Zdi se, da so tridimenzionalni tiskani anatomski modeli (3DPAMs) primerno orodje zaradi svoje izobraževalne vrednosti in izvedljivosti.Namen tega pregleda je opisati in analizirati metode, uporabljene za ustvarjanje 3DPAM za poučevanje človeške anatomije, in ovrednotiti njegov pedagoški prispevek.
V PubMed je bilo opravljeno elektronsko iskanje z naslednjimi izrazi: izobraževanje, šola, učenje, poučevanje, usposabljanje, poučevanje, izobraževanje, tridimenzionalno, 3D, 3-dimenzionalno, tiskanje, tiskanje, tiskanje, anatomija, anatomija, anatomija in anatomija ..Ugotovitve so vključevale značilnosti študije, zasnovo modela, morfološko oceno, izobraževalno uspešnost, prednosti in slabosti.
Med 68 izbranimi članki je bilo največ raziskav o lobanjskem predelu (33 člankov);51 člankov omenja kostni tisk.V 47 člankih je bil 3DPAM razvit na podlagi računalniške tomografije.Naštetih je pet postopkov tiskanja.Plastiko in njene derivate so uporabili v 48 študijah.Cena vsakega modela se giblje od 1,25 do 2800 dolarjev.Sedemintrideset študij je primerjalo 3DPAM z referenčnimi modeli.Triintrideset člankov je obravnavalo izobraževalno dejavnost.Glavne prednosti so vizualna in tipna kakovost, učna učinkovitost, ponovljivost, prilagodljivost in agilnost, prihranek časa, integracija funkcionalne anatomije, boljše zmožnosti mentalne rotacije, ohranjanje znanja in zadovoljstvo učiteljev/učencev.Glavne pomanjkljivosti so povezane z dizajnom: doslednost, pomanjkanje podrobnosti ali preglednosti, presvetle barve, dolgi časi tiskanja in visoki stroški.
Ta sistematični pregled kaže, da je 3DPAM stroškovno učinkovit in učinkovit za poučevanje anatomije.Bolj realistični modeli zahtevajo uporabo dražjih tehnologij 3D tiskanja in daljši čas načrtovanja, kar bo znatno povečalo skupne stroške.Glavna stvar je izbrati pravo slikovno metodo.S pedagoškega vidika je 3DPAM učinkovito orodje za poučevanje anatomije s pozitivnim vplivom na učne rezultate in zadovoljstvo.Učinek poučevanja 3DPAM je najboljši, če reproducira zapletene anatomske regije in ga študenti uporabljajo zgodaj v svojem medicinskem usposabljanju.
Seciranje živalskih trupel se izvaja že od stare Grčije in je ena glavnih metod poučevanja anatomije.Kadaverične disekcije, ki se izvajajo med praktičnim usposabljanjem, se uporabljajo v teoretičnem kurikulumu univerzitetnih študentov medicine in trenutno veljajo za zlati standard za študij anatomije [1,2,3,4,5].Vendar pa obstaja veliko ovir za uporabo vzorcev človeških trupel, kar spodbuja iskanje novih orodij za usposabljanje [6, 7].Nekatera od teh novih orodij vključujejo razširjeno resničnost, digitalna orodja in 3D-tiskanje.Glede na nedavni pregled literature Santosa et al.[8] Z vidika vrednosti teh novih tehnologij za poučevanje anatomije se zdi, da je 3D-tiskanje eden najpomembnejših virov, tako v smislu izobraževalne vrednosti za študente kot v smislu izvedljivosti implementacije [4,9,10] .
3D tiskanje ni novost.Prvi patenti, povezani s to tehnologijo, segajo v leto 1984: A Le Méhauté, O De Witte in JC André v Franciji, tri tedne kasneje pa še C Hull v ZDA.Od takrat se je tehnologija še naprej razvijala in njena uporaba se je razširila na številna področja.NASA je na primer leta 2014 natisnila prvi predmet zunaj Zemlje [11].Tudi medicinsko področje je sprejelo to novo orodje in s tem povečalo željo po razvoju personalizirane medicine [12].
Številni avtorji so dokazali prednosti uporabe 3D tiskanih anatomskih modelov (3DPAM) v medicinskem izobraževanju [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].Pri poučevanju človeške anatomije so potrebni nepatološki in anatomsko normalni modeli.Nekateri pregledi so preučevali patološke ali medicinske/kirurške modele usposabljanja [8, 20, 21].Da bi razvili hibridni model za poučevanje človeške anatomije, ki vključuje nova orodja, kot je 3D-tiskanje, smo izvedli sistematičen pregled, da bi opisali in analizirali, kako so 3D-natisnjeni predmeti ustvarjeni za poučevanje človeške anatomije in kako učenci ocenjujejo učinkovitost učenja z uporabo teh 3D-predmetov.
