwanie bazy danych PubMed i przeglądanie odniesień do innych artykułów naukowych. Nie zastosowano żadnych ograniczeń daty, ale zastosowano filtr „osoby”.
Wszystkie odzyskane tytuły i streszczenia zostały sprawdzone pod kątem kryteriów włączenia i wykluczenia przez dwóch autorów (EBR i AL), a każde badanie nie spełniające wszystkich kryteriów kwalifikowalności zostały wykluczone. Publikacje pełnotekstowe pozostałych badań zostały odzyskane i przejrzane przez trzech autorów (EBR, EBE i AL). W razie potrzeby nieporozumienia w wyborze artykułów zostały rozwiązane przez czwartą osobę (LT). Publikacje spełniające wszystkie kryteria włączenia zostały uwzględnione w tym przeglądzie.
Ekstrakcję danych przeprowadzono niezależnie przez dwóch autorów (EBR i AL) pod nadzorem trzeciego autora (LT).
- Dane dotyczące projektu modelu: regiony anatomiczne, określone części anatomiczne, model początkowy do drukowania 3D, metody akwizycji, oprogramowanie do segmentacji i modelowania, typ drukarki 3D, rodzaj i ilość materiału, skala drukowania, kolor, koszt drukowania.
- Ocena morfologiczna modeli: modele stosowane do porównania, ocena medyczna ekspertów/nauczycieli, liczba ewaluatorów, rodzaj oceny.
- Model nauczania 3D: Ocena wiedzy uczniów, metoda oceny, liczba studentów, liczba grup porównawczych, randomizacja studentów, edukacja/rodzaj ucznia.
418 badań zidentyfikowano w Medline, a 139 artykułów zostało wykluczonych przez filtr „ludzki”. Po przejrzeniu tytułów i streszczeń wybrano 103 badania do odczytania pełnego tekstu. 34 artykuły zostały wykluczone, ponieważ były to albo modele patologiczne (9 artykułów), modele szkoleniowe medyczne/chirurgiczne (4 artykuły), modele zwierząt (4 artykuły), modele radiologiczne 3D (1 artykuł) lub nie były oryginalnymi artykułami naukowymi (16 rozdziałów). ). W recenzji uwzględniono w sumie 68 artykułów. Rysunek 1 przedstawia proces selekcji jako wykres przepływowy.
Tabela przepływu podsumowująca identyfikację, badania przesiewowe i włączenie artykułów do tego systematycznego przeglądu
Wszystkie badania zostały opublikowane w latach 2014–2022, ze średnim rokiem publikacji 2019 r. Spośród 68 zawierających artykuły, 33 (49%) badań było opisowych i eksperymentalnych, 17 (25%) było czysto eksperymentalne, a 18 (26%) stanowiło eksperymentalny. Czysto opisowy. Spośród 50 (73%) badań eksperymentalnych 21 (31%) stosowało randomizację. Tylko 34 badania (50%) obejmowały analizy statystyczne. Tabela 1 podsumowuje cechy każdego badania.
33 artykuły (48%) zbadało region głowy, 19 artykułów (28%) zbadało region klatki piersiowej, 17 artykułów (25%) zbadało region brzucha, a 15 artykułów (22%) zbadało kończyny. Pięćdziesiąt jeden artykułów (75%) wymieniło kości drukowane 3D jako modele anatomiczne lub modele anatomiczne z wieloma slikowymi.
Jeśli chodzi o modele źródłowe lub pliki używane do opracowania 3DPAM, 23 artykuły (34%) wspomniało o wykorzystaniu danych pacjenta, 20 artykułów (29%) wspomniało o wykorzystaniu danych zwłok, a 17 artykułów (25%) wspomniało o użyciu baz danych. Zastosowanie, a 7 badań (10%) nie ujawniło źródła zastosowanych dokumentów.
