Триизмерните печатни анатомични модели (3DPAM) изглеждат подходящ инструмент поради тяхната образователна стойност и приложимост. Целта на този преглед е да опише и анализира методите, използвани за създаване на 3DPAM за преподаване на човешка анатомия, и да оцени неговия педагогически принос.
В PubMed беше проведено електронно търсене, използвайки следните термини: образование, училище, учене, преподаване, обучение, преподаване, образование, триизмерен, 3D, 3-измерен, печат, печат, печат, анатомия, анатомия и анатомия. Констатациите включваха характеристики на изследването, дизайн на модела, морфологична оценка, образователни резултати, силни и слаби страни.
Сред 68-те избрани статии, най-голям брой изследвания са фокусирани върху черепната област (33 статии); 51 статии споменават костен печат. В 47 статии е разработен 3DPAM, базиран на компютърна томография. Изброени са пет процеса на печат. Пластмаси и техните производни са използвани в 48 изследвания. Цената на всеки дизайн варира от 1,25 до 2800 долара. Тридесет и седем изследвания сравняват 3DPAM с референтни модели. Тридесет и три статии разглеждат образователните дейности. Основните предимства са визуално и тактилно качество, ефективност на обучението, повторяемост, персонализация и гъвкавост, спестяване на време, интеграция на функционалната анатомия, по-добри възможности за умствена ротация, запаметяване на знания и удовлетвореност на учителите/учениците. Основните недостатъци са свързани с дизайна: последователност, липса на детайли или прозрачност, твърде ярки цветове, дълго време за печат и висока цена.
Този систематичен преглед показва, че 3DPAM е рентабилен и ефективен за преподаване на анатомия. По-реалистичните модели изискват използването на по-скъпи технологии за 3D печат и по-дълго време за проектиране, което значително ще увеличи общите разходи. Ключът е да се избере подходящ метод за изобразяване. От педагогическа гледна точка, 3DPAM е ефективен инструмент за преподаване на анатомия, с положителен ефект върху резултатите от обучението и удовлетвореността. Учебният ефект на 3DPAM е най-добър, когато възпроизвежда сложни анатомични области и студентите го използват в началото на медицинското си обучение.
Дисекция на животински трупове се извършва още от Древна Гърция и е един от основните методи за преподаване на анатомия. Дисекциите на трупове, извършвани по време на практическо обучение, се използват в теоретичната учебна програма на студентите по медицина в университети и понастоящем се считат за златен стандарт за изучаване на анатомия [1,2,3,4,5]. Съществуват обаче много бариери пред използването на човешки трупни проби, което подтиква към търсене на нови инструменти за обучение [6, 7]. Някои от тези нови инструменти включват добавена реалност, цифрови инструменти и 3D печат. Според скорошен преглед на литературата от Santos et al. [8] По отношение на стойността на тези нови технологии за преподаване на анатомия, 3D печатът изглежда е един от най-важните ресурси, както по отношение на образователната стойност за студентите, така и по отношение на осъществимостта на внедряването им [4,9,10].
3D печатът не е нещо ново. Първите патенти, свързани с тази технология, датират от 1984 г.: A Le Méhauté, O De Witte и JC André във Франция, а три седмици по-късно C Hull в САЩ. Оттогава технологията продължава да се развива и употребата ѝ се разширява в много области. Например, НАСА отпечата първия обект отвъд Земята през 2014 г. [11]. Медицинската област също възприе този нов инструмент, като по този начин увеличи желанието за разработване на персонализирана медицина [12].
Много автори са демонстрирали ползите от използването на 3D отпечатани анатомични модели (3DPAM) в медицинското образование [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. При преподаването на човешка анатомия са необходими непатологични и анатомично нормални модели. Някои прегледи са разглеждали патологични или медицински/хирургични модели за обучение [8, 20, 21]. За да разработим хибриден модел за преподаване на човешка анатомия, който включва нови инструменти като 3D печат, ние проведохме систематичен преглед, за да опишем и анализираме как се създават 3D отпечатани обекти за преподаване на човешка анатомия и как студентите оценяват ефективността на обучението с помощта на тези 3D обекти.
