A háromdimenziós nyomtatott anatómiai modellek (3DPAM-ok) oktatási értékük és megvalósíthatóságuk miatt megfelelő eszköznek tűnnek. Ezen áttekintés célja az emberi anatómia oktatásához használt 3DPAM-ok létrehozására használt módszerek leírása és elemzése, valamint pedagógiai hozzájárulásuk értékelése.
Egy elektronikus keresést végeztek a PubMed adatbázisban a következő kifejezések használatával: education, school, learning, teaching, training, teaching, education, three-dimensional, 3D, 3-dimensional, printing, printing, anatomy, anatomy, anatomy és anatomy. Az eredmények magukban foglalták a tanulmány jellemzőit, a modell felépítését, a morfológiai értékelést, az oktatási teljesítményt, az erősségeket és gyengeségeket.
A 68 kiválasztott cikk közül a legtöbb tanulmány (33 cikk) a koponya régióra összpontosított; 51 cikk említi a csontnyomtatást. 47 cikkben a 3DPAM-ot komputertomográfia alapján fejlesztették ki. Öt nyomtatási eljárást sorolnak fel. 48 tanulmányban műanyagokat és származékaikat használták. Az egyes tervek ára 1,25 és 2800 dollár között mozog. Harminchét tanulmány hasonlította össze a 3DPAM-ot referenciamodellekkel. Harminchárom cikk vizsgálta az oktatási tevékenységeket. A fő előnyök a vizuális és tapintható minőség, a tanulási hatékonyság, az ismételhetőség, a testreszabhatóság és az agilitás, az időmegtakarítás, a funkcionális anatómia integrációja, a jobb mentális rotációs képesség, a tudásmegtartás és a tanár/diák elégedettség. A fő hátrányok a tervezéshez kapcsolódnak: következetesség, részletek vagy átlátszóság hiánya, túl élénk színek, hosszú nyomtatási idő és magas költségek.
Ez a szisztematikus áttekintés azt mutatja, hogy a 3DPAM költséghatékony és eredményes az anatómia oktatásában. A realisztikusabb modellek drágább 3D nyomtatási technológiákat és hosszabb tervezési időt igényelnek, ami jelentősen növeli az összköltségeket. A kulcs a megfelelő képalkotási módszer kiválasztása. Pedagógiai szempontból a 3DPAM hatékony eszköz az anatómia oktatásában, pozitív hatással van a tanulási eredményekre és az elégedettségre. A 3DPAM oktatási hatása akkor a legjobb, ha komplex anatómiai régiókat reprodukál, és a hallgatók már az orvosi képzés korai szakaszában alkalmazzák.
Az állati tetemek boncolása az ókori Görögország óta történik, és az anatómia oktatásának egyik fő módszere. A gyakorlati képzés során végzett holttestboncolások az egyetemi orvostanhallgatók elméleti tantervében szerepelnek, és jelenleg az anatómia tanulmányozásának aranystandardjának számítanak [1,2,3,4,5]. Az emberi holttestminták használatának azonban számos akadálya van, ami új képzési eszközök keresését ösztönzi [6, 7]. Ezen új eszközök közé tartozik a kiterjesztett valóság, a digitális eszközök és a 3D nyomtatás. Santos és munkatársai [8] nemrégiben publikált irodalmi áttekintése szerint az anatómia oktatásában használt új technológiák értéke tekintetében a 3D nyomtatás az egyik legfontosabb erőforrásnak tűnik, mind a hallgatók számára nyújtott oktatási érték, mind a megvalósítás megvalósíthatósága szempontjából [4,9,10].
A 3D nyomtatás nem új keletű dolog. Az ehhez a technológiához kapcsolódó első szabadalmak 1984-re nyúlnak vissza: A. Le Méhauté, O. De Witte és J. C. André Franciaországban, majd három héttel később C. Hull az Egyesült Államokban. Azóta a technológia folyamatosan fejlődött, és alkalmazása számos területre kiterjedt. Például a NASA 2014-ben nyomtatta ki az első Földön túli objektumot [11]. Az orvostudomány is átvette ezt az új eszközt, ezáltal növelve a személyre szabott orvoslás fejlesztésének iránti vágyat [12].
Számos szerző bizonyította a 3D nyomtatott anatómiai modellek (3DPAM) használatának előnyeit az orvosképzésben [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Az emberi anatómia tanításakor nem patológiás és anatómiailag normális modellekre van szükség. Néhány áttekintés patológiás vagy orvosi/sebészeti képzési modelleket vizsgált [8, 20, 21]. Az emberi anatómia oktatásának hibrid modelljének kidolgozása érdekében, amely olyan új eszközöket is beépít, mint a 3D nyomtatás, szisztematikus áttekintést végeztünk annak leírására és elemzésére, hogy hogyan jönnek létre a 3D nyomtatott tárgyak az emberi anatómia oktatásához, és hogyan értékelik a hallgatók a 3D objektumok használatával történő tanulás hatékonyságát.
