Trójwymiarowe drukowane modele anatomiczne (3DPAM) wydają się być odpowiednim narzędziem ze względu na ich wartość edukacyjną i wykonalność.Celem niniejszego przeglądu jest opisanie i analiza metod zastosowanych do stworzenia 3DPAM do nauczania anatomii człowieka oraz ocena jego wkładu pedagogicznego.
W PubMed przeprowadzono elektroniczne wyszukiwanie z użyciem następujących terminów: edukacja, szkoła, uczenie się, nauczanie, szkolenie, nauczanie, edukacja, trójwymiarowy, 3D, trójwymiarowy, drukowanie, drukowanie, drukowanie, anatomia, anatomia, anatomia i anatomia ..Ustalenia obejmowały charakterystykę badania, projekt modelu, ocenę morfologiczną, wyniki w nauce oraz mocne i słabe strony.
Spośród 68 wybranych artykułów najwięcej prac dotyczyło obszaru czaszki (33 artykuły);51 artykułów wspomina o drukowaniu kości.W 47 artykułach opracowano 3DPAM w oparciu o tomografię komputerową.Wymienionych jest pięć procesów drukowania.Tworzywa sztuczne i ich pochodne wykorzystano w 48 badaniach.Cena każdego projektu waha się od 1,25 do 2800 dolarów.W trzydziestu siedmiu badaniach porównano 3DPAM z modelami referencyjnymi.W trzydziestu trzech artykułach zbadano działania edukacyjne.Główne korzyści to jakość wizualna i dotykowa, efektywność uczenia się, powtarzalność, możliwość dostosowania i zwinność, oszczędność czasu, integracja anatomii funkcjonalnej, lepsze możliwości rotacji mentalnej, zatrzymywanie wiedzy i satysfakcja nauczyciela/ucznia.Główne wady są związane z projektem: spójność, brak szczegółów lub przezroczystości, zbyt jasne kolory, długi czas druku i wysoki koszt.
Ten systematyczny przegląd pokazuje, że 3DPAM jest opłacalny i skuteczny w nauczaniu anatomii.Bardziej realistyczne modele wymagają zastosowania droższych technologii druku 3D i dłuższego czasu projektowania, co znacznie zwiększy całkowity koszt.Kluczem jest dobór odpowiedniej metody obrazowania.Z pedagogicznego punktu widzenia 3DPAM jest skutecznym narzędziem do nauczania anatomii, pozytywnie wpływającym na efekty uczenia się i satysfakcję.Efekt nauczania 3DPAM jest najlepszy, gdy odtwarza złożone obszary anatomiczne, a studenci korzystają z niego na początku swojej edukacji medycznej.
Sekcje zwłok zwierząt przeprowadzane są od czasów starożytnej Grecji i stanowią jedną z głównych metod nauczania anatomii.Sekcje zwłok wykonywane w trakcie praktyki praktycznej znajdują zastosowanie w programie teoretycznym studentów medycyny na uniwersytecie i są obecnie uważane za złoty standard w nauce anatomii [1,2,3,4,5].Istnieje jednak wiele barier w wykorzystaniu próbek pobranych ze zwłok ludzkich, co skłania do poszukiwania nowych narzędzi szkoleniowych [6, 7].Niektóre z tych nowych narzędzi obejmują rzeczywistość rozszerzoną, narzędzia cyfrowe i druk 3D.Według niedawnego przeglądu literatury przeprowadzonego przez Santosa i in.[8] Pod względem wartości tych nowych technologii w nauczaniu anatomii, druk 3D wydaje się być jednym z najważniejszych zasobów, zarówno pod względem wartości edukacyjnej dla uczniów, jak i pod względem wykonalności wdrożenia [4,9,10] .
Druk 3D nie jest nowością.Pierwsze patenty związane z tą technologią pochodzą z 1984 roku: A Le Méhauté, O De Witte i JC André we Francji, a trzy tygodnie później C Hull w USA.Od tego czasu technologia ta stale ewoluowała, a jej zastosowanie rozszerzyło się na wiele obszarów.Przykładowo NASA wydrukowała pierwszy obiekt poza Ziemią w 2014 roku [11].To nowe narzędzie przyjęła również medycyna, zwiększając w ten sposób chęć rozwoju medycyny spersonalizowanej [12].
Wielu autorów wykazało korzyści płynące z wykorzystania wydrukowanych w 3D modeli anatomicznych (3DPAM) w edukacji medycznej [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].Do nauczania anatomii człowieka potrzebne są modele niepatologiczne i anatomicznie normalne.W niektórych przeglądach analizowano modele treningu patologicznego lub medyczno-chirurgicznego [8, 20, 21].Aby opracować hybrydowy model nauczania anatomii człowieka, który uwzględnia nowe narzędzia, takie jak druk 3D, przeprowadziliśmy systematyczny przegląd mający na celu opis i analizę sposobu tworzenia drukowanych obiektów 3D do nauczania anatomii człowieka oraz tego, jak uczniowie oceniają skuteczność uczenia się przy użyciu tych obiektów 3D.
