Trīsdimensiju drukāti anatomiskie modeļi (3DPAM) šķiet piemērots rīks to izglītojošās vērtības un iespējamības dēļ. Šī apskata mērķis ir aprakstīt un analizēt metodes, kas izmantotas 3DPAM izveidei cilvēka anatomijas mācīšanai, un novērtēt to pedagoģisko ieguldījumu.
PubMed datubāzē tika veikta elektroniska meklēšana, izmantojot šādus terminus: izglītība, skola, mācīšanās, mācīšana, apmācība, mācīšana, izglītība, trīsdimensiju, 3D, 3-dimensiju, drukāšana, drukāšana, anatomija, anatomija un anatomija. Secinājumi ietvēra pētījuma raksturlielumus, modeļa dizainu, morfoloģisko novērtējumu, izglītības sniegumu, stiprās un vājās puses.
No 68 atlasītajiem rakstiem lielākais pētījumu skaits (33 raksti) bija vērsts uz galvaskausa reģionu; 51 rakstā ir minēta kaulu drukāšana. 47 rakstos 3DPAM tika izstrādāta, pamatojoties uz datortomogrāfiju. Ir uzskaitīti pieci drukāšanas procesi. 48 pētījumos tika izmantota plastmasa un tās atvasinājumi. Katra dizaina cena svārstās no 1,25 līdz 2800 USD. Trīsdesmit septiņos pētījumos 3DPAM tika salīdzināta ar atsauces modeļiem. Trīsdesmit trīs rakstos tika pētītas izglītojošas aktivitātes. Galvenās priekšrocības ir vizuālā un taustes kvalitāte, mācību efektivitāte, atkārtojamība, pielāgojamība un veiklība, laika ietaupījums, funkcionālās anatomijas integrācija, labākas garīgās rotācijas spējas, zināšanu iegaumēšana un skolotāju/studentu apmierinātība. Galvenie trūkumi ir saistīti ar dizainu: konsekvence, detaļu vai caurspīdīguma trūkums, pārāk spilgtas krāsas, ilgs drukāšanas laiks un augstas izmaksas.
Šis sistemātiskais pārskats parāda, ka 3DPAM ir izmaksu ziņā efektīvs un efektīvs anatomijas mācīšanā. Reālistiskākiem modeļiem ir nepieciešamas dārgākas 3D drukāšanas tehnoloģijas un ilgāks projektēšanas laiks, kas ievērojami palielinās kopējās izmaksas. Galvenais ir izvēlēties atbilstošu attēlveidošanas metodi. No pedagoģiskā viedokļa 3DPAM ir efektīvs instruments anatomijas mācīšanā, kas pozitīvi ietekmē mācību rezultātus un apmierinātību. 3DPAM mācību efekts ir vislabākais, ja tas atveido sarežģītus anatomiskus reģionus un studenti to izmanto jau medicīniskās apmācības sākumā.
Dzīvnieku līķu preparēšana tiek veikta kopš Senās Grieķijas un ir viena no galvenajām anatomijas mācīšanas metodēm. Līķu preparēšana, kas tiek veikta praktisko apmācību laikā, tiek izmantota universitāšu medicīnas studentu teorētiskajā mācību programmā un pašlaik tiek uzskatīta par zelta standartu anatomijas studijās [1,2,3,4,5]. Tomēr cilvēku līķu paraugu izmantošanai ir daudz šķēršļu, kas rosina jaunu apmācības rīku meklēšanu [6, 7]. Daži no šiem jaunajiem rīkiem ietver paplašināto realitāti, digitālos rīkus un 3D drukāšanu. Saskaņā ar nesen veiktu Santos et al. literatūras apskatu [8], runājot par šo jauno tehnoloģiju vērtību anatomijas mācīšanā, 3D drukāšana šķiet viens no svarīgākajiem resursiem gan studentu izglītojošās vērtības, gan ieviešanas iespējamības ziņā [4,9,10].
3D drukāšana nav nekas jauns. Pirmie ar šo tehnoloģiju saistītie patenti datējami ar 1984. gadu: A. Le Méhauté, O. De Witte un JC André Francijā, un trīs nedēļas vēlāk C. Hull ASV. Kopš tā laika tehnoloģija ir turpinājusi attīstīties, un tās izmantošana ir paplašinājusies daudzās jomās. Piemēram, NASA 2014. gadā izdrukāja pirmo objektu ārpus Zemes [11]. Arī medicīnas joma ir ieviesusi šo jauno rīku, tādējādi palielinot vēlmi attīstīt personalizētu medicīnu [12].
Daudzi autori ir pierādījuši 3D drukātu anatomisku modeļu (3DPAM) izmantošanas priekšrocības medicīnas izglītībā [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Mācot cilvēka anatomiju, ir nepieciešami nepatoloģiski un anatomiski normāli modeļi. Dažos pārskatos ir pētīti patoloģiski vai medicīniski/ķirurģiski apmācības modeļi [8, 20, 21]. Lai izstrādātu hibrīda modeli cilvēka anatomijas mācīšanai, kas ietver jaunus rīkus, piemēram, 3D drukāšanu, mēs veicām sistemātisku pārskatu, lai aprakstītu un analizētu, kā tiek izveidoti 3D drukāti objekti cilvēka anatomijas mācīšanai un kā studenti novērtē mācību efektivitāti, izmantojot šos 3D objektus.