Ez a szisztematikus irodalmi áttekintés 2022 júniusában, időbeli korlátozás nélkül készült a PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) irányelvei [22] alapján.
A beválasztási kritériumok a következők voltak: minden olyan kutatási dolgozat, amely 3DPAM-et használt az anatómiaoktatásban/tanulásban. Kizárták azokat az irodalmi áttekintéseket, leveleket vagy cikkeket, amelyek patológiai modellekre, állatmodellekre, régészeti modellekre és orvosi/sebészeti képzési modellekre összpontosítottak. Csak az angol nyelven megjelent cikkeket választottuk ki. Kizártuk azokat a cikkeket, amelyekhez nem volt elérhető online absztrakt. Azokat a cikkeket vettük be, amelyek több modellt tartalmaztak, amelyek közül legalább egy anatómiailag normális volt, vagy kisebb patológiával rendelkezett, amely nem befolyásolta a tanítási értéket.
A PubMed elektronikus adatbázisban (National Library of Medicine, NCBI) szakirodalmi keresést végeztek a 2022 júniusáig publikált releváns tanulmányok azonosítása érdekében. A következő keresési kifejezéseket használták: education, school, teaching, teaching, learning, teaching, education, three-dimensional, 3D, 3D, printing, printing, printing, anatomy, anatomy, anatomy és anatomy. Egyetlen lekérdezést hajtottunk végre: (((education[Title/Abstract] OR school[Title/Abstract] ORlearning[Title/Abstract] OR teaching[Title/Abstract] OR training[Title/Abstract] ORreach[Title/Abstract] ] OR Education [Title/Abstract]) ÉS (Three Dimensions [Title] OR 3D [Title] OR 3D [Title])) ÉS (Print [Title] OR Print [Title] OR Print [Title])) ÉS (Anatomy) [Title] ]/abstract] vagy anatomy [title/abstract] vagy anatomy [title/abstract] vagy anatomy [title/abstract]). További cikkeket a PubMed adatbázis manuális keresésével és más tudományos cikkek hivatkozásainak áttekintésével azonosítottunk. Nem alkalmaztunk dátumkorlátozást, de a „Person” szűrőt használtuk.
Az összes lekérdezett címet és absztraktot két szerző (EBR és AL) szűrte a beválasztási és kizárási kritériumok alapján, és minden olyan tanulmányt kizártak, amely nem felelt meg az összes jogosultsági kritériumnak. A fennmaradó tanulmányok teljes szövegű publikációit három szerző (EBR, EBE és AL) kereste meg és tekintette át. Szükség esetén a cikkek kiválasztásával kapcsolatos nézeteltéréseket egy negyedik személy (LT) oldotta fel. Azok a publikációk kerültek be ebbe az áttekintésbe, amelyek megfeleltek az összes beválasztási kritériumnak.
Az adatkinyerést két szerző (EBR és AL) egymástól függetlenül végezte egy harmadik szerző (LT) felügyelete alatt.
- Modelltervezési adatok: anatómiai régiók, specifikus anatómiai részek, kezdeti modell 3D nyomtatáshoz, adatgyűjtési módszer, szegmentáló és modellező szoftver, 3D nyomtató típusa, anyagtípus és -mennyiség, nyomtatási méretarány, szín, nyomtatási költség.
- Modellek morfológiai értékelése: összehasonlításra használt modellek, szakértők/tanárok orvosi értékelése, értékelők száma, értékelés típusa.
- 3D-s oktatási modell: a tanulók tudásának felmérése, értékelési módszer, tanulók száma, összehasonlító csoportok száma, tanulók randomizálása, oktatás/hallgatói típus.
A MEDLINE-ban 418 tanulmányt azonosítottak, és 139 cikket zártak ki az „emberi” szűrővel. A címek és absztraktok áttekintése után 103 tanulmányt választottak ki teljes szövegű olvasásra. 34 cikket zártak ki, mert vagy patológiai modellek (9 cikk), orvosi/sebészeti képzési modellek (4 cikk), állatmodellek (4 cikk), 3D radiológiai modellek (1 cikk) voltak, vagy nem eredeti tudományos cikkek (16 fejezet). Összesen 68 cikket vontak be az áttekintésbe. Az 1. ábra folyamatábraként mutatja be a kiválasztási folyamatot.
Folyamatábra, amely összefoglalja a cikkek azonosítását, szűrését és bevonását ebbe a szisztematikus áttekintésbe
Minden tanulmány 2014 és 2022 között jelent meg, az átlagos publikációs év 2019 volt. A 68 cikk közül 33 (49%) leíró és kísérleti, 17 (25%) tisztán kísérleti, 18 (26%) pedig kísérleti jellegű volt. Tisztán leíró jellegűek. Az 50 (73%) kísérleti tanulmányból 21 (31%) alkalmazott randomizálást. Csak 34 tanulmány (50%) tartalmazott statisztikai elemzéseket. Az 1. táblázat összefoglalja az egyes tanulmányok jellemzőit.
