Тривимірні друковані анатомічні моделі (3DPAM) видаються підходящим інструментом завдяки їхній освітній цінності та доцільності. Метою цього огляду є опис та аналіз методів, що використовуються для створення 3DPAM для навчання анатомії людини, та оцінка його педагогічного внеску.
У PubMed було проведено електронний пошук з використанням таких термінів: освіта, школа, навчання, викладання, тренінг, викладання, освіта, тривимірний, 3D, 3-вимірний, друк, друк, анатомія, анатомія та анатомія. Результати включали характеристики дослідження, дизайн моделі, морфологічну оцінку, освітню успішність, сильні та слабкі сторони.
Серед 68 відібраних статей найбільша кількість досліджень була зосереджена на області черепа (33 статті); 51 стаття згадує кістковий друк. У 47 статтях 3DPAM було розроблено на основі комп'ютерної томографії. Перелічено п'ять процесів друку. Пластики та їх похідні використовувалися у 48 дослідженнях. Ціна кожного дизайну коливається від 1,25 до 2800 доларів США. У тридцяти семи дослідженнях 3DPAM порівнювали з еталонними моделями. У тридцяти трьох статтях досліджувалася освітня діяльність. Основними перевагами є візуальна та тактильна якість, ефективність навчання, повторюваність, настроюваність та гнучкість, економія часу, інтеграція функціональної анатомії, кращі можливості ментальної ротації, запам'ятовування знань та задоволеність вчителя/студента. Основні недоліки пов'язані з дизайном: узгодженість, відсутність деталізації або прозорості, занадто яскраві кольори, тривалий час друку та висока вартість.
Цей систематичний огляд показує, що 3DPAM є економічно ефективним та ефективним методом викладання анатомії. Більш реалістичні моделі вимагають використання дорожчих технологій 3D-друку та тривалішого часу проектування, що значно збільшить загальну вартість. Головне – вибрати відповідний метод візуалізації. З педагогічної точки зору, 3DPAM є ефективним інструментом для викладання анатомії, що позитивно впливає на результати навчання та задоволеність. Навчальний ефект 3DPAM найкращий, коли він відтворює складні анатомічні області, а студенти використовують його на ранніх етапах медичної підготовки.
Препарування трупів тварин проводиться з часів Стародавньої Греції та є одним з основних методів викладання анатомії. Препарування трупів, що виконується під час практичного навчання, використовується в теоретичній програмі студентів-медиків університетів і наразі вважається золотим стандартом вивчення анатомії [1,2,3,4,5]. Однак існує багато перешкод для використання зразків трупів людини, що спонукає до пошуку нових навчальних інструментів [6, 7]. Деякі з цих нових інструментів включають доповнену реальність, цифрові інструменти та 3D-друк. Згідно з нещодавнім оглядом літератури, проведеним Сантосом та ін. [8], з точки зору цінності цих нових технологій для викладання анатомії, 3D-друк є одним з найважливіших ресурсів, як з точки зору освітньої цінності для студентів, так і з точки зору можливості впровадження [4,9,10].
3D-друк не є чимось новим. Перші патенти, пов'язані з цією технологією, датуються 1984 роком: А. Ле Мехоте, О. Де Вітте та Дж. К. Андре у Франції, а через три тижні К. Халл у США. Відтоді технологія продовжує розвиватися, а її використання поширилося на багато галузей. Наприклад, NASA надрукувало перший об'єкт за межами Землі у 2014 році [11]. Медична галузь також прийняла цей новий інструмент, тим самим збільшуючи бажання розробляти персоналізовану медицину [12].
Багато авторів продемонстрували переваги використання анатомічних моделей, надрукованих на 3D-принтері (3DPAM), у медичній освіті [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Під час викладання анатомії людини необхідні непатологічні та анатомічно нормальні моделі. У деяких оглядах розглядалися патологічні або медичні/хірургічні навчальні моделі [8, 20, 21]. Щоб розробити гібридну модель викладання анатомії людини, яка включає нові інструменти, такі як 3D-друк, ми провели систематичний огляд, щоб описати та проаналізувати, як створюються об'єкти, надруковані на 3D-принтері, для викладання анатомії людини, та як студенти оцінюють ефективність навчання за допомогою цих 3D-об'єктів.
