Kolmemõõtmelised trükitud anatoomilised mudelid (3DPAM-id) tunduvad olevat sobiv tööriist oma haridusliku väärtuse ja teostatavuse tõttu. Selle ülevaate eesmärk on kirjeldada ja analüüsida inimese anatoomia õpetamiseks 3DPAM-ide loomisel kasutatud meetodeid ning hinnata nende pedagoogilist panust.
PubMedis viidi läbi elektrooniline otsing, kasutades järgmisi termineid: haridus, kool, õppimine, õpetamine, koolitus, õpetamine, haridus, kolmemõõtmeline, 3D, 3-dimensionaalne, trükkimine, trükkimine, trükkimine, anatoomia, anatoomia, anatoomia ja anatoomia. Tulemused hõlmasid uuringu omadusi, mudeli ülesehitust, morfoloogilist hindamist, õpitulemusi, tugevusi ja nõrkusi.
68 valitud artikli hulgas keskendus suurim arv uuringuid koljupiirkonnale (33 artiklit); 51 artiklis mainitakse luude printimist. 47 artiklis töötati välja 3DPAM kompuutertomograafia põhjal. Loetletud on viis trükiprotsessi. 48 uuringus kasutati plaste ja nende derivaate. Iga disaini hind jääb vahemikku 1,25–2800 dollarit. 37 uuringut võrreldi 3DPAM-i võrdlusmudelitega. 33 artiklit uurisid hariduslikke tegevusi. Peamised eelised on visuaalne ja kombatav kvaliteet, õppimise efektiivsus, korratavus, kohandatavus ja paindlikkus, aja kokkuhoid, funktsionaalse anatoomia integreerimine, paremad vaimse rotatsiooni võimed, teadmiste säilitamine ja õpetaja/õpilase rahulolu. Peamised puudused on seotud disainiga: järjepidevus, detailide või läbipaistvuse puudumine, liiga erksad värvid, pikk printimisaeg ja kõrge hind.
See süstemaatiline ülevaade näitab, et 3DPAM on anatoomia õpetamisel kulutõhus ja efektiivne. Realistlikumad mudelid nõuavad kallimate 3D-printimise tehnoloogiate kasutamist ja pikemat disainiaega, mis suurendab oluliselt üldkulusid. Peamine on valida sobiv pildistamismeetod. Pedagoogilisest vaatenurgast on 3DPAM tõhus vahend anatoomia õpetamiseks, millel on positiivne mõju õpitulemustele ja rahulolule. 3DPAM-i õpetamismõju on parim siis, kui see reprodutseerib keerulisi anatoomilisi piirkondi ja õpilased kasutavad seda oma meditsiiniõppe alguses.
Loomade surnukehade dissektsioone on tehtud juba Vana-Kreekast saati ja see on üks peamisi anatoomia õpetamise meetodeid. Praktilise koolituse käigus teostatavaid surnukehade dissektsioone kasutatakse ülikooli meditsiinitudengite teoreetilises õppekavas ja neid peetakse praegu anatoomia õppimise kuldstandardiks [1,2,3,4,5]. Inim surnukehade proovide kasutamisel on aga palju takistusi, mis ajendab otsima uusi koolitusvahendeid [6, 7]. Mõned neist uutest vahenditest hõlmavad liitreaalsust, digitaalseid tööriistu ja 3D-printimist. Santose jt hiljutise kirjanduse ülevaate kohaselt [8] näib 3D-printimine olevat üks olulisemaid ressursse nii õpilaste haridusliku väärtuse kui ka rakendamise teostatavuse seisukohast [4,9,10].
3D-printimine ei ole uus tehnoloogia. Esimesed selle tehnoloogiaga seotud patendid pärinevad aastast 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte ja J. C. André Prantsusmaal ning kolm nädalat hiljem C. Hull USAs. Sellest ajast alates on tehnoloogia pidevalt arenenud ja selle kasutusala on laienenud paljudesse valdkondadesse. Näiteks NASA printis esimese Maast kaugemal asuva objekti 2014. aastal [11]. Ka meditsiinivaldkond on selle uue tööriista omaks võtnud, suurendades seeläbi soovi arendada personaalmeditsiini [12].
Paljud autorid on näidanud 3D-prinditud anatoomiliste mudelite (3DPAM) kasutamise eeliseid meditsiinihariduses [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Inimese anatoomia õpetamisel on vaja mittepatoloogilisi ja anatoomiliselt normaalseid mudeleid. Mõnedes ülevaadetes on uuritud patoloogilisi või meditsiinilisi/kirurgilisi koolitusmudeleid [8, 20, 21]. Inimese anatoomia õpetamise hübriidmudeli väljatöötamiseks, mis hõlmab uusi tööriistu, näiteks 3D-printimist, viisime läbi süstemaatilise ülevaate, et kirjeldada ja analüüsida, kuidas luuakse 3D-prinditud objekte inimese anatoomia õpetamiseks ja kuidas õpilased hindavad nende 3D-objektide abil õppimise efektiivsust.