Този систематичен преглед на литературата е проведен през юни 2022 г. без ограничения във времето, използвайки насоките PRISMA (Предпочитани елементи за докладване за систематични прегледи и мета-анализи) [22].
Критериите за включване бяха всички изследователски статии, използващи 3DPAM в преподаването/изучаването на анатомия. Изключени бяха литературни обзори, писма или статии, фокусирани върху патологични модели, животински модели, археологически модели и модели за медицинско/хирургично обучение. Избрани бяха само статии, публикувани на английски език. Изключени бяха статии без налични онлайн резюмета. Включени бяха статии, които включват множество модели, поне един от които е анатомично нормален или има незначителна патология, която не влияе на преподавателската стойност.
В електронната база данни PubMed (Национална медицинска библиотека, NCBI) беше проведено търсене на литература, за да се идентифицират съответните изследвания, публикувани до юни 2022 г. Използвайте следните термини за търсене: образование, училище, преподаване, преподаване, учене, преподаване, образование, триизмерен, 3D, 3D, печат, печат, печат, анатомия, анатомия и анатомия. Изпълнена е една заявка: (((education[Заглавие/Резюме] ИЛИ school[Заглавие/Резюме] ИЛИ learning[Заглавие/Резюме] ИЛИ teaching[Заглавие/Резюме] ИЛИ training[Заглавие/Резюме] ИЛИ Reach[Заглавие/Резюме] ] ИЛИ Education [Заглавие/Резюме]) И (Three Dimensions [Заглавие] ИЛИ 3D [Заглавие] ИЛИ 3D [Заглавие])) И (Print [Заглавие] ИЛИ Print [Заглавие] ИЛИ Print [Заглавие])) И (Anatomy) [Заглавие] ]/abstract] или anatomy [заглавие/резюме] или anatomy [заглавие/резюме] или anatomy [заглавие/резюме]). Допълнителни статии са идентифицирани чрез ръчно търсене в базата данни PubMed и преглед на препратките към други научни статии. Не са прилагани ограничения за дата, но е използван филтърът „Лице“.
Всички извлечени заглавия и резюмета бяха проверени спрямо критериите за включване и изключване от двама автори (EBR и AL), като всяко проучване, което не отговаря на всички критерии за допустимост, беше изключено. Публикациите с пълен текст на останалите проучвания бяха извлечени и прегледани от трима автори (EBR, EBE и AL). Когато беше необходимо, разногласията при подбора на статии бяха разрешени от четвърти автор (LT). Публикациите, които отговаряха на всички критерии за включване, бяха включени в този преглед.
Извличането на данни е извършено независимо от двама автори (EBR и AL) под наблюдението на трети автор (LT).
- Данни за проектиране на модела: анатомични области, специфични анатомични части, начален модел за 3D печат, метод на придобиване, софтуер за сегментиране и моделиране, вид 3D принтер, вид и количество материал, мащаб на печат, цвят, цена на печат.
- Морфологична оценка на модели: модели, използвани за сравнение, медицинска оценка на експерти/учители, брой оценители, вид оценка.
- 3D модел на обучение: оценка на знанията на учениците, метод на оценяване, брой ученици, брой групи за сравнение, рандомизация на учениците, образование/вид ученик.
В MEDLINE бяха идентифицирани 418 изследвания, а 139 статии бяха изключени чрез филтъра „човешки“. След преглед на заглавията и резюметата, 103 изследвания бяха избрани за четене на пълен текст. 34 статии бяха изключени, защото бяха или патологични модели (9 статии), модели за медицинско/хирургично обучение (4 статии), животински модели (4 статии), 3D радиологични модели (1 статия) или не бяха оригинални научни статии (16 глави). Общо 68 статии бяха включени в прегледа. Фигура 1 представя процеса на подбор като блок-схема.
Блок-схема, обобщаваща идентифицирането, скрининга и включването на статии в този систематичен преглед
Всички проучвания са публикувани между 2014 и 2022 г., със средна година на публикуване 2019 г. Сред 68-те включени статии, 33 (49%) проучвания са били описателни и експериментални, 17 (25%) са били чисто експериментални и 18 (26%) са били експериментални. Чисто описателни. От 50-те (73%) експериментални проучвания, 21 (31%) са използвали рандомизация. Само 34 проучвания (50%) са включвали статистически анализи. Таблица 1 обобщава характеристиките на всяко проучване.