Цей систематичний огляд літератури було проведено у червні 2022 року без часових обмежень з використанням рекомендацій PRISMA (Переважні елементи звітності для систематичних оглядів та метааналізів) [22].
Критеріями включення були всі дослідницькі роботи, що використовують 3DPAM у викладанні/вивченні анатомії. Були виключені огляди літератури, листи або статті, що зосереджені на патологічних моделях, моделях тварин, археологічних моделях та моделях медичного/хірургічного навчання. Були відібрані лише статті, опубліковані англійською мовою. Були виключені статті без доступних онлайн-анотацій. Були включені статті, що містили кілька моделей, принаймні одна з яких була анатомічно нормальною або мала незначну патологію, що не впливає на навчальну цінність.
Було проведено пошук літератури в електронній базі даних PubMed (Національна медична бібліотека, NCBI) для визначення відповідних досліджень, опублікованих до червня 2022 року. Використовуйте такі пошукові терміни: освіта, школа, викладання, викладання, навчання, викладання, освіта, тривимірний, 3D, 3D, друк, друк, анатомія, анатомія та анатомія. Було виконано один запит: (((education[Назва/Анотація] АБО school[Назва/Анотація] АБОlearning[Назва/Анотація] АБО teaching[Назва/Анотація] АБО training[Назва/Анотація] АБО Reach[Назва/Анотація] ] АБО Education [Назва/Анотація]) ТА (Three Dimensions [Назва] АБО 3D [Назва] АБО 3D [Назва])) ТА (Print [Назва] АБО Print [Назва] АБО Print [Назва])) ТА (Anatomy) [Назва] ]/abstract] або anatomy [назва/анотація] або anatomy [назва/анотація] або anatomy [назва/анотація]). Додаткові статті були знайдені шляхом ручного пошуку в базі даних PubMed та перегляду посилань на інші наукові статті. Обмеження за датою не застосовувалися, але використовувався фільтр «Особа».
Усі отримані назви та анотації були перевірені на відповідність критеріям включення та виключення двома авторами (EBR та AL), і будь-яке дослідження, яке не відповідало всім критеріям прийнятності, було виключено. Повнотекстові публікації решти досліджень були отримані та рецензовані трьома авторами (EBR, EBE та AL). За необхідності розбіжності у виборі статей вирішувалися четвертою особою (LT). Публікації, які відповідали всім критеріям включення, були включені до цього огляду.
Вилучення даних було виконано незалежно двома авторами (EBR та AL) під керівництвом третього автора (LT).
- Дані для проектування моделі: анатомічні області, специфічні анатомічні частини, початкова модель для 3D-друку, метод отримання даних, програмне забезпечення для сегментації та моделювання, тип 3D-принтера, тип та кількість матеріалу, масштаб друку, колір, вартість друку.
- Морфологічна оцінка моделей: моделі, що використовуються для порівняння, медична оцінка експертів/викладачів, кількість оцінювачів, тип оцінки.
- 3D-модель навчання: оцінювання знань студентів, метод оцінювання, кількість студентів, кількість груп порівняння, рандомізація студентів, освіта/тип студента.
У MEDLINE було виявлено 418 досліджень, а 139 статей було виключено за допомогою фільтра «людина». Після перегляду назв та анотацій для повного читання було відібрано 103 дослідження. 34 статті було виключено, оскільки вони були або патологічними моделями (9 статей), моделями медичного/хірургічного навчання (4 статті), моделями на тваринах (4 статті), 3D-радіологічними моделями (1 стаття), або не були оригінальними науковими статтями (16 розділів). Загалом до огляду було включено 68 статей. На рисунку 1 процес відбору представлено у вигляді блок-схеми.