47 badań (69%) opracowało 3DPAM na podstawie tomografii komputerowej, a 3 badania (4%) zgłosiły zastosowanie mikrok. 7 artykułów (10%) przewidywane obiekty 3D za pomocą skanerów optycznych, 4 artykuły (6%) przy użyciu MRI i 1 artykuł (1%) przy użyciu kamer i mikroskopów. 14 artykułów (21%) nie wspomniało o źródle plików źródłowych modelu 3D. Pliki 3D są tworzone ze średnią rozdzielczością przestrzenną mniejszą niż 0,5 mm. Optymalna rozdzielczość wynosi 30 μm [80], a maksymalna rozdzielczość wynosi 1,5 mm [32].
Zastosowano sześćdziesiąt różnych aplikacji (segmentacja, modelowanie, projektowanie lub drukowanie). MIMICS (materialize, Leuven, Belgia) najczęściej stosowano (14 badań, 21%), a następnie Meshmixer (Autodesk, San Rafael, Kalifornia) (13 badań, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) . (10 badań, 15%), 3D Slicer (Slick Developer Training, Boston, MA) (9 badań, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Holandia) (8 Studia, 12%) i Cura (Geldemarsen, Holandia) (7 badań, 10%).
Wymieniono sześćdziesiąt siedem różnych modeli drukarek i pięć procesów drukowania. Technologię FDM (modelowanie osadzania foldion) zastosowano w 26 produktach (38%), wybuchu materiałów w 13 produktach (19%) i na koniec wybuchu spoiwa (11 produktów, 16%). Najmniej stosowane technologie to stereolitografia (SLA) (5 artykułów, 7%) i selektywne spiekanie laserowe (SLS) (4 artykuły, 6%). Najczęściej używaną drukarką (7 artykułów, 10%) jest Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Podczas określania materiałów używanych do tworzenia 3DPAM (51 artykułów, 75%), 48 badań (71%) zastosowało tworzywa sztuczne i ich pochodne. Zastosowanymi głównymi materiałami były PLA (kwas polimowy) (n = 20, 29%), żywica (n = 9, 13%) i ABS (akrylonitryl butadiene styren) (7 rodzajów, 10%). 23 artykuły (34%) zbadało 3DPAM wykonane z wielu materiałów, 36 artykułów (53%) przedstawiło 3DPAM wykonane tylko z jednego materiału, a 9 artykułów (13%) nie określało materiału.
Dwadzieścia dziewięć artykułów (43%) zgłosiło współczynniki drukowania od 0,25: 1 do 2: 1, ze średnią 1: 1. Dwadzieścia pięć artykułów (37%) zastosowało stosunek 1: 1. 28 3DPAM (41%) składało się z wielu kolorów, a 9 (13%) barwiono po wydrukowaniu [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trzydzieści cztery artykuły (50%) wspomniało o kosztach. 9 artykułów (13%) wspomniało o koszcie drukarek 3D i surowców. Drukarki wahają się od 302 USD do 65 000 USD. Po określaniu ceny modeli wynoszą od 1,25 USD do 2800 USD; Te skrajności odpowiadają próbom szkieletowym [47] i modele zaotrzewnowej o wysokiej wierności [48]. Tabela 2 podsumowuje dane modelu dla każdego uwzględnionego badania.
Trzydzieści siedem badań (54%) porównało 3DAPM z modelem odniesienia. Wśród tych badań najczęstszym komparatorem był anatomiczny model referencyjny, stosowany w 14 artykułach (38%), przygotowania plastowane w 6 artykułach (16%) i plastowane preparaty w 6 artykułach (16%). Korzystanie z rzeczywistości wirtualnej, obrazowanie tomografii komputerowej One 3DPAM w 5 artykułach (14%), kolejne 3DPAM w 3 artykułach (8%), poważne gry w 1 artykule (3%), radiogramy w 1 artykule (3%), modele biznesowe w 1 artykuł (3%) i rzeczywistość rozszerzona w 1 artykule (3%). Trzydzieści cztery (50%) badań oceniono 3DPAM. Piętnaście (48%) bada szczegółowe doświadczenia Raters (Tabela 3). 3DPAM przeprowadzono przez chirurgów lub uczęszczających do lekarzy w 7 badaniach (47%), anatomiczni specjaliści w 6 badaniach (40%), uczniowie w 3 badaniach (20%), nauczyciele (dyscyplina nie określona) w 3 badaniach (20%) do oceny i jeszcze jeden oceniający w artykule (7%). Średnia liczba ewaluatorów wynosi 14 (minimum 2, maksymalnie 30). Trzydzieści trzy badania (49%) oceniło jakościowo morfologię 3DPAM, a 10 badań (15%) oceniło ilościowo morfologię 3DPAM. Spośród 33 badań, w których zastosowano oceny jakościowe, 16 wykorzystywało oceny czysto opisowe (48%), 9 zastosowało testy/oceny/ankiety (27%) i 8 zastosowało skale Likerta (24%). Tabela 3 podsumowuje oceny morfologiczne modeli w każdym uwzględnionym badaniu.