Ten systematyczny przegląd literatury przeprowadzono w czerwcu 2022 r., stosując wytyczne PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) bez ograniczeń czasowych [22].
Kryteriami włączenia były wszystkie prace badawcze wykorzystujące 3DPAM w nauczaniu/uczeniu się anatomii.Wykluczono recenzje literatury, listy lub artykuły skupiające się na modelach patologicznych, modelach zwierzęcych, modelach archeologicznych i modelach szkolenia medycznego/chirurgicznego.Wybrano jedynie artykuły opublikowane w języku angielskim.Artykuły bez abstraktów dostępnych online zostały wykluczone.Uwzględniono artykuły obejmujące wiele modeli, z których co najmniej jeden był anatomicznie prawidłowy lub charakteryzował się niewielką patologią, która nie wpływała na wartość dydaktyczną.
Przeszukano literaturę w elektronicznej bazie danych PubMed (Narodowa Biblioteka Medyczna, NCBI) w celu zidentyfikowania odpowiednich badań opublikowanych do czerwca 2022 r. Użyj następujących haseł wyszukiwania: edukacja, szkoła, nauczanie, nauczanie, uczenie się, nauczanie, edukacja, trzy- wymiarowe, 3D, 3D, drukowanie, drukowanie, drukowanie, anatomia, anatomia, anatomia i anatomia.Wykonano pojedyncze zapytanie: (((edukacja[Tytuł/Streszczenie] LUB szkoła[Tytuł/Streszczenie] ORuczenie się[Tytuł/Streszczenie] LUB nauczanie[Tytuł/Streszczenie] LUB szkolenie[Tytuł/Streszczenie] OReach[Tytuł/Streszczenie] ] LUB Edukacja [tytuł/streszczenie]) AND (Trzy wymiary [tytuł] LUB 3D [tytuł] LUB 3D [tytuł])) AND (Drukuj [tytuł] LUB drukuj [tytuł] LUB drukuj [tytuł])) AND (Anatomy) [tytuł ] ]/streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie] lub anatomia [tytuł/streszczenie]).Dodatkowe artykuły zidentyfikowano poprzez ręczne przeszukiwanie bazy danych PubMed i przeglądanie odniesień do innych artykułów naukowych.Nie zastosowano żadnych ograniczeń dat, ale zastosowano filtr „Osoba”.
Wszystkie znalezione tytuły i streszczenia zostały sprawdzone pod kątem kryteriów włączenia i wykluczenia przez dwóch autorów (EBR i AL), a każde badanie niespełniające wszystkich kryteriów kwalifikowalności zostało wykluczone.Pełnotekstowe publikacje pozostałych badań zostały pobrane i sprawdzone przez trzech autorów (EBR, EBE i AL).W razie potrzeby spory w zakresie wyboru artykułów rozstrzygała czwarta osoba (LT).Do przeglądu włączono publikacje spełniające wszystkie kryteria włączenia.
Ekstrakcji danych dokonało niezależnie dwóch autorów (EBR i AL) pod nadzorem trzeciego autora (LT).
- Dane projektowe modelu: obszary anatomiczne, określone części anatomiczne, model początkowy do druku 3D, metoda pozyskiwania, oprogramowanie do segmentacji i modelowania, typ drukarki 3D, rodzaj i ilość materiału, skala druku, kolor, koszt druku.
- Ocena morfologiczna modeli: modele użyte do porównania, ocena lekarska ekspertów/nauczycieli, liczba osób oceniających, rodzaj oceny.
- Model nauczania 3D: ocena wiedzy uczniów, sposób oceniania, liczba uczniów, liczba grup porównawczych, randomizacja uczniów, wykształcenie/typ ucznia.
W MEDLINE odnaleziono 418 badań, a 139 artykułów zostało wykluczonych przez filtr „ludzki”.Po przejrzeniu tytułów i abstraktów wybrano 103 badania do zapoznania się z pełnym tekstem.34 artykuły zostały wykluczone, ponieważ były to modele patologiczne (9 artykułów), modele medyczne/chirurgiczne (4 artykuły), modele zwierzęce (4 artykuły), modele radiologiczne 3D (1 artykuł) lub nie były oryginalnymi artykułami naukowymi (16 rozdziałów).).Do przeglądu włączono 68 artykułów.Rysunek 1 przedstawia proces selekcji w formie schematu blokowego.