Блок-схема, що підсумовує ідентифікацію, скринінг та включення статей до цього систематичного огляду
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 експериментальними. Суто описовими. З 50 (73%) експериментальних досліджень у 21 (31%) використовувалася рандомізація. Лише 34 дослідження (50%) включали статистичний аналіз. У таблиці 1 підсумовано характеристики кожного дослідження.
У 33 статтях (48%) досліджувалася область голови, у 19 статтях (28%) – грудна область, у 17 статтях (25%) – черевно-тазова область, а в 15 статтях (22%) – кінцівки. У п'ятдесяти одній статті (75%) згадувалися кістки, надруковані на 3D-принтері, як анатомічні моделі або багатошарові анатомічні моделі.
Щодо вихідних моделей або файлів, використаних для розробки 3DPAM, у 23 статтях (34%) згадувалося використання даних пацієнтів, у 20 статтях (29%) – використання даних трупів, а в 17 статтях (25%) – використання баз даних. Були використані дані, а в 7 дослідженнях (10%) джерело використаних документів не розкривалося.
У 47 дослідженнях (69%) розроблено 3DPAM на основі комп'ютерної томографії, а в 3 дослідженнях (4%) повідомлялося про використання мікроКТ. У 7 статтях (10%) проектувалися 3D-об'єкти за допомогою оптичних сканерів, у 4 статтях (6%) - за допомогою МРТ, а в 1 статті (1%) - за допомогою камер та мікроскопів. У 14 статтях (21%) не згадувалося джерело вихідних файлів 3D-моделі. 3D-файли створюються із середньою просторовою роздільною здатністю менше 0,5 мм. Оптимальна роздільна здатність становить 30 мкм [80], а максимальна - 1,5 мм [32].
Було використано шістдесят різних програмних застосунків (для сегментації, моделювання, дизайну або друку). Найчастіше використовувався Mimics (Materialise, Левен, Бельгія) (14 досліджень, 21%), далі йшли MeshMixer (Autodesk, Сан-Рафаель, Каліфорнія) (13 досліджень, 19%), Geomagic (3D System, Міссурі, Північна Кароліна, Лісвілл) (10 досліджень, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Бостон, Массачусетс) (9 досліджень, 13%), Blender (Blender Foundation, Амстердам, Нідерланди) (8 досліджень, 12%) та CURA (Гельдемарсен, Нідерланди) (7 досліджень, 10%).
Згадується шістдесят сім різних моделей принтерів та п'ять процесів друку. Технологія FDM (моделювання методом наплавлення) була використана у 26 виробах (38%), піскоструминна обробка матеріалу у 13 виробах (19%) та, нарешті, піскоструминна обробка сполучних речовин (11 виробів, 16%). Найменш використовуваними технологіями є стереолітографія (SLA) (5 статей, 7%) та селективне лазерне спікання (SLS) (4 статті, 6%). Найчастіше використовуваним принтером (7 статей, 10%) є Connex 500 (Stratasys, Реховот, Ізраїль) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
При визначенні матеріалів, що використовуються для виготовлення 3DPAM (51 стаття, 75%), у 48 дослідженнях (71%) використовувалися пластмаси та їх похідні. Основними використаними матеріалами були PLA (полімолочна кислота) (n = 20, 29%), смола (n = 9, 13%) та ABS (акрилонітрилбутадієнстирол) (7 типів, 10%). У 23 статтях (34%) досліджувалися 3DPAM, виготовлені з кількох матеріалів, у 36 статтях (53%) представлено 3DPAM, виготовлений лише з одного матеріалу, а в 9 статтях (13%) матеріал не було вказано.
У двадцяти дев'яти статтях (43%) повідомлялося про співвідношення сторін друку від 0,25:1 до 2:1, із середнім значенням 1:1. У двадцяти п'яти статтях (37%) використовувалося 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. 9 статей (13%) згадували вартість 3D-принтерів та сировини. Ціна принтерів коливається від 302 до 65 000 доларів. Якщо вказано, ціни на моделі коливаються від 1,25 до 2800 доларів; ці крайні значення відповідають зразкам скелета [47] та високоточним ретроперитонеальним моделям [48]. У таблиці 2 наведено дані моделей для кожного включеного дослідження.
