Тривимірні друковані анатомічні моделі (3DPAM) видаються підходящим інструментом через їхню освітню цінність і доцільність.Метою цього огляду є опис та аналіз методів, використаних для створення 3DPAM для навчання анатомії людини, та оцінка його педагогічного внеску.
Електронний пошук було проведено в PubMed за такими термінами: освіта, школа, навчання, викладання, навчання, викладання, освіта, тривимірний, 3D, 3-вимірний, друк, друк, друк, анатомія, анатомія, анатомія та анатомія ..Висновки включали характеристики дослідження, дизайн моделі, морфологічну оцінку, навчальну ефективність, сильні та слабкі сторони.
Серед 68 вибраних статей найбільша кількість досліджень присвячена області черепа (33 статті);У 51 статті згадується кістковий друк.У 47 статтях 3DPAM розроблено на основі комп’ютерної томографії.Перелічено п'ять процесів друку.Пластмаси та їх похідні використовувалися в 48 дослідженнях.Ціна кожного дизайну коливається від 1,25 до 2800 доларів США.Тридцять сім досліджень порівнювали 3DPAM з еталонними моделями.Просвітницьку діяльність розглядали 33 статті.Основними перевагами є візуальна та тактильна якість, ефективність навчання, повторюваність, можливість налаштування та гнучкість, економія часу, інтеграція функціональної анатомії, кращі можливості розумового обертання, збереження знань і задоволення вчителя/учня.Основні недоліки пов’язані з дизайном: послідовність, відсутність деталей або прозорості, надто яскраві кольори, тривалий час друку та висока вартість.
Цей систематичний огляд показує, що 3DPAM є економічно ефективним і ефективним для навчання анатомії.Більш реалістичні моделі вимагають використання більш дорогих технологій 3D-друку та більшого часу проектування, що значно збільшить загальну вартість.Головне вибрати правильний метод візуалізації.З педагогічної точки зору 3DPAM є ефективним інструментом для навчання анатомії, який позитивно впливає на результати навчання та задоволення.Навчальний ефект 3DPAM є найкращим, коли він відтворює складні анатомічні області, і студенти використовують його на ранніх етапах свого медичного навчання.
Розтин трупів тварин проводиться з часів Стародавньої Греції і є одним з основних методів навчання анатомії.Розтини трупів, які виконуються під час практичних занять, використовуються в теоретичній програмі студентів медичних вузів і на сьогодні вважаються золотим стандартом вивчення анатомії [1,2,3,4,5].Однак існує багато перешкод для використання зразків трупів людини, що спонукає до пошуку нових засобів навчання [6, 7].Деякі з цих нових інструментів включають доповнену реальність, цифрові інструменти та 3D-друк.Відповідно до нещодавнього огляду літератури Santos et al.[8] З точки зору цінності цих нових технологій для викладання анатомії, 3D-друк видається одним із найважливіших ресурсів, як з точки зору освітньої цінності для студентів, так і з точки зору доцільності впровадження [4,9,10] .
3D-друк не є новим.Перші патенти, пов’язані з цією технологією, датуються 1984 роком: A Le Méhauté, O De Witte та JC André у Франції, а через три тижні C Hull у США.З тих пір технологія продовжувала розвиватися, і її використання поширилося на багато сфер.Наприклад, НАСА надрукувало перший об’єкт за межами Землі в 2014 році [11].Сфера медицини також прийняла цей новий інструмент, тим самим збільшивши бажання розвивати персоналізовану медицину [12].
Багато авторів продемонстрували переваги використання 3D-друкованих анатомічних моделей (3DPAM) у медичній освіті [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].При навчанні анатомії людини необхідні непатологічні та анатомічно нормальні моделі.Деякі огляди розглядають патологічні або медичні/хірургічні моделі навчання [8, 20, 21].Щоб розробити гібридну модель для навчання анатомії людини, яка включає нові інструменти, такі як 3D-друк, ми провели систематичний огляд, щоб описати та проаналізувати, як створюються 3D-друковані об’єкти для навчання анатомії людини та як студенти оцінюють ефективність навчання за допомогою цих 3D-об’єктів.
Цей систематичний огляд літератури було проведено в червні 2022 року з використанням рекомендацій PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) без часових обмежень [22].