33 статии (48%) изследват областта на главата, 19 статии (28%) изследват гръдната област, 17 статии (25%) изследват коремно-тазовата област и 15 статии (22%) изследват крайниците. Петдесет и една статии (75%) споменават 3D отпечатани кости като анатомични модели или многослойни анатомични модели.
Що се отнася до изходните модели или файлове, използвани за разработване на 3DPAM, 23 статии (34%) споменават използването на данни от пациенти, 20 статии (29%) споменават използването на данни от трупове и 17 статии (25%) споменават използването на бази данни. Използвани са данни за пациенти, а 7 проучвания (10%) не разкриват източника на използваните документи.
47 проучвания (69%) са разработили 3DPAM, базиран на компютърна томография, а 3 проучвания (4%) съобщават за използването на микроКТ. 7 статии (10%) са проектирали 3D обекти с помощта на оптични скенери, 4 статии (6%) са използвали ЯМР, а 1 статия (1%) е използвала камери и микроскопи. 14 статии (21%) не са споменали източника на изходните файлове за 3D моделиране. 3D файловете се създават със средна пространствена резолюция по-малка от 0,5 mm. Оптималната резолюция е 30 μm [80], а максималната резолюция е 1,5 mm [32].
Използвани са шестдесет различни софтуерни приложения (сегментация, моделиране, дизайн или печат). Mimics (Materialise, Льовен, Белгия) е използван най-често (14 проучвания, 21%), следван от MeshMixer (Autodesk, Сан Рафаел, Калифорния) (13 проучвания, 19%), Geomagic (3D System, Мисури, Северна Каролина, Лийсвил) (10 проучвания, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Бостън, Масачузетс) (9 проучвания, 13%), Blender (Blender Foundation, Амстердам, Нидерландия) (8 проучвания, 12%) и CURA (Гелдемарсен, Нидерландия) (7 проучвания, 10%).
Споменати са шестдесет и седем различни модела принтери и пет процеса на печат. Технологията FDM (Fused Deposition Modeling) е използвана в 26 продукта (38%), бластиране на материала в 13 продукта (19%) и накрая бластиране на свързващо вещество (11 продукта, 16%). Най-малко използваните технологии са стереолитография (SLA) (5 статии, 7%) и селективно лазерно синтероване (SLS) (4 статии, 6%). Най-често използваният принтер (7 статии, 10%) е Connex 500 (Stratasys, Реховот, Израел) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
При уточняване на материалите, използвани за направата на 3DPAM (51 статии, 75%), 48 проучвания (71%) използват пластмаси и техни производни. Основните използвани материали са PLA (полимлечна киселина) (n = 20, 29%), смола (n = 9, 13%) и ABS (акрилонитрил бутадиен стирен) (7 вида, 10%). 23 статии (34%) разглеждат 3DPAM, изработени от множество материали, 36 статии (53%) представят 3DPAM, изработени само от един материал, а 9 статии (13%) не уточняват материал.
Двадесет и девет статии (43%) съобщават за съотношения на печат, вариращи от 0,25:1 до 2:1, със средна стойност 1:1. Двадесет и пет статии (37%) използват съотношение 1:1. 28 3DPAM (41%) се състоят от множество цветове, а 9 (13%) са боядисани след печат [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Тридесет и четири статии (50%) споменаха разходи. 9 статии (13%) споменаха цената на 3D принтери и суровини. Цените на принтерите варират от 302 до 65 000 долара. Когато е посочено, цените на моделите варират от 1,25 до 2 800 долара; тези крайности съответстват на скелетни образци [47] и висококачествени ретроперитонеални модели [48]. Таблица 2 обобщава данните от моделите за всяко включено проучване.