Тридцять сім досліджень (54%) порівнювали 3DPAM з еталонною моделлю. Серед цих досліджень найпоширенішим компаратором була анатомічна еталонна модель, використана в 14 статтях (38%), пластиновані препарати в 6 статтях (16%), пластиновані препарати в 6 статтях (16%). Використання віртуальної реальності, комп'ютерної томографії в одному 3DPAM у 5 статтях (14%), іншому 3DPAM у 3 статтях (8%), серйозних ігор в 1 статті (3%), рентгенограм в 1 статті (3%), бізнес-моделей в 1 статті (3%) та доповненої реальності в 1 статті (3%). Тридцять чотири (50%) дослідження оцінювали 3DPAM. П'ятнадцять (48%) досліджень детально описували досвід оцінювачів (Таблиця 3). 3DPAM проводився хірургами або лікарями у 7 дослідженнях (47%), спеціалістами з анатомії в 6 дослідженнях (40%), студентами в 3 дослідженнях (20%), викладачами (дисципліна не вказана) у 3 дослідженнях (20%) для оцінювання та ще одним оцінювачем у статті (7%). Середня кількість оцінювачів становить 14 (мінімум 2, максимум 30). Тридцять три дослідження (49%) оцінювали морфологію 3DPAM якісно, а 10 досліджень (15%) оцінювали морфологію 3DPAM кількісно. З 33 досліджень, які використовували якісні оцінки, 16 використовували суто описові оцінки (48%), 9 використовували тести/рейтинги/опитування (27%), а 8 використовували шкали Лайкерта (24%). У таблиці 3 підсумовано морфологічні оцінки моделей у кожному включеному дослідженні.
Тридцять три (48%) статті досліджували та порівнювали ефективність навчання студентів методу 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 за допомогою тестування знань, з яких 10 (30%) використовували попередні та/або посттести. Одинадцять досліджень (33%) використовували питання з множинним вибором та тести для оцінки знань студентів, а п'ять досліджень (15%) використовували маркування зображень/анатомічну ідентифікацію. У кожному дослідженні брали участь в середньому 76 студентів (мінімум 8, максимум 319). Двадцять чотири дослідження (72%) мали контрольну групу, з яких 20 (60%) використовували рандомізацію. На противагу цьому, одне дослідження (3%) випадковим чином призначало анатомічні моделі 10 різним студентам. В середньому порівнювали 2,6 групи (мінімум 2, максимум 10). У двадцяти трьох дослідженнях (70%) взяли участь студенти-медики, з яких 14 (42%) були студентами-медиками першого курсу. У шести (18%) дослідженнях взяли участь резиденти, 4 (12%) студенти-стоматологи та 3 (9%) студенти-науковці. У шести дослідженнях (18%) було впроваджено та оцінено автономне навчання за допомогою 3DPAM. У таблиці 4 наведено результати оцінки ефективності навчання за допомогою 3DPAM для кожного включеного дослідження.
Основні переваги використання 3DPAM як навчального інструменту для нормальної анатомії людини, про які повідомляють автори, – це візуальні та тактильні характеристики, включаючи реалізм [55, 67], точність [44, 50, 72, 85] та мінливість узгодженості [34, 45]. , 48, 64], колір та прозорість [28, 45], довговічність [24, 56, 73], освітній 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 покращення або персоналізації [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], здатність маніпулювати студентами [30, 49], економія навчального часу [61, 80], легкість зберігання [61], можливість інтеграції функціональної анатомії або створення специфічних структур [51, 53], 67], швидке проектування скелета моделі [81], здатність спільно створювати моделі та забирати їх додому [49, 60, 71], покращення здібностей до ментальної ротації [23] та запам'ятовування знань [32], а також на задоволеність вчителя [25, 63] та учнів [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Основні недоліки пов'язані з дизайном: жорсткість [80], узгодженість [28, 62], відсутність деталізації або прозорості [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], занадто яскраві кольори [45] та крихкість покриття [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 варіабельності [25] та висока вартість [48].