Критеріями включення були всі дослідницькі роботи з використанням 3DPAM у викладанні/навчанні анатомії.Огляди літератури, листи або статті, присвячені патологічним моделям, тваринним моделям, археологічним моделям і моделям медичного/хірургічного навчання, були виключені.Були відібрані лише статті, опубліковані англійською мовою.Статті без доступних он-лайн тез були виключені.Були включені статті, які включали кілька моделей, принаймні одна з яких була анатомічно нормальною або мала незначну патологію, що не впливала на цінність навчання.
Було проведено пошук літератури в електронній базі даних PubMed (Національна медична бібліотека, NCBI), щоб знайти відповідні дослідження, опубліковані до червня 2022 року. Використовуйте такі пошукові терміни: освіта, школа, викладання, викладання, навчання, викладання, освіта, три- розмірний, 3D, 3D, друк, друк, друк, анатомія, анатомія, анатомія та анатомія.Було виконано один запит: (((education[Назва/Анотація] OR school[Назва/Анотація] ORlearning[Назва/Анотація] OR training[Назва/Анотація] OR training[Назва/Анотація] OReach[Назва/Анотація] ] АБО Освіта [Назва/Анотація]) І (Три виміри [Назва] АБО 3D [Назва] АБО 3D [Назва])) І (Друк [Назва] АБО Друк [Назва] АБО Друк [Назва])) І (Анатомія) [Назва ] ]/реферат] або анатомія [назва/реферат] або анатомія [назва/реферат] або анатомія [назва/реферат]).Додаткові статті були визначені шляхом ручного пошуку в базі даних PubMed і перегляду посилань на інші наукові статті.Обмеження за датою не застосовувалися, але використовувався фільтр «Особа».
Двома авторами (EBR та AL) усі отримані заголовки та анотації перевірялися на відповідність критеріям включення та виключення, і будь-яке дослідження, яке не відповідало всім критеріям прийнятності, було виключено.Повнотекстові публікації решти досліджень були отримані та переглянуті трьома авторами (EBR, EBE та AL).У разі потреби розбіжності у виборі статей вирішувала четверта особа (LT).Публікації, які відповідали всім критеріям включення, були включені до цього огляду.
Витяг даних проводився незалежно двома авторами (EBR і AL) під наглядом третього автора (LT).
- Дані дизайну моделі: анатомічні області, конкретні анатомічні частини, вихідна модель для 3D-друку, метод отримання, сегментація та програмне забезпечення для моделювання, тип 3D-принтера, тип матеріалу та кількість, масштаб друку, колір, вартість друку.
- Морфологічна оцінка моделей: моделі, що використовуються для порівняння, медична оцінка експертів/викладачів, кількість оцінювачів, тип оцінки.
- Навчальна 3D модель: оцінка знань студентів, метод оцінювання, кількість студентів, кількість груп порівняння, рандомізація студентів, освіта/тип студента.
У MEDLINE було виявлено 418 досліджень, а 139 статей були виключені «людським» фільтром.Після перегляду назв і тез було відібрано 103 дослідження для повного читання.34 статті були виключені, оскільки вони були або патологічними моделями (9 статей), медичними/хірургічними моделями навчання (4 статті), моделями тварин (4 статті), 3D радіологічними моделями (1 стаття) або не були оригінальними науковими статтями (16 розділів).).Всього до огляду увійшло 68 статей.На малюнку 1 представлено процес відбору у вигляді блок-схеми.
Блок-схема, що підсумовує ідентифікацію, перевірку та включення статей у цей систематичний огляд
Усі дослідження були опубліковані між 2014 та 2022 роками, із середнім роком публікації 2019. Серед 68 включених статей 33 (49%) дослідження були описовими та експериментальними, 17 (25%) були суто експериментальними, а 18 (26%) були експериментальний.Чисто описовий.З 50 (73%) експериментальних досліджень 21 (31%) використовували рандомізацію.Лише 34 дослідження (50%) включали статистичний аналіз.Таблиця 1 підсумовує характеристики кожного дослідження.
33 статті (48%) досліджували область голови, 19 статей (28%) – грудну область, 17 статей (25%) – черевно-тазову область, 15 статей (22%) – кінцівки.П’ятдесят одна стаття (75%) згадує 3D-друковані кістки як анатомічні моделі або багатошарові анатомічні моделі.