Ta sistematični pregled literature je bil izveden junija 2022 brez časovnih omejitev z uporabo smernic PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Kriteriji za vključitev so bili vsi raziskovalni članki, ki uporabljajo 3DPAM pri poučevanju/učenju anatomije.Pregledi literature, pisma ali članki, ki se osredotočajo na patološke modele, živalske modele, arheološke modele in modele medicinskega/kirurškega usposabljanja, so bili izključeni.Izbrani so bili samo članki, objavljeni v angleškem jeziku.Članki brez dostopnih spletnih povzetkov so bili izključeni.Vključeni so bili članki, ki so vključevali več modelov, od katerih je bil vsaj eden anatomsko normalen ali je imel manjšo patologijo, ki ni vplivala na učno vrednost.
V elektronski zbirki podatkov PubMed (National Library of Medicine, NCBI) je bilo opravljeno iskanje po literaturi za identifikacijo ustreznih študij, objavljenih do junija 2022. Uporabite naslednje iskalne izraze: izobraževanje, šola, poučevanje, poučevanje, učenje, poučevanje, izobraževanje, tri- dimenzionalno, 3D, 3D, tiskanje, tiskanje, tiskanje, anatomija, anatomija, anatomija in anatomija.Izvedena je bila ena sama poizvedba: (((izobraževanje[Naslov/Povzetek] OR šola[Naslov/Povzetek] ORučenje[Naslov/Povzetek] ALI poučevanje[Naslov/Povzetek] OR usposabljanje[Naslov/Povzetek] OReach[Naslov/Povzetek] ] ALI Izobraževanje [Naslov/povzetek]) IN (Tri dimenzije [Naslov] ALI 3D [Naslov] ALI 3D [Naslov])) IN (Natisni [Naslov] ALI Natisni [Naslov] ALI Natisni [Naslov])) IN (Anatomija) [Naslov ] ]/povzetek] ali anatomija [naslov/povzetek] ali anatomija [naslov/povzetek] ali anatomija [naslov/povzetek]).Dodatni članki so bili identificirani z ročnim iskanjem po bazi podatkov PubMed in pregledovanjem referenc drugih znanstvenih člankov.Uporabljene niso bile nobene datumske omejitve, vendar je bil uporabljen filter »Oseba«.
Vse pridobljene naslove in povzetke sta dva avtorja (EBR in AL) pregledala glede na merila za vključitev in izključitev, izključena pa je bila vsaka študija, ki ni izpolnjevala vseh meril za upravičenost.Publikacije polnih besedil preostalih študij so pridobili in pregledali trije avtorji (EBR, EBE in AL).Po potrebi je nesoglasja pri izboru člankov reševala četrta oseba (LT).V ta pregled so bile vključene publikacije, ki so izpolnjevale vsa merila za vključitev.
Ekstrakcija podatkov sta neodvisno izvedla dva avtorja (EBR in AL) pod nadzorom tretjega avtorja (LT).
- Podatki o zasnovi modela: anatomske regije, specifični anatomski deli, začetni model za 3D tiskanje, metoda pridobivanja, programska oprema za segmentacijo in modeliranje, vrsta 3D tiskalnika, vrsta materiala in količina, merilo tiskanja, barva, cena tiskanja.
- Morfološka ocena modelov: primerjalno uporabljeni modeli, medicinska ocena strokovnjakov/učiteljev, število ocenjevalcev, vrsta ocene.
- Učni 3D model: ocenjevanje znanja študentov, način ocenjevanja, število študentov, število primerjalnih skupin, randomizacija študentov, izobrazba/vrsta študenta.
V MEDLINE je bilo identificiranih 418 študij, 139 člankov pa je izločil "človeški" filter.Po pregledu naslovov in povzetkov so bile izbrane 103 študije za branje celotnega besedila.34 člankov je bilo izločenih, ker so bili patološki modeli (9 člankov), medicinski/kirurški modeli usposabljanja (4 članki), živalski modeli (4 članki), 3D radiološki modeli (1 članek) ali niso bili izvirni znanstveni članki (16 poglavij).).Skupno je bilo v pregled vključenih 68 člankov.Slika 1 prikazuje izbirni postopek kot diagram poteka.
Diagram poteka, ki povzema identifikacijo, pregledovanje in vključitev člankov v ta sistematični pregled
Vse študije so bile objavljene med letoma 2014 in 2022, s povprečnim letom objave 2019. Med 68 vključenimi članki je bilo 33 (49 %) študij opisnih in eksperimentalnih, 17 (25 %) izključno eksperimentalnih in 18 (26 %) študij. eksperimentalno.Čisto opisno.Od 50 (73 %) eksperimentalnih študij jih je 21 (31 %) uporabljalo randomizacijo.Samo 34 študij (50 %) je vključevalo statistične analize.Tabela 1 povzema značilnosti vsake študije.