Šī sistemātiskā literatūras apskata veikšana tika veikta 2022. gada jūnijā, izmantojot PRISMA (Vēlamās ziņošanas vienības sistemātiskām apskatēm un metaanalīzēm) vadlīnijas bez laika ierobežojumiem [22].
Iekļaušanas kritēriji bija visi pētnieciskie darbi, kuros anatomijas mācīšanā/mācībās izmantota 3DPAM. Literatūras apskati, vēstules vai raksti, kas koncentrējas uz patoloģiskiem modeļiem, dzīvnieku modeļiem, arheoloģiskajiem modeļiem un medicīniskās/ķirurģiskās apmācības modeļiem, tika izslēgti. Tika atlasīti tikai angļu valodā publicēti raksti. Tika izslēgti raksti bez pieejamām tiešsaistes kopsavilkumiem. Tika iekļauti raksti, kuros bija iekļauti vairāki modeļi, no kuriem vismaz viens bija anatomiski normāls vai ar nelielu patoloģiju, kas neietekmēja mācību vērtību.
Elektroniskajā datubāzē PubMed (Nacionālā medicīnas bibliotēka, NCBI) tika veikta literatūras meklēšana, lai identificētu atbilstošos pētījumus, kas publicēti līdz 2022. gada jūnijam. Izmantojiet šādus meklēšanas terminus: izglītība, skola, mācīšana, mācīšanās, mācīšanās, izglītība, trīsdimensiju, 3D, 3D, drukāšana, drukāšana, drukāšana, anatomija, anatomija un anatomija. Tika izpildīts viens vaicājums: (((education[Nosaukums/Kopsavilkums] VAI school[Nosaukums/Kopsavilkums] VAIlearning[Nosaukums/Kopsavilkums] VAI teaching[Nosaukums/Kopsavilkums] VAI training[Nosaukums/Kopsavilkums] VAI Reach[Nosaukums/Kopsavilkums] ] VAI Education [Nosaukums/Kopsavilkums]) AND (Trīs dimensijas [Nosaukums] VAI 3D [Nosaukums] VAI 3D [Nosaukums])) AND (Print [Nosaukums] VAI Print [Nosaukums] VAI Print [Nosaukums])) AND (Anatomija) [Nosaukums] ]/abstract] vai anatomy [nosaukums/kopsavilkums] vai anatomy [nosaukums/kopsavilkums]). Papildu raksti tika identificēti, manuāli meklējot PubMed datubāzē un pārskatot citu zinātnisku rakstu atsauces. Datuma ierobežojumi netika piemēroti, bet tika izmantots filtrs “Persona”.
Visus iegūtos nosaukumus un kopsavilkumus atbilstoši iekļaušanas un izslēgšanas kritērijiem pārbaudīja divi autori (EBR un AL), un visi pētījumi, kas neatbilda visiem atbilstības kritērijiem, tika izslēgti. Atlikušo pētījumu pilna teksta publikācijas ieguva un pārskatīja trīs autori (EBR, EBE un AL). Vajadzības gadījumā domstarpības rakstu atlasē risināja ceturtā persona (LT). Šajā pārskatā tika iekļautas publikācijas, kas atbilda visiem iekļaušanas kritērijiem.
Datu ieguvi neatkarīgi veica divi autori (EBR un AL) trešā autora (LT) uzraudzībā.
- Modeļa dizaina dati: anatomiskie reģioni, specifiskas anatomiskās daļas, sākotnējais modelis 3D drukāšanai, iegūšanas metode, segmentācijas un modelēšanas programmatūra, 3D printera tips, materiāla tips un daudzums, drukāšanas mērogs, krāsa, drukāšanas izmaksas.
- Modeļu morfoloģiskais novērtējums: salīdzināšanai izmantotie modeļi, ekspertu/skolotāju medicīniskā novērtēšana, vērtētāju skaits, novērtēšanas veids.
- Mācību 3D modelis: studentu zināšanu novērtēšana, novērtēšanas metode, studentu skaits, salīdzināšanas grupu skaits, studentu nejaušināšana, izglītība/studentu tips.
MEDLINE sistēmā tika identificēti 418 pētījumi, un 139 raksti tika izslēgti, izmantojot “cilvēka” filtru. Pēc nosaukumu un kopsavilkumu pārskatīšanas pilna teksta lasīšanai tika atlasīti 103 pētījumi. 34 raksti tika izslēgti, jo tie bija vai nu patoloģiski modeļi (9 raksti), medicīniskās/ķirurģiskās apmācības modeļi (4 raksti), dzīvnieku modeļi (4 raksti), 3D radioloģiskie modeļi (1 raksts), vai nebija oriģināli zinātniski raksti (16 nodaļas). Kopumā pārskatā tika iekļauti 68 raksti. 1. attēlā atlases process ir parādīts kā blokshēma.