See süstemaatiline kirjanduse ülevaade viidi läbi 2022. aasta juunis ilma ajapiiranguteta, kasutades PRISMA (Eelistatavad aruandlusüksused süstemaatiliste ülevaadete ja metaanalüüside jaoks) suuniseid [22].
Kaasamise kriteeriumideks olid kõik uurimistööd, milles anatoomia õpetamises/õppimises kasutati 3DPAM-i. Välja jäeti kirjanduse ülevaated, kirjad või artiklid, mis keskendusid patoloogilistele mudelitele, loommudelitele, arheoloogilistele mudelitele ja meditsiinilistele/kirurgilistele treeningmudelitele. Valiti ainult inglise keeles avaldatud artiklid. Välja jäeti artiklid, mille kokkuvõtted ei olnud veebis saadaval. Kaasati artiklid, mis sisaldasid mitut mudelit, millest vähemalt üks oli anatoomiliselt normaalne või millel oli vähene patoloogia, mis ei mõjutanud õpetamise väärtust.
Elektroonilises andmebaasis PubMed (National Library of Medicine, NCBI) viidi läbi kirjanduse otsing, et leida kuni 2022. aasta juunini avaldatud asjakohaseid uuringuid. Kasutage järgmisi otsingutermineid: haridus, kool, õpetamine, õpetamine, õppimine, õpetamine, haridus, kolmemõõtmeline, 3D, 3D, trükkimine, printimine, printimine, anatoomia, anatoomia, anatoomia ja anatoomia. Käivitati üks päring: (((haridus[Pealkiri/Kokkuvõte] VÕI kool[Pealkiri/Kokkuvõte] VÕI õppimine[Pealkiri/Kokkuvõte] VÕI õpetamine[Pealkiri/Kokkuvõte] VÕI koolitus[Pealkiri/Kokkuvõte] VÕI Reach[Pealkiri/Kokkuvõte] ] VÕI Education [Pealkiri/Kokkuvõte]) JA (Kolm dimensiooni [Pealkiri] VÕI 3D [Pealkiri] VÕI 3D [Pealkiri])) JA (Print [Pealkiri] VÕI Print [Pealkiri] VÕI Print [Pealkiri])) JA (Anatoomia) [Pealkiri] ]/kokkuvõte] või anatoomia [Pealkiri/Kokkuvõte] või anatoomia [Pealkiri/Kokkuvõte]). Täiendavad artiklid tuvastati PubMedi andmebaasi käsitsi otsides ja teiste teadusartiklite viidete üle vaadates. Kuupäevapiiranguid ei rakendatud, kuid kasutati filtrit „Isik“.
Kõiki otsitud pealkirju ja kokkuvõtteid kontrollisid kaasamis- ja väljajätmiskriteeriumide alusel kaks autorit (EBR ja AL) ning kõik uuringud, mis ei vastanud kõigile abikõlblikkuse kriteeriumidele, jäeti välja. Ülejäänud uuringute täistekstpublikatsioonid otsisid välja ja vaatasid üle kolm autorit (EBR, EBE ja AL). Vajadusel lahendas artiklite valikuga seotud lahkarvamusi neljas isik (LT). Käesolevasse ülevaatesse kaasati publikatsioonid, mis vastasid kõigile kaasamiskriteeriumidele.
Andmete ekstraheerimise viisid läbi kaks autorit (EBR ja AL) sõltumatult kolmanda autori (LT) juhendamisel.
- Mudeli disainiandmed: anatoomilised piirkonnad, spetsiifilised anatoomilised osad, 3D-printimise algmudel, andmete omandamismeetod, segmenteerimis- ja modelleerimistarkvara, 3D-printeri tüüp, materjali tüüp ja kogus, printimisskaala, värv, printimise maksumus.
- Mudelite morfoloogiline hindamine: võrdlemiseks kasutatavad mudelid, ekspertide/õpetajate meditsiiniline hindamine, hindajate arv, hindamise tüüp.
- Õpetamise 3D-mudel: õpilaste teadmiste hindamine, hindamismeetod, õpilaste arv, võrdlusrühmade arv, õpilaste randomiseerimine, haridus/õpilase tüüp.
MEDLINE'is tuvastati 418 uuringut ja „inimese“ filtri abil jäeti välja 139 artiklit. Pärast pealkirjade ja kokkuvõtete ülevaatamist valiti täisteksti lugemiseks välja 103 uuringut. 34 artiklit jäeti välja, kuna need olid kas patoloogilised mudelid (9 artiklit), meditsiinilise/kirurgilise koolituse mudelid (4 artiklit), loommudelid (4 artiklit), 3D-radioloogilised mudelid (1 artikkel) või mitteoriginaalsed teadusartiklid (16 peatükki). Ülevaatesse kaasati kokku 68 artiklit. Joonis 1 kujutab valikuprotsessi vooskeemina.