33 cikk (48%) vizsgálta a fej régióját, 19 cikk (28%) a mellkasi régiót, 17 cikk (25%) a has- és kismedencei régiót, és 15 cikk (22%) a végtagokat. Ötvenegy cikk (75%) említett 3D nyomtatott csontokat anatómiai modellként vagy többszeletes anatómiai modellként.
A 3DPAM fejlesztéséhez használt forrásmodelleket vagy fájlokat illetően 23 cikk (34%) említette betegadatok, 20 cikk (29%) holttestadatok, 17 cikk (25%) pedig adatbázisok használatát, és 7 tanulmány (10%) nem hozta nyilvánosságra a felhasznált dokumentumok forrását.
47 tanulmány (69%) fejlesztett ki komputertomográfián alapuló 3DPAM-et, és 3 tanulmány (4%) számolt be microCT használatáról. 7 cikk (10%) optikai szkennerek, 4 cikk (6%) MRI, 1 cikk (1%) pedig kamerák és mikroszkópok segítségével vetített ki 3D objektumokat. 14 cikk (21%) nem említette a 3D modellterv forrásfájljainak forrását. A 3D fájlok átlagos térbeli felbontása kisebb, mint 0,5 mm. Az optimális felbontás 30 μm [80], a maximális felbontás pedig 1,5 mm [32].
Hatvan különböző szoftveralkalmazást (szegmentálás, modellezés, tervezés vagy nyomtatás) használtak. A Mimics (Materialise, Leuven, Belgium) volt a leggyakrabban használt (14 tanulmány, 21%), ezt követte a MeshMixer (Autodesk, San Rafael, Kalifornia) (13 tanulmány, 19%), a Geomagic (3D System, Missouri, Észak-Karolina, Leesville) (10 tanulmány, 15%), a 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, Massachusetts) (9 tanulmány, 13%), a Blender (Blender Foundation, Amszterdam, Hollandia) (8 tanulmány, 12%) és a CURA (Geldemarsen, Hollandia) (7 tanulmány, 10%).
Hatvanhét különböző nyomtatómodellt és öt nyomtatási eljárást említenek. Az FDM (Fused Deposition Modeling) technológiát 26 terméknél (38%), az anyagszórást 13 terméknél (19%), végül a kötőanyag-szórást (11 termék, 16%) alkalmazták. A legkevésbé használt technológiák a sztereolitográfia (SLA) (5 termék, 7%) és a szelektív lézeres szinterezés (SLS) (4 termék, 6%). A leggyakrabban használt nyomtató (7 termék, 10%) a Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
A 3DPAM előállításához felhasznált anyagok meghatározásakor (51 cikk, 75%) 48 tanulmány (71%) műanyagokat és származékaikat használta. A főbb felhasznált anyagok a PLA (politejsav) (n = 20, 29%), a gyanta (n = 9, 13%) és az ABS (akrilnitril-butadién-sztirol) (7 típus, 10%) voltak. 23 cikk (34%) több anyagból készült 3DPAM-ot vizsgált, 36 cikk (53%) csak egy anyagból készült 3DPAM-ot mutatott be, és 9 cikk (13%) nem adott meg anyagot.
Huszonkilenc cikk (43%) számolt be 0,25:1 és 2:1 közötti nyomtatási arányokról, átlagosan 1:1 arányban. Huszonöt cikk (37%) alkalmazott 1:1 arányt. 28 3DPAM (41%) több színből állt, és 9-et (13%) nyomtatás után festettek meg [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Harmincnégy cikk (50%) említette a költségeket. 9 cikk (13%) említette a 3D nyomtatók és a nyersanyagok költségét. A nyomtatók ára 302 és 65 000 dollár között mozog. A modellek árai, ha meg vannak adva, 1,25 és 2800 dollár között mozognak; ezek a szélsőségek a csontvázmintáknak [47] és a nagy pontosságú retroperitoneális modelleknek [48] felelnek meg. A 2. táblázat összefoglalja az egyes vizsgálatok modelladatait.