Blokshēma, kurā apkopota rakstu identificēšana, atlase un iekļaušana šajā sistemātiskajā pārskatā
Visi pētījumi tika publicēti laikā no 2014. līdz 2022. gadam, un vidējais publicēšanas gads bija 2019. gads. No 68 iekļautajiem rakstiem 33 (49%) pētījumi bija aprakstoši un eksperimentāli, 17 (25%) bija tīri eksperimentāli un 18 (26%) bija eksperimentāli. Tīri aprakstoši. No 50 (73%) eksperimentālajiem pētījumiem 21 (31%) izmantoja randomizāciju. Tikai 34 pētījumos (50%) bija iekļauta statistiskā analīze. 1. tabulā ir apkopots katra pētījuma raksturojums.
33 rakstos (48%) tika pētīts galvas reģions, 19 rakstos (28%) – krūšu kurvja reģions, 17 rakstos (25%) – vēdera un iegurņa reģions, un 15 rakstos (22%) – ekstremitātes. Piecdesmit vienā rakstā (75%) kā anatomiski modeļi vai daudzslāņu anatomiski modeļi tika minēti 3D drukāti kauli.
Attiecībā uz 3DPAM izstrādē izmantotajiem avota modeļiem vai failiem 23 rakstos (34%) tika minēta pacientu datu izmantošana, 20 rakstos (29%) – līķu datu izmantošana un 17 rakstos (25%) – datubāzu izmantošana, un 7 pētījumos (10%) netika atklāts izmantoto dokumentu avots.
47 pētījumos (69%) tika izstrādāta 3DPAM metode, kuras pamatā ir datortomogrāfija, un 3 pētījumos (4%) tika ziņots par mikroDT izmantošanu. 7 rakstos (10%) 3D objekti tika projicēti, izmantojot optiskos skenerus, 4 rakstos (6%) — izmantojot MRI, un 1 rakstā (1%) — izmantojot kameras un mikroskopus. 14 rakstos (21%) netika minēts 3D modeļa dizaina avota failu avots. 3D faili tiek izveidoti ar vidējo telpisko izšķirtspēju, kas mazāka par 0,5 mm. Optimālā izšķirtspēja ir 30 μm [80], bet maksimālā izšķirtspēja — 1,5 mm [32].
Tika izmantotas sešdesmit dažādas programmatūras lietojumprogrammas (segmentācijai, modelēšanai, projektēšanai vai drukāšanai). Visbiežāk tika izmantota Mimics (Materialise, Lēvena, Beļģija) (14 pētījumi, 21%), kam sekoja MeshMixer (Autodesk, Sanrafaela, Kalifornija) (13 pētījumi, 19%), Geomagic (3D System, Misūri, Ziemeļkarolīna, Līsvila) (10 pētījumi, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Bostona, Masačūsetsa) (9 pētījumi, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdama, Nīderlande) (8 pētījumi, 12%) un CURA (Geldemarsena, Nīderlande) (7 pētījumi, 10%).
Tiek minēti sešdesmit septiņi dažādi printeru modeļi un pieci drukas procesi. FDM (kausētās uzklāšanas modelēšanas) tehnoloģija tika izmantota 26 izstrādājumos (38%), materiālu strūklošana — 13 izstrādājumos (19%) un visbeidzot saistvielu strūklošana (11 izstrādājumos, 16%). Visretāk izmantotās tehnoloģijas ir stereolitogrāfija (SLA) (5 izstrādājumi, 7%) un selektīvā lāzera saķepināšana (SLS) (4 izstrādājumi, 6%). Visbiežāk izmantotais printeris (7 izstrādājumi, 10%) ir Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izraēla) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Norādot materiālus, kas izmantoti 3DPAM izgatavošanai (51 izstrādājums, 75%), 48 pētījumos (71%) tika izmantota plastmasa un tās atvasinājumi. Galvenie izmantotie materiāli bija PLA (polipienskābe) (n = 20, 29%), sveķi (n = 9, 13%) un ABS (akrilnitrila butadiēna stirols) (7 veidi, 10%). 23 izstrādājumos (34%) tika pētīti 3DPAM, kas izgatavoti no vairākiem materiāliem, 36 izstrādājumos (53%) tika prezentēts 3DPAM, kas izgatavots tikai no viena materiāla, un 9 izstrādājumos (13%) materiāls netika norādīts.
Divdesmit deviņos rakstos (43 %) tika ziņots par drukas attiecībām no 0,25:1 līdz 2:1, vidēji sasniedzot 1:1. Divdesmit piecos rakstos (37 %) tika izmantota attiecība 1:1. 28 3DPAM (41 %) sastāvēja no vairākām krāsām, un 9 (13 %) tika iekrāsoti pēc drukāšanas [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trīsdesmit četros rakstos (50 %) bija minētas izmaksas. 9 rakstos (13 %) bija minētas 3D printeru un izejvielu izmaksas. Printeru cenas svārstās no 302 līdz 65 000 USD. Norādītas modeļu cenas ir no 1,25 līdz 2800 USD; šīs galējās vērtības atbilst skeleta paraugiem [47] un augstas precizitātes retroperitoneāliem modeļiem [48]. 2. tabulā ir apkopoti katra iekļautā pētījuma modeļa dati.
