Tridimenzionalni tiskani anatomski modeli (3DPAM) se zdijo primerno orodje zaradi svoje izobraževalne vrednosti in izvedljivosti. Namen tega pregleda je opisati in analizirati metode, ki se uporabljajo za ustvarjanje 3DPAM-a za poučevanje človeške anatomije, in oceniti njegov pedagoški prispevek.
V PubMed je bilo izvedeno elektronsko iskanje z uporabo naslednjih izrazov: izobraževanje, šola, učenje, poučevanje, usposabljanje, poučevanje, izobraževanje, tridimenzionalen, 3D, 3-dimenzionalen, tiskanje, tiskanje, tiskanje, anatomija, anatomija in anatomija. Ugotovitve so vključevale značilnosti študije, zasnovo modela, morfološko oceno, izobraževalno uspešnost, prednosti in slabosti.
Med 68 izbranimi članki se je največ študij osredotočilo na lobanjsko regijo (33 člankov); 51 člankov omenja tiskanje kosti. V 47 člankih je bil 3DPAM razvit na podlagi računalniške tomografije. Navedenih je pet postopkov tiskanja. V 48 študijah so bile uporabljene plastike in njihovi derivati. Cena vsake zasnove se giblje od 1,25 do 2800 dolarjev. Sedemintrideset študij je primerjalo 3DPAM z referenčnimi modeli. Triintrideset člankov je preučevalo izobraževalne dejavnosti. Glavne prednosti so vizualna in taktilna kakovost, učinkovitost učenja, ponovljivost, prilagodljivost in agilnost, prihranek časa, integracija funkcionalne anatomije, boljše sposobnosti miselne rotacije, ohranjanje znanja in zadovoljstvo učiteljev/učencev. Glavne pomanjkljivosti so povezane z zasnovo: 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. Realističniji modeli zahtevajo uporabo dražjih tehnologij 3D-tiskanja in daljše čase načrtovanja, kar bo znatno povečalo skupne stroške. Ključno je izbrati ustrezno metodo slikanja. S pedagoškega vidika je 3DPAM učinkovito orodje za poučevanje anatomije, ki pozitivno vpliva na učne izide in zadovoljstvo. Učni učinek 3DPAM je najboljši, ko reproducira kompleksne anatomske regije in ga študenti uporabljajo že zgodaj v svojem medicinskem usposabljanju.
Disekcija živalskih trupel se izvaja že od antične Grčije in je ena glavnih metod poučevanja anatomije. Disekcija kadavrov, ki se izvaja med praktičnim usposabljanjem, se uporablja v teoretičnem učnem načrtu univerzitetnih študentov medicine in trenutno velja za zlati standard za študij anatomije [1,2,3,4,5]. Vendar pa obstaja veliko ovir za uporabo vzorcev človeških kadavrov, kar spodbuja iskanje novih orodij za usposabljanje [6, 7]. Nekatera od teh novih orodij vključujejo obogateno resničnost, digitalna orodja in 3D-tiskanje. Glede na nedavni pregled literature Santosa in sodelavcev [8] se zdi, da je 3D-tiskanje eden najpomembnejših virov, tako z vidika izobraževalne vrednosti za študente kot tudi z vidika izvedljivosti izvedbe [4,9,10].
3D-tiskanje ni novost. Prvi patenti, povezani s to tehnologijo, segajo v leto 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte in J. C. André v Franciji, tri tedne kasneje pa C. Hull v ZDA. Od takrat se je tehnologija nenehno razvijala in njena uporaba se je razširila na številna področja. NASA je na primer leta 2014 natisnila prvi predmet onkraj Zemlje [11]. Tudi medicinsko področje je sprejelo to novo orodje, s čimer se je povečala želja po razvoju personalizirane medicine [12].
Številni avtorji so dokazali prednosti uporabe 3D-natisnjenih 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 sistematični pregled, da bi opisali in analizirali, kako se 3D-natisnjeni predmeti ustvarjajo za poučevanje človeške anatomije in kako študenti 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].