Artiklite tuvastamise, sõelumise ja süstemaatilisse ülevaatesse kaasamise kokkuvõttev vooskeem
Kõik uuringud avaldati aastatel 2014–2022, keskmise avaldamisaastaga 2019. 68 kaasatud artikli hulgas oli 33 (49%) kirjeldavaid ja eksperimentaalseid uuringuid, 17 (25%) olid puhtalt eksperimentaalsed ja 18 (26%) olid eksperimentaalsed. Puhtkirjeldavad. 50-st (73%) eksperimentaalsest uuringust 21 (31%) kasutas randomiseerimist. Ainult 34 uuringut (50%) hõlmasid statistilist analüüsi. Tabel 1 võtab kokku iga uuringu omadused.
33 artiklit (48%) uurisid pea piirkonda, 19 artiklit (28%) rindkere piirkonda, 17 artiklit (25%) kõhu- ja vaagnapiirkonda ning 15 artiklit (22%) uurisid jäsemeid. Viiekümne ühes artiklis (75%) mainiti 3D-prinditud luid anatoomiliste mudelite või mitmelõikeliste anatoomiliste mudelitena.
3DPAM-i väljatöötamiseks kasutatud allikmudelite või failide osas mainiti 23 artiklit (34%) patsiendiandmete kasutamist, 20 artiklit (29%) surnukehade andmete kasutamist ja 17 artiklit (25%) andmebaaside kasutamist ning 7 uuringut (10%) ei avalikustanud kasutatud dokumentide allikat.
47 uuringut (69%) töötasid välja kompuutertomograafial põhineva 3DPAM-i ja 3 uuringut (4%) teatasid microCT kasutamisest. 7 artiklis (10%) projitseeriti 3D-objekte optiliste skannerite abil, 4 artiklis (6%) magnetresonantstomograafia abil ja 1 artiklis (1%) kaamerate ja mikroskoopide abil. 14 artiklis (21%) ei mainitud 3D-mudeli kujunduse lähtefailide allikat. 3D-failid luuakse keskmise ruumilise eraldusvõimega alla 0,5 mm. Optimaalne eraldusvõime on 30 μm [80] ja maksimaalne eraldusvõime on 1,5 mm [32].
Kasutati kuutkümmet erinevat tarkvararakendust (segmenteerimine, modelleerimine, disain või trükkimine). Kõige sagedamini kasutati Mimicsi (Materialise, Leuven, Belgia) (14 uuringut, 21%), millele järgnesid MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 uuringut, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 uuringut, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 uuringut, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Holland) (8 uuringut, 12%) ja CURA (Geldemarsen, Holland) (7 uuringut, 10%).
Mainitud on 67 erinevat printerimudelit ja viit trükiprotsessi. FDM-tehnoloogiat (Fused Deposition Modeling) kasutati 26 tootes (38%), materjali abrasiivpuhastust 13 tootes (19%) ja lõpuks sideaine abrasiivpuhastust (11 toodet, 16%). Kõige vähem kasutatud tehnoloogiad on stereolitograafia (SLA) (5 artiklit, 7%) ja selektiivne laserpaagutamine (SLS) (4 artiklit, 6%). Kõige sagedamini kasutatav printer (7 artiklit, 10%) on Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Iisrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
3DPAM-i valmistamiseks kasutatud materjalide täpsustamisel (51 artiklit, 75%) kasutas 48 uuringut (71%) plaste ja nende derivaate. Peamised kasutatud materjalid olid PLA (polüpiimhape) (n = 20, 29%), vaik (n = 9, 13%) ja ABS (akrüülnitriilbutadieenstüreen) (7 tüüpi, 10%). 23 artiklit (34%) uurisid mitmest materjalist valmistatud 3DPAM-i, 36 artiklit (53%) esitlesid ainult ühest materjalist valmistatud 3DPAM-i ja 9 artiklit (13%) ei täpsustanud materjali.
Kahekümne üheksa artikli (43%) puhul teatati trükisuhetest vahemikus 0,25:1 kuni 2:1, keskmisega 1:1. Kahekümne viie artikli (37%) puhul kasutati suhet 1:1. 28 3DPAM-i (41%) koosnesid mitmest värvist ja 9 (13%) värviti pärast trükkimist [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Kolmkümmend neli artiklit (50%) mainisid kulusid. 9 artiklit (13%) mainisid 3D-printerite ja toorainete kulusid. Printerite hinnad jäävad vahemikku 302–65 000 dollarit. Mudelite hinnad jäävad vahemikku 1,25–2800 dollarit, kui need äärmused vastavad skeletiproovidele [47] ja kõrge täpsusega retroperitoneaalsetele mudelitele [48]. Tabel 2 võtab kokku iga kaasatud uuringu mudeliandmed.