Schemat blokowy podsumowujący identyfikację, selekcję i włączenie artykułów do tego przeglądu systematycznego
Wszystkie badania opublikowano w latach 2014–2022, średni rok publikacji to 2019 r. Spośród 68 uwzględnionych artykułów 33 (49%) miały charakter opisowy i eksperymentalny, 17 (25%) miało charakter czysto eksperymentalny, a 18 (26%) miało charakter czysto eksperymentalny. eksperymentalny.Czysto opisowe.Spośród 50 (73%) badań eksperymentalnych w 21 (31%) zastosowano randomizację.Tylko 34 badania (50%) obejmowały analizy statystyczne.Tabela 1 podsumowuje charakterystykę każdego badania.
33 artykuły (48%) badały okolicę głowy, 19 artykułów (28%) badały okolicę klatki piersiowej, 17 artykułów (25%) badały okolicę brzucha i miednicy, a 15 artykułów (22%) badało kończyny.Pięćdziesiąt jeden artykułów (75%) wspomniało o kościach drukowanych w 3D jako modelach anatomicznych lub wielowarstwowych modelach anatomicznych.
Jeśli chodzi o modele źródłowe lub pliki wykorzystane do opracowania 3DPAM, 23 artykuły (34%) wspomniały o wykorzystaniu danych pacjentów, 20 artykułów (29%) wspomniało o wykorzystaniu danych ze zwłok, a 17 artykułów (25%) wspomniało o wykorzystaniu baz danych.użycia, a w 7 badaniach (10%) nie ujawniono źródła wykorzystanych dokumentów.
W 47 badaniach (69%) opracowano 3DPAM w oparciu o tomografię komputerową, a w 3 badaniach (4%) odnotowano zastosowanie mikroCT.7 artykułów (10%) wyświetlało obiekty 3D przy użyciu skanerów optycznych, 4 artykuły (6%) przy użyciu MRI i 1 artykuł (1%) przy użyciu kamer i mikroskopów.W 14 artykułach (21%) nie podano źródła plików źródłowych projektu modelu 3D.Pliki 3D tworzone są ze średnią rozdzielczością przestrzenną mniejszą niż 0,5 mm.Optymalna rozdzielczość wynosi 30 µm [80], a maksymalna 1,5 mm [32].
Zastosowano sześćdziesiąt różnych aplikacji (segmentacja, modelowanie, projektowanie lub drukowanie).Najczęściej stosowano Mimics (Materialise, Leuven, Belgia) (14 badań, 21%), następnie MeshMixer (Autodesk, San Rafael, Kalifornia) (13 badań, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) .(10 badań, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 badań, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Holandia) (8 badań, 12%) i CURA (Geldemarsen, Holandia) (7 badań, 10%).
Wspomniano o sześćdziesięciu siedmiu różnych modelach drukarek i pięciu procesach drukowania.Technologię FDM (Fused Deposition Modeling) zastosowano w 26 produktach (38%), obróbkę strumieniowo-ścierną materiału w 13 produktach (19%) i na koniec piaskowanie spoiwa (11 produktów, 16%).Najrzadziej stosowane technologie to stereolitografia (SLA) (5 artykułów, 7%) oraz 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].
Wyszczególniając materiały użyte do wykonania 3DPAM (51 artykułów, 75%), w 48 badaniach (71%) wykorzystano tworzywa sztuczne i ich pochodne.Głównymi zastosowanymi materiałami były PLA (kwas polimlekowy) (n = 20, 29%), żywica (n = 9, 13%) i ABS (akrylonitryl-butadien-styren) (7 rodzajów, 10%).23 artykuły (34%) badały 3DPAM wykonany z wielu materiałów, 36 artykułów (53%) przedstawiało 3DPAM wykonany z tylko jednego materiału, a 9 artykułów (13%) nie określiło materiału.
W dwudziestu dziewięciu artykułach (43%) podano współczynniki druku w zakresie od 0,25:1 do 2:1, przy średniej wynoszącej 1:1.W dwudziestu pięciu artykułach (37%) zastosowano stosunek 1:1.28 3DPAM (41%) składało się z wielu kolorów, a 9 (13%) zostało zabarwionych po wydrukowaniu [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trzydzieści cztery artykuły (50%) wspomniały o kosztach.W 9 artykułach (13%) wspomniano o kosztach drukarek 3D i surowców.Ceny drukarek wahają się od 302 do 65 000 dolarów.Jeśli określono, ceny modeli wahają się od 1,25 do 2800 dolarów;te skrajności odpowiadają próbkom szkieletowym [47] i modelom zaotrzewnowym o wysokiej wierności [48].Tabela 2 podsumowuje dane modelu dla każdego uwzględnionego badania.