Vključitveni kriteriji so bili vsi raziskovalni članki, ki uporabljajo 3DPAM pri poučevanju/učenju anatomije. Izključeni so bili pregledi literature, pisma ali članki, ki se osredotočajo na patološke modele, živalske modele, arheološke modele in modele medicinskega/kirurškega usposabljanja. Izbrani so bili le članki, objavljeni v angleščini. Izključeni so bili članki brez razpoložljivih spletnih povzetkov. 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 (Nacionalna medicinska knjižnica, NCBI) je bilo izvedeno iskanje literature za identifikacijo ustreznih študij, objavljenih do junija 2022. Uporabite naslednje iskalne izraze: izobraževanje, šola, poučevanje, poučevanje, učenje, poučevanje, izobraževanje, tridimenzionalno, 3D, 3D, tiskanje, tiskanje, tiskanje, anatomija, anatomija in anatomija. Izvedena je bila ena sama poizvedba: (((izobraževanje[Naslov/Povzetek] ALI šola[Naslov/Povzetek] ALI učenje[Naslov/Povzetek] ALI poučevanje[Naslov/Povzetek] ALI usposabljanje[Naslov/Povzetek] ALI učenje[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 zbirki podatkov PubMed in pregledom referenc drugih znanstvenih člankov. Datumskih omejitev ni bilo, uporabljen pa je bil filter »Oseba«.
Vse pridobljene naslove in povzetke sta dva avtorja (EBR in AL) pregledala glede na vključitvene in izključitvene kriterije, vse študije, ki niso izpolnjevale vseh meril za upravičenost, pa so bile izključene. Celotne objave preostalih študij so pridobili in pregledali trije avtorji (EBR, EBE in AL). Po potrebi je nesoglasja pri izbiri člankov rešila četrta oseba (LT). V ta pregled so bile vključene publikacije, ki so izpolnjevale vsa vključitvena merila.
Ekstrakcijo 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 zajemanja, programska oprema za segmentacijo in modeliranje, vrsta 3D-tiskalnika, vrsta in količina materiala, merilo tiskanja, barva, stroški tiskanja.
- Morfološka ocena modelov: modeli, uporabljeni za primerjavo, medicinska ocena strokovnjakov/učiteljev, število ocenjevalcev, vrsta ocene.
- 3D-model poučevanja: ocenjevanje znanja učencev, metoda ocenjevanja, število učencev, število primerjalnih skupin, randomizacija učencev, izobrazba/vrsta učenca.
V MEDLINE je bilo identificiranih 418 študij, 139 člankov pa je bilo izključenih s filtrom »človeški«. Po pregledu naslovov in povzetkov je bilo za branje celotnega besedila izbranih 103 študij. 34 člankov je bilo izključenih, ker so bili bodisi patološki modeli (9 člankov), modeli medicinskega/kirurškega usposabljanja (4 članki), živalski modeli (4 članki), 3D-radiološki modeli (1 članek) bodisi niso bili izvirni znanstveni članki (16 poglavij). V pregled je bilo vključenih skupno 68 člankov. Slika 1 prikazuje postopek izbora kot diagram poteka.
Diagram poteka, ki povzema identifikacijo, pregled 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 %) je bilo izključno eksperimentalnih in 18 (26 %) eksperimentalnih. Povsem opisnih. Od 50 (73 %) eksperimentalnih študij jih je 21 (31 %) uporabilo randomizacijo. Le 34 študij (50 %) je vključevalo statistične analize. Tabela 1 povzema značilnosti posamezne študije.
33 člankov (48 %) je preučevalo predel glave, 19 člankov (28 %) prsni predel, 17 člankov (25 %) trebušno-medenični predel in 15 člankov (22 %) okončine. Enainpetdeset člankov (75 %) je omenilo 3D-natisnjene kosti kot anatomske modele ali večrezinske anatomske modele.
Glede izvornih modelov ali datotek, uporabljenih za razvoj 3DPAM, je 23 člankov (34 %) omenilo uporabo podatkov o pacientih, 20 člankov (29 %) uporabo podatkov o kadavrih in 17 člankov (25 %) uporabo podatkovnih baz. Uporabljeni so bili modeli ali datoteke, 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-predmete 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 šestdeset različnih programskih aplikacij (segmentacija, modeliranje, oblikovanje ali tiskanje). Najpogosteje je bil uporabljen Mimics (Materialise, Leuven, Belgija) (14 študij, 21 %), sledili so MeshMixer (Autodesk, San Rafael, Kalifornija) (13 študij, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 študij, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, Massachusetts) (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 na koncu peskanje z vezivom (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 preučevalo 3DPAM, izdelan iz več materialov, 36 člankov (53 %) je predstavilo 3DPAM, izdelan samo iz enega materiala, 9 člankov (13 %) pa ni navedlo materiala.