33 člankov (48 %) je pregledalo predel glave, 19 člankov (28 %) torakalni predel, 17 člankov (25 %) abdominopelvični predel in 15 člankov (22 %) okončine.Enainpetdeset člankov (75 %) je omenilo 3D natisnjene kosti kot anatomske modele ali večrezinske anatomske modele.
Kar zadeva izvorne modele ali datoteke, uporabljene za razvoj 3DPAM, je 23 člankov (34 %) omenilo uporabo podatkov o bolnikih, 20 člankov (29 %) je omenilo uporabo kadaveričnih podatkov in 17 člankov (25 %) je omenilo uporabo podatkovnih baz.uporabljeni, 7 študij (10 %) pa ni razkrilo vira uporabljenih dokumentov.
47 študij (69 %) je razvilo 3DPAM na podlagi računalniške tomografije, 3 študije (4 %) pa so poročale o uporabi mikroCT.7 člankov (10 %) je projiciralo 3D objekte z uporabo optičnih skenerjev, 4 članki (6 %) z uporabo MRI in 1 članek (1 %) z uporabo kamer in mikroskopov.14 člankov (21 %) ni omenilo vira izvornih datotek zasnove 3D modela.3D datoteke so ustvarjene s povprečno prostorsko ločljivostjo manjšo od 0,5 mm.Optimalna ločljivost je 30 μm [80], največja ločljivost pa 1,5 mm [32].
Uporabljenih je bilo 60 različnih programskih aplikacij (segmentacija, modeliranje, oblikovanje ali tiskanje).Najpogosteje je bil uporabljen Mimics (Materialise, Leuven, Belgija) (14 študij, 21 %), sledi MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 študij, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) .(10 študij, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 študij, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Nizozemska) (8 študij, 12 %) in CURA (Geldemarsen, Nizozemska) (7 študij, 10 %).
Omenjenih je sedeminšestdeset različnih modelov tiskalnikov in pet postopkov tiskanja.Tehnologija FDM (Fused Deposition Modeling) je bila uporabljena pri 26 izdelkih (38 %), peskanje materiala pri 13 izdelkih (19 %) in končno peskanje veziva (11 izdelkov, 16 %).Najmanj uporabljeni tehnologiji sta stereolitografija (SLA) (5 člankov, 7 %) in selektivno lasersko sintranje (SLS) (4 članki, 6 %).Najpogosteje uporabljen tiskalnik (7 člankov, 10 %) je Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Pri določanju materialov, uporabljenih za izdelavo 3DPAM (51 člankov, 75 %), je 48 študij (71 %) uporabilo plastiko in njene derivate.Glavni uporabljeni materiali so bili PLA (polimlečna kislina) (n = 20, 29 %), smola (n = 9, 13 %) in ABS (akrilonitril butadien stiren) (7 vrst, 10 %).23 člankov (34 %) je pregledalo 3DPAM iz več materialov, 36 člankov (53 %) je predstavilo 3DPAM iz samo enega materiala, 9 člankov (13 %) pa ni navedlo materiala.
Devetindvajset člankov (43 %) je poročalo o razmerju tiskanja v razponu od 0,25:1 do 2:1, s povprečjem 1:1.Petindvajset člankov (37 %) je uporabilo razmerje 1:1.28 3DPAM (41 %) je bilo sestavljenih iz več barv, 9 (13 %) pa je bilo pobarvanih po tiskanju [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Štiriintrideset člankov (50 %) omenja stroške.9 člankov (13 %) omenja stroške 3D tiskalnikov in surovin.Cene tiskalnikov se gibljejo od 302 do 65.000 dolarjev.Če je določeno, se cene modela gibljejo od 1,25 USD do 2800 USD;ti ekstremi ustrezajo skeletnim vzorcem [47] in retroperitonealnim modelom visoke ločljivosti [48].Tabela 2 povzema modelne podatke za vsako vključeno študijo.