Kolmkümmend seitse uuringut (54%) võrreldi 3-DAPM-i võrdlusmudeliga. Nende uuringute hulgas oli kõige levinum võrdlusmaterjal anatoomiline võrdlusmudel, mida kasutati 14 artiklis (38%), plastineeritud preparaate 6 artiklis (16%), plastineeritud preparaate 6 artiklis (16%). Virtuaalreaalsuse kasutamine, kompuutertomograafia üks 3DPAM 5 artiklis (14%), teine 3DPAM 3 artiklis (8%), tõsised mängud 1 artiklis (3%), röntgenpildid 1 artiklis (3%), ärimudelid 1 artiklis (3%) ja liitreaalsus 1 artiklis (3%). Kolmkümmend neli (50%) uuringut hindasid 3DPAM-i. Viieteistkümnes (48%) uuringus kirjeldati hindajate kogemusi üksikasjalikult (tabel 3). 3DPAM-i viisid läbi kirurgid või raviarstid 7 uuringus (47%), anatoomiaspetsialistid 6 uuringus (40%), üliõpilased 3 uuringus (20%), õpetajad (eriala täpsustamata) 3 uuringus (20%) hindamiseks ja veel üks hindaja artiklis (7%). Hindajate keskmine arv on 14 (vähemalt 2, maksimaalselt 30). Kolmkümmend kolm uuringut (49%) hindasid 3DPAM-i morfoloogiat kvalitatiivselt ja 10 uuringut (15%) hindasid 3DPAM-i morfoloogiat kvantitatiivselt. 33-st kvalitatiivseid hinnanguid kasutanud uuringust 16 kasutas puhtalt kirjeldavaid hinnanguid (48%), 9 kasutas teste/hinnanguid/küsitlusi (27%) ja 8 kasutas Likerti skaalasid (24%). Tabel 3 võtab kokku iga kaasatud uuringu mudelite morfoloogilised hinnangud.
Kolmkümmend kolm (48%) artiklit uurisid ja võrdlesid 3DPAM-i õpetamise efektiivsust õpilastele. Nendest uuringutest 23 (70%) hindas õpilaste rahulolu, 17 (51%) kasutas Likerti skaalasid ja 6 (18%) kasutas muid meetodeid. Kakskümmend kaks artiklit (67%) hindasid õpilaste õppimist teadmiste testimise kaudu, millest 10 (30%) kasutasid eel- ja/või järelteste. Üksteist uuringut (33%) kasutasid õpilaste teadmiste hindamiseks valikvastustega küsimusi ja teste ning viis uuringut (15%) kasutasid piltide märgistamist/anatoomilist identifitseerimist. Igas uuringus osales keskmiselt 76 õpilast (vähemalt 8, maksimaalselt 319). Kahekümne neljas uuringus (72%) oli kontrollrühm, millest 20 (60%) kasutas randomiseerimist. Seevastu üks uuring (3%) määras anatoomilised mudelid juhuslikult 10 erinevale õpilasele. Keskmiselt võrreldi 2,6 rühma (vähemalt 2, maksimaalselt 10). Kahekümne kolmes uuringus (70%) osalesid meditsiinitudengid, kellest 14 (42%) olid esmakursuslased. Kuues (18%) uuringus osalesid residendid, 4 (12%) hambaravitudengid ja 3 (9%) loodusteaduste tudengid. Kuus uuringut (18%) rakendasid ja hindasid autonoomset õpet 3DPAM-i abil. Tabel 4 võtab kokku iga kaasatud uuringu 3DPAM-i õpetamise efektiivsuse hindamise tulemused.
Autorite poolt 3DPAM-i kasutamise peamisteks eelisteks normaalse inimese anatoomia õppevahendina on visuaalsed ja taktiilsed omadused, sealhulgas realism [55, 67], täpsus [44, 50, 72, 85] ja järjepidevuse varieeruvus [34, 45]. , 48, 64], värv ja läbipaistvus [28, 45], vastupidavus [24, 56, 73], hariduslik efekt [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], maksumus [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reprodutseeritavus [80], täiustamise või isikupärastamise võimalus [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], õpilastega manipuleerimise võimalus [30, 49], õpetamisaja kokkuhoid [61, 80], hoiustamise lihtsus [61], funktsionaalse anatoomia integreerimise või spetsiifiliste struktuuride loomise võimalus [51, 53], 67], skeleti kiire kujundamine mudelitele [81], oskusele mudeleid koos luua ja koju kaasa võtta [49, 60, 71], parandada mõttelise rotatsiooni võimet [23] ja teadmiste meeldejätmist [32], samuti õpetajale [25, 63] ja õpilaste rahulolule [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Peamised puudused on seotud disainiga: jäikus [80], järjepidevus [28, 62], detailide või läbipaistvuse puudumine [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], liiga erksad värvid [45] ja põranda habrasus [71]. Muude puuduste hulka kuuluvad teabe kadu [30, 76], pildi segmenteerimiseks kuluv pikk aeg [36, 52, 57, 58, 74], printimisaeg [57, 63, 66, 67], anatoomilise varieeruvuse puudumine [25] ja kõrge hind [48].
See süstemaatiline ülevaade võtab kokku 68 artiklit, mis on avaldatud 9 aasta jooksul, ja rõhutab teadusringkondade huvi 3DPAM-i vastu kui vahendit normaalse inimese anatoomia õpetamiseks. Iga anatoomilist piirkonda uuriti ja 3D-prinditi. Nendest artiklitest 37 artiklit võrdlesid 3DPAM-i teiste mudelitega ja 33 artiklit hindasid 3DPAM-i pedagoogilist olulisust õpilaste jaoks.