Trzydzieści trzy (48%) badanych i porównywanych skuteczności nauczania 3DPAM z uczniami. Z tych badań 23 (70%) artykułów oceniono satysfakcję uczniów, 17 (51%) zastosowało skale Likerta, a 6 (18%) stosowało inne metody. Dwadzieścia dwa artykuły (67%) oceniło uczenie się uczniów poprzez testy wiedzy, z czego 10 (30%) stosowało wstępne i/lub testy. Jedenaście badań (33%) zastosowało pytania i testy wielokrotnego wyboru w celu oceny wiedzy uczniów, a pięć badań (15%) zastosowało oznakowanie obrazu/identyfikację anatomiczną. W każdym badaniu uczestniczyło średnio 76 studentów (minimum 8, maksymalnie 319). Dwadzieścia cztery badania (72%) miało grupę kontrolną, z czego 20 (60%) stosowało randomizację. Natomiast jedno badanie (3%) losowo przypisało modele anatomiczne 10 różnym uczniom. Porównano średnio 2,6 grup (minimum 2, maksymalnie 10). Dwadzieścia trzy badania (70%) dotyczyło studentów medycyny, z czego 14 (42%) to studenci medycyny pierwszego roku. Sześć (18%) badań dotyczyło mieszkańców, 4 (12%) studentów dentystycznych i 3 (9%) studentów nauk ścisłych. Sześć badań (18%) wdrożyło i oceniło autonomiczne uczenie się za pomocą 3DPAM. Tabela 4 podsumowuje wyniki oceny skuteczności nauczania 3DPAM dla każdego uwzględnienia badania.
Głównymi zaletami stosowania 3DPAM jako narzędzia dydaktycznego do nauczania normalnej anatomii ludzkiej zgłoszonej przez autorów są cechy wizualne i dotykowe, w tym realizm [55, 67], dokładność [44, 50, 72, 85] oraz zmienność spójności [34] . , 45, 48, 64], kolor i przezroczystość [28, 45], niezawodność [24, 56, 73], efekt edukacyjny [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], koszt [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], odtwarzalność [80], możliwość poprawy lub personalizacji [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], zdolność do manipulowania uczniami [30, 49], oszczędzanie czasu nauczania [61, 80], łatwość przechowywania [61], zdolność do integracji anatomii funkcjonalnej lub tworzenia określonych struktur [51, 53], 67], szybki projekt modeli szkieletu [81], zdolność wspólnego tworzenia i używania modeli domów [49, 60, 71], poprawa zdolności rotacji umysłowej [23] i utrzymanie wiedzy [32], a także w nauczycielu [[ 25, 63] i satysfakcja uczniów [25, 63]. 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Główne wady są powiązane z projektowaniem: sztywność [80], konsystencją [28, 62], brakiem szczegółów lub przezroczystości [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], kolorów zbyt jasnych [45]. i kruchość podłogi [71]. Inne wady obejmują utratę informacji [30, 76], długi czas wymagany do segmentacji obrazu [36, 52, 57, 58, 74], czas drukowania [57, 63, 66, 67], brak zmienności anatomicznej [25], i koszt. Wysoki [48].