Тридесет и седем проучвания (54%) сравняват 3DPAM с референтен модел. Сред тези проучвания най-често използваният сравнителен модел е анатомичен референтен модел, използван в 14 статии (38%), пластинирани препарати в 6 статии (16%), пластинирани препарати в 6 статии (16%). Използване на виртуална реалност, компютърна томография в един 3DPAM в 5 статии (14%), друг 3DPAM в 3 статии (8%), сериозни игри в 1 статия (3%), рентгенографии в 1 статия (3%), бизнес модели в 1 статия (3%) и добавена реалност в 1 статия (3%). Тридесет и четири (50%) проучвания оценяват 3DPAM. Петнадесет (48%) проучвания описват подробно опита на оценителите (Таблица 3). 3DPAM е извършен от хирурзи или лекуващи лекари в 7 проучвания (47%), анатомични специалисти в 6 проучвания (40%), студенти в 3 проучвания (20%), преподаватели (дисциплина без посочена) в 3 проучвания (20%) за оценка и още един оценител в статията (7%). Средният брой оценители е 14 (минимум 2, максимум 30). Тридесет и три проучвания (49%) са оценили морфологията на 3DPAM качествено, а 10 проучвания (15%) са оценили морфологията на 3DPAM количествено. От 33-те проучвания, които са използвали качествени оценки, 16 са използвали чисто описателни оценки (48%), 9 са използвали тестове/оценки/анкети (27%) и 8 са използвали скали на Ликерт (24%). Таблица 3 обобщава морфологичните оценки на моделите във всяко включено проучване.
Тридесет и три (48%) статии изследват и сравняват ефективността на преподаването на 3DPAM на учениците. От тези проучвания 23 (70%) оценяват удовлетвореността на учениците, 17 (51%) използват скали на Ликерт, а 6 (18%) използват други методи. Двадесет и две статии (67%) оценяват обучението на учениците чрез тестване на знанията, от които 10 (30%) използват предварителни и/или последващи тестове. Единадесет проучвания (33%) използват въпроси с избираем отговор и тестове за оценка на знанията на учениците, а пет проучвания (15%) използват етикетиране на изображения/анатомична идентификация. Средно по 76 ученици са участвали във всяко проучване (минимум 8, максимум 319). Двадесет и четири проучвания (72%) имат контролна група, от които 20 (60%) използват рандомизация. За разлика от това, едно проучване (3%) произволно разпределя анатомични модели на 10 различни ученици. Средно са сравнени 2,6 групи (минимум 2, максимум 10). Двадесет и три проучвания (70%) включват студенти по медицина, от които 14 (42%) са студенти по медицина първи курс. Шест (18%) проучвания включват специализанти, 4 (12%) студенти по дентална медицина и 3 (9%) студенти по природни науки. Шест проучвания (18%) внедряват и оценяват автономното обучение, използвайки 3DPAM. Таблица 4 обобщава резултатите от оценката на ефективността на преподаването с 3DPAM за всяко включено проучване.
Основните предимства, посочени от авторите при използването на 3DPAM като инструмент за обучение по нормална човешка анатомия, са визуалните и тактилните характеристики, включително реализъм [55, 67], точност [44, 50, 72, 85] и променливост на консистентността [34, 45]. , 48, 64], цвят и прозрачност [28, 45], издръжливост [24, 56, 73], образователен ефект [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], цена [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], възпроизводимост [80], възможност за подобрение или персонализиране [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], способност за манипулиране на учениците [30, 49], спестяване на време за преподаване [61, 80], лекота на съхранение [61], способност за интегриране на функционална анатомия или създаване на специфични структури [51, 53], 67], бързо проектиране на скелет модели [81], способността за съвместно създаване на модели и носенето им у дома [49, 60, 71], подобряване на способностите за умствена ротация [23] и запаметяване на знания [32], както и върху удовлетвореността на учителя [25, 63] и учениците [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Основните недостатъци са свързани с дизайна: твърдост [80], консистентност [28, 62], липса на детайли или прозрачност [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], твърде ярки цветове [45] и крехкостта на пода [71]. Други недостатъци включват загуба на информация [30, 76], дълго време, необходимо за сегментиране на изображението [36, 52, 57, 58, 74], време за печат [57, 63, 66, 67], липса на анатомична вариабилност [25] и висока цена [48].
Този систематичен преглед обобщава 68 статии, публикувани в продължение на 9 години, и подчертава интереса на научната общност към 3DPAM като инструмент за преподаване на нормална човешка анатомия. Всяка анатомична област е изследвана и отпечатана на 3D принтер. От тези статии 37 статии сравняват 3DPAM с други модели, а 33 статии оценяват педагогическата значимост на 3DPAM за учениците.