Sedemintrideset študij (54 %) je primerjalo 3DAPM z referenčnim modelom.Med temi študijami je bil najpogostejši primerjalnik anatomski referenčni model, uporabljen v 14 člankih (38 %), plastinirani preparati v 6 člankih (16 %), plastinirani preparati v 6 člankih (16 %).Uporaba virtualne resničnosti, slikanje z računalniško tomografijo en 3DPAM v 5 člankih (14 %), drugi 3DPAM v 3 člankih (8 %), resne igrice v 1 članku (3 %), rentgenski posnetki v 1 članku (3 %), poslovni modeli v 1 članek (3 %) in obogatena resničnost v 1 članku (3 %).Štiriintrideset (50 %) študij je ocenilo 3DPAM.Petnajst (48 %) študij je podrobno opisalo izkušnje ocenjevalcev (tabela 3).3DPAM so opravili kirurgi ali lečeči zdravniki v 7 študijah (47 %), specialisti anatomije v 6 študijah (40 %), študenti v 3 študijah (20 %), učitelji (disciplina ni navedena) v 3 študijah (20 %) za oceno in še en ocenjevalec v članku (7 %).Povprečno število ocenjevalcev je 14 (minimalno 2, največ 30).Triintrideset študij (49 %) je kvalitativno ocenilo morfologijo 3DPAM, 10 študij (15 %) pa kvantitativno ocenilo morfologijo 3DPAM.Od 33 študij, ki so uporabljale kvalitativne ocene, jih je 16 uporabljalo povsem opisne ocene (48 %), 9 jih je uporabljalo teste/ocene/ankete (27 %) in 8 Likertove lestvice (24 %).Tabela 3 povzema morfološke ocene modelov v vsaki vključeni študiji.
Triintrideset (48 %) člankov je preučevalo in primerjalo učinkovitost poučevanja 3DPAM za študente.Od teh študij je 23 (70 %) člankov ocenjevalo zadovoljstvo učencev, 17 (51 %) je uporabljalo Likertove lestvice, 6 (18 %) pa druge metode.Dvaindvajset člankov (67 %) je ocenjevalo učenje učencev s preverjanjem znanja, od tega jih je 10 (30 %) uporabljalo predteste in/ali naknadne teste.Enajst študij (33 %) je za ocenjevanje znanja učencev uporabilo vprašanja z izbirnimi odgovori in teste, pet študij (15 %) pa označevanje slik/anatomsko identifikacijo.V vsaki raziskavi je sodelovalo povprečno 76 študentov (najmanj 8, največ 319).Štiriindvajset študij (72 %) je imelo kontrolno skupino, od tega jih je 20 (60 %) uporabilo randomizacijo.Nasprotno pa je ena študija (3 %) naključno dodelila anatomske modele 10 različnim študentom.V povprečju je bilo primerjanih 2,6 skupin (najmanj 2, največ 10).Triindvajset raziskav (70 %) je vključevalo študente medicine, od tega 14 (42 %) študentov prvega letnika medicine.V šestih (18 %) študijah so sodelovali stanovalci, 4 (12 %) študenti zobozdravstva in 3 (9 %) študenti naravoslovja.Šest študij (18 %) je izvajalo in ovrednotilo avtonomno učenje z uporabo 3DPAM.Tabela 4 povzema rezultate ocene učinkovitosti poučevanja 3DPAM za vsako vključeno študijo.
Glavne prednosti uporabe 3DPAM kot učnega orodja za normalno človeško anatomijo, o katerih poročajo avtorji, so vizualne in taktilne značilnosti, vključno z realizmom [55, 67], natančnostjo [44, 50, 72, 85] in variabilnostjo doslednosti [34, 45]. ]., 48, 64], barva in prosojnost [28, 45], obstojnost [24, 56, 73], poučni učinek [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], cena [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], ponovljivost [80], možnost izboljšave ali personalizacije [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], sposobnost manipuliranja s študenti [30, 49], prihranek časa za poučevanje [61, 80], enostavnost shranjevanja [61], sposobnost integracije funkcionalne anatomije ali ustvarjanja specifičnih struktur [51, 53], 67] , hitro oblikovanje skeletnih modelov [ 81], zmožnost soustvarjanja modelov in odnašanja domov [ 49, 60, 71 ], izboljšanje sposobnosti mentalne rotacije [ 23 ] in ohranjanje znanja [ 32 ], pa tudi na učitelja [ 25, 63] in zadovoljstvo študentov [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Glavne pomanjkljivosti so povezane z oblikovanjem: togost [80], doslednost [28, 62], pomanjkanje podrobnosti ali preglednosti [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], presvetle barve [45].in krhkost tal[71].Druge pomanjkljivosti so izguba informacij [30, 76], dolg čas, potreben za segmentacijo slike [36, 52, 57, 58, 74], čas tiskanja [57, 63, 66, 67], pomanjkanje anatomske variabilnosti [25], in strošek.Visoka [48].
Ta sistematični pregled povzema 68 člankov, objavljenih v 9 letih, in poudarja zanimanje znanstvene skupnosti za 3DPAM kot orodje za poučevanje običajne človeške anatomije.Vsako anatomsko regijo so proučili in 3D natisnili.Od teh člankov je 37 člankov primerjalo 3DPAM z drugimi modeli, 33 člankov pa je ocenjevalo pedagoški pomen 3DPAM za učence.