Harminchét tanulmány (54%) hasonlította össze a 3DAPM-et egy referenciamodellel. Ezen tanulmányok közül a leggyakoribb összehasonlító elem egy anatómiai referenciamodell volt, amelyet 14 cikkben (38%), plasztinált preparátumok 6 cikkben (16%), plasztinált preparátumok 6 cikkben (16%). Virtuális valóság használata, komputertomográfia képalkotás egy 3DPAM-mal 5 cikkben (14%), egy másik 3DPAM-mal 3 cikkben (8%), komoly játékok 1 cikkben (3%), röntgenfelvételek 1 cikkben (3%), üzleti modellek 1 cikkben (3%) és kiterjesztett valóság 1 cikkben (3%). Harmincnégy (50%) tanulmány értékelte a 3DPAM-ot. Tizenöt (48%) tanulmány részletesen leírta az értékelők tapasztalatait (3. táblázat). A 3DPAM-ot sebészek vagy kezelőorvosok végezték 7 tanulmányban (47%), anatómiai szakorvosok 6 tanulmányban (40%), hallgatók 3 tanulmányban (20%), tanárok (tudományág nincs meghatározva) 3 tanulmányban (20%) az értékeléshez, és egy további értékelő a cikkben (7%). Az értékelők átlagos száma 14 (minimum 2, maximum 30). Harminchárom tanulmány (49%) értékelte a 3DPAM morfológiáját kvalitatívan, és 10 tanulmány (15%) kvantitatívan. A kvalitatív értékelést alkalmazó 33 tanulmány közül 16 tisztán leíró értékelést (48%), 9 teszteket/értékeléseket/kérdőíveket (27%), 8 pedig Likert-skálákat (24%) használt. A 3. táblázat összefoglalja a modellek morfológiai értékelését az egyes tanulmányokban.
Harminchárom (48%) cikk vizsgálta és hasonlította össze a 3DPAM diákoknak történő oktatásának hatékonyságát. Ezen tanulmányok közül 23 (70%) a diákok elégedettségét, 17 (51%) Likert-skálákat, 6 (18%) pedig egyéb módszereket vizsgált. Huszonkét cikk (67%) tudástesztek segítségével értékelte a diákok tanulását, amelyek közül 10 (30%) előteszteket és/vagy utóteszteket használt. Tizenegy tanulmány (33%) feleletválasztós kérdéseket és teszteket használt a diákok tudásának felmérésére, öt tanulmány (15%) pedig képcímkézést/anatómiai azonosítást. Átlagosan 76 diák vett részt tanulmányonként (minimum 8, maximum 319). Huszonnégy tanulmányban (72%) volt kontrollcsoport, amelyből 20 (60%) randomizálást alkalmazott. Ezzel szemben egy tanulmány (3%) véletlenszerűen osztott anatómiai modelleket 10 különböző diákhoz. Átlagosan 2,6 csoportot hasonlítottak össze (minimum 2, maximum 10). Huszonhárom tanulmány (70%) vett részt orvostanhallgatókon, akik közül 14 (42%) elsőéves orvostanhallgató volt. Hat (18%) tanulmány rezidensek, 4 (12%) fogorvostanhallgatók és 3 (9%) természettudományos hallgatók vettek részt. Hat tanulmány (18%) valósított meg és értékelt autonóm tanulást 3DPAM segítségével. A 4. táblázat összefoglalja a 3DPAM oktatáshatékonysági értékelésének eredményeit az egyes tanulmányokban.
A szerzők által a 3DPAM normál emberi anatómia oktatási eszközként való használatának fő előnyeiként a vizuális és tapintási jellemzőket említik, beleértve a realizmust [55, 67], a pontosságot [44, 50, 72, 85] és a konzisztencia változékonyságát [34, 45]. , 48, 64], szín és átlátszóság [28, 45], tartósság [24, 56, 73], oktatási hatás [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], költség [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reprodukálhatóság [80], fejlesztés vagy személyre szabás lehetősége [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], a diákok manipulálásának képessége [30, 49], tanítási idő megtakarítása [61, 80], könnyű tárolás [61], a funkcionális anatómia integrálásának vagy specifikus struktúrák létrehozásának képessége [51, 53], 67], a csontvázszerkezet gyors tervezése modellek [81], a modellek közös létrehozásának és hazavitelének képessége [49, 60, 71], a mentális rotációs képességek javítása [23] és a tudásmegtartás [32], valamint a tanárra [25, 63] és a diákok elégedettségére [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
A fő hátrányok a kialakítással kapcsolatosak: merevség [80], konzisztencia [28, 62], részletgazdagság vagy átlátszóság hiánya [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], túl élénk színek [45], valamint a padló törékenysége [71]. További hátrányok közé tartozik az információvesztés [30, 76], a képszegmentáláshoz szükséges hosszú idő [36, 52, 57, 58, 74], a nyomtatási idő [57, 63, 66, 67], az anatómiai változékonyság hiánya [25], valamint a magas költségek [48].
Ez a szisztematikus áttekintés 9 év alatt publikált 68 cikket foglal össze, és kiemeli a tudományos közösség érdeklődését a 3DPAM iránt, mint a normál emberi anatómia oktatásának eszköze. Minden egyes anatómiai régiót tanulmányoztak és 3D nyomtatásban készítettek. Ezen cikkek közül 37 cikk összehasonlította a 3DPAM-ot más modellekkel, és 33 cikk értékelte a 3DPAM pedagógiai relevanciáját a diákok számára.
Tekintettel az anatómiai 3D nyomtatási tanulmányok tervezésében mutatkozó különbségekre, nem tartottuk helyénvalónak metaanalízis elvégzését. Egy 2020-ban publikált metaanalízis főként a képzés utáni anatómiai tudástesztekre összpontosított, a 3DPAM tervezésének és gyártásának technikai és technológiai aspektusainak elemzése nélkül [10].