Предвид разликите в дизайна на анатомичните 3D печатни изследвания, не счетохме за уместно да провеждаме мета-анализ. Мета-анализ, публикуван през 2020 г., се фокусира главно върху тестове за анатомични знания след обучение, без да анализира техническите и технологичните аспекти на проектирането и производството на 3DPAM [10].
Областта на главата е най-изучаваната, вероятно защото сложността на нейната анатомия затруднява студентите да изобразят тази анатомична област в триизмерно пространство в сравнение с крайниците или торса. КТ е най-често използваният метод за изобразяване. Тази техника е широко използвана, особено в медицински условия, но има ограничена пространствена резолюция и нисък контраст на меките тъкани. Тези ограничения правят КТ сканиранията неподходящи за сегментиране и моделиране на нервната система. От друга страна, компютърната томография е по-подходяща за сегментиране/моделиране на костна тъкан; контрастът кост/меки тъкани помага за завършване на тези стъпки преди 3D печат на анатомични модели. От друга страна, микроКТ се счита за референтна технология по отношение на пространствената резолюция при изобразяване на костите [70]. Оптични скенери или ЯМР също могат да се използват за получаване на изображения. По-високата резолюция предотвратява изглаждането на костните повърхности и запазва финесът на анатомичните структури [59]. Изборът на модел също влияе върху пространствената резолюция: например, моделите за пластификация имат по-ниска резолюция [45]. Графичните дизайнери трябва да създават персонализирани 3D модели, което увеличава разходите (от 25 до 150 долара на час) [43]. Получаването на висококачествени .STL файлове не е достатъчно за създаването на висококачествени анатомични модели. Необходимо е да се определят параметри на печат, като например ориентацията на анатомичния модел върху печатащата плоча [29]. Някои автори предлагат да се използват усъвършенствани технологии за печат, като SLS, където е възможно, за да се подобри точността на 3DPAM [38]. Производството на 3DPAM изисква професионална помощ; най-търсените специалисти са инженери [72], рентгенолози [75], графични дизайнери [43] и анатоми [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Софтуерът за сегментиране и моделиране е важен фактор за получаване на точни анатомични модели, но цената на тези софтуерни пакети и тяхната сложност възпрепятстват използването им. Няколко проучвания сравняват използването на различни софтуерни пакети и технологии за печат, като подчертават предимствата и недостатъците на всяка технология [68]. В допълнение към софтуера за моделиране е необходим и софтуер за печат, съвместим с избрания принтер; някои автори предпочитат да използват онлайн 3D печат [75]. Ако се отпечатат достатъчно 3D обекти, инвестицията може да доведе до финансова възвръщаемост [72].
Пластмасата е най-често използваният материал. Широката ѝ гама от текстури и цветове я прави предпочитан материал за 3DPAM. Някои автори хвалят високата ѝ здравина в сравнение с традиционните кадаверни или пластинирани модели [24, 56, 73]. Някои пластмаси дори имат свойства на огъване или разтягане. Например, Filaflex с FDM технология може да се разтегне до 700%. Някои автори я смятат за предпочитан материал за репликация на мускули, сухожилия и връзки [63]. От друга страна, две проучвания повдигат въпроси относно ориентацията на влакната по време на печат. Всъщност, ориентацията, вмъкването, инервацията и функцията на мускулните влакна са от решаващо значение при моделирането на мускулите [33].
Изненадващо, малко проучвания споменават мащаба на печат. Тъй като много хора смятат съотношението 1:1 за стандартно, авторът може да е избрал да не го споменава. Въпреки че увеличаването на мащаба би било полезно за насочено обучение в големи групи, възможността за мащабиране все още не е проучена, особено с нарастващия брой ученици в класовете и физическия размер на модела, който е важен фактор. Разбира се, мащабите в пълен размер улесняват локализирането и съобщаването на различни анатомични елементи на пациента, което може да обясни защо се използват често.