Glede na razlike v zasnovi anatomskih študij 3D tiskanja se nam ni zdelo primerno izvesti metaanalize.Metaanaliza, objavljena leta 2020, se je v glavnem osredotočila na preizkuse anatomskega znanja po usposabljanju, ne da bi analizirala tehnične in tehnološke vidike oblikovanja in proizvodnje 3DPAM [10].
Predel glave je najbolj preučen, verjetno zato, ker je zaradi kompleksnosti njegove anatomije študentom težje prikazati ta anatomski predel v tridimenzionalnem prostoru v primerjavi z okončinami ali trupom.CT je daleč najpogosteje uporabljena slikovna metoda.Ta tehnika se pogosto uporablja, zlasti v medicinskih okoljih, vendar ima omejeno prostorsko ločljivost in nizek kontrast mehkih tkiv.Zaradi teh omejitev CT skeniranje ni primerno za segmentacijo in modeliranje živčnega sistema.Po drugi strani pa je računalniška tomografija bolj primerna za segmentacijo/modeliranje kostnega tkiva;Kontrast kosti/mehkega tkiva pomaga dokončati te korake pred 3D-tiskanjem anatomskih modelov.Po drugi strani pa mikroCT velja za referenčno tehnologijo v smislu prostorske ločljivosti pri slikanju kosti [70].Za pridobivanje slik se lahko uporabljajo tudi optični skenerji ali MRI.Višja ločljivost preprečuje glajenje kostnih površin in ohranja subtilnost anatomskih struktur [59].Izbira modela vpliva tudi na prostorsko ločljivost: modeli plastifikacije imajo na primer nižjo ločljivost [45].Grafični oblikovalci morajo ustvariti 3D modele po meri, kar poveča stroške (25 do 150 USD na uro) [43].Pridobivanje visokokakovostnih datotek .STL ni dovolj za ustvarjanje visokokakovostnih anatomskih modelov.Določiti je treba parametre tiska, kot je orientacija anatomskega modela na tiskarski plošči [29].Nekateri avtorji predlagajo uporabo naprednih tehnologij tiskanja, kot je SLS, kjer koli je to mogoče, da bi izboljšali natančnost 3DPAM [38].Izdelava 3DPAM zahteva strokovno pomoč;najbolj iskani strokovnjaki so inženirji [72], radiologi [75], grafični oblikovalci [43] in anatomi [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Programska oprema za segmentacijo in modeliranje sta pomembna dejavnika pri pridobivanju natančnih anatomskih modelov, vendar stroški teh programskih paketov in njihova kompleksnost ovirajo njihovo uporabo.Več študij je primerjalo uporabo različnih programskih paketov in tehnologij tiskanja ter poudarilo prednosti in slabosti vsake tehnologije [68].Poleg programske opreme za modeliranje je potrebna tudi programska oprema za tiskanje, združljiva z izbranim tiskalnikom;nekateri avtorji raje uporabljajo spletno 3D tiskanje [75].Če je natisnjenih dovolj 3D-predmetov, lahko naložba povzroči finančne donose [72].
Plastika je daleč najpogosteje uporabljen material.Zaradi njegove široke palete tekstur in barv je izbrani material za 3DPAM.Nekateri avtorji so pohvalili njegovo visoko trdnost v primerjavi s tradicionalnimi kadaveričnimi ali plastiniranimi modeli [24, 56, 73].Nekatere plastike imajo celo lastnosti upogibanja ali raztezanja.Na primer, Filaflex s tehnologijo FDM se lahko raztegne do 700%.Nekateri avtorji menijo, da je material izbire za replikacijo mišic, kit in vezi [63].Po drugi strani sta dve študiji sprožili vprašanja o orientaciji vlaken med tiskanjem.Pravzaprav so orientacija mišičnih vlaken, vstavljanje, inervacija in funkcija kritični pri modeliranju mišic [33].
Presenetljivo le malo študij omenja obseg tiskanja.Ker veliko ljudi meni, da je razmerje 1:1 standardno, se je avtor morda odločil, da ga ne bo omenil.Čeprav bi bilo povečevanje uporabno za usmerjeno učenje v velikih skupinah, izvedljivost povečevanja še ni bila raziskana, zlasti z naraščajočo velikostjo razreda in fizično velikostjo modela, ki je pomemben dejavnik.Seveda pa tehtnice polne velikosti olajšajo lociranje in posredovanje različnih anatomskih elementov pacientu, kar lahko pojasni, zakaj se pogosto uporabljajo.