Щодо вихідних моделей або файлів, використаних для розробки 3DPAM, 23 статті (34%) згадували використання даних пацієнтів, 20 статей (29%) згадували використання трупних даних і 17 статей (25%) згадували використання баз даних.використання, а 7 досліджень (10%) не розкрили джерело використаних документів.
47 досліджень (69%) розробили 3DPAM на основі комп’ютерної томографії, а 3 дослідження (4%) повідомили про використання мікроКТ.7 статей (10%) проектували 3D-об’єкти за допомогою оптичних сканерів, 4 статті (6%) за допомогою МРТ і 1 стаття (1%) за допомогою камер і мікроскопів.У 14 статтях (21%) не згадується джерело вихідних файлів дизайну 3D-моделі.3D-файли створюються із середньою просторовою роздільною здатністю менше 0,5 мм.Оптимальна роздільна здатність становить 30 мкм [80], максимальна — 1,5 мм [32].
Було використано 60 різних програм (сегментація, моделювання, дизайн або друк).Mimics (Materialise, Левен, Бельгія) використовувався найчастіше (14 досліджень, 21%), потім MeshMixer (Autodesk, Сан-Рафаель, Каліфорнія) (13 досліджень, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) .(10 досліджень, 15%), 3D Slicer (Навчання для розробників Slicer, Бостон, Массачусетс) (9 досліджень, 13%), Blender (Blender Foundation, Амстердам, Нідерланди) (8 досліджень, 12%) і CURA (Гельдемарсен, Нідерланди) (7 досліджень, 10%).
Згадується шістдесят сім різних моделей принтерів і п’ять процесів друку.Технологія FDM (Fused Deposition Modeling) була використана у 26 виробах (38%), струменева обробка матеріалів у 13 виробах (19%) і, нарешті, струменева обробка в’яжучого матеріалу (11 продуктів, 16%).Найменше використовуються технології стереолітографії (SLA) (5 статей, 7%) та селективного лазерного спікання (SLS) (4 статті, 6%).Найпоширенішим принтером (7 статей, 10%) є Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Ізраїль) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
У 48 дослідженнях (71%), які використовувалися для виготовлення 3DPAM (51 стаття, 75%), використовувалися пластики та їх похідні.Основними використовуваними матеріалами були PLA (полімолочна кислота) (n = 20, 29%), смола (n = 9, 13%) та ABS (акрилонітрилбутадієнстирол) (7 типів, 10%).23 статті (34%) досліджували 3DPAM, виготовлений із кількох матеріалів, 36 статей (53%) представляли 3DPAM, виготовлений лише з одного матеріалу, а 9 статей (13%) не вказали матеріал.
Двадцять дев’ять статей (43%) повідомляли про коефіцієнти друку в діапазоні від 0,25:1 до 2:1 із середнім значенням 1:1.Двадцять п’ять статей (37%) використовували співвідношення 1:1.28 3DPAM (41%) складалися з кількох кольорів, а 9 (13%) були пофарбовані після друку [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Тридцять чотири статті (50%) згадували витрати.У 9 статтях (13%) згадується вартість 3D-принтерів і сировини.Принтери коштують від 302 до 65 000 доларів.Якщо вказано, ціни моделі коливаються від 1,25 до 2800 доларів США;ці екстремуми відповідають скелетним зразкам [47] і заочеревинним моделям високої точності [48].Таблиця 2 підсумовує модельні дані для кожного включеного дослідження.