От многото принтери, предлагани на пазара, тези, които използват технологията PolyJet (мастиленоструен печат с материали или свързващи вещества), за да осигурят цветен и многослоен (и следователно многотекстурен) печат с висока разделителна способност, струват между 20 000 и 250 000 щатски долара (https://www.aniwaa.com/). Тази висока цена може да ограничи популяризирането на 3DPAM в медицинските училища. В допълнение към цената на принтера, цената на материалите, необходими за мастиленоструен печат, е по-висока, отколкото за SLA или FDM принтери [68]. Цените на SLA или FDM принтерите също са по-достъпни, вариращи от 576 до 4 999 евро в статиите, изброени в този преглед. Според Tripodi и колеги, всяка скелетна част може да бъде отпечатана за 1,25 щатски долара [47]. Единадесет проучвания заключават, че 3D печатът е по-евтин от пластифицирането или търговските модели [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Освен това, тези търговски модели са предназначени да предоставят информация за пациента, без да са достатъчни подробности за обучение по анатомия [80]. Тези търговски модели се считат за по-нискокачествени от 3DPAM [44]. Струва си да се отбележи, че освен използваната технология за печат, крайната цена е пропорционална на мащаба и следователно на крайния размер на 3DPAM [48]. Поради тези причини се предпочита мащабът в пълен размер [37].
Само едно проучване сравнява 3DPAM с търговски достъпни анатомични модели [72]. Трупните проби са най-често използваният сравнителен модел за 3DPAM. Въпреки ограниченията си, трупните модели остават ценен инструмент за преподаване на анатомия. Трябва да се прави разлика между аутопсия, дисекция и суха кост. Въз основа на обучителни тестове, две проучвания показват, че 3DPAM е значително по-ефективен от пластинираната дисекция [16, 27]. Едно проучване сравнява един час обучение с 3DPAM (долен крайник) с един час дисекция на същата анатомична област [78]. Няма съществени разлики между двата метода на преподаване. Вероятно има малко изследвания по тази тема, тъй като подобни сравнения са трудни за правене. Дисекцията е отнемаща време подготовка за студентите. Понякога са необходими десетки часове подготовка, в зависимост от това какво се подготвя. Трето сравнение може да се направи със сухи кости. Проучване на Цай и Смит установява, че резултатите от тестовете са значително по-добри в групата, използваща 3DPAM [51, 63]. Чен и колегите му отбелязаха, че учениците, използващи 3D модели, се представиха по-добре при идентифицирането на структури (черепи), но нямаше разлика в резултатите от MCQ [69]. Накрая, Танър и колегите му демонстрираха по-добри резултати след теста в тази група, използвайки 3DPAM на птеригопалатинната ямка [46]. В този преглед на литературата бяха идентифицирани и други нови инструменти за обучение. Най-често срещаните сред тях са добавената реалност, виртуалната реалност и сериозните игри [43]. Според Махрус и колегите му, предпочитанието към анатомичните модели зависи от броя часове, които учениците играят видеоигри [31]. От друга страна, основен недостатък на новите инструменти за обучение по анатомия е хаптичната обратна връзка, особено за чисто виртуални инструменти [48].
Повечето проучвания, оценяващи новия 3DPAM, са използвали предварителни тестове за знания. Тези предварителни тестове помагат да се избегне пристрастност при оценяването. Някои автори, преди да проведат експериментални проучвания, изключват всички студенти, които са постигнали над средния резултат на предварителния тест [40]. Сред пристрастията, които Гарас и колегите му споменават, са цветът на модела и подборът на доброволци в студентския клас [61]. Оцветяването улеснява идентифицирането на анатомични структури. Чен и колегите му са установили строги експериментални условия без начални разлики между групите и проучването е било заслепено до максималната възможна степен [69]. Лим и колегите му препоръчват оценката след теста да се извърши от трета страна, за да се избегне пристрастност при оценяването [16]. Някои проучвания са използвали скали на Ликерт за оценка на осъществимостта на 3DPAM. Този инструмент е подходящ за оценка на удовлетвореността, но все още има важни пристрастия, за които трябва да се знае [86].