Arvestades anatoomiliste 3D-printimise uuringute ülesehituse erinevusi, ei pidanud me metaanalüüsi läbiviimist sobivaks. 2020. aastal avaldatud metaanalüüs keskendus peamiselt anatoomiliste teadmiste testidele pärast koolitust, analüüsimata 3D-printimise disaini ja tootmise tehnilisi ja tehnoloogilisi aspekte [10].
Pea piirkonda uuritakse enim, ilmselt seetõttu, et selle anatoomilise keerukuse tõttu on õpilastel seda anatoomilist piirkonda kolmemõõtmelises ruumis kujutada raskem kui jäsemete või torso piirkonda. KT on kaugelt kõige sagedamini kasutatav pildistamismeetod. Seda tehnikat kasutatakse laialdaselt, eriti meditsiiniasutustes, kuid sellel on piiratud ruumiline eraldusvõime ja madal pehmete kudede kontrastsus. Need piirangud muudavad KT-uuringud närvisüsteemi segmenteerimiseks ja modelleerimiseks sobimatuks. Teisest küljest sobib kompuutertomograafia paremini luukoe segmenteerimiseks/modelleerimiseks; luu/pehmete kudede kontrastsus aitab neid samme enne anatoomiliste mudelite 3D-printimist lõpule viia. Teisest küljest peetakse microKT-d luukuvamise ruumilise eraldusvõime osas referentstehnoloogiaks [70]. Kujutiste saamiseks saab kasutada ka optilisi skannereid või MRI-d. Kõrgem eraldusvõime hoiab ära luupindade silumise ja säilitab anatoomiliste struktuuride peenuse [59]. Mudeli valik mõjutab ka ruumilist eraldusvõimet: näiteks plastifitseerimismudelitel on madalam eraldusvõime [45]. Graafilised disainerid peavad looma kohandatud 3D-mudeleid, mis suurendab kulusid (25–150 dollarit tunnis) [43]. Kvaliteetsete anatoomiliste mudelite loomiseks ei piisa ainult kvaliteetsete .STL-failide hankimisest. Vaja on määrata kindlaks trükiparameetrid, näiteks anatoomilise mudeli orientatsioon trükiplaadil [29]. Mõned autorid soovitavad 3DPAM-i täpsuse parandamiseks võimaluse korral kasutada täiustatud trükitehnoloogiaid, näiteks SLS-i [38]. 3DPAM-i tootmine nõuab professionaalset abi; kõige nõutumad spetsialistid on insenerid [72], radioloogid [75], graafilised disainerid [43] ja anatoomid [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmenteerimis- ja modelleerimistarkvara on olulised tegurid täpsete anatoomiliste mudelite saamisel, kuid nende tarkvarapakettide hind ja keerukus takistavad nende kasutamist. Mitmed uuringud on võrrelnud erinevate tarkvarapakettide ja trükitehnoloogiate kasutamist, tuues välja iga tehnoloogia eelised ja puudused [68]. Lisaks modelleerimistarkvarale on vaja ka valitud printeriga ühilduvat trükitarkvara; mõned autorid eelistavad kasutada veebipõhist 3D-printimist [75]. Kui trükitakse piisavalt 3D-objekte, võib investeering tuua rahalist tulu [72].
Plastik on vaieldamatult kõige sagedamini kasutatav materjal. Selle lai tekstuuri- ja värvivalik teeb sellest 3DPAM-i jaoks eelistatud materjali. Mõned autorid on kiitnud selle suurt tugevust võrreldes traditsiooniliste surnukehade või plastineeritud mudelitega [24, 56, 73]. Mõnel plastil on isegi painde- või venitusomadused. Näiteks FDM-tehnoloogiaga Filaflex võib venitada kuni 700%. Mõned autorid peavad seda lihaste, kõõluste ja sidemete replikatsiooniks eelistatud materjaliks [63]. Teisest küljest on kaks uuringut tõstatanud küsimusi kiudude orientatsiooni kohta printimise ajal. Tegelikult on lihaskiudude orientatsioon, sisestamine, innervatsioon ja funktsioon lihaste modelleerimisel kriitilise tähtsusega [33].
Üllataval kombel mainivad vähesed uuringud trükkimise skaalat. Kuna paljud inimesed peavad suhet 1:1 standardiks, võis autor seda mitte mainida. Kuigi skaleerimine oleks kasulik suunatud õppe jaoks suurtes rühmades, pole skaleerimise teostatavust veel uuritud, eriti kasvavate klasside suuruse ja mudeli füüsilise suuruse olulise teguri tõttu. Muidugi hõlbustavad täissuuruses skaalad erinevate anatoomiliste elementide leidmist ja patsiendile edastamist, mis võib selgitada, miks neid sageli kasutatakse.