Тридцять сім досліджень (54%) порівнювали 3DAPM з еталонною моделлю.Серед цих досліджень найпоширенішим компаратором була анатомічна еталонна модель, використана в 14 статтях (38%), пластиновані препарати в 6 статтях (16%) і пластиновані препарати в 6 статтях (16%).Використання віртуальної реальності, комп’ютерна томографія – один 3DPAM у 5 статтях (14%), інший 3DPAM – у 3 статтях (8%), серйозні ігри – в 1 статті (3%), рентгенограми – в 1 статті (3%), бізнес-моделі в 1 стаття (3%) і доповнена реальність в 1 статті (3%).Тридцять чотири (50%) дослідження оцінювали 3DPAM.П'ятнадцять (48%) досліджень детально описують досвід оцінювачів (табл. 3).3DPAM проводили хірурги або лікуючі лікарі в 7 дослідженнях (47%), спеціалісти з анатомії в 6 дослідженнях (40%), студенти в 3 дослідженнях (20%), викладачі (дисципліна не вказана) в 3 дослідженнях (20%) для оцінки і ще один оцінювач у статті (7%).Середня кількість оцінювачів – 14 (мінімум 2, максимум 30).Тридцять три дослідження (49%) оцінювали морфологію 3DPAM якісно, а 10 досліджень (15%) оцінювали морфологію 3DPAM кількісно.З 33 досліджень, у яких використовувалися якісні оцінки, 16 використовували суто описові оцінки (48%), 9 використовували тести/рейтинги/опитування (27%), а 8 використовували шкали Лайкерта (24%).Таблиця 3 підсумовує морфологічні оцінки моделей у кожному включеному дослідженні.
Тридцять три (48%) статті досліджували та порівнювали ефективність навчання студентів 3DPAM.З цих досліджень 23 (70%) статті оцінювали задоволеність студентів, 17 (51%) використовували шкали Лайкерта, а 6 (18%) використовували інші методи.Двадцять дві статті (67%) оцінювали навчання студентів шляхом перевірки знань, з яких 10 (30%) використовували претести та/або посттести.В одинадцяти дослідженнях (33%) використовувалися запитання та тести з кількома варіантами відповідей для оцінювання знань студентів, а в п’яти дослідженнях (15%) використовувалося маркування зображень/анатомічна ідентифікація.У середньому 76 студентів брали участь у кожному дослідженні (мінімум 8, максимум 319).Двадцять чотири дослідження (72%) мали контрольну групу, з яких 20 (60%) використовували рандомізацію.Навпаки, в одному дослідженні (3%) випадковим чином розподіляли анатомічні моделі 10 різним студентам.В середньому порівнювали 2,6 групи (мінімум 2, максимум 10).У 23 дослідженнях (70%) брали участь студенти-медики, з яких 14 (42%) були студентами першого курсу.У шести (18%) дослідженнях взяли участь резиденти, 4 (12%) студенти-стоматологи та 3 (9%) студенти-фахівці.Шість досліджень (18%) впроваджували та оцінювали автономне навчання за допомогою 3DPAM.Таблиця 4 підсумовує результати оцінки ефективності навчання 3DPAM для кожного включеного дослідження.
Основними перевагами використання 3DPAM як навчального інструменту для навчання нормальної анатомії людини, про які повідомляють автори, є візуальні та тактильні характеристики, включаючи реалістичність [55, 67], точність [44, 50, 72, 85] і варіативність послідовності [34]. ., 45, 48, 64], колір і прозорість [28, 45], надійність [24, 56, 73], виховний ефект [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], вартість [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], відтворюваність [80], можливість удосконалення або персоналізації [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], здатність маніпулювати учнями [30, 49], економія навчального часу [61, 80], легкість зберігання [61], можливість інтегрувати функціональну анатомію або створювати специфічні структури [51, 53], 67], швидке проектування скелета моделей [81], здатність спільно створювати та використовувати моделі будинків [49, 60, 71], покращені здібності до розумового обертання [23] та збереження знань [32], а також у вчителя [ 25, 63] та задоволеність студентів [25, 63].45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Основні недоліки пов’язані з дизайном: жорсткість [80], послідовність [28, 62], відсутність деталей або прозорості [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], надто яскраві кольори [45].і крихкість підлоги[71].Інші недоліки включають втрату інформації [30, 76], тривалий час, необхідний для сегментації зображення [36, 52, 57, 58, 74], час друку [57, 63, 66, 67], відсутність анатомічної мінливості [25], і вартість.Високий[48].
Цей систематичний огляд узагальнює 68 статей, опублікованих протягом 9 років, і підкреслює зацікавленість наукової спільноти 3DPAM як інструментом для навчання нормальної анатомії людини.Кожна анатомічна область була вивчена та надрукована на 3D.З цих статей 37 статей порівнювали 3DPAM з іншими моделями, а 33 статті оцінювали педагогічну значимість 3DPAM для студентів.