Devetindvajset člankov (43 %) je poročalo o razmerjih tiskanja od 0,25:1 do 2:1, s povprečjem 1:1. Petindvajset člankov (37 %) je uporabilo razmerje 1:1. 28 3DPAM-ov (41 %) je bilo sestavljenih iz več barv, 9 (13 %) pa jih je bilo barvanih po tiskanju [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Štiriintrideset člankov (50 %) je omenilo stroške. Devet člankov (13 %) je omenilo stroške 3D-tiskalnikov in surovin. Cene tiskalnikov se gibljejo od 302 do 65.000 dolarjev. Kjer je določeno, se cene modelov gibljejo od 1,25 do 2.800 dolarjev; te skrajnosti ustrezajo skeletnim vzorcem [47] in visokonatančnim retroperitonealnim modelom [48]. Tabela 2 povzema podatke modelov za vsako vključeno študijo.
Sedemintrideset študij (54 %) je primerjalo 3DPAM z referenčnim modelom. Med temi študijami je bil najpogostejši primerjalni model anatomski referenčni model, uporabljen v 14 člankih (38 %), plastinirani pripravki v 6 člankih (16 %), plastinirani pripravki v 6 člankih (16 %). Uporaba virtualne resničnosti, računalniška tomografija v enem 3DPAM v 5 člankih (14 %), drugem 3DPAM v 3 člankih (8 %), resne igre v 1 članku (3 %), rentgenske slike v 1 članku (3 %), poslovni modeli v 1 članku (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 izvajali kirurgi ali lečeči zdravniki v 7 študijah (47 %), anatomski specialisti v 6 študijah (40 %), študenti v 3 študijah (20 %), učitelji (disciplina ni navedena) v 3 študijah (20 %) za ocenjevanje in še en ocenjevalec v članku (7 %). Povprečno število ocenjevalcev je 14 (najmanj 2, največ 30). Triintrideset študij (49 %) je morfologijo 3DPAM ocenilo kvalitativno, 10 študij (15 %) pa kvantitativno. Od 33 študij, ki so uporabile kvalitativne ocene, jih je 16 uporabilo zgolj deskriptivne ocene (48 %), 9 jih je uporabilo 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 študentom. Od teh študij jih je 23 (70 %) ocenjevalo zadovoljstvo študentov, 17 (51 %) je uporabilo Likertove lestvice, 6 (18 %) pa je uporabilo druge metode. Dvaindvajset člankov (67 %) je ocenjevalo učenje študentov s testiranjem znanja, od tega jih je 10 (30 %) uporabilo predhodne in/ali naknadne teste. Enajst študij (33 %) je uporabilo vprašanja z več možnimi odgovori in teste za ocenjevanje znanja študentov, pet študij (15 %) pa je uporabilo označevanje slik/anatomsko identifikacijo. V vsaki študiji je sodelovalo povprečno 76 študentov (najmanj 8, največ 319). Štiriindvajset študij (72 %) je imelo kontrolno skupino, od katerih 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 skupine (najmanj 2, največ 10). Triindvajset študij (70 %) je vključevalo študente medicine, od tega 14 (42 %) študentov prvega letnika medicine. Šest študij (18 %) je vključevalo specializante, štirje (12 %) študente zobozdravstva in 3 (9 %) študente naravoslovja. Šest študij (18 %) je izvedlo in ocenilo avtonomno učenje z uporabo 3DPAM. Tabela 4 povzema rezultate ocene učinkovitosti poučevanja s 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 spremenljivostjo konsistentnosti [34, 45]. , 48, 64], barva in prosojnost [28, 45], vzdržljivost [24, 56, 73], izobraževalni učinek [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], stroški [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], ponovljivost [80], možnost izboljšav ali personalizacije [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], sposobnost manipuliranja s študenti [30, 49], prihranek časa poučevanja [61, 80], enostavnost shranjevanja [61], sposobnost integracije funkcionalne anatomije ali ustvarjanja specifičnih struktur [51, 53], 67], hitro načrtovanje skeleta modeli [81], sposobnost soustvarjanja modelov in njihovega odnašanja domov [49, 60, 71], izboljšanje sposobnosti miselne rotacije [23] in ohranjanja znanja [32], pa tudi na zadovoljstvo učitelja [25, 63] in učencev [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Glavne pomanjkljivosti so povezane z zasnovo: 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 vključujejo izgubo 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 visoki stroški [48].