Trīsdesmit septiņos pētījumos (54%) tika salīdzināts 3DAPM ar atsauces modeli. Starp šiem pētījumiem visbiežāk izmantotais salīdzinājuma modelis bija anatomisks atsauces modelis, kas tika izmantots 14 rakstos (38%), plastinēti preparāti 6 rakstos (16%) un plastinēti preparāti 6 rakstos (16%). Virtuālās realitātes izmantošana, datortomogrāfijas attēlveidošana vienā 3DPAM 5 rakstos (14%), citā 3DPAM 3 rakstos (8%), nopietnās spēles 1 rakstā (3%), rentgenogrammas 1 rakstā (3%), biznesa modeļi 1 rakstā (3%) un papildinātā realitāte 1 rakstā (3%). Trīsdesmit četros (50%) pētījumos tika novērtēts 3DPAM. Piecpadsmit (48%) pētījumos tika detalizēti aprakstīta vērtētāju pieredze (3. tabula). 3DPAM veica ķirurgi vai ārstējošie ārsti 7 pētījumos (47%), anatomijas speciālisti 6 pētījumos (40%), studenti 3 pētījumos (20%), pasniedzēji (disciplīna nav norādīta) 3 pētījumos (20%) novērtēšanai un vēl viens vērtētājs rakstā (7%). Vidējais vērtētāju skaits ir 14 (vismaz 2, ne vairāk kā 30). Trīsdesmit trīs pētījumos (49%) 3DPAM morfoloģija tika novērtēta kvalitatīvi, un 10 pētījumos (15%) 3DPAM morfoloģija tika novērtēta kvantitatīvi. No 33 pētījumiem, kuros tika izmantoti kvalitatīvi novērtējumi, 16 izmantoja tīri aprakstošus novērtējumus (48%), 9 izmantoja testus/vērtējumus/aptaujas (27%) un 8 izmantoja Likerta skalas (24%). 3. tabulā ir apkopoti modeļu morfoloģiskie novērtējumi katrā iekļautajā pētījumā.
Trīsdesmit trīs (48%) rakstos tika pētīta un salīdzināta 3DPAM mācīšanas efektivitāte studentiem. No šiem pētījumiem 23 (70%) rakstos tika novērtēta studentu apmierinātība, 17 (51%) tika izmantotas Likerta skalas un 6 (18%) tika izmantotas citas metodes. Divdesmit divos rakstos (67%) tika novērtēta studentu mācīšanās, izmantojot zināšanu pārbaudes, no kurām 10 (30%) tika izmantoti priekštesti un/vai pēctesti. Vienpadsmit pētījumos (33%) tika izmantoti jautājumi un testi ar atbilžu variantiem, lai novērtētu studentu zināšanas, un piecos pētījumos (15%) tika izmantota attēlu marķēšana/anatomiskā identifikācija. Katrā pētījumā piedalījās vidēji 76 studenti (vismaz 8, ne vairāk kā 319). Divdesmit četros pētījumos (72%) bija kontroles grupa, no kuriem 20 (60%) tika izmantota nejaušināšana. Turpretī vienā pētījumā (3%) nejauši tika piešķirti anatomiskie modeļi 10 dažādiem studentiem. Vidēji tika salīdzinātas 2,6 grupas (vismaz 2, ne vairāk kā 10). Divdesmit trīs pētījumos (70%) piedalījās medicīnas studenti, no kuriem 14 (42%) bija pirmā kursa medicīnas studenti. Sešos (18%) pētījumos piedalījās rezidenti, 4 (12%) zobārstniecības studenti un 3 (9%) dabaszinātņu studenti. Sešos pētījumos (18%) tika ieviesta un novērtēta autonomā mācīšanās, izmantojot 3DPAM. 4. tabulā ir apkopoti 3DPAM mācību efektivitātes novērtējuma rezultāti katram iekļautajam pētījumam.
Autori ziņo, ka galvenās 3DPAM izmantošanas priekšrocības kā mācību līdzekli normālas cilvēka anatomijas apguvei ir vizuālās un taustes īpašības, tostarp reālisms [55, 67], precizitāte [44, 50, 72, 85] un konsekvences mainīgums [34]. , 45, 48, 64], krāsa un caurspīdīgums [28, 45], uzticamība [24, 56, 73], izglītojošais efekts [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], izmaksas [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproducējamība [80], uzlabošanas vai personalizācijas iespēja [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], spēja manipulēt ar studentiem [30, 49], mācību laika ietaupīšana [61, 80], uzglabāšanas vienkāršība [61], spēja integrēt funkcionālo anatomiju vai izveidot specifiskas struktūras [51, 53], 67], ātra modeļu skeleta izstrāde [81], spēja kopīgi veidot un izmantot māju modeļus [49, 60, 71], uzlabotas garīgās rotācijas spējas [23] un zināšanu iegaumēšana [32], kā arī skolotāja [25, 63] un studentu apmierinātība [25, 63]. 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Galvenie trūkumi ir saistīti ar dizainu: stingrība [80], konsekvence [28, 62], detaļu vai caurspīdīguma trūkums [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], pārāk spilgtas krāsas [45] un grīdas trauslums [71]. Citi trūkumi ietver informācijas zudumu [30, 76], ilgu laiku, kas nepieciešams attēlu segmentācijai [36, 52, 57, 58, 74], drukāšanas laiku [57, 63, 66, 67], anatomiskās mainības trūkumu [25] un augstas izmaksas [48].