W trzydziestu siedmiu badaniach (54%) porównano 3DAPM z modelem referencyjnym.Wśród tych badań najczęstszym komparatorem był anatomiczny model odniesienia, zastosowany w 14 artykułach (38%), preparaty plastynowane w 6 artykułach (16%), a preparaty plastynowane w 6 artykułach (16%).Wykorzystanie rzeczywistości wirtualnej, tomografia komputerowa obrazująca jeden 3DPAM w 5 artykułach (14%), kolejny 3DPAM w 3 artykułach (8%), poważne gry w 1 artykule (3%), radiogramy w 1 artykule (3%), modele biznesowe w 1 artykuł (3%), a rzeczywistość rozszerzona w 1 artykule (3%).W trzydziestu czterech (50%) badaniach oceniano 3DPAM.W piętnastu (48%) badaniach szczegółowo opisano doświadczenia oceniających (tab. 3).3DPAM zostało przeprowadzone przez chirurgów lub lekarzy prowadzących w 7 badaniach (47%), specjalistów anatomii w 6 badaniach (40%), studentów w 3 badaniach (20%), nauczycieli (dyscyplina nieokreślona) w 3 badaniach (20%) w celu oceny i jeszcze jeden ewaluator w artykule (7%).Średnia liczba ewaluatorów wynosi 14 (minimum 2, maksymalnie 30).W trzydziestu trzech badaniach (49%) oceniano morfologię 3DPAM jakościowo, a w 10 badaniach (15%) oceniano morfologię 3DPAM ilościowo.Spośród 33 badań, w których zastosowano oceny jakościowe, w 16 zastosowano oceny czysto opisowe (48%), w 9 wykorzystano testy/oceny/ankiety (27%), a w 8 zastosowano skalę Likerta (24%).Tabela 3 podsumowuje oceny morfologiczne modeli w każdym włączonym badaniu.
W trzydziestu trzech (48%) artykułach zbadano i porównano skuteczność nauczania uczniów 3DPAM.Spośród tych badań w 23 (70%) artykułach oceniano satysfakcję uczniów, w 17 (51%) zastosowano skalę Likerta, a w 6 (18%) zastosowano inne metody.Dwadzieścia dwa artykuły (67%) oceniały naukę uczniów poprzez testowanie wiedzy, z czego 10 (30%) wykorzystywało testy wstępne i/lub posttesty.W jedenastu badaniach (33%) wykorzystano pytania i testy wielokrotnego wyboru w celu oceny wiedzy uczniów, a w pięciu badaniach (15%) wykorzystano etykietowanie obrazu/identyfikację anatomiczną.W każdym badaniu uczestniczyło średnio 76 uczniów (minimum 8, maksymalnie 319).Dwadzieścia cztery badania (72%) obejmowały grupę kontrolną, z czego 20 (60%) stosowało randomizację.Natomiast w jednym badaniu (3%) losowo przydzielono modele anatomiczne 10 różnym studentom.Porównywano średnio 2,6 grup (minimum 2, maksymalnie 10).W dwudziestu trzech badaniach (70%) uczestniczyli studenci medycyny, z czego 14 (42%) to studenci pierwszego roku medycyny.W sześciu (18%) badaniach uczestniczyli mieszkańcy, 4 (12%) studenci stomatologii i 3 (9%) studenci kierunków ścisłych.Sześć badań (18%) wdrożyło i oceniło autonomiczne uczenie się przy użyciu 3DPAM.Tabela 4 podsumowuje wyniki oceny efektywności nauczania 3DPAM dla każdego uwzględnionego badania.
Główne zalety stosowania 3DPAM jako narzędzia dydaktycznego do nauczania normalnej anatomii człowieka, zgłoszone przez autorów, to cechy wizualne i dotykowe, w tym realizm [55, 67], dokładność [44, 50, 72, 85] i zmienność konsystencji [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 ulepszeń lub personalizacji [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], możliwość manipulowania uczniami [30, 49], oszczędność czasu nauczania [61, 80], łatwość przechowywania [61], możliwość integracji anatomii funkcjonalnej lub tworzenia określonych struktur [51, 53], 67], szybkiego projektowania szkieletu modeli [81], umiejętności wspólnego tworzenia i wykorzystywania modeli domów [49, 60, 71], poprawy zdolności rotacji mentalnej [23] i zatrzymywania wiedzy [32], a także u nauczyciela [ 25, 63] i satysfakcję uczniów [25, 63].45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Główne wady związane są z projektem: sztywność [80], spójność [28, 62], brak szczegółowości lub przezroczystości [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], zbyt jasne kolory [45].i kruchość podłogi[71].Inne wady to utrata informacji [30, 76], długi czas potrzebny na segmentację obrazu [36, 52, 57, 58, 74], czas drukowania [57, 63, 66, 67], brak zmienności anatomicznej [25], i koszt.Wysoka[48].
W tym systematycznym przeglądzie podsumowano 68 artykułów opublikowanych na przestrzeni 9 lat i podkreślono zainteresowanie społeczności naukowej 3DPAM jako narzędziem do nauczania normalnej anatomii człowieka.Każdy obszar anatomiczny został zbadany i wydrukowany w 3D.Spośród tych artykułów 37 porównało 3DPAM z innymi modelami, a 33 artykuły oceniły pedagogiczne znaczenie 3DPAM dla uczniów.