Ta sistematični pregled povzema 68 člankov, objavljenih v 9 letih, in poudarja zanimanje znanstvene skupnosti za 3DPAM kot orodje za poučevanje normalne človeške anatomije. Vsaka anatomska regija je bila preučena in natisnjena s 3D-tiskalnikom. Od teh člankov jih je 37 primerjalo 3DPAM z drugimi modeli, 33 pa je ocenilo pedagoški pomen 3DPAM za učence.
Glede na razlike v zasnovi študij anatomskega 3D-tiskanja se nam ni zdelo primerno izvesti metaanalize. Metaanaliza, objavljena leta 2020, se je osredotočila predvsem na teste anatomskega znanja po usposabljanju, ne da bi analizirala tehnične in tehnološke vidike načrtovanja in izdelave 3DPAM [10].
Najbolj preučevano je področje glave, verjetno zato, ker zaradi kompleksnosti njegove anatomije študentom težje prikažejo to anatomsko območje 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 so CT-preiskave neprimerne za segmentacijo in modeliranje živčnega sistema. Po drugi strani pa je računalniška tomografija bolj primerna za segmentacijo/modeliranje kostnega tkiva; kontrast kosti/mehkih tkiv pomaga pri dokončanju teh korakov pred 3D-tiskanjem anatomskih modelov. Po drugi strani pa mikroCT velja za referenčno tehnologijo glede prostorske ločljivosti pri slikanju kosti [70]. Za pridobivanje slik se lahko uporabijo tudi optični skenerji ali MRI. Višja ločljivost preprečuje glajenje kostnih površin in ohranja subtilnost anatomskih struktur [59]. Izbira modela vpliva tudi na prostorsko ločljivost: na primer, modeli za plastifikacijo imajo nižjo ločljivost [45]. Grafični oblikovalci morajo ustvariti 3D-modele po meri, kar poveča stroške (od 25 do 150 dolarjev na uro) [43]. Pridobitev visokokakovostnih datotek .STL ni dovolj za izdelavo visokokakovostnih anatomskih modelov. Določiti je treba parametre tiskanja, kot je orientacija anatomskega modela na tiskalni plošči [29]. Nekateri avtorji predlagajo, da se za izboljšanje natančnosti 3DPAM, kjer koli je to mogoče, uporabljajo napredne tehnologije tiskanja, kot je SLS [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, ki je združljiva z izbranim tiskalnikom; nekateri avtorji imajo raje spletno 3D-tiskanje [75]. Če je natisnjenih dovolj 3D-predmetov, lahko naložba prinese finančne donose [72].
Plastika je daleč najpogosteje uporabljen material. Zaradi široke palete tekstur in barv je to material izbire za 3DPAM. Nekateri avtorji so pohvalili njeno 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 ga imajo za material izbire za replikacijo mišic, tetiv in vezi [63]. Po drugi strani pa sta dve študiji sprožili vprašanja o orientaciji vlaken med tiskanjem. Pravzaprav so orientacija, vstavitev, inervacija in funkcija mišičnih vlaken ključnega pomena pri modeliranju mišic [33].