Turul saadaolevatest paljudest printeritest maksavad need, mis kasutavad PolyJeti (materjali või sideainega tindiprinteri) tehnoloogiat värvilise ja mitmekihilise (ja seega mitme tekstuuriga) kõrglahutusega printimise tagamiseks, 20 000–250 000 USA dollarit (https://www.aniwaa.com/). See kõrge hind võib piirata 3DPAM-i reklaamimist meditsiinikoolides. Lisaks printeri maksumusele on tindiprinteri jaoks vajalike materjalide maksumus kõrgem kui SLA- või FDM-printerite puhul [68]. SLA- või FDM-printerite hinnad on samuti taskukohasemad, jäädes käesolevas ülevaates loetletud artiklites vahemikku 576–4999 eurot. Tripodi ja tema kolleegide andmetel saab iga skeletiosa printida 1,25 USA dollari eest [47]. Üksteist uuringut jõudsid järeldusele, et 3D-printimine on odavam kui plastifitseerimine või kommertsmudelid [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Lisaks on need kommertsmudelid loodud patsiendiinfo edastamiseks ilma anatoomia õpetamiseks piisavalt detailse teabeta [80]. Neid kommertsmudeleid peetakse 3DPAM-ist halvemaks [44]. Tasub märkida, et lisaks kasutatavale trükitehnoloogiale on lõpphind proportsionaalne skaalaga ja seega ka 3DPAM-i lõpliku suurusega [48]. Nendel põhjustel eelistatakse täissuuruses skaalat [37].
Ainult ühes uuringus võrreldi 3DPAM-i kaubanduslikult saadaolevate anatoomiliste mudelitega [72]. Laibaproovid on 3DPAM-i kõige sagedamini kasutatav võrdlusmaterjal. Vaatamata oma piirangutele on laibamudelid anatoomia õpetamisel endiselt väärtuslik vahend. Tuleb teha vahet lahkamise, dissektsiooni ja kuiva luu vahel. Treeningtestide põhjal näitasid kaks uuringut, et 3DPAM oli oluliselt efektiivsem kui plastineeritud dissektsioon [16, 27]. Ühes uuringus võrreldi ühetunnist 3DPAM-i (alajäsemete) kasutamise treeningut sama anatoomilise piirkonna ühetunnise dissektsiooniga [78]. Kahe õpetamismeetodi vahel ei olnud olulisi erinevusi. On tõenäoline, et sellel teemal on vähe uuringuid, kuna selliseid võrdlusi on keeruline teha. Dissektsioon on õpilastele aeganõudev ettevalmistus. Mõnikord on vaja kümneid tunde ettevalmistust, olenevalt sellest, mida ette valmistatakse. Kolmanda võrdluse saab teha kuivade luudega. Tsai ja Smithi uuring näitas, et testi tulemused olid 3DPAM-i kasutavas rühmas oluliselt paremad [51, 63]. Chen ja kolleegid märkisid, et 3D-mudeleid kasutavad õpilased saavutasid struktuuride (koljude) tuvastamisel paremaid tulemusi, kuid MCQ-skoorides erinevust ei täheldatud [69]. Lõpuks näitasid Tanner ja kolleegid selles rühmas paremaid järeltesti tulemusi, kasutades pterygopalatine fossa 3DPAM-i [46]. Käesolevas kirjanduse ülevaates tuvastati ka teisi uusi õppevahendeid. Nende hulgas on kõige levinumad liitreaalsus, virtuaalreaalsus ja tõsised mängud [43]. Mahrousi ja kolleegide sõnul sõltub anatoomiliste mudelite eelistamine sellest, kui palju tunde õpilased videomänge mängivad [31]. Teisest küljest on uute anatoomiaõppevahendite peamine puudus haptiline tagasiside, eriti puhtvirtuaalsete tööriistade puhul [48].
Enamik uut 3DPAM-i hindavaid uuringuid on kasutanud teadmiste eelteste. Need eeltestid aitavad vältida hindamisel kallutatust. Mõned autorid jätavad enne eksperimentaalsete uuringute läbiviimist välja kõik õpilased, kes said eeltestis keskmisest kõrgema tulemuse [40]. Garas ja kolleegid mainisid eelarvamuste hulgas mudeli värvi ja vabatahtlike valikut õpilasklassis [61]. Värvimine hõlbustab anatoomiliste struktuuride tuvastamist. Chen ja kolleegid kehtestasid ranged katsetingimused, kus rühmade vahel esialgseid erinevusi ei olnud, ja uuring oli maksimaalselt pimestatud [69]. Lim ja kolleegid soovitavad, et järeltesti hindamise teeks kolmas osapool, et vältida hindamisel kallutatust [16]. Mõnedes uuringutes on 3DPAM-i teostatavuse hindamiseks kasutatud Likerti skaalasid. See instrument sobib rahulolu hindamiseks, kuid siiski on olulisi eelarvamusi, millega tuleb arvestada [86].