Ten systematyczny przegląd podsumowuje 68 artykułów opublikowanych w ciągu 9 lat i podkreśla zainteresowanie społeczności naukowej 3DPAM jako narzędzie do nauczania normalnej anatomii ludzi. Każdy region anatomiczny badano i wydrukowano 3D. Spośród tych artykułów 37 artykułów porównało 3DPAM z innymi modelami, a 33 artykuły oceniło znaczenie pedagogiczne 3DPAM dla studentów.
Biorąc pod uwagę różnice w projektowaniu anatomicznych badań drukowania 3D, nie uznaliśmy za właściwe przeprowadzenie metaanalizy. Metaanaliza opublikowana w 2020 r. Koncentrowała się głównie na anatomicznych testach wiedzy po szkoleniu bez analizy aspektów technicznych i technologicznych projektowania i produkcji 3DPAM [10].
Region główny jest najczęściej badany, prawdopodobnie dlatego, że złożoność jego anatomii utrudnia uczniom przedstawianie tego regionu anatomicznego w trójwymiarowej przestrzeni w porównaniu z kończynami lub tułów. CT jest zdecydowanie najczęściej stosowaną metodą obrazowania. Ta technika jest szeroko stosowana, szczególnie w warunkach medycznych, ale ma ograniczoną rozdzielczość przestrzenną i niski kontrast tkanki miękkiej. Ograniczenia te sprawiają, że skany CT nie nadają się do segmentacji i modelowania układu nerwowego. Z drugiej strony tomografia komputerowa lepiej nadaje się do segmentacji/modelowania tkanki kostnej; Kontrast kości/tkanki miękkiej pomaga ukończyć te kroki przed drukowaniem modeli anatomicznych 3D. Z drugiej strony Microct jest uważany za technologię referencyjną pod względem rozdzielczości przestrzennej w obrazowaniu kostnym [70]. Do uzyskania obrazów można również użyć skanerów optycznych lub MRI. Wyższa rozdzielczość zapobiega wygładzaniu powierzchni kości i zachowuje subtelność struktur anatomicznych [59]. Wybór modelu wpływa również na rozdzielczość przestrzenną: na przykład modele plastyzacji mają niższą rozdzielczość [45]. Projektanci graficy muszą tworzyć niestandardowe modele 3D, co zwiększa koszty (25 do 150 USD za godzinę) [43]. Uzyskanie wysokiej jakości plików .stl nie wystarczy, aby stworzyć wysokiej jakości modele anatomiczne. Konieczne jest określenie parametrów drukowania, takich jak orientacja modelu anatomicznego na płycie drukowanej [29]. Niektórzy autorzy sugerują, że zaawansowane technologie drukowania, takie jak SLS, należy stosować tam, gdzie to możliwe, aby poprawić dokładność 3DPAM [38]. Produkcja 3DPAM wymaga profesjonalnej pomocy; Najbardziej poszukiwani specjaliści są inżynierowie [72], radiologowie, [75], graficy [43] i anatomistów [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Oprogramowanie do segmentacji i modelowania są ważnymi czynnikami w uzyskiwaniu dokładnych modeli anatomicznych, ale koszt tych pakietów oprogramowania i ich złożoność utrudnia ich zastosowanie. Kilka badań porównano wykorzystanie różnych pakietów oprogramowania i technologii drukowania, podkreślając zalety i wady każdej technologii [68]. Oprócz oprogramowania do modelowania wymagane jest również oprogramowanie do drukowania kompatybilnego z wybraną drukarką; Niektórzy autorzy wolą korzystać z drukowania 3D online [75]. Jeśli wydrukowana zostanie wystarczająca liczba obiektów 3D, inwestycja może prowadzić do zwrotów finansowych [72].
Plastik jest zdecydowanie najczęściej używanym materiałem. Jego szeroki zakres tekstur i kolorów sprawia, że jest to materiał z wyboru dla 3DPAM. Niektórzy autorzy pochwalili jego wysoką wytrzymałość w porównaniu z tradycyjnymi modelem zwłok lub plamowanego [24, 56, 73]. Niektóre tworzywa sztuczne mają nawet właściwości zginające lub rozciągające. Na przykład Filaflex z technologią FDM może rozciągnąć do 700%. Niektórzy autorzy uważają go za materiał z wyboru dla replikacji mięśni, ścięgien i więzadeł [63]. Z drugiej strony dwa badania pojawiły się pytania dotyczące orientacji włókien podczas drukowania. W rzeczywistości orientacja, insercja, unerwienie i funkcja włókien mięśniowych mają kluczowe znaczenie w modelowaniu mięśni [33].