Образователната значимост на 3DPAM е оценена предимно сред студенти по медицина, включително студенти първи курс, в 14 от 33 проучвания. В пилотното си проучване Уилк и колеги съобщават, че студентите по медицина смятат, че 3D печатът трябва да бъде включен в обучението им по анатомия [87]. 87% от анкетираните студенти в проучването на Черченели смятат, че втората година на обучение е най-доброто време за използване на 3DPAM [84]. Резултатите на Танър и колеги също показват, че студентите се представят по-добре, ако никога не са изучавали областта [46]. Тези данни показват, че първата година на медицинското училище е оптималното време за включване на 3DPAM в обучението по анатомия. Мета-анализът на Йе подкрепя тази идея [18]. В 27-те статии, включени в проучването, има значителни разлики в резултатите от тестовете между 3DPAM и традиционните модели за студенти по медицина, но не и за специализанти.
3DPAM като инструмент за обучение подобрява академичните постижения [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], дългосрочното запаметяване на знания [32] и удовлетвореността на учениците [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Експертни групи също са намерили тези модели за полезни [37, 42, 49, 81, 82], а две проучвания са установили удовлетвореност на учителите от 3DPAM [25, 63]. От всички източници, Backhouse и колеги считат 3D печатането за най-добрата алтернатива на традиционните анатомични модели [49]. В първия си мета-анализ, Ye и колеги потвърдиха, че учениците, които са получили 3DPAM инструкции, са имали по-добри резултати след теста от учениците, които са получили 2D или инструкции от трупове [10]. Те обаче диференцират 3DPAM не по сложност, а просто по сърце, нервна система и коремна кухина. В седем проучвания, 3DPAM не е показал по-добри резултати от други модели, базирани на тестове за знания, проведени сред студенти [32, 66, 69, 77, 78, 84]. В своя мета-анализ, Salazar и колегите му заключават, че използването на 3DPAM подобрява разбирането на сложната анатомия [17]. Тази концепция е в съответствие с писмото на Hitas до редактора [88]. Някои анатомични области, считани за по-малко сложни, не изискват използването на 3DPAM, докато по-сложни анатомични области (като шията или нервната система) биха били логичен избор за 3DPAM. Тази концепция може да обясни защо някои 3DPAM не се считат за по-добри от традиционните модели, особено когато студентите нямат знания в областта, където производителността на модела се оказва по-добра. По този начин, представянето на прост модел на студенти, които вече имат известни познания по предмета (студенти по медицина или специализанти), не е полезно за подобряване на представянето на студентите.
От всички изброени образователни ползи, 11 проучвания подчертават визуалните или тактилните качества на моделите [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], а 3 проучвания подобряват здравината и издръжливостта (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Други предимства са, че учениците могат да манипулират структурите, учителите могат да спестят време, те са по-лесни за съхранение от трупове, проектът може да бъде завършен в рамките на 24 часа, може да се използва като инструмент за домашно обучение и може да се използва за преподаване на големи количества информация на групи [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Многократното 3D печатане за обучение по анатомия с голям обем прави 3D печатащите модели по-рентабилни [26]. Използването на 3DPAM може да подобри възможностите за умствена ротация [23] и да подобри интерпретацията на изображения на напречно сечение [23, 32]. Две проучвания установяват, че студентите, изложени на 3DPAM, са по-склонни да се подложат на операция [40, 74]. Могат да бъдат вградени метални конектори, за да се създаде движението, необходимо за изучаване на функционалната анатомия [51, 53], или могат да бъдат отпечатани модели с помощта на тригерни дизайни [67].