Враховуючи відмінності в дизайні анатомічних досліджень 3D-друку, ми не вважали за доцільне проводити мета-аналіз.Метааналіз, опублікований у 2020 році, головним чином зосереджувався на тестах анатомічних знань після навчання без аналізу технічних і технологічних аспектів розробки та виробництва 3DPAM [10].
Область голови є найбільш дослідженою, ймовірно тому, що складність її анатомії ускладнює для студентів зображення цієї анатомічної області в тривимірному просторі порівняно з кінцівками або тулубом.КТ є найбільш часто використовуваним методом візуалізації.Цей метод широко використовується, особливо в медичних установах, але має обмежену просторову роздільну здатність і низький контраст м’яких тканин.Ці обмеження роблять КТ непридатними для сегментації та моделювання нервової системи.З іншого боку, комп’ютерна томографія краще підходить для сегментації/моделювання кісткової тканини;Контраст кісток/м’яких тканин допомагає виконати ці кроки перед 3D-друком анатомічних моделей.З іншого боку, мікроКТ вважається еталонною технологією з точки зору просторової роздільної здатності при візуалізації кісток [70].Для отримання зображень також можна використовувати оптичні сканери або МРТ.Вища роздільна здатність запобігає згладжуванню поверхонь кісток і зберігає тонкість анатомічних структур [59].Вибір моделі також впливає на просторову роздільну здатність: наприклад, моделі пластифікації мають меншу роздільну здатність [45].Графічним дизайнерам доводиться створювати власні 3D-моделі, що збільшує витрати (від 25 до 150 доларів на годину) [43].Отримання високоякісних файлів .STL недостатньо для створення високоякісних анатомічних моделей.Необхідно визначити параметри друку, такі як орієнтація анатомічної моделі на друкарській формі [29].Деякі автори вважають, що передові технології друку, такі як SLS, повинні використовуватися всюди, де це можливо, для підвищення точності 3DPAM [38].Виробництво 3DPAM вимагає професійної допомоги;найбільш затребуваними фахівцями є інженери [72], рентгенологи [75], графічні дизайнери [43] та анатоми [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Програмне забезпечення для сегментації та моделювання є важливим фактором для отримання точних анатомічних моделей, але вартість цих пакетів програмного забезпечення та їхня складність перешкоджають їх використанню.Кілька досліджень порівнювали використання різних програмних пакетів і технологій друку, підкреслюючи переваги та недоліки кожної технології [68].Окрім програмного забезпечення для моделювання, також потрібне програмне забезпечення для друку, сумісне з вибраним принтером;деякі автори вважають за краще використовувати онлайн-3D-друк [75].Якщо буде надруковано достатньо тривимірних об’єктів, інвестиції можуть призвести до фінансової прибутковості [72].
Пластик на сьогоднішній день є найпоширенішим матеріалом.Широкий вибір текстур і кольорів робить його найкращим матеріалом для 3DPAM.Деякі автори високо оцінюють його високу міцність порівняно з традиційними трупними або пластинчастими моделями [24, 56, 73].Деякі пластмаси навіть мають властивості вигину або розтягування.Наприклад, Filaflex з технологією FDM може розтягуватися до 700%.Деякі автори вважають його матеріалом вибору для реплікації м’язів, сухожиль і зв’язок [63].З іншого боку, два дослідження підняли питання про орієнтацію волокон під час друку.Насправді, орієнтація м’язового волокна, вставка, іннервація та функція є критично важливими для моделювання м’язів [33].
Дивно, але мало досліджень згадують про масштаби друку.Оскільки багато людей вважають співвідношення 1:1 стандартним, автор, можливо, вирішив не згадувати про це.Хоча масштабування корисно для спрямованого навчання у великих групах, можливість масштабування ще недостатньо вивчена, особливо враховуючи зростаючий розмір класу та фізичний розмір моделі, який є важливим фактором.Звичайно, повнорозмірні ваги полегшують визначення місцезнаходження та передачу пацієнту різних анатомічних елементів, що може пояснити, чому вони часто використовуються.