Šajā sistemātiskajā pārskatā ir apkopoti 68 raksti, kas publicēti 9 gadu laikā, un tajā ir uzsvērta zinātnieku aprindu interese par 3DPAM kā rīku normālas cilvēka anatomijas mācīšanai. Katrs anatomiskais reģions tika pētīts un 3D drukāts. No šiem rakstiem 37 rakstos 3DPAM tika salīdzināts ar citiem modeļiem, un 33 rakstos tika novērtēta 3DPAM pedagoģiskā nozīme studentiem.
Ņemot vērā atšķirības anatomiskās 3D drukāšanas pētījumu dizainā, mēs neuzskatījām par lietderīgu veikt metaanalīzi. 2020. gadā publicētā metaanalīze galvenokārt bija vērsta uz anatomijas zināšanu testiem pēc apmācības, neanalizējot 3DPAM dizaina un ražošanas tehniskos un tehnoloģiskos aspektus [10].
Galvas reģions ir visvairāk pētīts, iespējams, tāpēc, ka tā anatomijas sarežģītība studentiem apgrūtina šī anatomiskā reģiona attēlošanu trīsdimensiju telpā, salīdzinot ar ekstremitātēm vai rumpi. Datortomogrāfija ir visbiežāk izmantotā attēlveidošanas metode. Šī metode tiek plaši izmantota, īpaši medicīnas iestādēs, taču tai ir ierobežota telpiskā izšķirtspēja un zems mīksto audu kontrasts. Šie ierobežojumi padara datortomogrāfijas skenēšanu nepiemērotu nervu sistēmas segmentācijai un modelēšanai. No otras puses, datortomogrāfija ir labāk piemērota kaulu audu segmentācijai/modelēšanai; kaulu/mīksto audu kontrasts palīdz pabeigt šīs darbības pirms anatomisko modeļu 3D drukāšanas. No otras puses, mikrodatortomogrāfija tiek uzskatīta par references tehnoloģiju telpiskās izšķirtspējas ziņā kaulu attēlveidošanā [70]. Attēlu iegūšanai var izmantot arī optiskos skenerus vai MRI. Augstāka izšķirtspēja novērš kaulu virsmu izlīdzināšanu un saglabā anatomisko struktūru smalkumu [59]. Modeļa izvēle ietekmē arī telpisko izšķirtspēju: piemēram, plastifikācijas modeļiem ir zemāka izšķirtspēja [45]. Grafikas dizaineriem ir jāizveido pielāgoti 3D modeļi, kas palielina izmaksas (no 25 līdz 150 USD stundā) [43]. Augstas kvalitātes anatomisko modeļu izveidei nepietiek tikai ar augstas kvalitātes .STL failu iegūšanu. Ir jānosaka drukas parametri, piemēram, anatomiskā modeļa orientācija uz drukas plāksnes [29]. Daži autori iesaka, ka, kur vien iespējams, jāizmanto progresīvas drukas tehnoloģijas, piemēram, SLS, lai uzlabotu 3DPAM precizitāti [38]. 3DPAM izveidei nepieciešama profesionāla palīdzība; vispieprasītākie speciālisti ir inženieri [72], radiologi [75], grafiskie dizaineri [43] un anatomi [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmentācijas un modelēšanas programmatūra ir svarīgi faktori precīzu anatomisko modeļu iegūšanā, taču šo programmatūras pakotņu izmaksas un sarežģītība kavē to izmantošanu. Vairākos pētījumos ir salīdzināta dažādu programmatūras pakotņu un drukāšanas tehnoloģiju izmantošana, izceļot katras tehnoloģijas priekšrocības un trūkumus [68]. Papildus modelēšanas programmatūrai ir nepieciešama arī drukāšanas programmatūra, kas ir saderīga ar izvēlēto printeri; daži autori dod priekšroku tiešsaistes 3D drukāšanai [75]. Ja tiek izdrukāts pietiekami daudz 3D objektu, ieguldījums var nest finansiālu atdevi [72].