A fej régióját tanulmányozzák a legtöbbet, valószínűleg azért, mert anatómiájának összetettsége megnehezíti a diákok számára, hogy ezt az anatómiai régiót háromdimenziós térben ábrázolják a végtagokhoz vagy a törzshöz képest. A CT messze a leggyakrabban használt képalkotó modalitás. Ez a technika széles körben elterjedt, különösen az orvosi környezetben, de korlátozott térbeli felbontással és alacsony lágyrész kontraszttal rendelkezik. Ezek a korlátozások miatt a CT-vizsgálatok alkalmatlanok az idegrendszer szegmentálására és modellezésére. Másrészt a komputertomográfia jobban alkalmas a csontszövet szegmentálására/modellezésére; a csont/lágyrész kontraszt segít ezeknek a lépéseknek a végrehajtásában az anatómiai modellek 3D nyomtatása előtt. Másrészt a microCT-t tekintik a csontképalkotás térbeli felbontása szempontjából referencia technológiának [70]. Optikai szkennerek vagy MRI is használhatók képek készítésére. A nagyobb felbontás megakadályozza a csontfelszínek simítását, és megőrzi az anatómiai struktúrák finomságát [59]. A modellválasztás szintén befolyásolja a térbeli felbontást: például a plasztikázási modellek alacsonyabb felbontásúak [45]. A grafikusoknak egyedi 3D modelleket kell készíteniük, ami növeli a költségeket (óránként 25-150 dollár) [43]. A kiváló minőségű .STL fájlok beszerzése nem elegendő a kiváló minőségű anatómiai modellek létrehozásához. Meg kell határozni a nyomtatási paramétereket, például az anatómiai modell tájolását a nyomólemezen [29]. Egyes szerzők azt javasolják, hogy a 3DPAM pontosságának javítása érdekében ahol csak lehetséges, fejlett nyomtatási technológiákat, például SLS-t kell alkalmazni [38]. A 3DPAM előállítása szakmai segítséget igényel; a legkeresettebb szakemberek a mérnökök [72], radiológusok [75], grafikusok [43] és anatómusok [25, 28, 51, 57, 76, 77].
A szegmentáló és modellező szoftverek fontos tényezők a pontos anatómiai modellek előállításában, de ezen szoftvercsomagok költsége és összetettsége akadályozza használatukat. Számos tanulmány hasonlította össze a különböző szoftvercsomagok és nyomtatási technológiák használatát, kiemelve az egyes technológiák előnyeit és hátrányait [68]. A modellező szoftverek mellett a kiválasztott nyomtatóval kompatibilis nyomtatószoftverre is szükség van; egyes szerzők az online 3D nyomtatást részesítik előnyben [75]. Ha elegendő számú 3D objektum kerül kinyomtatásra, a befektetés pénzügyi megtérülést eredményezhet [72].
A műanyag messze a leggyakrabban használt anyag. Széles textúráinak és színeinek köszönhetően a 3DPAM-hez a választott anyag. Egyes szerzők dicsérték a hagyományos holttestekből vagy plasztinált modellekhez képesti nagy szilárdságát [24, 56, 73]. Egyes műanyagok hajlító vagy nyújtó tulajdonságokkal is rendelkeznek. Például az FDM technológiával készült Filaflex akár 700%-ig is nyúlhat. Egyes szerzők az izom-, ín- és szalagreplikációhoz a választott anyagnak tartják [63]. Másrészt két tanulmány kérdéseket vetett fel a rostok orientációjával kapcsolatban a nyomtatás során. Valójában az izomrostok orientációja, beépülése, beidegzése és funkciója kritikus fontosságú az izommodellezésben [33].
Meglepő módon kevés tanulmány említi a nyomtatás méretarányát. Mivel sokan az 1:1 arányt tartják szabványosnak, a szerző talán úgy döntött, hogy nem említi. Bár a méretezés hasznos lenne a nagy csoportokban történő irányított tanuláshoz, a méretezés megvalósíthatóságát még nem vizsgálták, különösen a növekvő osztálylétszámok és a modell fizikai méretének fontos tényezője miatt. Természetesen a teljes méretű mérlegek megkönnyítik a különböző anatómiai elemek megtalálását és a beteggel való közlését, ami magyarázhatja, miért használják őket gyakran.