Biorąc pod uwagę różnice w projektowaniu anatomicznych badań druku 3D, nie uznaliśmy za właściwe przeprowadzenie metaanalizy.Metaanaliza opublikowana w 2020 roku skupiała się głównie na testach wiedzy anatomicznej po treningu, bez analizy technicznych i technologicznych aspektów projektowania i produkcji 3DPAM [10].
Region głowy jest najczęściej badany, prawdopodobnie dlatego, że złożoność jego anatomii utrudnia uczniom przedstawienie tego obszaru anatomicznego w przestrzeni trójwymiarowej w porównaniu z kończynami lub tułowiem.Zdecydowanie najczęściej stosowaną metodą obrazowania jest tomografia komputerowa.Technika ta jest szeroko stosowana, zwłaszcza w środowisku medycznym, ale ma ograniczoną rozdzielczość przestrzenną i niski kontrast tkanek miękkich.Ograniczenia te sprawiają, że tomografia komputerowa nie nadaje się do segmentacji i modelowania układu nerwowego.Z drugiej strony tomografia komputerowa lepiej nadaje się do segmentacji/modelowania tkanki kostnej;Kontrast kości i tkanek miękkich pomaga wykonać te kroki przed wydrukowaniem modeli anatomicznych w 3D.Z kolei mikroCT uważa się za technologię referencyjną pod względem rozdzielczości przestrzennej w obrazowaniu kości [70].Do uzyskania obrazów można również użyć skanerów optycznych lub MRI.Wyższa rozdzielczość zapobiega wygładzaniu powierzchni kości i pozwala zachować subtelność struktur anatomicznych [59].Wybór modelu wpływa także na rozdzielczość przestrzenną: np. modele uplastyczniające mają niższą rozdzielczość [45].Projektanci graficzni muszą tworzyć niestandardowe modele 3D, co zwiększa koszty (25 do 150 dolarów za godzinę) [43].Uzyskanie wysokiej jakości plików .STL nie wystarczy do stworzenia wysokiej jakości modeli anatomicznych.Konieczne jest określenie parametrów druku, takich jak orientacja modelu anatomicznego na płycie drukarskiej [29].Niektórzy autorzy sugerują, że wszędzie tam, gdzie to możliwe, należy stosować zaawansowane technologie druku, takie jak SLS, w celu poprawy dokładności 3DPAM [38].Produkcja 3DPAM wymaga profesjonalnej pomocy;najbardziej poszukiwanymi specjalistami są inżynierowie [72], radiologowie [75], graficy [43] i anatomowie [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Oprogramowanie do segmentacji i modelowania to ważne czynniki umożliwiające uzyskanie dokładnych modeli anatomicznych, ale koszt tych pakietów oprogramowania i ich złożoność utrudniają ich użycie.W kilku badaniach porównano wykorzystanie różnych pakietów oprogramowania i technologii druku, podkreślając zalety i wady każdej technologii [68].Oprócz oprogramowania do modelowania wymagane jest również oprogramowanie do drukowania kompatybilne z wybraną drukarką;niektórzy autorzy wolą korzystać z druku 3D online [75].Jeśli wydrukowana zostanie wystarczająca liczba obiektów 3D, inwestycja może przynieść zwrot finansowy [72].
Plastik jest zdecydowanie najczęściej używanym materiałem.Szeroka gama tekstur i kolorów sprawia, że jest to materiał wybierany dla 3DPAM.Niektórzy autorzy chwalą jego wysoką wytrzymałość w porównaniu z tradycyjnymi modelami ze zwłok lub platerowanymi [24, 56, 73].Niektóre tworzywa sztuczne mają nawet właściwości zginania i rozciągania.Na przykład Filaflex z technologią FDM może rozciągnąć się do 700%.Niektórzy autorzy uważają go za materiał z wyboru do replikacji mięśni, ścięgien i więzadeł [63].Z drugiej strony dwa badania zrodziły pytania dotyczące orientacji włókien podczas drukowania.W rzeczywistości orientacja, przyczep, unerwienie i funkcja włókien mięśniowych mają kluczowe znaczenie w modelowaniu mięśni [33].
Co zaskakujące, niewiele badań wspomina o skali druku.Ponieważ wiele osób uważa stosunek 1:1 za standard, autor mógł o tym nie wspominać.Chociaż zwiększanie skali byłoby przydatne w przypadku ukierunkowanego uczenia się w dużych grupach, wykonalność takiego skalowania nie została jeszcze zbadana, zwłaszcza w obliczu rosnącej liczebności klas i ważnym czynnikiem jest fizyczny rozmiar modelu.Oczywiście skale pełnowymiarowe ułatwiają lokalizację i komunikowanie pacjentowi różnych elementów anatomicznych, co może wyjaśniać, dlaczego są tak często stosowane.