Od številnih tiskalnikov, ki so na voljo na trgu, tisti, ki uporabljajo tehnologijo PolyJet (material ali binder inkjet) za zagotavljanje barvnega in večplastnega (in s tem večteksturnega) tiskanja visoke ločljivosti, stanejo med 20.000 in 250.000 USD (https: //www .aniwaa.com/).Ta visoka cena lahko omeji promocijo 3DPAM v medicinskih šolah.Poleg stroška tiskalnika so stroški materiala, potrebnega za brizgalni tisk, višji kot pri tiskalnikih SLA ali FDM [68].Cene tiskalnikov SLA ali FDM so prav tako ugodnejše in se gibljejo od 576 € do 4.999 € v artiklih, navedenih v tem pregledu.Po besedah Tripodija in sodelavcev je mogoče vsak del skeleta natisniti za 1,25 USD [47].Enajst študij je pokazalo, da je 3D-tiskanje cenejše od plastificiranja ali komercialnih modelov [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Poleg tega so ti komercialni modeli zasnovani za zagotavljanje informacij o pacientih brez dovolj podrobnosti za poučevanje anatomije [80].Ti komercialni modeli veljajo za slabše od 3DPAM [44].Omeniti velja, da je poleg uporabljene tehnologije tiskanja končni strošek sorazmeren z merilom in s tem končno velikostjo 3DPAM [48].Zaradi teh razlogov je prednostna lestvica polne velikosti [37].
Samo ena študija je primerjala 3DPAM s komercialno dostopnimi anatomskimi modeli [72].Kadaverični vzorci so najpogosteje uporabljen primerjalnik za 3DPAM.Kljub svojim omejitvam ostajajo kadaverični modeli dragoceno orodje za poučevanje anatomije.Treba je razlikovati med obdukcijo, disekcijo in suho kostjo.Na podlagi testov usposabljanja sta dve študiji pokazali, da je bil 3DPAM bistveno učinkovitejši od plastinirane disekcije [16, 27].Ena študija je primerjala eno uro treninga z uporabo 3DPAM (spodnja okončina) z eno uro disekcije iste anatomske regije [78].Med učnima metodama ni bilo bistvenih razlik.Verjetno je na to temo malo raziskav, ker je takšne primerjave težko narediti.Seciranje je za študente dolgotrajna priprava.Včasih je potrebnih več deset ur priprav, odvisno od tega, kaj se pripravlja.Tretjo primerjavo lahko naredimo s suhimi kostmi.Študija Tsaija in Smitha je pokazala, da so bili rezultati testov znatno boljši v skupini, ki je uporabljala 3DPAM [51, 63].Chen in njegovi sodelavci so opazili, da so študentje, ki uporabljajo 3D modele, dosegli boljše rezultate pri prepoznavanju struktur (lobanj), vendar ni bilo razlike v rezultatih MCQ [69].Končno so Tanner in sodelavci pokazali boljše rezultate po testiranju v tej skupini z uporabo 3DPAM fose pterigopalatine [46].V tem pregledu literature so bila opredeljena tudi druga nova učna orodja.Najpogostejše med njimi so obogatena resničnost, virtualna resničnost in resne igre [43].Mahrous in njegovi sodelavci pravijo, da je izbira anatomskih modelov odvisna od števila ur, ko učenci igrajo video igre [31].Po drugi strani pa je glavna pomanjkljivost novih orodij za poučevanje anatomije haptična povratna informacija, zlasti pri čisto virtualnih orodjih [48].
Večina študij, ki ocenjujejo novi 3DPAM, je uporabila predteste znanja.Ti predtesti pomagajo preprečiti pristranskost pri ocenjevanju.Nekateri avtorji pred izvedbo eksperimentalnih študij izključijo vse študente, ki so na predhodnem testu dosegli nad povprečjem [40].Med pristranskostmi, ki so jih omenili Garas in njegovi sodelavci, sta bili barva modela in izbor prostovoljcev v študentskem razredu [61].Barvanje olajša identifikacijo anatomskih struktur.Chen in sodelavci so vzpostavili stroge eksperimentalne pogoje brez začetnih razlik med skupinami, študija pa je bila v največji možni meri zaslepljena [69].Lim in sodelavci priporočajo, da oceno po testu opravi tretja oseba, da bi se izognili pristranskosti pri oceni [16].Nekatere študije so uporabile Likertove lestvice za oceno izvedljivosti 3DPAM.Ta instrument je primeren za ocenjevanje zadovoljstva, vendar je še vedno treba upoštevati pomembne pristranskosti [86].
Izobraževalni pomen 3DPAM je bil ocenjen predvsem med študenti medicine, vključno s študenti prvega letnika medicine, v 14 od 33 študij.Wilk in sodelavci so v svoji pilotni študiji poročali, da so študentje medicine menili, da bi moralo biti 3D tiskanje vključeno v njihovo učenje anatomije [87].87 % študentov, anketiranih v študiji Cercenelli, je menilo, da je drugo leto študija najboljši čas za uporabo 3DPAM [84].Rezultati Tannerja in sodelavcev so tudi pokazali, da so študentje dosegli boljše rezultate, če tega področja niso nikoli študirali [46].Ti podatki kažejo, da je prvi letnik medicinske fakultete najboljši čas za vključitev 3DPAM v poučevanje anatomije.Yejeva meta-analiza je podprla to idejo [18].V 27 člankih, vključenih v študijo, so bile pomembne razlike v rezultatih testov med 3DPAM in tradicionalnimi modeli za študente medicine, ne pa tudi za rezidente.