A piacon kapható számos nyomtató közül azok, amelyek PolyJet (anyag- vagy kötőanyag-tintasugaras) technológiát használnak a színes és többrétegű (és így több textúrájú) nagyfelbontású nyomtatáshoz, 20 000 és 250 000 USD közötti áron készülnek (https://www.aniwaa.com/). Ez a magas költség korlátozhatja a 3DPAM népszerűsítését az orvosi egyetemeken. A nyomtató költsége mellett a tintasugaras nyomtatáshoz szükséges anyagok költsége is magasabb, mint az SLA vagy FDM nyomtatók esetében [68]. Az SLA vagy FDM nyomtatók árai is megfizethetőbbek, az ebben az áttekintésben felsorolt cikkekben 576 és 4999 euró között mozognak. Tripodi és kollégái szerint minden egyes csontvázalkatrész 1,25 USD-ért nyomtatható [47]. Tizenegy tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a 3D nyomtatás olcsóbb, mint a lágyítás vagy a kereskedelmi modellek [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Ráadásul ezek a kereskedelmi forgalomban kapható modellek úgy vannak kialakítva, hogy a betegek adatait az anatómiaoktatáshoz szükséges részletesség nélkül nyújtsák [80]. Ezeket a kereskedelmi forgalomban kapható modelleket a 3DPAM-nál gyengébbnek tekintik [44]. Érdemes megjegyezni, hogy az alkalmazott nyomtatási technológián túl a végső költség arányos a méretaránynal, és így a 3DPAM végső méretével is [48]. Ezen okok miatt a teljes méretű méretarány az előnyösebb [37].
Csak egy tanulmány hasonlította össze a 3DPAM-ot a kereskedelmi forgalomban kapható anatómiai modellekkel [72]. A holttestminták a leggyakrabban használt összehasonlító eszközök a 3DPAM esetében. Korlátaik ellenére a holttestmodellek továbbra is értékes eszközök az anatómia oktatásában. Különbséget kell tenni a boncolás, a boncolás és a száraz csont között. A betanítási tesztek alapján két tanulmány kimutatta, hogy a 3DPAM szignifikánsan hatékonyabb, mint a plasztinált boncolás [16, 27]. Az egyik tanulmány egy órányi 3DPAM-mal (alsó végtag) végzett betanítást hasonlított össze ugyanazon anatómiai régió egyórás boncolásával [78]. A két tanítási módszer között nem volt szignifikáns különbség. Valószínű, hogy kevés kutatás foglalkozik ezzel a témával, mivel az ilyen összehasonlításokat nehéz elvégezni. A boncolás időigényes felkészülés a diákok számára. Néha több tucat órányi felkészülésre van szükség, attól függően, hogy mit készítenek elő. Egy harmadik összehasonlítást száraz csontokkal lehet végezni. Tsai és Smith tanulmánya kimutatta, hogy a teszteredmények szignifikánsan jobbak voltak a 3DPAM-ot használó csoportban [51, 63]. Chen és kollégái megjegyezték, hogy a 3D modelleket használó diákok jobban teljesítettek a struktúrák (koponyák) azonosításában, de a feleletválasztós kérdések pontszámaiban nem volt különbség [69]. Végül Tanner és kollégái jobb utóteszt eredményeket mutattak ki ebben a csoportban a pterygopalatinus árok 3DPAM-jét használva [46]. További új tanítási eszközöket is azonosítottak ebben az irodalmi áttekintésben. A leggyakoribbak közülük a kiterjesztett valóság, a virtuális valóság és a komoly játékok [43]. Mahrous és kollégái szerint az anatómiai modellek iránti preferencia attól függ, hogy a diákok hány órát játszanak videojátékokkal [31]. Másrészt az új anatómia-tanítási eszközök egyik fő hátránya a haptikus visszajelzés, különösen a tisztán virtuális eszközök esetében [48].
A legtöbb, az új 3DPAM-et értékelő tanulmány tudásfelmérő előteszteket használt. Ezek az előtesztek segítenek elkerülni az értékelés során fellépő torzítást. Egyes szerzők a kísérleti vizsgálatok elvégzése előtt kizárják az összes olyan diákot, aki az előzetes teszten átlag feletti eredményt ért el [40]. Garas és kollégái az említett torzítások között szerepelt a modell színe és az önkéntesek kiválasztása a diákosztályban [61]. A festés megkönnyíti az anatómiai struktúrák azonosítását. Chen és kollégái szigorú kísérleti feltételeket alakítottak ki, a csoportok között kezdetben nem voltak különbségek, és a tanulmányt a lehető legnagyobb mértékben vakon végezték el [69]. Lim és kollégái azt javasolják, hogy a teszt utáni értékelést egy harmadik fél végezze el az értékelés során fellépő torzítás elkerülése érdekében [16]. Egyes tanulmányok Likert-skálákat használtak a 3DPAM megvalósíthatóságának értékelésére. Ez az eszköz alkalmas az elégedettség felmérésére, de továbbra is vannak fontos torzítások, amelyekre figyelni kell [86].