Plastmasa ir visbiežāk izmantotais materiāls. Tās plašais tekstūru un krāsu klāsts padara to par izvēles materiālu 3DPAM. Daži autori ir slavējuši tās augsto izturību salīdzinājumā ar tradicionālajiem līķu vai pārklātajiem modeļiem [24, 56, 73]. Dažām plastmasām piemīt pat lieces vai stiepšanās īpašības. Piemēram, Filaflex ar FDM tehnoloģiju var izstiepties līdz pat 700%. Daži autori to uzskata par izvēles materiālu muskuļu, cīpslu un saišu replikācijai [63]. No otras puses, divi pētījumi ir radījuši jautājumus par šķiedru orientāciju drukāšanas laikā. Faktiski muskuļu šķiedru orientācija, ievietošana, inervācija un funkcija ir kritiski svarīgas muskuļu modelēšanā [33].
Pārsteidzoši, ka tikai dažos pētījumos ir minēts drukāšanas mērogs. Tā kā daudzi cilvēki uzskata attiecību 1:1 par standartu, autors, iespējams, izvēlējās to nepieminēt. Lai gan mērogošana ir noderīga virzītai mācīšanai lielās grupās, mērogošanas iespējamība vēl nav labi izpētīta, īpaši pieaugot klases lielumam un modeļa fiziskajam izmēram kā svarīgam faktoram. Protams, pilna izmēra svari atvieglo dažādu anatomisku elementu atrašanās vietas noteikšanu un paziņošanu pacientam, kas varētu izskaidrot, kāpēc tos bieži izmanto.
No daudzajiem tirgū pieejamajiem printeriem tie, kas izmanto PolyJet (materiālu tintes vai saistvielu tintes) tehnoloģiju, lai nodrošinātu augstas izšķirtspējas krāsu un daudzmateriālu (un līdz ar to daudztekstūru) drukāšanu, maksā no 20 000 līdz 250 000 ASV dolāru (https://www.aniwaa.com/). Šīs augstās izmaksas var ierobežot 3DPAM popularizēšanu medicīnas skolās. Papildus printera izmaksām, tintes drukāšanai nepieciešamo materiālu izmaksas ir augstākas nekā SLA vai FDM printeriem [68]. SLA vai FDM printeru cenas ir arī pieejamākas, šajā pārskatā uzskaitītajos rakstos svārstoties no 576 līdz 4999 eiro. Saskaņā ar Tripodi un kolēģu datiem, katru skeleta daļu var izdrukāt par 1,25 ASV dolāriem [47]. Vienpadsmit pētījumos secināts, ka 3D drukāšana ir lētāka nekā plastifikācija vai komerciālie modeļi [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Turklāt šie komerciālie modeļi ir izstrādāti, lai sniegtu pacientu informāciju bez pietiekamas detalizācijas anatomijas mācīšanai [80]. Šie komerciālie modeļi tiek uzskatīti par zemākas kvalitātes nekā 3DPAM [44]. Jāatzīmē, ka papildus izmantotajai drukāšanas tehnoloģijai galīgās izmaksas ir proporcionālas mērogam un līdz ar to arī 3DPAM galīgajam izmēram [48]. Šo iemeslu dēļ priekšroka tiek dota pilna izmēra mērogam [37].
Tikai vienā pētījumā 3DPAM tika salīdzināts ar komerciāli pieejamiem anatomiskiem modeļiem [72]. Līķu paraugi ir visbiežāk izmantotais 3DPAM salīdzinājuma modelis. Neskatoties uz to ierobežojumiem, līķu modeļi joprojām ir vērtīgs instruments anatomijas mācīšanā. Jānošķir autopsija, preparēšana un sausā kaula metode. Pamatojoties uz apmācības testiem, divi pētījumi parādīja, ka 3DPAM bija ievērojami efektīvāka nekā plastinēta preparēšana [16, 27]. Vienā pētījumā tika salīdzināta vienas stundas apmācība, izmantojot 3DPAM (apakšējās ekstremitātes), ar vienas stundas ilgu tā paša anatomiskā apgabala preparēšanu [78]. Starp abām mācību metodēm nebija būtisku atšķirību. Visticamāk, ka par šo tēmu ir maz pētījumu, jo šādus salīdzinājumus ir grūti veikt. Preparēšana ir laikietilpīga sagatavošanās studentiem. Dažreiz ir nepieciešamas desmitiem stundu sagatavošanās atkarībā no tā, kas tiek gatavots. Trešo salīdzinājumu var veikt ar sausajiem kauliem. Tsai un Smith pētījumā tika atklāts, ka testa rezultāti bija ievērojami labāki grupā, kas izmantoja 3DPAM [51, 63]. Čens un viņa kolēģi atzīmēja, ka studenti, kuri izmantoja 3D modeļus, labāk uzrādīja struktūru (galvaskausu) identificēšanu, bet MCQ rezultātos atšķirības nebija [69]. Visbeidzot, Taners un viņa kolēģi šajā grupā uzrādīja labākus rezultātus pēc testa, izmantojot pterygopalatine fossa 3DPAM [46]. Šajā literatūras pārskatā tika identificēti arī citi jauni mācību rīki. Visizplatītākie no tiem ir papildinātā realitāte, virtuālā realitāte un nopietnās spēles [43]. Saskaņā ar Mahrousa un viņa kolēģu teikto, anatomisko modeļu izvēle ir atkarīga no stundu skaita, ko studenti spēlē videospēles [31]. No otras puses, jaunu anatomijas mācību rīku būtisks trūkums ir haptiskā atgriezeniskā saite, īpaši tīri virtuāliem rīkiem [48].