3D-printimise hariduslikku olulisust hinnati peamiselt meditsiinitudengite, sealhulgas esmakursuslaste seas 33-st uuringust 14-s. Oma pilootuuringus teatasid Wilk ja kolleegid, et meditsiinitudengite arvates peaks 3D-printimine olema nende anatoomiaõppesse kaasatud [87]. 87% Cercenelli uuringus küsitletud üliõpilastest uskus, et teine õppeaasta on parim aeg 3D-printimiseks [84]. Tanneri ja kolleegide tulemused näitasid ka, et üliõpilaste tulemused olid paremad, kui nad polnud seda valdkonda kunagi õppinud [46]. Need andmed viitavad sellele, et meditsiinikooli esimene aasta on optimaalne aeg 3D-printimise kaasamiseks anatoomiaõpetusse. Ye metaanalüüs toetas seda ideed [18]. Uuringusse kaasatud 27 artiklis esines olulisi erinevusi 3D-printimise ja traditsiooniliste mudelite testide tulemustes meditsiinitudengite, kuid mitte residentide puhul.
3DPAM kui õppevahend parandab akadeemilist saavutust [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], pikaajalist teadmiste säilitamist [32] ja õpilaste rahulolu [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Ekspertide paneelid leidsid need mudelid samuti kasulikuks [37, 42, 49, 81, 82] ja kaks uuringut näitasid õpetajate rahulolu 3DPAM-iga [25, 63]. Kõigist allikatest peavad Backhouse ja kolleegid 3D-printimist parimaks alternatiiviks traditsioonilistele anatoomilistele mudelitele [49]. Oma esimeses metaanalüüsis kinnitasid Ye ja kolleegid, et õpilastel, kes said 3DPAM-juhiseid, olid paremad testijärgsed tulemused kui õpilastel, kes said 2D- või surnukeha juhiseid [10]. Siiski ei eristanud nad 3DPAM-i keerukuse, vaid lihtsalt südame, närvisüsteemi ja kõhuõõne järgi. Seitsmes uuringus ei ületanud 3DPAM teisi õpilastele suunatud teadmiste testidel põhinevaid mudeleid [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Oma metaanalüüsis jõudsid Salazar ja kolleegid järeldusele, et 3DPAM-i kasutamine parandab spetsiifiliselt keeruka anatoomia mõistmist [17]. See kontseptsioon on kooskõlas Hitase kirjaga toimetajale [88]. Mõned anatoomilised piirkonnad, mida peetakse vähem keerukaks, ei vaja 3DPAM-i kasutamist, samas kui keerukamad anatoomilised piirkonnad (näiteks kael või närvisüsteem) oleksid 3DPAM-i jaoks loogiline valik. See kontseptsioon võib selgitada, miks mõningaid 3DPAM-e ei peeta traditsioonilistest mudelitest paremaks, eriti kui õpilastel puuduvad teadmised valdkonnas, kus mudeli toimivus on parem. Seega ei ole lihtsa mudeli esitamine õpilastele, kellel on juba teatud teadmised antud valdkonnast (meditsiiniüliõpilased või residendid), õpilaste soorituse parandamisel abiks.
Kõigist loetletud hariduslikest eelistest rõhutas 11 uuringut mudelite visuaalseid või kombatavaid omadusi [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85] ning 3 uuringut parandasid tugevust ja vastupidavust (33, 50–52, 63, 79, 85, 86). Muud eelised on see, et õpilased saavad konstruktsioone manipuleerida, õpetajad saavad aega kokku hoida, neid on lihtsam säilitada kui surnukehi, projekti saab lõpule viia 24 tunni jooksul, seda saab kasutada koduõppe vahendina ja seda saab kasutada suure hulga teabe õpetamiseks rühmades [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Korduv 3D-printimine suuremahuliseks anatoomiaõpetuseks muudab 3D-printimismudelite kulutõhusamaks [26]. 3DPAM-i kasutamine võib parandada vaimse pöörlemise võimet [23] ja ristlõikepiltide tõlgendamist [23, 32]. Kaks uuringut leidsid, et 3DPAM-iga kokku puutunud tudengid läbisid suurema tõenäosusega operatsiooni [40, 74]. Funktsionaalse anatoomia uurimiseks vajaliku liikumise loomiseks saab sisse põimida metallühendusi [51, 53] või saab mudeleid printida päästikukujunduste abil [67].