3D печатът позволява създаването на регулируеми анатомични модели чрез подобряване на определени аспекти по време на етапа на моделиране, [48, 80] създаване на подходяща основа, [59] комбиниране на множество модели, [36] използване на прозрачност, (49) цвят, [45] или правене на определени вътрешни структури видими [30]. Триподи и колегите му са използвали скулптурна глина, за да допълнят своите 3D отпечатани модели на кости, подчертавайки стойността на съвместно създадените модели като учебни инструменти [47]. В 9 проучвания цветът е бил прилаган след отпечатване [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], но студентите са го прилагали само веднъж [49]. За съжаление, проучването не е оценило качеството на обучението по модел или последователността на обучение. Това трябва да се разглежда в контекста на образованието по анатомия, тъй като ползите от смесеното обучение и съвместното създаване са добре установени [89]. За да се справи с нарастващата рекламна активност, самообучението е било използвано многократно за оценка на модели [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Едно проучване заключи, че цветът на пластмасовия материал е твърде ярък[45], друго проучване заключи, че моделът е твърде крехък[71], а две други проучвания посочиха липса на анатомична вариабилност в дизайна на отделните модели[25, 45]. Седем проучвания заключиха, че анатомичните детайли на 3DPAM са недостатъчни [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
За по-детайлни анатомични модели на големи и сложни области, като ретроперитонеума или шийния отдел на гръбначния стълб, времето за сегментиране и моделиране се счита за много дълго, а цената е много висока (около 2000 щатски долара) [27, 48]. Ходжо и колеги заявяват в своето проучване, че създаването на анатомичния модел на таза е отнело 40 часа [42]. Най-дългото време за сегментиране е било 380 часа в проучване на Уедъръл и колеги, в което множество модели са комбинирани, за да се създаде пълен педиатричен модел на дихателните пътища [36]. В девет проучвания сегментирането и времето за печат са считани за недостатъци [36, 42, 57, 58, 74]. Въпреки това, 12 проучвания критикуват физическите свойства на своите модели, по-специално тяхната консистентност, [28, 62] липса на прозрачност, [30] крехкост и монохроматичност, [71] липса на меки тъкани [66] или липса на детайли [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Тези недостатъци могат да бъдат преодолени чрез увеличаване на времето за сегментиране или симулация. Загубата и извличането на съответна информация беше проблем, пред който бяха изправени три екипа [30, 74, 77]. Според доклади на пациенти, йодираните контрастни вещества не осигуряват оптимална съдова видимост поради ограничения в дозата [74]. Инжектирането на кадаверен модел изглежда е идеален метод, който се отдалечава от принципа „възможно най-малко“ и ограниченията на дозата на инжектираното контрастно вещество.
За съжаление, много статии не споменават някои ключови характеристики на 3DPAM. По-малко от половината от статиите изрично посочват дали техният 3DPAM е оцветен. Покритието на обхвата на печат е непоследователно (43% от статиите) и само 34% споменават използването на множество носители. Тези параметри на печат са критични, защото влияят върху свойствата на обучение на 3DPAM. Повечето статии не предоставят достатъчно информация за сложността на получаване на 3DPAM (време за проектиране, квалификация на персонала, разходи за софтуер, разходи за печат и др.). Тази информация е критична и трябва да се вземе предвид, преди да се обмисли започването на проект за разработване на нов 3DPAM.
Този систематичен преглед показва, че проектирането и 3D печатането на нормални анатомични модели е осъществимо на ниска цена, особено когато се използват FDM или SLA принтери и евтини едноцветни пластмасови материали. Тези основни дизайни обаче могат да бъдат подобрени чрез добавяне на цвят или добавяне на дизайни в различни материали. По-реалистичните модели (отпечатани с помощта на множество материали с различни цветове и текстури, за да се възпроизведат точно тактилните качества на референтен модел на труп) изискват по-скъпи 3D технологии за печат и по-дълго време за проектиране. Това значително ще увеличи общите разходи. Независимо кой процес на печат е избран, изборът на подходящ метод за изобразяване е ключов за успеха на 3DPAM. Колкото по-висока е пространствената резолюция, толкова по-реалистичен става моделът и може да се използва за напреднали изследвания. От педагогическа гледна точка, 3DPAM е ефективен инструмент за преподаване на анатомия, както се вижда от тестовете за знания, провеждани сред студентите, и тяхната удовлетвореност. Учебният ефект на 3DPAM е най-добър, когато възпроизвежда сложни анатомични области и студентите го използват в началото на медицинското си обучение.
Генерираните и/или анализирани в настоящото проучване набори от данни не са публично достъпни поради езикови бариери, но са на разположение от съответния автор при разумно искане.
Дрейк Р.Л., Лоури Д.Дж., Пруит К.М. Преглед на курсовете по обща анатомия, микроанатомия, невробиология и ембриология в учебните програми на медицинските факултети в САЩ. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Гош С.К. Дисекция на трупове като образователен инструмент за анатомична наука през 21-ви век: Дисекцията като образователен инструмент. Анализ на научното образование. 2017;10(3):286–99.
Време на публикуване: 09 април 2024 г.