Spośród wielu drukarek dostępnych na rynku te, które wykorzystują technologię PolyJet (material inkjet lub binder inkjet) w celu zapewnienia wysokiej rozdzielczości kolorów i drukowania na wielu materiałach (a zatem i wielu teksturach), kosztują od 20 000 do 250 000 dolarów amerykańskich ( https:// /www.aniwaa.com/).Ten wysoki koszt może ograniczyć promocję 3DPAM w szkołach medycznych.Oprócz kosztu drukarki, koszt materiałów potrzebnych do druku atramentowego jest wyższy niż w przypadku drukarek SLA czy FDM [68].Ceny drukarek SLA lub FDM są również tańsze i wahają się od 576 do 4999 euro w artykułach wymienionych w tym przeglądzie.Według Tripodi i współpracowników każdą część szkieletu można wydrukować za 1,25 dolara [47].W jedenastu badaniach stwierdzono, że druk 3D jest tańszy niż uplastycznianie czy modele komercyjne [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Co więcej, te komercyjne modele mają na celu dostarczanie pacjentowi informacji bez wystarczającej ilości szczegółów do nauczania anatomii [80].Te modele komercyjne są uważane za gorsze od 3DPAM [44].Warto zauważyć, że oprócz zastosowanej technologii druku ostateczny koszt jest proporcjonalny do skali, a co za tym idzie, ostatecznego rozmiaru 3DPAM [48].Z tych powodów preferowana jest skala pełnowymiarowa [37].
Tylko w jednym badaniu porównano 3DPAM z dostępnymi na rynku modelami anatomicznymi [72].Próbki ze zwłok są najczęściej używanym komparatorem 3DPAM.Pomimo swoich ograniczeń modele zwłok pozostają cennym narzędziem do nauczania anatomii.Należy dokonać rozróżnienia pomiędzy sekcją zwłok, sekcją i suchą kością.Na podstawie testów treningowych dwa badania wykazały, że 3DPAM jest istotnie skuteczniejszy niż rozwarstwienie plastynowane [16, 27].W jednym badaniu porównano godzinę treningu z wykorzystaniem 3DPAM (kończyna dolna) z godzinną preparacją tego samego obszaru anatomicznego [78].Nie stwierdzono znaczących różnic pomiędzy obydwoma metodami nauczania.Prawdopodobnie istnieje niewiele badań na ten temat, ponieważ trudno jest dokonać takich porównań.Dyssekcja jest dla studentów czasochłonnym przygotowaniem.Czasem potrzeba kilkudziesięciu godzin przygotowań, w zależności od tego, co się przygotowuje.Trzeciego porównania można dokonać z suchymi kościami.Badanie Tsai i Smith wykazało, że wyniki testów były istotnie lepsze w grupie stosującej 3DPAM [51, 63].Chen i współpracownicy zauważyli, że uczniowie korzystający z modeli 3D osiągali lepsze wyniki w identyfikowaniu struktur (czaszek), ale nie było różnicy w wynikach MCQ [69].Wreszcie Tanner i wsp. wykazali w tej grupie lepsze wyniki po badaniu, stosując 3DPAM dołu skrzydłowo-podniebiennego [46].W przeglądzie literatury zidentyfikowano inne nowe narzędzia nauczania.Najpopularniejsze z nich to rzeczywistość rozszerzona, rzeczywistość wirtualna i poważne gry [43].Zdaniem Mahrousa i wsp. preferencje dotyczące modeli anatomicznych zależą od liczby godzin, jakie uczniowie spędzają grając w gry wideo [31].Z drugiej strony, główną wadą nowych narzędzi do nauczania anatomii jest sprzężenie zwrotne dotykiem, zwłaszcza w przypadku narzędzi czysto wirtualnych [48].
Większość badań oceniających nowy 3DPAM wykorzystywała wstępne testy wiedzy.Te wstępne testy pomagają uniknąć stronniczości w ocenie.Niektórzy autorzy przed przeprowadzeniem badań eksperymentalnych wykluczają wszystkich uczniów, którzy na teście wstępnym uzyskali wyniki powyżej średniej [40].Wśród błędów, o których wspominali Garas i współpracownicy, znalazł się kolor modelu i dobór ochotników w klasie studenckiej [61].Barwienie ułatwia identyfikację struktur anatomicznych.Chen i wsp. ustalili ścisłe warunki eksperymentalne, bez początkowych różnic między grupami, a badanie zostało zaślepione w maksymalnym możliwym stopniu [69].Lim i współpracownicy zalecają, aby ocena po teście została dokonana przez osobę trzecią, aby uniknąć stronniczości w ocenie [16].W niektórych badaniach wykorzystano skale Likerta do oceny wykonalności 3DPAM.Instrument ten jest odpowiedni do oceny satysfakcji, ale nadal istnieją ważne błędy, o których należy pamiętać [86].