Цей систематичний огляд підсумовує 68 статей, опублікованих протягом 9 років, і підкреслює інтерес наукової спільноти до 3DPAM як інструменту для навчання нормальної анатомії людини. Кожну анатомічну область було досліджено та надруковано на 3D-принтері. З цих статей 37 статей порівнювали 3DPAM з іншими моделями, а 33 статті оцінювали педагогічну актуальність 3DPAM для студентів.
З огляду на відмінності в дизайні досліджень анатомічного 3D-друку, ми не вважали за доцільне проводити метааналіз. Метааналіз, опублікований у 2020 році, в основному зосереджувався на тестах на анатомічні знання після навчання без аналізу технічних та технологічних аспектів проектування та виробництва 3DPAM [10].
Найбільше вивчається область голови, ймовірно, тому, що складність її анатомії ускладнює для студентів зображення цієї анатомічної області в тривимірному просторі порівняно з кінцівками або тулубом. КТ є найпоширенішим методом візуалізації. Цей метод широко використовується, особливо в медичних установах, але має обмежену просторову роздільну здатність та низький контраст м'яких тканин. Ці обмеження роблять КТ-сканування непридатним для сегментації та моделювання нервової системи. З іншого боку, комп'ютерна томографія краще підходить для сегментації/моделювання кісткової тканини; контрастування кісток/м'яких тканин допомагає завершити ці кроки перед 3D-друком анатомічних моделей. З іншого боку, мікроКТ вважається еталонною технологією з точки зору просторової роздільної здатності при візуалізації кісток [70]. Оптичні сканери або МРТ також можуть використовуватися для отримання зображень. Вища роздільна здатність запобігає згладжуванню поверхонь кісток та зберігає тонкість анатомічних структур [59]. Вибір моделі також впливає на просторову роздільну здатність: наприклад, моделі пластифікації мають нижчу роздільну здатність [45]. Графічним дизайнерам доводиться створювати власні 3D-моделі, що збільшує витрати (від 25 до 150 доларів США за 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 пропонують використовувати передові технології друку, такі як SLS, де це можливо, для підвищення точності 3DPAM [38]. Виготовлення 3DPAM вимагає професійної допомоги; найбільш затребуваними спеціалістами є інженери [72], рентгенологи [75], графічні дизайнери [43] та анатоми [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Програмне забезпечення для сегментації та моделювання є важливими факторами для отримання точних анатомічних моделей, але вартість цих програмних пакетів та їхня складність перешкоджають їх використанню. У кількох дослідженнях порівнювали використання різних програмних пакетів та технологій друку, виділяючи переваги та недоліки кожної технології [68]. Окрім програмного забезпечення для моделювання, також потрібне програмне забезпечення для друку, сумісне з вибраним принтером; деякі автори віддають перевагу використанню онлайн-3D-друку [75]. Якщо буде надруковано достатню кількість 3D-об'єктів, інвестиції можуть призвести до фінансової віддачі [72].
Пластик є найпоширенішим матеріалом. Його широкий вибір текстур і кольорів робить його матеріалом вибору для 3DPAM. Деякі автори високо оцінюють його високу міцність порівняно з традиційними трупними або пластифікованими моделями [24, 56, 73]. Деякі пластики навіть мають властивості згинання 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 порушили питання щодо орієнтації волокон під час друку. Фактично, орієнтація, прикріплення, іннервація та функція м'язових волокон є критично важливими для моделювання м'язів [33].