Co zaskakujące, niewiele badań wspomina o skali drukowania. Ponieważ wiele osób uważa, że stosunek 1: 1 jest standardem, autor mógł zdecydować, nie wspominając o tym. Chociaż przesunięcie jest przydatne do ukierunkowanego uczenia się w dużych grupach, wykonalność skalowania nie została jeszcze dobrze zbadana, szczególnie w przypadku rosnących klas, a fizyczny rozmiar modelu jest ważnym czynnikiem. Oczywiście pełnowymiarowe skale ułatwiają zlokalizowanie i przekazanie pacjentom różnych elementów anatomicznych, co może wyjaśniać, dlaczego są one często używane.
Spośród wielu drukarek dostępnych na rynku, te, które wykorzystują technologię PolyJet (materiał atramentowy lub atrament atramentowy), aby zapewnić koszt drukowania kolorów o wysokiej rozdzielczości i wielomateriału (a zatem wielokrotnie) od 20 000 do 250 000 USD (HTTPS://// /www.aniwaa.com/). Ten wysoki koszt może ograniczyć promocję 3DPAM w szkołach medycznych. Oprócz kosztów drukarki koszt materiałów wymaganych do drukowania atramentowego jest wyższy niż w przypadku drukarek SLA lub FDM [68]. Ceny drukarek SLA lub FDM są również bardziej przystępne cenowo, od 576 do 4 999 EUR w artykułach wymienionych w tej recenzji. Według statywu i współpracowników, każda część szkieletowa może być wydrukowana za 1,25 USD [47]. Jedenaście badań stwierdzono, że drukowanie 3D jest tańsze niż modele plastyczne lub komercyjne [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Ponadto te modele komercyjne mają na celu dostarczanie informacji o pacjencie bez wystarczających szczegółów do nauczania anatomii [80]. Te modele komercyjne są uważane za gorsze od 3DPAM [44]. Warto zauważyć, że oprócz zastosowanej technologii drukowania ostateczny koszt jest proporcjonalny do skali, a zatem końcowy rozmiar 3DPAM [48]. Z tych powodów preferowana jest pełnowymiarowa skala [37].
Tylko jedno badanie porównało 3DPAM z dostępnymi w handlu modelem anatomicznym [72]. Próbki zwłok są najczęściej stosowanym komparatorem dla 3DPAM. Pomimo ich ograniczeń modele zwłok pozostają cennym narzędziem do nauczania anatomii. Należy dokonać rozróżnienia między autopsją, rozwarstwieniem i suchą kością. Na podstawie testów treningowych dwa badania wykazały, że 3DPAM był znacznie bardziej skuteczny niż rozwarstwienie plastyczne [16, 27]. W jednym badaniu porównano godzinę treningu przy użyciu 3DPAM (kończyny dolne) z godziną rozwarstwienia tego samego regionu anatomicznego [78]. Nie stwierdzono istotnych różnic między dwiema metodami nauczania. Jest prawdopodobne, że niewiele jest badań na ten temat, ponieważ takie porównania są trudne do dokonania. Rozwarstwienie jest czasochłonnym przygotowaniem dla studentów. Czasami wymagane są dziesiątki godzin przygotowania, w zależności od tego, co jest przygotowywane. Trzecie porównanie można dokonać z suchymi kościami. Badanie przeprowadzone przez Tsai i Smitha wykazało, że wyniki testu były znacznie lepsze w grupie przy użyciu 3DPAM [51, 63]. Chen i współpracownicy zauważyli, że uczniowie korzystający z modeli 3D działali lepiej w identyfikacji struktur (czaszki), ale nie było różnicy w wynikach MCQ [69]. Wreszcie, Tanner i współpracownicy wykazali lepsze wyniki po teście w tej grupie przy użyciu 3DPAM pterygopalatyny dolnej [46]. W tym przeglądzie literatury zidentyfikowano inne nowe narzędzia dydaktyczne. Najczęstsze z nich są rzeczywistość rozszerzona, rzeczywistość wirtualna i poważne gry [43]. Według Mahrousa i współpracowników preferencje dla modeli anatomicznych zależy od liczby godzin uczniów grających w gry wideo [31]. Z drugiej strony główną wadą nowych narzędzi do nauczania anatomii jest dotychczasowa informacja zwrotna, szczególnie w przypadku narzędzi czysto wirtualnych [48].