Edukacyjne znaczenie 3DPAM oceniano przede wszystkim wśród studentów medycyny, w tym studentów pierwszego roku medycyny, w 14 z 33 badań.W swoim badaniu pilotażowym Wilk i wsp. podali, że studenci medycyny uważają, że druk 3D powinien być uwzględniany w ich nauce anatomii [87].87% studentów ankietowanych w badaniu Cercenelli uważało, że drugi rok studiów to najlepszy czas na zastosowanie 3DPAM [84].Wyniki Tannera i współpracowników pokazały również, że uczniowie osiągali lepsze wyniki, jeśli nigdy nie studiowali tej dziedziny [46].Dane te sugerują, że pierwszy rok studiów medycznych to optymalny czas na włączenie 3DPAM do nauczania anatomii.Metaanaliza Ye potwierdziła tę tezę [18].W 27 artykułach uwzględnionych w badaniu zaobserwowano znaczące różnice w działaniu 3DPAM w porównaniu z tradycyjnymi modelami u studentów medycyny, ale nie u rezydentów.
3DPAM jako narzędzie edukacyjne poprawia osiągnięcia w nauce [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], długoterminowe zapamiętywanie wiedzy [32] i satysfakcję uczniów [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]., 69, 84].Panele ekspertów również uznały te modele za przydatne [37, 42, 49, 81, 82], a dwa badania wykazały satysfakcję nauczycieli 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 metaanalizie Ye i współpracownicy potwierdzili, że uczniowie, którzy otrzymali instrukcje 3DPAM, uzyskali lepsze wyniki po teście niż uczniowie, którzy otrzymali instrukcje 2D lub instrukcje na zwłokach [10].Jednakże zróżnicowali 3DPAM nie na podstawie złożoności, ale po prostu na podstawie serca, układu nerwowego i jamy brzusznej.W siedmiu badaniach 3DPAM nie osiągnął lepszych wyników niż inne modele oparte na testach wiedzy przeprowadzanych wśród uczniów [32, 66, 69, 77, 78, 84].W swojej metaanalizie Salazar i wsp. doszli do wniosku, że zastosowanie 3DPAM szczególnie poprawia zrozumienie złożonej anatomii [17].Koncepcja ta jest zgodna z listem Hitasa do redakcji [88].Niektóre obszary anatomiczne uważane za mniej złożone nie wymagają stosowania 3DPAM, natomiast bardziej złożone obszary anatomiczne (takie jak szyja lub układ nerwowy) byłyby logicznym wyborem dla 3DPAM.Koncepcja ta może wyjaśniać, dlaczego niektóre modele 3DPAM nie są uważane za lepsze od modeli tradycyjnych, zwłaszcza gdy studentom brakuje wiedzy w dziedzinie, w której wydajność modeli jest lepsza.Zatem prezentowanie prostego modelu studentom, którzy mają już pewną wiedzę na ten temat (studentom medycyny lub rezydentom), nie jest pomocne w poprawie wyników uczniów.
Spośród wszystkich wymienionych korzyści edukacyjnych w 11 badaniach kładziono nacisk na walory wizualne lub dotykowe modeli [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], a w 3 badaniach poprawiano wytrzymałość i trwałość (33 , 50-52, 63, 79, 85, 86).Inne zalety to to, że uczniowie mogą manipulować konstrukcjami, nauczyciele mogą zaoszczędzić czas, są łatwiejsze do konserwacji niż zwłoki, projekt można ukończyć w ciągu 24 godzin, można go używać jako narzędzia do nauki w domu i można go używać do nauczania dużych ilości przedmiotów informacji.grupy [30, 49, 60, 61, 80, 81].Powtarzane drukowanie 3D w celu nauczania anatomii w dużych nakładach sprawia, że drukowanie modeli 3D jest bardziej opłacalne [26].Zastosowanie 3DPAM może poprawić możliwości rotacji mentalnej [23] i poprawić interpretację obrazów przekrojowych [23, 32].W dwóch badaniach wykazano, że studenci narażeni na działanie 3DPAM byli bardziej narażeni na operację [40, 74].Można osadzić metalowe łączniki, aby stworzyć ruch potrzebny do badania anatomii funkcjonalnej [51, 53], lub można wydrukować modele przy użyciu projektów spustowych [67].