Дивно, але мало досліджень згадує масштаб друку. Оскільки багато людей вважають співвідношення 1:1 стандартним, автор, можливо, вирішив не згадувати про нього. Хоча збільшення масштабу було б корисним для спрямованого навчання у великих групах, можливість масштабування ще не досліджувалася, особливо з огляду на зростання розмірів класів та фізичний розмір моделі, що є важливим фактором. Звичайно, повнорозмірні масштаби полегшують пошук та передачу пацієнту різних анатомічних елементів, що може пояснити їх часте використання.
З багатьох принтерів, доступних на ринку, ті, що використовують технологію PolyJet (струменевий друк на матеріалі або сполучній речовині) для забезпечення кольорового та багатошарового (а отже, багатотекстурного) друку високої чіткості, коштують від 20 000 до 250 000 доларів США (https://www.aniwaa.com/). Ця висока вартість може обмежувати просування 3DPAM у медичних навчальних закладах. Окрім вартості самого принтера, вартість матеріалів, необхідних для струменевого друку, вища, ніж для SLA- або FDM-принтерів [68]. Ціни на SLA- або FDM-принтери також є більш доступними, коливаючись від 576 до 4999 євро, як зазначено в статтях, перелічених у цьому огляді. За даними Тріподі та його колег, кожну скелетну деталь можна надрукувати за 1,25 долара США [47]. Одинадцять досліджень дійшли висновку, що 3D-друк дешевший, ніж пластифікація або комерційні моделі [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Більше того, ці комерційні моделі розроблені для надання інформації пацієнту без достатньої деталізації для навчання анатомії [80]. Ці комерційні моделі вважаються гіршими за 3DPAM [44]. Варто зазначити, що, окрім використаної технології друку, кінцева вартість пропорційна масштабу, а отже, і кінцевому розміру 3DPAM [48]. З цих причин перевага надається повнорозмірному масштабу [37].
Лише в одному дослідженні порівнювали 3DPAM з комерційно доступними анатомічними моделями [72]. Зразки трупів є найпоширенішим порівняльним матеріалом для 3DPAM. Незважаючи на їхні обмеження, моделі трупів залишаються цінним інструментом для навчання анатомії. Слід розрізняти аутопсію, препарування та суху кістку. На основі навчальних тестів два дослідження показали, що 3DPAM був значно ефективнішим, ніж пластинована препарування [16, 27]. В одному дослідженні порівнювали одну годину навчання з використанням 3DPAM (нижня кінцівка) з однією годиною препарування тієї ж анатомічної області [78]. Між цими двома методами навчання не було виявлено суттєвих відмінностей. Ймовірно, досліджень з цієї теми мало, оскільки такі порівняння важко провести. Препарування – це трудомістка підготовка для студентів. Іноді потрібні десятки годин підготовки, залежно від того, що готується. Третє порівняння можна провести з сухими кістками. Дослідження Цай та Сміта показало, що результати тестів були значно кращими в групі, яка використовувала 3DPAM [51, 63]. Чен та його колеги зазначили, що студенти, які використовували 3D-моделі, краще справлялися з ідентифікацією структур (черепів), але різниці в балах за запитаннями з множинним вибором не було [69]. Нарешті, Таннер та його колеги продемонстрували кращі результати після тестування в цій групі, використовуючи 3DPAM крилопіднебінної ямки [46]. У цьому огляді літератури були визначені й інші нові навчальні інструменти. Найпоширенішими серед них є доповнена реальність, віртуальна реальність та серйозні ігри [43]. За словами Махруса та його колег, перевага анатомічним моделям залежить від кількості годин, проведених студентами у відеоіграх [31]. З іншого боку, головним недоліком нових навчальних інструментів з анатомії є тактильний зворотний зв'язок, особливо для суто віртуальних інструментів [48].
У більшості досліджень, що оцінювали новий 3DPAM, використовувалися попередні тести знань. Ці попередні тести допомагають уникнути упередженості в оцінюванні. Деякі автори перед проведенням експериментальних досліджень виключають усіх студентів, які отримали бал вище середнього за попередній тест [40]. Серед упередженостей, які згадували Гарас та його колеги, були колір моделі та відбір добровольців у класі студентів [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 оцінювання після тестування проводилося третьою стороною, щоб уникнути упередженості в оцінюванні [16]. У деяких дослідженнях для оцінки доцільності 3DPAM використовувалися шкали Лайкерта. Цей інструмент підходить для оцінки задоволеності, але все ще існують важливі упередження, про які слід знати [86].