3DPAM kot učno orodje izboljša akademske dosežke [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], dolgoročno ohranjanje znanja [32] in zadovoljstvo študentov [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]., 69 , 84].Strokovni odbori so prav tako ugotovili, da so ti modeli uporabni [37, 42, 49, 81, 82], dve študiji pa sta ugotovili, da so učitelji zadovoljni s 3DPAM [25, 63].Od vseh virov Backhouse in sodelavci menijo, da je 3D-tiskanje najboljša alternativa tradicionalnim anatomskim modelom [49].V svoji prvi metaanalizi so Ye in njegovi sodelavci potrdili, da so imeli učenci, ki so prejeli navodila 3DPAM, boljše rezultate po testiranju kot študenti, ki so prejeli navodila 2D ali trupla [10].Vendar pa 3DPAM niso razlikovali po kompleksnosti, ampak preprosto po srcu, živčnem sistemu in trebušni votlini.V sedmih študijah 3DPAM ni presegel drugih modelov, ki temeljijo na preizkusih znanja študentov [32, 66, 69, 77, 78, 84].V svoji meta-analizi so Salazar in sodelavci ugotovili, da uporaba 3DPAM posebej izboljša razumevanje kompleksne anatomije [17].Ta koncept je skladen s Hitasovim pismom uredniku [88].Nekatera anatomska področja, ki veljajo za manj zapletena, ne zahtevajo uporabe 3DPAM, medtem ko bi bila bolj zapletena anatomska področja (kot je vrat ali živčni sistem) logična izbira za 3DPAM.Ta koncept lahko pojasni, zakaj nekateri 3DPAM-ji ne veljajo za boljše od tradicionalnih modelov, še posebej, če študentom primanjkuje znanja na področju, kjer se ugotovi, da je zmogljivost modela boljša.Tako predstavitev preprostega modela študentom, ki že imajo nekaj znanja o tem predmetu (študentom medicine ali specializantom), ni v pomoč pri izboljšanju uspešnosti študentov.
Od vseh naštetih izobraževalnih koristi je 11 študij poudarjalo vizualne ali otipne lastnosti modelov [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], 3 študije pa so izboljšale moč in vzdržljivost (33 , 50 -52, 63, 79, 85, 86).Druge prednosti so, da lahko učenci manipulirajo s strukturami, učitelji lahko prihranijo čas, lažje jih je ohraniti kot trupla, projekt je mogoče dokončati v 24 urah, lahko se uporablja kot orodje za šolanje na domu in se lahko uporablja za poučevanje velikih količin. informacij.skupine [30, 49, 60, 61, 80, 81].Zaradi ponavljajočega se 3D-tiskanja za obsežno poučevanje anatomije so modeli 3D-tiskanja stroškovno učinkovitejši [26].Uporaba 3DPAM lahko izboljša zmožnosti mentalne rotacije [23] in izboljša interpretacijo slik prečnega prereza [23, 32].Dve študiji sta ugotovili, da je pri študentih, ki so bili izpostavljeni 3DPAM, večja verjetnost, da bodo operirani [40, 74].Kovinske konektorje je mogoče vdelati za ustvarjanje gibanja, potrebnega za preučevanje funkcionalne anatomije [51, 53], ali pa je mogoče natisniti modele z uporabo zasnov sprožilcev [67].