Presenetljivo je, da le malo študij omenja merilo tiskanja. Ker mnogi menijo, da je razmerje 1:1 standardno, se je avtor morda odločil, da ga ne bo omenil. Čeprav bi bilo povečanje merila koristno za usmerjeno učenje v velikih skupinah, izvedljivost povečanja še ni bila raziskana, zlasti ker sta pomemben dejavnik naraščajoča velikost razredov in fizična velikost modela. Seveda merila v polni velikosti olajšajo iskanje in sporočanje 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 (brizgalni tisk z materialom ali vezivom) za zagotavljanje barvnega in večplastnega (in s tem večteksturnega) visokoločljivostnega tiskanja, stanejo med 20.000 in 250.000 ameriških dolarjev (https://www.aniwaa.com/). Ti visoki stroški lahko omejujejo promocijo 3DPAM na medicinskih fakultetah. Poleg stroškov tiskalnika so stroški materialov, potrebnih za brizgalno tiskanje, višji kot pri tiskalnikih SLA ali FDM [68]. Cene tiskalnikov SLA ali FDM so prav tako dostopnejše in se gibljejo od 576 do 4.999 evrov, kot je navedeno v člankih v tem pregledu. Po podatkih Tripodija in sodelavcev je mogoče vsak del skeleta natisniti za 1,25 ameriških dolarjev [47]. Enajst študij je ugotovilo, da je 3D-tiskanje cenejše od plastifikacije ali komercialnih modelov [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Poleg tega so ti komercialni modeli zasnovani tako, da zagotavljajo informacije o pacientih, vendar ne vsebujejo dovolj podrobnosti za poučevanje anatomije [80]. Ti komercialni modeli veljajo za slabše od 3DPAM [44]. Omeniti velja, da so poleg uporabljene tehnologije tiskanja končni stroški sorazmerni z merilom in s tem končno velikostjo 3DPAM [48]. Zaradi teh razlogov je merilo v polni velikosti prednostnejše [37].
Le ena študija je primerjala 3DPAM s komercialno dostopnimi anatomskimi modeli [72]. Kadavrski vzorci so najpogosteje uporabljen primerjalni model za 3DPAM. Kljub svojim omejitvam ostajajo kadavrski modeli dragoceno orodje za poučevanje anatomije. Razlikovati je treba 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 usposabljanja z uporabo 3DPAM (spodnji okončin) z eno uro disekcije iste anatomske regije [78]. Med obema metodama poučevanja ni bilo pomembnih razlik. Verjetno je na to temo malo raziskav, ker je takšne primerjave težko narediti. Disekcija je za študente dolgotrajna priprava. Včasih je potrebnih več deset ur priprave, odvisno od tega, kaj se pripravlja. Tretja primerjava se lahko naredi s suhimi kostmi. Študija Tsai in Smith je pokazala, da so bili rezultati testov bistveno boljši v skupini, ki je uporabljala 3DPAM [51, 63]. Chen in sodelavci so opazili, da so učenci, ki so uporabljali 3D-modele, dosegli boljše rezultate pri prepoznavanju struktur (lobanj), vendar ni bilo razlike v rezultatih vprašanj z več možnimi odgovori [69]. Nazadnje so Tanner in sodelavci v tej skupini pokazali boljše rezultate po testiranju z uporabo 3DPAM pterigopalatinske jame [46]. V tem pregledu literature so bila opredeljena tudi druga nova učna orodja. Najpogostejša med njimi so obogatena resničnost, virtualna resničnost in resne igre [43]. Po mnenju Mahrousa in sodelavcev je preferenca anatomskih modelov odvisna od števila ur, ki jih učenci preživijo z igranjem videoiger [31]. Po drugi strani pa je velika pomanjkljivost novih učnih orodij za anatomijo haptična povratna informacija, zlasti pri povsem virtualnih orodjih [48].
Večina študij, ki so ocenjevale novi 3DPAM, je uporabila predhodne teste znanja. Ti predhodni testi pomagajo preprečiti pristranskost pri ocenjevanju. Nekateri avtorji pred izvedbo eksperimentalnih študij izključijo vse študente, ki so na predhodnem testu dosegli nadpovprečne rezultate [40]. Med pristranskostmi, ki so jih omenili Garas in sodelavci, sta bili barva modela in izbor prostovoljcev v razredu študentov [61]. Barvanje olajša identifikacijo anatomskih struktur. Chen in sodelavci so določili stroge eksperimentalne pogoje brez začetnih razlik med skupinami, študija pa je bila v največji možni meri slepa [69]. Lim in sodelavci priporočajo, da oceno po testu opravi tretja oseba, da se prepreči pristranskost pri ocenjevanju [16]. Nekatere študije so za oceno izvedljivosti 3DPAM uporabile Likertove lestvice. 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. V svoji pilotni študiji so Wilk in sodelavci poročali, da študenti medicine menijo, da bi morali 3D-tiskanje vključiti v svoj pouk 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 študenti dosegali boljše rezultate, če tega področja še nikoli niso študirali [46]. Ti podatki kažejo, da je prvo leto medicinske fakultete optimalen čas za vključitev 3DPAM v poučevanje anatomije. Yejeva metaanaliza je podprla to idejo [18]. V 27 člankih, vključenih v študijo, so bile ugotovljene pomembne razlike v rezultatih testov med 3DPAM in tradicionalnimi modeli za študente medicine, ne pa tudi za specializante.