Lielākajā daļā pētījumu, kuros tiek vērtēta jaunā 3DPAM metode, ir izmantotas zināšanu pārbaudes. Šīs pārbaudes palīdz izvairīties no neobjektivitātes novērtējumā. Daži autori pirms eksperimentālu pētījumu veikšanas izslēdz visus studentus, kuru vērtējums provizoriskajā testā pārsniedza vidējo rādītāju [40]. Starp Garasa un kolēģu minētajām neobjektivitātēm bija modeļa krāsa un brīvprātīgo atlase studentu klasē [61]. Krāsošana atvieglo anatomisko struktūru identificēšanu. Čens un kolēģi izveidoja stingrus eksperimentālos apstākļus bez sākotnējām atšķirībām starp grupām, un pētījums tika maksimāli akls [69]. Lims un kolēģi iesaka, lai pēcpārbaudes novērtējumu veiktu trešā persona, lai izvairītos no neobjektivitātes novērtējumā [16]. Dažos pētījumos ir izmantotas Likerta skalas, lai novērtētu 3DPAM iespējamību. Šis instruments ir piemērots apmierinātības novērtēšanai, taču joprojām pastāv svarīgas neobjektivitātes, kas jāņem vērā [86].
3DPAM izglītojošā nozīme galvenokārt tika vērtēta medicīnas studentu, tostarp pirmā kursa medicīnas studentu, vidū 14 no 33 pētījumiem. Savā pilotpētījumā Vilks un viņa kolēģi ziņoja, ka medicīnas studenti uzskata, ka 3D drukāšana jāiekļauj viņu anatomijas apguvē [87]. 87% no Cercenelli pētījumā aptaujātajiem studentiem uzskatīja, ka otrais studiju gads ir labākais laiks 3DPAM izmantošanai [84]. Tannera un kolēģu rezultāti arī parādīja, ka studentiem labāki rezultāti bija tiem, kuri nekad nebija studējuši šo jomu [46]. Šie dati liecina, ka pirmais medicīnas skolas gads ir optimālais laiks, lai iekļautu 3DPAM anatomijas mācīšanā. Je metaanalīze apstiprināja šo ideju [18]. Visos 27 pētījumā iekļautajos rakstos bija ievērojamas atšķirības 3DPAM veiktspējā, salīdzinot ar tradicionālajiem modeļiem, medicīnas studentu, bet ne rezidentu vidū.
3DPAM kā mācību līdzeklis uzlabo akadēmiskos sasniegumus [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], ilgtermiņa zināšanu iegaumēšanu [32] un studentu apmierinātību [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Ekspertu grupas arī atzina šos modeļus par noderīgiem [37, 42, 49, 81, 82], un divos pētījumos tika konstatēta skolotāju apmierinātība ar 3DPAM [25, 63]. No visiem avotiem Bekhauss un viņa kolēģi uzskata, ka 3D drukāšana ir labākā alternatīva tradicionālajiem anatomiskajiem modeļiem [49]. Savā pirmajā metaanalīzē Je un viņa kolēģi apstiprināja, ka studentiem, kuri saņēma 3DPAM instrukcijas, bija labāki pēcpārbaudes rezultāti nekā studentiem, kuri saņēma 2D vai līķu instrukcijas [10]. Tomēr viņi diferencēja 3DPAM nevis pēc sarežģītības, bet vienkārši pēc sirds, nervu sistēmas un vēdera dobuma. Septiņos pētījumos 3DPAM neuzrādīja labākus rezultātus nekā citi modeļi, kas balstīti uz studentiem veiktajām zināšanu pārbaudēm [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Savā metaanalīzē Salazars un viņa kolēģi secināja, ka 3DPAM izmantošana īpaši uzlabo sarežģītas anatomijas izpratni [17]. Šī koncepcija atbilst Hitasa vēstulei redaktoram [88]. Dažām anatomiskām zonām, kas tiek uzskatītas par mazāk sarežģītām, 3DPAM izmantošana nav nepieciešama, savukārt sarežģītākām anatomiskām zonām (piemēram, kaklam vai nervu sistēmai) 3DPAM būtu loģiska izvēle. Šī koncepcija var izskaidrot, kāpēc daži 3DPAM netiek uzskatīti par pārākiem par tradicionālajiem modeļiem, īpaši, ja studentiem trūkst zināšanu jomā, kurā modeļa veiktspēja ir atzīta par labāku. Tādējādi vienkārša modeļa prezentēšana studentiem, kuriem jau ir zināmas zināšanas par attiecīgo priekšmetu (medicīnas studentiem vai rezidentiem), nepalīdz uzlabot studentu sniegumu.