3D-printimine võimaldab luua reguleeritavaid anatoomilisi mudeleid, parandades modelleerimisetapis teatud aspekte, [48, 80] luues sobiva aluse, [59] kombineerides mitut mudelit, [36] kasutades läbipaistvust, (49) värvi [45] või muutes teatud sisemised struktuurid nähtavaks [30]. Tripodi ja tema kolleegid kasutasid oma 3D-prinditud luumudelite täiendamiseks skulptuurisavi, rõhutades ühiselt loodud mudelite väärtust õppevahenditena [47]. Üheksas uuringus kanti värv peale printimist [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], kuid õpilased rakendasid seda ainult üks kord [49]. Kahjuks ei hinnanud uuring mudelikoolituse kvaliteeti ega koolituse järjestust. Seda tuleks arvestada anatoomiaõppe kontekstis, kuna segaõppe ja ühiselt loomise eelised on hästi teada [89]. Kasvava reklaamitegevusega toimetulekuks on mudelite hindamiseks korduvalt kasutatud iseõppimist [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Ühes uuringus jõuti järeldusele, et plastmaterjali värvus oli liiga erksavärviline [45], teises uuringus järeldati, et mudel oli liiga habras [71] ja kaks teist uuringut näitasid anatoomilise varieeruvuse puudumist üksikute mudelite disainis [25, 45]. Seitsmes uuringus jõuti järeldusele, et 3DPAM-i anatoomiline detailsus on ebapiisav [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Suurte ja keerukate piirkondade, näiteks retroperitoneumi või kaelalülide detailsemate anatoomiliste mudelite puhul peetakse segmenteerimise ja modelleerimise aega väga pikaks ning maksumus on väga kõrge (umbes 2000 USA dollarit) [27, 48]. Hojo ja kolleegid väitsid oma uuringus, et vaagna anatoomilise mudeli loomiseks kulus 40 tundi [42]. Pikim segmenteerimisaeg oli 380 tundi Weatheralli ja kolleegide uuringus, kus mitme mudeli kombineerimisel loodi täielik laste hingamisteede mudel [36]. Üheksas uuringus peeti segmenteerimise ja printimise aega puudusteks [36, 42, 57, 58, 74]. 12 uuringut kritiseerisid aga mudelite füüsikalisi omadusi, eriti nende järjepidevust, [28, 62] läbipaistvuse puudumist, [30] haprust ja monokromaatilisust, [71] pehmete kudede puudumist [66] või detailide puudumist [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Neid puudusi saab ületada segmenteerimis- või simulatsiooniaja suurendamisega. Olulise teabe kaotamine ja hankimine oli probleemiks kolmele meeskonnale [30, 74, 77]. Patsientide aruannete kohaselt ei taganud joodi sisaldavad kontrastained optimaalset veresoonte nähtavust annusepiirangute tõttu [74]. Laibamudeli süstimine näib olevat ideaalne meetod, mis liigub eemale põhimõttest „nii vähe kui võimalik“ ja süstitava kontrastaine annuse piirangutest.
Kahjuks ei maini paljud artiklid 3DPAM-i põhifunktsioone. Vähem kui pooled artiklitest märkisid otseselt, kas nende 3DPAM oli toonitud. Trüki ulatuse katvus oli ebajärjekindel (43% artiklitest) ja ainult 34% mainis mitme meediumi kasutamist. Need trükiparameetrid on kriitilise tähtsusega, kuna need mõjutavad 3DPAM-i õppimisomadusi. Enamik artikleid ei anna piisavalt teavet 3DPAM-i hankimise keerukuse kohta (projekteerimisaeg, personali kvalifikatsioon, tarkvarakulud, trükkimiskulud jne). See teave on kriitilise tähtsusega ja seda tuleks enne uue 3DPAM-i arendamise projekti alustamist arvesse võtta.
See süstemaatiline ülevaade näitab, et normaalsete anatoomiliste mudelite kujundamine ja 3D-printimine on teostatav väikeste kuludega, eriti FDM- või SLA-printerite ja odavate ühevärviliste plastmaterjalide kasutamisel. Neid põhidisainilahendusi saab aga täiustada värvide või erinevatest materjalidest kujunduste lisamisega. Realistlikumad mudelid (trükitud mitme erineva värvi ja tekstuuriga materjali abil, et jäljendada surnukeha võrdlusmudeli taktiilseid omadusi) nõuavad kallimaid 3D-printimistehnoloogiaid ja pikemat disainiaega. See suurendab oluliselt üldkulusid. Olenemata sellest, milline printimisprotsess valitakse, on sobiva pildistamismeetodi valimine 3DPAM-i edu võti. Mida suurem on ruumiline eraldusvõime, seda realistlikumaks muutub mudel ja seda saab kasutada edasijõudnute uuringute jaoks. Pedagoogilisest vaatenurgast on 3DPAM tõhus vahend anatoomia õpetamiseks, mida tõendavad üliõpilastele läbiviidud teadmiste testid ja nende rahulolu. 3DPAM-i õpetamismõju on parim siis, kui see reprodutseerib keerulisi anatoomilisi piirkondi ja üliõpilased kasutavad seda oma meditsiinilise koolituse alguses.
Käesolevas uuringus genereeritud ja/või analüüsitud andmekogumid ei ole keelebarjääride tõttu avalikult kättesaadavad, kuid on mõistliku taotluse korral vastavalt autorilt kättesaadavad.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Ülevaade USA meditsiinikoolide õppekavades sisalduvatest makroskoopilistest anatoomia, mikroanatoomia, neurobioloogia ja embrüoloogia kursustest. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK. Laibalahkamine kui õppevahend anatoomiateaduses 21. sajandil: Lahkamine kui õppevahend. Teadushariduse analüüs. 2017;10(3):286–99.
Postituse aeg: 09.04.2024