Większość badań oceniających nowy 3DPAM wykorzystał wstępne stroje wiedzy. Te testy te pomagają uniknąć uprzedzeń w ocenie. Niektórzy autorzy, przed przeprowadzeniem badań eksperymentalnych, wykluczają wszystkich studentów, którzy ocenili powyżej średniej w teście wstępnym [40]. Wśród uprzedzeń wspomnianych Garas i współpracowników byli kolor modelu i wybór wolontariuszy w klasie studentów [61]. Barwienie ułatwia identyfikację struktur anatomicznych. Chen i współpracownicy ustalili ścisłe warunki eksperymentalne bez początkowych różnic między grupami, a badanie zostały oślepione w możliwym możliwym zakresie [69]. Lim i współpracownicy zalecają zakończenie oceny po teście przez stronę trzecią, aby uniknąć stronniczości w ocenie [16]. Niektóre badania wykorzystały skale Likerta do oceny wykonalności 3DPAM. Ten instrument jest odpowiedni do oceny satysfakcji, ale nadal należy wiedzieć o tym, że należy wiedzieć [86].
Znaczenie edukacyjne 3DPAM zostało ocenione przede wszystkim wśród studentów medycyny, w tym studentów pierwszego roku, w 14 z 33 badań. W swoim badaniu pilotażowym Wilk i współpracownicy poinformowali, że studenci medycyny uważali, że drukowanie 3D powinno być włączone do nauki anatomii [87]. 87% studentów ankietowanych w badaniu Cercenelli uważało, że drugi rok badania był najlepszym czasem na użycie 3DPAM [84]. Wyniki Tannera i współpracowników pokazały również, że uczniowie osiągnęli lepsze wyniki, jeśli nigdy nie studiowali tej dziedziny [46]. Dane te sugerują, że pierwszy rok szkoły medycznej to optymalny czas na włączenie 3DPAM do nauczania anatomii. Metaanaliza Ye poparła ten pomysł [18]. W 27 artykułach zawartych w badaniu istniały znaczące różnice w wydajności 3DPAM w porównaniu z tradycyjnymi modelami u studentów medycyny, ale nie u mieszkańców.
3DPAM jako narzędzie uczenia się poprawia osiągnięcia akademickie [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], długoterminowe zatrzymywanie wiedzy [32] i satysfakcję uczniów [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]. , 69, 84]. Panele ekspertów również uznały te modele przydatne [37, 42, 49, 81, 82], a dwa badania wykazały satysfakcję nauczyciela z 3DPAM [25, 63]. Ze wszystkich źródeł Backhouse i współpracownicy uważają, że druk 3D jest najlepszą alternatywą dla tradycyjnych modeli anatomicznych [49]. W swojej pierwszej metaanalizy YE i koledzy potwierdzili, że studenci, którzy otrzymali instrukcje 3DPAM, mieli lepsze wyniki po testach niż studenci, którzy otrzymali instrukcje 2D lub zwłok [10]. Jednak różnicowali 3DPAM nie z złożoności, ale po prostu przez pamięć, układ nerwowy i jamę brzuszną. W siedmiu badaniach 3DPAM nie przewyższyło innych modeli w oparciu o testy wiedzy przeprowadzane studentom [32, 66, 69, 77, 78, 84]. W swojej metaanalizie Salazar i współpracownicy doszli do wniosku, że zastosowanie 3DPAM specyficznie poprawia zrozumienie złożonej anatomii [17]. Ta koncepcja jest zgodna z listem Hitasa do redaktora [88]. Niektóre obszary anatomiczne uważane za mniej złożone nie wymagają stosowania 3DPAM, podczas gdy bardziej złożone obszary anatomiczne (takie jak szyja lub układ nerwowy) byłoby logicznym wyborem dla 3DPAM. Ta koncepcja może wyjaśniać, dlaczego niektóre 3DPAM nie są uważane za lepsze niż tradycyjne modele, szczególnie gdy uczniowie brakuje wiedzy w dziedzinie, w której okazuje się, że wydajność modelu jest lepsza. Zatem przedstawianie prostego modelu studentom, którzy mają już pewną wiedzę na ten temat (studenci medycyny lub mieszkańców) nie jest pomocne w poprawie wydajności uczniów.