A 3DPAM oktatási relevanciáját elsősorban orvostanhallgatók, köztük elsőéves orvostanhallgatók körében értékelték 33 tanulmányból 14-ben. Kísérleti tanulmányukban Wilk és kollégái arról számoltak be, hogy az orvostanhallgatók úgy vélték, hogy a 3D nyomtatást be kellene építeni az anatómiatanulásba [87]. A Cercenelli-tanulmányban megkérdezett hallgatók 87%-a vélte úgy, hogy a tanulmányok második éve a legjobb időszak a 3DPAM használatára [84]. Tanner és kollégái eredményei azt is kimutatták, hogy azok a hallgatók teljesítettek jobban, akik korábban nem tanulták a területet [46]. Ezek az adatok arra utalnak, hogy az orvosi egyetem első éve az optimális időszak a 3DPAM beépítésére az anatómiaoktatásba. Ye metaanalízise alátámasztotta ezt az elképzelést [18]. A tanulmányba bevont 27 cikkben szignifikáns különbségek voltak a 3DPAM és a hagyományos modellek teszteredményei között az orvostanhallgatók esetében, de nem a rezidensek esetében.
A 3DPAM, mint tanulási eszköz, javítja a tanulmányi eredményeket [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], a hosszú távú tudásmegtartást [32] és a hallgatók elégedettségét [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Szakértői testületek is hasznosnak találták ezeket a modelleket [37, 42, 49, 81, 82], és két tanulmány a tanárok elégedettségét is megállapította a 3DPAM-mel [25, 63]. Az összes forrás közül Backhouse és kollégái a 3D nyomtatást tartják a hagyományos anatómiai modellek legjobb alternatívájának [49]. Első metaanalízisükben Ye és kollégái megerősítették, hogy a 3DPAM utasításokat kapó diákok jobb teszt utáni pontszámokat értek el, mint azok, akik 2D vagy holttesteken alapuló utasításokat kaptak [10]. A 3DPAM-ot azonban nem összetettség, hanem egyszerűen a szív, az idegrendszer és a hasüreg alapján különböztették meg. Hét tanulmányban a 3DPAM nem múlta felül a hallgatóknak adott tudásteszteken alapuló többi modellt [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Metaanalízisükben Salazar és kollégái arra a következtetésre jutottak, hogy a 3DPAM használata kifejezetten javítja a komplex anatómia megértését [17]. Ez a koncepció összhangban van Hitas szerkesztőnek írt levelével [88]. Egyes kevésbé összetettnek tartott anatómiai területek nem igénylik a 3DPAM használatát, míg az összetettebb anatómiai területek (például a nyak vagy az idegrendszer) logikus választást jelentenének a 3DPAM számára. Ez a koncepció megmagyarázhatja, hogy miért nem tekintenek egyes 3DPAM-okat jobbnak a hagyományos modelleknél, különösen akkor, ha a hallgatóknak nincsenek ismereteik azon a területen, ahol a modell teljesítménye jobbnak bizonyult. Így egy egyszerű modell bemutatása azoknak a hallgatóknak, akik már rendelkeznek némi ismerettel a témában (orvostanhallgatók vagy rezidensek), nem segít a hallgatók teljesítményének javításában.
Az összes felsorolt oktatási előny közül 11 tanulmány hangsúlyozta a modellek vizuális vagy tapintható tulajdonságait [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], 3 tanulmány pedig a szilárdság és a tartósság javítását hangsúlyozta (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). További előnyök, hogy a diákok manipulálhatják a szerkezeteket, a tanárok időt takaríthatnak meg, könnyebb megőrizni őket, mint a holttesteket, a projekt 24 órán belül elvégezhető, otthoni oktatási eszközként is használható, és nagy mennyiségű információ tanítására is alkalmas. csoportok [30, 49, 60, 61, 80, 81]. A nagy volumenű anatómiaoktatáshoz ismételt 3D nyomtatás költséghatékonyabbá teszi a 3D nyomtatási modelleket [26]. A 3DPAM használata javíthatja a mentális forgatási képességeket [23] és a keresztmetszeti képek értelmezését [23, 32]. Két tanulmány kimutatta, hogy a 3DPAM-nek kitett diákok nagyobb valószínűséggel estek át műtéten [40, 74]. Fém csatlakozók ágyazhatók be a funkcionális anatómia tanulmányozásához szükséges mozgás létrehozásához [51, 53], vagy modellek nyomtathatók trigger minták segítségével [67].