Освітня релевантність 3DPAM оцінювалася переважно серед студентів-медиків, включаючи студентів першого курсу, у 14 з 33 досліджень. У своєму пілотному дослідженні Вілк та його колеги повідомили, що студенти-медики вважають, що 3D-друк слід включити до вивчення анатомії [87]. 87% студентів, опитаних у дослідженні Черченеллі, вважали, що другий рік навчання – найкращий час для використання 3DPAM [84]. Результати Таннера та його колег також показали, що студенти показували кращі результати, якщо вони ніколи не вивчали цю галузь [46]. Ці дані свідчать про те, що перший рік медичного факультету – оптимальний час для включення 3DPAM у викладання анатомії. Метааналіз Є підтвердив цю ідею [18]. У 27 статтях, включених до дослідження, спостерігалися значні відмінності в результатах тестів між 3DPAM та традиційними моделями для студентів-медиків, але не для резидентів.
3DPAM як інструмент навчання покращує академічні досягнення [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], довгострокове запам'ятовування знань [32] та 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 виявили задоволеність вчителів 3DPAM [25, 63]. З усіх джерел, Бекхаус та його колеги вважають 3D-друк найкращою альтернативою традиційним анатомічним моделям [49]. У своєму першому метааналізі Є та його колеги підтвердили, що студенти, які отримували інструкції 3DPAM, мали кращі результати після тестування, ніж студенти, які отримували 2D-інструкції або інструкції на трупах [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 на знання, що проводилися серед студентів [32, 66, 69, 77, 78, 84]. У своєму метааналізі Салазар та його колеги дійшли висновку, що використання 3DPAM спеціально покращує розуміння складної анатомії [17]. Ця концепція узгоджується з листом Хітаса до редактора [88]. Деякі анатомічні області, які вважаються менш складними, не потребують використання 3DPAM, тоді як складніші 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 галузі, де продуктивність моделі виявляється вищою. Таким чином, представлення простої моделі студентам, які вже мають певні знання з предмета (студенти-медики або резиденти), не допомагає покращити успішність 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 та довговічність (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Інші переваги полягають у тому, що студенти можуть маніпулювати конструкціями, вчителі можуть заощаджувати час, їх легше зберігати, ніж трупи, проект може бути завершений протягом 24 годин, його можна використовувати як інструмент для домашнього навчання, а також для викладання великих обсягів інформації групам [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Повторне 3D-друкування для навчання анатомії великих обсягів робить 3D-друковані моделі більш економічно ефективними [26]. Використання 3DPAM може покращити можливості ментального обертання [23] та покращити інтерпретацію зображень поперечного перерізу [23, 32]. Два дослідження показали, що студенти, які зазнали впливу 3DPAM, частіше переносили хірургічне втручання [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 тригерних конструкцій [67].