Druk 3D umożliwia tworzenie regulowanych modeli anatomicznych poprzez poprawę niektórych aspektów na etapie modelowania, [48, 80] stworzenie odpowiedniej podstawy, [59] łączenie wielu modeli, [36] wykorzystanie przezroczystości, (49) koloru, [45] lub uwidocznienie pewnych struktur wewnętrznych [30].Tripodi i współpracownicy wykorzystali glinę rzeźbiarską do uzupełnienia wydrukowanych w 3D modeli kości, podkreślając wartość współtworzonych modeli jako narzędzi dydaktycznych [47].W 9 badaniach kolor stosowano po wydrukowaniu [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], ale studenci stosowali go tylko raz [49].Niestety w badaniu nie oceniano jakości treningu modelowego ani kolejności treningu.Należy to rozważyć w kontekście edukacji anatomii, ponieważ korzyści płynące z nauczania mieszanego i współtworzenia są dobrze znane [89].Aby sprostać rosnącej aktywności reklamowej, do oceny modeli wielokrotnie stosowano samouczenie się [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
W jednym badaniu stwierdzono, że kolor tworzywa sztucznego był zbyt jasny[45], w innym stwierdzono, że model był zbyt delikatny[71], a dwa inne badania wykazały brak zmienności anatomicznej w projektowaniu poszczególnych modeli[25, 45 ].W siedmiu badaniach stwierdzono, że szczegóły anatomiczne 3DPAM są niewystarczające [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
W przypadku bardziej szczegółowych modeli anatomicznych dużych i złożonych obszarów, takich jak przestrzeń zaotrzewnowa czy okolica szyjna, czas segmentacji i modelowania uważa się za bardzo długi, a koszt bardzo wysoki (około 2000 USD) [27, 48].Hojo i wsp. w swoim badaniu podali, że stworzenie modelu anatomicznego miednicy zajęło 40 godzin [42].Najdłuższy czas segmentacji wyniósł 380 godzin w badaniu Weatheralla i wsp., w którym połączono wiele modeli, aby stworzyć kompletny model dróg oddechowych u dzieci [36].W dziewięciu badaniach segmentację i czas drukowania uznano za wady [36, 42, 57, 58, 74].Jednak w 12 badaniach skrytykowano właściwości fizyczne modeli, zwłaszcza ich spójność, [28, 62] brak przejrzystości, [30] kruchość i monochromatyczność, [71] brak tkanki miękkiej, [66] lub brak szczegółowości [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Wady te można przezwyciężyć, zwiększając czas segmentacji lub symulacji.Utrata i odzyskanie istotnych informacji była problemem, przed którym stanęły trzy zespoły [30, 74, 77].Według doniesień pacjentów jodowe środki kontrastowe nie zapewniały optymalnej widoczności naczyń ze względu na ograniczoną dawkę [74].Wstrzyknięcie modelu zwłok wydaje się metodą idealną, odchodzącą od zasady „jak najmniej” i ograniczeń związanych z dawką wstrzykiwanego środka kontrastowego.
Niestety wiele artykułów nie wspomina o niektórych kluczowych funkcjach 3DPAM.Mniej niż połowa artykułów wyraźnie stwierdziła, czy ich 3DPAM był zabarwiony.Uwzględnienie zakresu druku było niespójne (43% artykułów), a jedynie 34% wspomniało o korzystaniu z wielu mediów.Te parametry drukowania są krytyczne, 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 wziąć pod uwagę przed rozważeniem rozpoczęcia projektu mającego na celu opracowanie nowego 3DPAM.
Ten systematyczny przegląd pokazuje, że projektowanie i drukowanie 3D normalnych modeli anatomicznych jest wykonalne przy niskich kosztach, szczególnie w przypadku korzystania z drukarek FDM lub SLA i niedrogich jednokolorowych tworzyw sztucznych.Jednak te podstawowe projekty można ulepszyć, dodając kolor lub dodając projekty z różnych materiałów.Bardziej realistyczne modele (drukowane przy użyciu wielu materiałów o różnych kolorach i fakturach w celu dokładnego odtworzenia właściwości dotykowych modelu referencyjnego ze zwłok) wymagają droższych technologii druku 3D i dłuższego czasu projektowania.To znacznie zwiększy całkowity koszt.Bez względu na to, jaki proces drukowania zostanie wybrany, wybór odpowiedniej metody obrazowania jest kluczem do sukcesu 3DPAM.Im wyższa rozdzielczość przestrzenna, tym bardziej realistyczny staje się model i można go wykorzystać do zaawansowanych badań.Z pedagogicznego punktu widzenia 3DPAM jest skutecznym narzędziem do nauczania anatomii, o czym świadczą przeprowadzane wśród uczniów testy wiedzy i ich zadowolenie.Efekt nauczania 3DPAM jest najlepszy, gdy odtwarza złożone obszary anatomiczne, a studenci korzystają z niego na początku swojej edukacji medycznej.
Zbiory danych wygenerowane i/lub przeanalizowane w bieżącym badaniu nie są publicznie dostępne ze względu na bariery językowe, ale można je uzyskać u odpowiedniego autora na uzasadnioną prośbę.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM.Przegląd kursów anatomii ogólnej, mikroanatomii, neurobiologii i embriologii w programach nauczania amerykańskich szkół medycznych.Anat Rec.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Sekcja zwłok jako narzędzie edukacyjne dla nauk anatomicznych w XXI wieku: Sekcja jako narzędzie edukacyjne.Analiza nauczania przedmiotów ścisłych.2017;10(3):286–99.
Czas publikacji: 13 listopada 2023 r