A 3D nyomtatás lehetővé teszi állítható anatómiai modellek létrehozását bizonyos aspektusok javításával a modellezési szakaszban, [48, 80] megfelelő alap létrehozásával, [59] több modell kombinálásával, [36] átlátszóság, (49) szín [45] használatával vagy bizonyos belső struktúrák láthatóvá tételével [30]. Tripodi és kollégái szobrászagyagot használtak 3D nyomtatott csontmodelljeik kiegészítésére, hangsúlyozva a közösen létrehozott modellek értékét oktatási eszközként [47]. 9 tanulmányban a színt nyomtatás után alkalmazták [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], de a diákok csak egyszer alkalmazták [49]. Sajnos a tanulmány nem értékelte a modell betanításának minőségét vagy a betanítás sorrendjét. Ezt az anatómiaoktatás kontextusában kell figyelembe venni, mivel a kevert tanulás és a közös alkotás előnyei jól ismertek [89]. A növekvő reklámtevékenység kezelése érdekében számos alkalommal alkalmazták az önálló tanulás módszerét a modellek értékelésére [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Egy tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a műanyag színe túl élénk[45], egy másik tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a modell túl törékeny[71], két másik tanulmány pedig az egyes modellek tervezésében az anatómiai variabilitás hiányát jelezte[25, 45]. Hét tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a 3DPAM anatómiai részletessége nem elegendő [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
A nagy és összetett régiók, például a retroperitoneum vagy a nyaki gerinc részletesebb anatómiai modelljei esetében a szegmentálási és modellezési idő nagyon hosszúnak, a költség pedig nagyon magasnak tekinthető (körülbelül 2000 USD) [27, 48]. Hojo és kollégái tanulmányukban kijelentették, hogy a medence anatómiai modelljének elkészítése 40 órát vett igénybe [42]. A leghosszabb szegmentálási idő 380 óra volt Weatherall és kollégái tanulmányában, amelyben több modellt kombináltak egy teljes gyermekgyógyászati légúti modell létrehozásához [36]. Kilenc tanulmányban a szegmentálási és nyomtatási időt hátránynak tekintették [36, 42, 57, 58, 74]. 12 tanulmány azonban kritizálta modelljeik fizikai tulajdonságait, különösen a konzisztenciájukat, [28, 62] az átlátszóság hiányát, [30] a törékenységet és a monokróm jelleget, [71] a lágy szövetek hiányát, [66] vagy a részletek hiányát [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Ezek a hátrányok a szegmentálási vagy szimulációs idő növelésével kiküszöbölhetők. A releváns információk elvesztése és visszakeresése három csapat számára problémát jelentett [30, 74, 77]. A betegek beszámolói szerint a jódozott kontrasztanyagok a dóziskorlátozások miatt nem biztosítottak optimális érrendszeri láthatóságot [74]. Egy holttestmodell injekciója ideális módszernek tűnik, amely eltávolodik a „lehető legkevesebb” elvétől és a befecskendezett kontrasztanyag dózisának korlátaitól.
Sajnos sok cikk nem említi a 3DPAM néhány kulcsfontosságú jellemzőjét. A cikkek kevesebb mint fele jelezte kifejezetten, hogy a 3DPAM színezett-e. A nyomtatás hatókörének lefedettsége nem volt következetes (a cikkek 43%-a), és csak 34%-uk említette több média használatát. Ezek a nyomtatási paraméterek kritikus fontosságúak, mivel befolyásolják a 3DPAM tanulási tulajdonságait. A legtöbb cikk nem nyújt elegendő információt a 3DPAM megszerzésének összetettségéről (tervezési idő, személyzeti képzettség, szoftverköltségek, nyomtatási költségek stb.). Ez az információ kritikus fontosságú, és figyelembe kell venni, mielőtt egy új 3DPAM fejlesztésére irányuló projektet elindítanánk.
Ez a szisztematikus áttekintés azt mutatja, hogy a normál anatómiai modellek tervezése és 3D nyomtatása alacsony költséggel megvalósítható, különösen FDM vagy SLA nyomtatók és olcsó, egyszínű műanyagok használata esetén. Ezek az alapvető tervek azonban szín hozzáadásával vagy különböző anyagokból készült minták hozzáadásával javíthatók. A realisztikusabb modellek (amelyeket több különböző színű és textúrájú anyag felhasználásával nyomtatnak, hogy pontosan reprodukálják egy holttest referenciamodelljének tapintási tulajdonságait) drágább 3D nyomtatási technológiákat és hosszabb tervezési időt igényelnek. Ez jelentősen növeli az összköltségeket. Bármelyik nyomtatási eljárást is választják, a megfelelő képalkotási módszer kiválasztása kulcsfontosságú a 3DPAM sikeréhez. Minél nagyobb a térbeli felbontás, annál realisztikusabbá válik a modell, és annál felhasználható a fejlett kutatásokhoz. Pedagógiai szempontból a 3DPAM hatékony eszköz az anatómia oktatásában, amint azt a hallgatóknak adott tudástesztek és elégedettségük is bizonyítja. A 3DPAM oktatási hatása akkor a legjobb, ha komplex anatómiai régiókat reprodukál, és a hallgatók az orvosi képzésük korai szakaszában alkalmazzák.
A jelenlegi tanulmányban generált és/vagy elemzett adatkészletek nyelvi akadályok miatt nem nyilvánosan elérhetők, de ésszerű kérésre a levelező szerzőtől elérhetők.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Az amerikai orvosi egyetemek tantervében szereplő makroszkopikus anatómia, mikroanatómia, neurobiológia és embriológia kurzusok áttekintése. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Holttestboncolás, mint oktatási eszköz az anatómiai tudományokban a 21. században: Boncolás, mint oktatási eszköz. A természettudományos oktatás elemzése. 2017;10(3):286–99.
Közzététel ideje: 2024. április 9.