3DPAM kot učno orodje izboljšuje 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]. Tudi skupine strokovnjakov so te modele ocenile kot uporabne [37, 42, 49, 81, 82], dve študiji pa sta ugotovili zadovoljstvo učiteljev s 3DPAM [25, 63]. Backhouse in sodelavci od vseh virov menijo, da je 3D-tiskanje najboljša alternativa tradicionalnim anatomskim modelom [49]. V svoji prvi metaanalizi so Ye in sodelavci potrdili, da so imeli učenci, ki so prejeli navodila 3DPAM, boljše rezultate po testiranju kot učenci, ki so prejeli 2D-navodila ali navodila s kadavra [10]. Vendar pa 3DPAM niso razlikovali po kompleksnosti, temveč preprosto po srcu, živčnem sistemu in trebušni votlini. V sedmih študijah 3DPAM ni prekosil drugih modelov na podlagi testov znanja, ki so jih opravili študenti [32, 66, 69, 77, 78, 84]. V svoji metaanalizi so Salazar in sodelavci zaključili, 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 kompleksna, ne zahtevajo uporabe 3DPAM, medtem ko bi bila kompleksnejša anatomska področja (kot sta vrat ali živčni sistem) logična izbira za 3DPAM. Ta koncept lahko pojasni, zakaj nekateri 3DPAM-i niso boljši od tradicionalnih modelov, zlasti kadar študentom primanjkuje znanja na področju, kjer se učinkovitost modela zdi boljša. Zato predstavitev preprostega modela študentom, ki že imajo nekaj znanja o predmetu (študenti medicine ali specializanti), ni v pomoč pri izboljšanju uspešnosti študentov.
Od vseh naštetih izobraževalnih koristi je 11 študij poudarilo vizualne ali taktilne lastnosti modelov [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], 3 študije pa so izboljšale trdnost 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 kadavre, projekt je mogoče zaključiti v 24 urah, lahko se uporablja kot orodje za domače šolanje in se lahko uporablja za poučevanje velikih količin informacij v skupinah [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Ponavljajoče se 3D-tiskanje za poučevanje anatomije z velikim obsegom dela 3D-tiskanje modelov stroškovno učinkovitejše [26]. Uporaba 3DPAM lahko izboljša sposobnosti miselne rotacije [23] in izboljša interpretacijo slik preseka [23, 32]. Dve študiji sta pokazali, da so bili študenti, izpostavljeni 3DPAM, bolj verjetno operirani [40, 74]. Vdelati je mogoče kovinske konektorje, da se ustvari gibanje, potrebno za preučevanje funkcionalne anatomije [51, 53], ali pa se modeli natisnejo z uporabo sprožilnih modelov [67].