Spośród wszystkich wymienionych korzyści edukacyjnych 11 badań podkreśliło wizualne lub dotykowe cechy modeli [27 34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], a 3 badania poprawiły siłę i trwałość (33 , 50 -52, 63, 79, 85, 86). Inne zalety są to, że uczniowie mogą manipulować strukturami, nauczyciele mogą zaoszczędzić czas, są łatwiejsze do zachowania niż zwłoki, projekt może zostać ukończony w ciągu 24 godzin, może być używany jako narzędzie do nauki w domu i można go wykorzystać do nauczania dużych ilości ewidencyjny. grupy [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Powtarzające się drukowanie 3D dla nauczania anatomii o dużej objętości sprawia, że modele drukowania 3D są bardziej opłacalne [26]. Zastosowanie 3DPAM może poprawić możliwości rotacji umysłowej [23] i poprawić interpretację obrazów przekrojowych [23, 32]. Dwa badania wykazały, że studenci narażeni na 3DPAM częściej poddawali się operacji [40, 74]. Złącza metalowe mogą być osadzone w celu utworzenia ruchu potrzebnego do badania anatomii funkcjonalnej [51, 53] lub modeli można wydrukować przy użyciu projektów wyzwalaczy [67].
Drukowanie 3D umożliwia tworzenie regulowanych modeli anatomicznych poprzez ulepszenie niektórych aspektów podczas etapu modelowania [48, 80] tworząc odpowiednią bazę, [59] łączenie wielu modeli [36] przy użyciu przezroczystości, (49) kolor, [45] lub Uznanie niektórych struktur wewnętrznych [30]. Tripodi i współpracownicy wykorzystali glinę rzeźbiącą do uzupełnienia swoich modeli kości drukowanych w 3D, podkreślając wartość współtworzonych modeli jako narzędzi dydaktycznych [47]. W 9 badaniach zastosowano kolor po wydrukowaniu [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], ale studenci zastosowali go tylko raz [49]. Niestety badanie nie oceniło jakości treningu modelu ani sekwencji treningu. Należy to wziąć pod uwagę w kontekście edukacji anatomii, ponieważ korzyści płynące z uczenia się mieszanego i współtworzenia są dobrze ustalone [89]. Aby poradzić sobie z rosnącymi działaniami reklamowymi, samodzielne uczenie się było wielokrotnie stosowane do oceny modeli [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
W jednym badaniu stwierdzono, że kolor materiału plastikowego był zbyt jasny [45], w innym badaniu stwierdzono, że model był zbyt kruchy [71], a dwa inne badania wykazały brak anatomicznej zmienności w projektowaniu poszczególnych modeli [25, 45 ]. . Siedem badań stwierdzono, że anatomiczny szczegół 3DPAM jest niewystarczający [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Aby uzyskać bardziej szczegółowe anatomiczne modele dużych i złożonych regionów, takich jak zaotrzewnik lub region szyjki macicy, czas segmentacji i modelowania jest uważany za bardzo długi, a koszt jest bardzo wysoki (około 2000 USD) [27, 48]. Hojo i współpracownicy zgłosili w swoim badaniu, że tworzenie anatomicznego modelu miednicy zajęło 40 godzin [42]. Najdłuższy czas segmentacji wynosił 380 godzin w badaniu WeatherAll i współpracowników, w których łącznie wiele modeli zostało połączonych w celu stworzenia pełnego modelu dróg oddechowych dziecięcych [36]. W dziewięciu badaniach czas segmentacji i drukowania uznano za wady [36, 42, 57, 58, 74]. Jednak 12 badań skrytykowało właściwości fizyczne ich modeli, w szczególności ich konsystencję, [28, 62] brak przejrzystości, [30] kruchość i monochromatyczność, [71] brak tkanki miękkiej, [66] lub brak szczegółów [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Te wady można przezwyciężyć poprzez zwiększenie czasu segmentacji lub symulacji. Utrata i odzyskiwanie odpowiednich informacji była problemem, przed którym stoi trzy zespoły [30, 74, 77]. Według raportów pacjentów środki kontrastowe jodowane nie zapewniały optymalnej widoczności naczyniowej z powodu ograniczeń dawki [74]. Wstrzyknięcie modelu zwłok wydaje się być idealną metodą, która odsuwa się od zasady „tak mało, jak to możliwe” i ograniczenia dawki wstrzykniętego środka kontrastowego.