З багатьох принтерів, доступних на ринку, ті, які використовують технологію PolyJet (струменевий струмінь із матеріалів або сполучних матеріалів) для забезпечення кольорового друку високої чіткості та друку з кількох матеріалів (і, отже, з кількома текстурами), коштують від 20 000 до 250 000 доларів США ( https:/ /www.aniwaa.com/).Така висока вартість може обмежити просування 3DPAM у медичних школах.Окрім вартості принтера, вартість матеріалів, необхідних для струминного друку, вища, ніж для принтерів SLA або FDM [68].Ціни на принтери SLA або FDM також доступніші, коливаючись від 576 євро до 4999 євро в статтях, наведених у цьому огляді.За словами Триподі та його колег, кожну частину скелета можна надрукувати за 1,25 долара США [47].В одинадцяти дослідженнях зроблено висновок, що 3D-друк дешевший, ніж пластифікація або комерційні моделі [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Крім того, ці комерційні моделі розроблені для надання інформації про пацієнта без достатньої кількості деталей для навчання анатомії [80].Ці комерційні моделі вважаються нижчими за 3DPAM [44].Варто зазначити, що, окрім використовуваної технології друку, кінцева вартість пропорційна масштабу і, отже, кінцевому розміру 3DPAM [48].З цих причин надається перевага повнорозмірному масштабу [37].
Лише одне дослідження порівнювало 3DPAM з комерційно доступними анатомічними моделями [72].Зразки трупів є найбільш часто використовуваним компаратором для 3DPAM.Незважаючи на свої обмеження, трупні моделі залишаються цінним інструментом для навчання анатомії.Слід розрізняти аутопсію, розтин і суху кістку.На основі навчальних тестів два дослідження показали, що 3DPAM був значно ефективнішим, ніж пластинована дисекція [16, 27].В одному дослідженні порівнювали одну годину тренування з використанням 3DPAM (нижня кінцівка) з однією годиною розтину тієї самої анатомічної області [78].Суттєвих відмінностей між двома методами навчання не було.Цілком імовірно, що на цю тему мало досліджень, оскільки такі порівняння важко зробити.Розтин — трудомістка підготовка для учнів.Іноді потрібні десятки годин підготовки, залежно від того, що готується.Третє порівняння можна провести з сухими кістками.Дослідження Tsai та Smith виявило, що результати тестів були значно кращими в групі, яка використовувала 3DPAM [51, 63].Чен та його колеги відзначили, що студенти, які використовують 3D-моделі, краще визначали структури (черепи), але не було різниці в балах MCQ [69].Нарешті, Таннер та його колеги продемонстрували кращі результати після тестування в цій групі за допомогою 3DPAM крилопіднебінної ямки [46].Інші нові засоби навчання були визначені в цьому огляді літератури.Найпоширенішими серед них є доповнена реальність, віртуальна реальність та серйозні ігри [43].За словами Махрауса та його колег, перевага анатомічним моделям залежить від кількості годин, які студенти грають у відеоігри [31].З іншого боку, основним недоліком нових засобів навчання анатомії є тактильний зворотний зв’язок, особливо для суто віртуальних інструментів [48].
Більшість досліджень, які оцінюють новий 3DPAM, використовували попередні тести знань.Ці попередні тести допомагають уникнути упередженості в оцінюванні.Деякі автори перед проведенням експериментальних досліджень виключають усіх студентів, які набрали вище середнього результату на попередньому тестуванні [40].Серед упереджень Гарас та його колеги згадали колір моделі та відбір волонтерів у студентському класі [61].Фарбування полегшує ідентифікацію анатомічних структур.Чен та його колеги встановили суворі експериментальні умови без початкових відмінностей між групами, і дослідження було максимально сліпим [69].Лім та його колеги рекомендують, щоб оцінка після тестування була виконана третьою стороною, щоб уникнути упередженості в оцінці [16].Деякі дослідження використовували шкали Лайкерта для оцінки здійсненності 3DPAM.Цей інструмент підходить для оцінки задоволеності, але все ще є важливі упередження, про які слід знати [86].