3D-друк дозволяє створювати регульовані анатомічні моделі шляхом покращення певних аспектів на етапі моделювання, [48, 80] створення відповідної основи, [59] поєднання кількох моделей, [36] використання прозорості, (49) кольору, [45] або створення видимих певних внутрішніх структур [30]. Тріподі та його колеги використовували скульптурну глину для доповнення своїх 3D-друкованих моделей кісток, підкреслюючи цінність спільно створених моделей як навчальних інструментів [47]. У 9 дослідженнях колір застосовувався після друку [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], але студенти застосовували його лише один раз [49]. На жаль, у дослідженні не оцінювалася якість навчання моделюванню або послідовність навчання. Це слід розглядати в контексті анатомічної освіти, оскільки переваги змішаного навчання та спільного творення добре відомі [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 занадто яскравим[45], в іншому дослідженні було зроблено висновок, що модель була занадто крихкою[71], а два інших дослідження вказали на відсутність анатомічної варіабельності в конструкції окремих моделей[25, 45]. Сім досліджень дійшли висновку, що анатомічна деталізація 3DPAM є недостатньою [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Для більш детальних анатомічних моделей великих і складних ділянок, таких як заочеревинний або шийний відділ хребта, час сегментації та моделювання вважається дуже довгим, а вартість дуже високою (близько 2000 доларів США) [27, 48]. Ходжо та його колеги у своєму дослідженні заявили, що створення анатомічної моделі тазу зайняло 40 годин [42]. Найдовший час сегментації становив 380 годин у дослідженні Везеролла та його колег, в якому кілька моделей були об'єднані для створення повної дитячої моделі дихальних шляхів [36]. У дев'яти дослідженнях час сегментації та друку вважалися недоліками [36, 42, 57, 58, 74]. Однак 12 досліджень критикували фізичні властивості своїх моделей, зокрема їхню узгодженість [28, 62], відсутність прозорості [30], крихкість та монохромність [71], відсутність м'яких тканин [66] або брак деталізації [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Ці недоліки можна подолати, збільшивши час сегментації або моделювання. Втрата та отримання відповідної інформації була проблемою, з якою зіткнулися три команди [30, 74, 77]. Згідно зі звітами пацієнтів, йодовані контрастні речовини не забезпечували оптимальної видимості судин через обмеження дози [74]. Ін'єкція трупної моделі здається ідеальним методом, який відходить від принципу «якомога менше» та обмежень дози введеного контрастного речовини.
На жаль, у багатьох статтях не згадуються деякі ключові особливості 3DPAM. Менше половини статей чітко зазначали, чи тонували їхній 3DPAM. Охоплення друку було непослідовним (43% статей), і лише 34% згадували використання кількох носіїв. Ці параметри друку є критично важливими, оскільки вони впливають на властивості навчання 3DPAM. Більшість статей не надають достатньої інформації про складність отримання 3DPAM (час проектування, кваліфікація персоналу, вартість програмного забезпечення, вартість друку тощо). Ця інформація є критично важливою і її слід враховувати, перш ніж розглядати можливість початку проекту з розробки нового 3DPAM.
Цей систематичний огляд показує, що проектування та 3D-друк нормальних анатомічних моделей є можливим з низькою вартістю, особливо при використанні принтерів FDM або SLA та недорогих одноколірних пластикових матеріалів. Однак ці базові конструкції можна покращити, додавши колір або дизайн з різних матеріалів. Більш реалістичні моделі (надруковані з використанням кількох матеріалів різних кольорів і текстур для точного відтворення тактильних якостей еталонної моделі трупа) вимагають дорожчих технологій 3D-друку та тривалішого часу проектування. Це значно збільшить загальну вартість. Незалежно від того, який процес друку обрано, вибір відповідного методу візуалізації є ключем до успіху 3DPAM. Чим вища просторова роздільна здатність, тим реалістичнішою стає модель і її можна використовувати для передових досліджень. З педагогічної точки зору, 3DPAM є ефективним інструментом для викладання анатомії, про що свідчать тести на знання, що проводяться серед студентів, та їхня задоволеність. Навчальний ефект 3DPAM найкращий, коли він відтворює складні анатомічні області, і студенти використовують його на ранніх етапах своєї медичної підготовки.
Набори даних, згенеровані та/або проаналізовані в цьому дослідженні, не є загальнодоступними через мовні бар'єри, але доступні у відповідного автора за обґрунтованим запитом.
Дрейк Р.Л., Лоурі Д.Дж., Прюїтт К.М. Огляд курсів з анатомії, мікроанатомії, нейробіології та ембріології в навчальних програмах медичних шкіл США. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Гхош С.К. Препарування трупів як освітній інструмент для анатомічної науки у 21 столітті: Препарування як освітній інструмент. Аналіз наукової освіти. 2017;10(3):286–99.
Час публікації: 09 квітня 2024 р.