3D-tiskanje omogoča ustvarjanje prilagodljivih anatomskih modelov z izboljšanjem določenih vidikov med fazo modeliranja, [48, 80] ustvarjanjem ustrezne podlage, [59] združevanjem več modelov, [36] z uporabo prosojnosti, (49) barv, [45] oz. zaradi česar so določene notranje strukture vidne [30].Tripodi in sodelavci so uporabili glino za kiparjenje, da bi dopolnili svoje 3D natisnjene modele kosti, s čimer so poudarili vrednost soustvarjenih modelov kot učnih orodij [47].V 9 študijah je bila barva nanesena po tiskanju [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], študentje pa so jo nanesli le enkrat [49].Na žalost študija ni ovrednotila kakovosti modelnega treninga ali zaporedja treningov.To je treba upoštevati v okviru izobraževanja o anatomiji, saj so prednosti mešanega učenja in soustvarjanja dobro uveljavljene [89].Za obvladovanje naraščajoče oglaševalske dejavnosti je bilo samoučenje velikokrat uporabljeno za ocenjevanje modelov [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Ena študija je pokazala, da je barva plastičnega materiala presvetla [45], druga študija je zaključila, da je model preveč krhek [71], dve drugi študiji pa sta nakazali pomanjkanje anatomske variabilnosti v oblikovanju posameznih modelov [25, 45]. ]..Sedem študij je pokazalo, da so anatomske podrobnosti 3DPAM nezadostne [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Za podrobnejše anatomske modele velikih in kompleksnih regij, kot sta retroperitoneum ali vratna hrbtenica, velja, da sta čas segmentacije in modeliranja zelo dolg, stroški pa zelo visoki (približno 2000 USD) [27, 48].Hojo in sodelavci so v svoji študiji navedli, da je za izdelavo anatomskega modela medenice trajalo 40 ur [42].Najdaljši čas segmentacije je bil 380 ur v študiji Weatheralla in sodelavcev, v kateri so združili več modelov, da so ustvarili popoln pediatrični model dihalnih poti [36].V devetih študijah so segmentacijo in čas tiskanja obravnavali kot pomanjkljivosti [36, 42, 57, 58, 74].Vendar pa je 12 študij kritiziralo fizične lastnosti njihovih modelov, zlasti njihovo doslednost, [28, 62] pomanjkanje preglednosti, [30] krhkost in monokromatičnost, [71] pomanjkanje mehkega tkiva [66] ali pomanjkanje podrobnosti [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Te pomanjkljivosti je mogoče odpraviti s podaljšanjem časa segmentacije ali simulacije.Izguba in pridobivanje ustreznih informacij je bila težava, s katero so se soočale tri ekipe [30, 74, 77].Glede na poročila bolnikov jodirana kontrastna sredstva niso zagotovila optimalne vaskularne vidljivosti zaradi omejitev odmerka [74].Injiciranje kadaveričnega modela se zdi idealna metoda, ki se odmika od načela »čim manj« in omejitev odmerka vbrizganega kontrastnega sredstva.
Na žalost številni članki ne omenjajo nekaterih ključnih lastnosti 3DPAM.Manj kot polovica člankov je izrecno navedla, ali je bil njihov 3DPAM toniran.Pokritost obsega tiska je bila nedosledna (43 % člankov), le 34 % pa je navedlo uporabo več medijev.Ti parametri tiskanja so kritični, ker vplivajo na učne lastnosti 3DPAM.Večina člankov ne zagotavlja dovolj informacij o zapletenosti pridobivanja 3DPAM (čas oblikovanja, kvalifikacije osebja, stroški programske opreme, stroški tiskanja itd.).Te informacije so ključnega pomena in jih je treba upoštevati, preden razmislite o začetku projekta za razvoj novega 3DPAM.
Ta sistematični pregled kaže, da je oblikovanje in 3D-tiskanje običajnih anatomskih modelov izvedljivo z nizkimi stroški, zlasti pri uporabi tiskalnikov FDM ali SLA in poceni enobarvnih plastičnih materialov.Vendar pa je te osnovne modele mogoče izboljšati z dodajanjem barve ali dodajanjem dizajnov iz različnih materialov.Bolj realistični modeli (natisnjeni z uporabo več materialov različnih barv in tekstur za natančno ponovitev taktilnih lastnosti referenčnega modela trupla) zahtevajo dražje tehnologije 3D-tiskanja in daljši čas oblikovanja.To bo znatno povečalo skupne stroške.Ne glede na to, kateri postopek tiskanja izberete, je izbira ustrezne metode slikanja ključna za uspeh 3DPAM.Višja kot je prostorska ločljivost, bolj realističen postane model in se lahko uporablja za napredne raziskave.S pedagoškega vidika je 3DPAM učinkovit pripomoček za poučevanje anatomije, kar dokazujejo opravljeni preizkusi znanja študentov in njihovo zadovoljstvo.Učinek poučevanja 3DPAM je najboljši, če reproducira zapletene anatomske regije in ga študenti uporabljajo zgodaj v svojem medicinskem usposabljanju.
Nabori podatkov, ustvarjeni in/ali analizirani v trenutni študiji, niso javno dostopni zaradi jezikovnih ovir, vendar so na voljo pri ustreznem avtorju na razumno zahtevo.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM.Pregled tečajev grobe anatomije, mikroanatomije, nevrobiologije in embriologije v učnih načrtih ameriških medicinskih šol.Anat Rec.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Kadaverična disekcija kot izobraževalno orodje za anatomsko znanost v 21. stoletju: Disekcija kot izobraževalno orodje.Analiza naravoslovnega izobraževanja.2017; 10 (3): 286–99.
Čas objave: 9. aprila 2024