Освітню значимість 3DPAM в основному оцінювали серед студентів-медиків, у тому числі студентів першого курсу, у 14 з 33 досліджень.У своєму пілотному дослідженні Вілк та його колеги повідомили, що студенти-медики вважають, що 3D-друк має бути включено до їх вивчення анатомії [87].87% студентів, опитаних у дослідженні Cercenelli, вважали, що другий рік навчання був найкращим часом для використання 3DPAM [84].Результати Таннера та його колег також показали, що студенти досягли кращих результатів, якщо вони ніколи не вивчали цю сферу [46].Ці дані свідчать про те, що перший рік медичної школи є оптимальним часом для включення 3DPAM у викладання анатомії.Мета-аналіз Йе підтвердив цю ідею [18].У 27 статтях, включених до дослідження, спостерігалися значні відмінності в ефективності 3DPAM порівняно з традиційними моделями у студентів-медиків, але не у резидентів.
3DPAM як інструмент навчання покращує академічні досягнення [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], довгострокове збереження знань [32] і задоволеність студентів [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]., 69 , 84].Групи експертів також визнали ці моделі корисними [37, 42, 49, 81, 82], а два дослідження показали, що вчителі задоволені 3DPAM [25, 63].З усіх джерел Backhouse та його колеги вважають 3D-друк найкращою альтернативою традиційним анатомічним моделям [49].У своєму першому мета-аналізі Є та його колеги підтвердили, що студенти, які отримували інструкції 3DPAM, мали кращі результати після тестування, ніж студенти, які отримували інструкції 2D або трупи [10].Однак вони диференціювали 3DPAM не за складністю, а просто за серцем, нервовою системою та черевною порожниною.У семи дослідженнях 3DPAM не перевершив інші моделі, засновані на тестах знань, які проводили студенти [32, 66, 69, 77, 78, 84].У своєму мета-аналізі Салазар та його колеги дійшли висновку, що використання 3DPAM конкретно покращує розуміння складної анатомії [17].Ця концепція узгоджується з листом Хітаса до редакції [88].Деякі анатомічні області, які вважаються менш складними, не вимагають використання 3DPAM, тоді як більш складні анатомічні області (такі як шия або нервова система) були б логічним вибором для 3DPAM.Ця концепція може пояснити, чому деякі 3DPAM не вважаються кращими за традиційні моделі, особливо коли студентам бракує знань у тій області, де продуктивність моделі виявляється кращою.Таким чином, представлення простої моделі студентам, які вже мають певні знання з предмету (студентам-медикам або ординаторам), не сприяє покращенню успішності студентів.
З усіх перелічених освітніх переваг 11 досліджень наголошували на візуальних або тактильних якостях моделей [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], а 3 дослідження покращили міцність і довговічність (33 , 50 -52, 63, 79, 85, 86).Інші переваги полягають у тому, що учні можуть маніпулювати конструкціями, вчителі можуть економити час, їх легше зберегти, ніж трупи, проект можна завершити протягом 24 годин, його можна використовувати як інструмент домашнього навчання, і його можна використовувати для навчання великої кількості людей. інформації.групи [30, 49, 60, 61, 80, 81].Повторний 3D-друк для навчання анатомії у великих обсягах робить моделі 3D-друку більш економічно ефективними [26].Використання 3DPAM може покращити здатність розумового обертання [23] і покращити інтерпретацію зображень поперечного перерізу [23, 32].Два дослідження показали, що студенти, які зазнали впливу 3DPAM, частіше піддавалися операції [40, 74].Металеві з’єднувачі можуть бути вбудовані для створення руху, необхідного для вивчення функціональної анатомії [51, 53], або моделі можуть бути надруковані за допомогою конструкцій тригерів [67].