Niestety wiele artykułów nie wspomina o niektórych kluczowych cechach 3DPAM. Mniej niż połowa artykułów wyraźnie stwierdziła, czy ich 3DPAM został zabarwiony. Zasięg zakresu drukowania był niespójny (43% artykułów) i tylko 34% wspomniało o zastosowaniu wielu mediów. Te parametry drukowania mają kluczowe znaczenie, ponieważ wpływają na właściwości uczenia się 3DPAM. Większość artykułów nie dostarcza wystarczających informacji na temat złożoności uzyskania 3DPAM (czas projektowania, kwalifikacje personelu, koszty oprogramowania, koszty drukowania itp.). Informacje te są krytyczne i należy je rozważyć przed rozpoczęciem założenia projektu w celu opracowania nowego 3DPAM.
Ten systematyczny przegląd pokazuje, że projektowanie i drukowanie 3D Normalne modele anatomiczne są wykonalne przy niskich kosztach, szczególnie przy użyciu drukarek FDM lub SLA i niedrogich jednokolorowych materiałach z tworzyw sztucznych. Te podstawowe projekty można jednak ulepszyć, dodając kolor lub dodanie wzorów w różnych materiałach. Bardziej realistyczne modele (wydrukowane przy użyciu wielu materiałów o różnych kolorach i teksturach, aby dokładnie odtworzyć właściwości dotykowe modelu odniesienia zwłok) wymagają droższych technologii drukowania 3D i dłuższych czasów projektowania. To znacznie zwiększy całkowity koszt. Bez względu na to, który proces drukowania jest wybrany, wybór odpowiedniej metody obrazowania jest kluczem do sukcesu 3DPAM. Im wyższa rozdzielczość przestrzenna, tym bardziej realistyczny model staje się i może być używany do zaawansowanych badań. Z pedagogicznego punktu widzenia 3DPAM jest skutecznym narzędziem nauczania anatomii, o czym świadczą testy wiedzy przeprowadzane uczniom i ich satysfakcja. Efekt nauczania 3DPAM jest najlepszy, gdy odtwarza złożone regiony anatomiczne, a studenci używają go na wczesnym etapie szkolenia medycznego.
Zestawy danych wygenerowane i/lub analizowane w bieżącym badaniu nie są publicznie dostępne ze względu na bariery językowe, ale są dostępne od odpowiedniego autora na rozsądne żądanie.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Przegląd anatomii rażącej, mikroanatomii, neurobiologii i embriologii w amerykańskich programach nauczania szkoły medycznej. Anat Rec. 2002; 269 (2): 118-22.
Ghosh SK Cadaveric Dissection jako narzędzie edukacyjne dla anatomicznych nauk w XXI wieku: rozwarstwienie jako narzędzie edukacyjne. Analiza edukacji naukowej. 2017; 10 (3): 286–99.
Czas po: 01-2023