3D-tiskanje omogoča ustvarjanje prilagodljivih anatomskih modelov z izboljšanjem določenih vidikov med fazo modeliranja, [48, 80] ustvarjanjem ustrezne podlage, [59] kombiniranjem več modelov, [36] uporabo prosojnosti, (49) barve, [45] ali prikazom določenih notranjih struktur [30]. Tripodi in sodelavci so uporabili kiparsko glino za dopolnitev svojih 3D-natisnjenih modelov kosti, s čimer so poudarili vrednost soustvarjenih modelov kot učnih pripomočkov [47]. V 9 študijah je bila barva uporabljena po tiskanju [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], vendar so jo študenti uporabili le enkrat [49]. Žal študija ni ocenila kakovosti usposabljanja modelov ali zaporedja usposabljanja. To je treba upoštevati v kontekstu izobraževanja anatomije, saj so prednosti mešanega učenja in soustvarjanja dobro uveljavljene [89]. Za obvladovanje naraščajoče oglaševalske dejavnosti je bilo za vrednotenje modelov večkrat uporabljeno samoučenje [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Ena študija je ugotovila, da je barva plastičnega materiala presvetla[45], druga študija je ugotovila, da je model preveč krhek[71], dve drugi študiji pa sta pokazali pomanjkanje anatomske variabilnosti pri zasnovi posameznih modelov[25, 45]. Sedem študij je ugotovilo, 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 je 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 bilo za izdelavo anatomskega modela medenice potrebnih 40 ur [42]. Najdaljši čas segmentacije je bil 380 ur v študiji Weatheralla in sodelavcev, v kateri je bilo več modelov združenih za ustvarjanje popolnega pediatričnega modela dihalnih poti [36]. V devetih študijah sta bila segmentacija in čas tiskanja obravnavana kot pomanjkljivost [36, 42, 57, 58, 74]. Vendar pa je 12 študij kritiziralo fizikalne lastnosti svojih modelov, zlasti njihovo konsistentnost, [28, 62] pomanjkanje prosojnosti, [30] krhkost in monokromatičnost, [71] pomanjkanje mehkega tkiva [66] ali pomanjkanje podrobnosti [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Te pomanjkljivosti je mogoče premagati s povečanjem časa segmentacije ali simulacije. Izguba in pridobivanje ustreznih informacij je bila težava, s katero so se soočale tri ekipe [30, 74, 77]. Po poročilih pacientov jodirana kontrastna sredstva niso zagotavljala optimalne vidljivosti žil zaradi omejitev odmerka [74]. Injiciranje kadaverskega modela se zdi idealna metoda, ki se oddaljuje od načela »čim manj« in omejitev odmerka injiciranega kontrastnega sredstva.
Žal mnogi članki ne omenjajo nekaterih ključnih značilnosti 3DPAM. Manj kot polovica člankov je izrecno navedla, ali je bil njihov 3DPAM niansiran. Pokritost obsega tiska je bila nedosledna (43 % člankov), le 34 % pa je omenilo uporabo več medijev. Ti parametri tiskanja so ključni, ker vplivajo na učne lastnosti 3DPAM. Večina člankov ne ponuja dovolj informacij o kompleksnosti pridobivanja 3DPAM (čas načrtovanja, kvalifikacije osebja, stroški programske opreme, stroški tiskanja itd.). Te informacije so ključne in jih je treba upoštevati, preden se začne projekt razvoja novega 3DPAM.
Ta sistematični pregled kaže, da je oblikovanje in 3D-tiskanje normalnih anatomskih modelov izvedljivo z nizkimi stroški, zlasti pri uporabi tiskalnikov FDM ali SLA in poceni enobarvnih plastičnih materialov. Vendar pa je te osnovne zasnove mogoče izboljšati z dodajanjem barv ali dodajanjem modelov v različnih materialih. Bolj realistični modeli (natisnjeni z uporabo več materialov različnih barv in tekstur, da se natančno posnemajo taktilne lastnosti referenčnega modela kadavra) zahtevajo dražje tehnologije 3D-tiskanja in daljše čase oblikovanja. To bo znatno povečalo skupne stroške. Ne glede na to, kateri postopek tiskanja je izbran, je izbira ustrezne metode slikanja ključna za uspeh 3DPAM. Višja kot je prostorska ločljivost, bolj realističen postane model in ga je mogoče uporabiti za napredne raziskave. S pedagoškega vidika je 3DPAM učinkovito orodje za poučevanje anatomije, kar dokazujejo preizkusi znanja, ki so bili opravljeni med študenti, in njihovo zadovoljstvo. Učni učinek 3DPAM je najboljši, ko reproducira kompleksne anatomske regije in ga študenti uporabljajo že zgodaj v svojem medicinskem usposabljanju.
Podatkovni nizi, ustvarjeni in/ali analizirani v tej študiji, zaradi jezikovnih ovir niso javno dostopni, 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 fakultet. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Disekcija kadaverov kot izobraževalno orodje za anatomsko znanost v 21. stoletju: Disekcija kot izobraževalno orodje. Analiza znanstvene vzgoje. 2017;10(3):286–99.
Čas objave: 9. april 2024