3D-друк дозволяє створювати регульовані анатомічні моделі, покращуючи певні аспекти на етапі моделювання, [48, 80] створюючи відповідну основу, [59] об’єднуючи кілька моделей, [36] використовуючи прозорість, (49) колір, [45] або роблячи певні внутрішні структури видимими [30].Тріподі та його колеги використовували глину для ліплення, щоб доповнити свої 3D-друковані моделі кісток, підкреслюючи цінність спільно створених моделей як засобів навчання [47].У 9 дослідженнях колір наносили після друку [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], але студенти наносили його лише один раз [49].На жаль, у дослідженні не оцінювали якість модельного навчання чи послідовність навчання.Це слід розглядати в контексті навчання анатомії, оскільки переваги змішаного навчання та спільної творчості добре встановлені [89].Щоб впоратися зі зростаючою рекламною активністю, самонавчання багато разів використовувалося для оцінки моделей [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
В одному дослідженні було зроблено висновок, що колір пластикового матеріалу був надто яскравим [45], в іншому дослідженні було зроблено висновок, що модель була надто крихкою [71], а ще два дослідження вказали на відсутність анатомічної мінливості в дизайні окремих моделей [25, 45]. ]..У семи дослідженнях зроблено висновок про те, що анатомічні деталі 3DPAM є недостатніми [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Для більш детальних анатомічних моделей великих і складних областей, таких як заочеревинна або шийна область, час сегментації та моделювання вважається дуже довгим, а вартість дуже високою (близько 2000 доларів США) [27, 48].Ходжо та його колеги повідомили у своєму дослідженні, що створення анатомічної моделі тазу зайняло 40 годин [42].Найдовший час сегментації становив 380 годин у дослідженні Weatherall та його колег, у якому кілька моделей були об’єднані для створення повної педіатричної моделі дихальних шляхів [36].У дев’яти дослідженнях сегментацію та час друку вважали недоліками [36, 42, 57, 58, 74].Проте 12 досліджень критикували фізичні властивості їхніх моделей, зокрема їх послідовність, [28, 62] відсутність прозорості, [30] крихкість і монохроматичність, [71] відсутність м’яких тканин [66] або відсутність деталей [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Ці недоліки можна подолати шляхом збільшення часу сегментації або моделювання.Втрата та отримання відповідної інформації була проблемою, з якою зіткнулися три команди [30, 74, 77].За повідомленнями пацієнтів, йодовмісні контрастні речовини не забезпечували оптимальної видимості судин через обмеження дози [74].Ін’єкція трупної моделі видається ідеальним методом, який відходить від принципу «якнайменше» та обмежень дози контрастної речовини, що вводиться.
На жаль, у багатьох статтях не згадуються деякі ключові особливості 3DPAM.Менше половини статей прямо вказали, чи був їхній 3DPAM тонованим.Охоплення сфери друку було непослідовним (43% статей), і лише 34% згадували про використання кількох засобів масової інформації.Ці параметри друку є критичними, оскільки вони впливають на властивості навчання 3DPAM.Більшість статей не надають достатньої інформації про складності отримання 3DPAM (час розробки, кваліфікація персоналу, вартість програмного забезпечення, вартість друку тощо).Ця інформація має важливе значення, і її слід враховувати перед тим, як починати проект із розробки нового 3DPAM.
Цей систематичний огляд показує, що проектування та 3D-друк звичайних анатомічних моделей є здійсненним за низькі витрати, особливо при використанні принтерів FDM або SLA та недорогих одноколірних пластикових матеріалів.Однак ці базові конструкції можна покращити, додавши колір або додавши дизайни з різних матеріалів.Більш реалістичні моделі (надруковані з використанням кількох матеріалів різних кольорів і текстур, щоб точно відтворити тактильні якості еталонної моделі трупа) вимагають дорожчих технологій 3D-друку та більшого часу розробки.Це значно збільшить загальну вартість.Незалежно від того, який процес друку вибрано, вибір відповідного методу зображення є ключем до успіху 3DPAM.Чим вище просторова роздільна здатність, тим реалістичнішою стає модель і її можна використовувати для розширених досліджень.З педагогічної точки зору 3DPAM є ефективним інструментом для викладання анатомії, про що свідчать перевірки знань, які проводять студенти, і їхнє задоволення.Навчальний ефект 3DPAM є найкращим, коли він відтворює складні анатомічні області, і студенти використовують його на ранніх етапах свого медичного навчання.
Набори даних, створені та/або проаналізовані в поточному дослідженні, не є загальнодоступними через мовні бар’єри, але доступні у відповідного автора за розумним запитом.
Дрейк Р.Л., Лоурі Д.І., Прюітт К.М.Огляд курсів грубої анатомії, мікроанатомії, нейробіології та ембріології в навчальних програмах медичних шкіл США.Anat Rec.2002; 269 (2): 118-22.
Гош С. К. Розтин трупа як навчальний інструмент для анатомічної науки в 21 столітті: Розтин як навчальний інструмент.Аналіз наукової освіти.2017;10(3):286–99.
Час публікації: 01 листопада 2023 р