No visiem uzskaitītajiem izglītojošajiem ieguvumiem 11 pētījumos tika uzsvērtas modeļu vizuālās vai taustes īpašības [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], un 3 pētījumos tika uzlabota izturība un ilgmūžība (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Citas priekšrocības ir tādas, ka studenti var manipulēt ar konstrukcijām, skolotāji var ietaupīt laiku, tās ir vieglāk saglabāt nekā līķus, projektu var pabeigt 24 stundu laikā, to var izmantot kā mājmācības rīku un to var izmantot liela informācijas apjoma mācīšanai. grupas [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Atkārtota 3D drukāšana liela apjoma anatomijas apmācībai padara 3D drukāšanas modeļus rentablākus [26]. 3DPAM izmantošana var uzlabot garīgās rotācijas spējas [23] un uzlabot šķērsgriezuma attēlu interpretāciju [23, 32]. Divos pētījumos tika atklāts, ka studentiem, kas pakļauti 3DPAM iedarbībai, bija lielāka iespēja veikt ķirurģiskas operācijas [40, 74]. Metāla savienotājus var iestrādāt, lai radītu kustību, kas nepieciešama funkcionālās anatomijas izpētei [51, 53], vai arī modeļus var izdrukāt, izmantojot sprūda dizainus [67].
3D drukāšana ļauj izveidot regulējamus anatomiskus modeļus, uzlabojot noteiktus aspektus modelēšanas posmā [48, 80], izveidojot piemērotu pamatni, [59] apvienojot vairākus modeļus, [36] izmantojot caurspīdīgumu, (49) krāsu, [45] vai padarot redzamas noteiktas iekšējās struktūras [30]. Tripodi un kolēģi izmantoja skulptūru mālu, lai papildinātu savus 3D drukātos kaulu modeļus, uzsverot kopīgi radīto modeļu vērtību kā mācību līdzekļus [47]. 9 pētījumos krāsa tika uzklāta pēc drukāšanas [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], bet studenti to pielietoja tikai vienu reizi [49]. Diemžēl pētījumā netika izvērtēta modeļa apmācības kvalitāte vai apmācības secība. Tas būtu jāņem vērā anatomijas izglītības kontekstā, jo jauktas mācīšanās un kopīgas radīšanas priekšrocības ir labi pierādītas [89]. Lai tiktu galā ar pieaugošo reklāmas aktivitāti, pašmācība ir daudzkārt izmantota modeļu novērtēšanai [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Vienā pētījumā tika secināts, ka plastmasas materiāla krāsa ir pārāk spilgta [45], citā pētījumā tika secināts, ka modelis ir pārāk trausls [71], un vēl divi pētījumi norādīja uz anatomiskas mainības trūkumu atsevišķu modeļu dizainā [25, 45]. Septiņos pētījumos tika secināts, ka 3DPAM anatomiskā detalizācija ir nepietiekama [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Detalizētākiem lielu un sarežģītu reģionu, piemēram, retroperitoneālā vai kakla reģiona, anatomiskiem modeļiem segmentācijas un modelēšanas laiks tiek uzskatīts par ļoti ilgu, un izmaksas ir ļoti augstas (apmēram 2000 ASV dolāru) [27, 48]. Hojo un kolēģi savā pētījumā ziņoja, ka iegurņa anatomiskā modeļa izveide aizņēma 40 stundas [42]. Visilgākais segmentācijas laiks bija 380 stundas Weatherola un kolēģu pētījumā, kurā vairāki modeļi tika apvienoti, lai izveidotu pilnīgu pediatrisko elpceļu modeli [36]. Deviņos pētījumos segmentācijas un drukāšanas laiks tika uzskatīts par trūkumu [36, 42, 57, 58, 74]. Tomēr 12 pētījumos tika kritizētas modeļu fizikālās īpašības, jo īpaši to konsekvence, [28, 62] caurspīdīguma trūkums, [30] trauslums un monohromatiskums, [71] mīksto audu trūkums, [66] vai detaļu trūkums [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Šos trūkumus var novērst, palielinot segmentācijas vai simulācijas laiku. Atbilstošas informācijas zaudēšana un atgūšana bija problēma, ar kuru saskārās trīs komandas [30, 74, 77]. Saskaņā ar pacientu ziņojumiem, joda kontrastvielas nenodrošināja optimālu asinsvadu redzamību devas ierobežojumu dēļ [74]. Līķu modeļa injicēšana šķiet ideāla metode, kas atkāpjas no principa "pēc iespējas mazāk" un injicētās kontrastvielas devas ierobežojumiem.
Diemžēl daudzos rakstos nav minētas dažas 3DPAM galvenās iezīmes. Mazāk nekā puse rakstu skaidri norādīja, vai to 3DPAM ir tonēts. Drukas apjoma pārklājums bija nekonsekvents (43% rakstu), un tikai 34% minēja vairāku mediju izmantošanu. Šie drukāšanas parametri ir kritiski svarīgi, jo tie ietekmē 3DPAM mācīšanās īpašības. Lielākā daļa rakstu nesniedz pietiekamu informāciju par 3DPAM iegūšanas sarežģītību (izstrādes laiks, personāla kvalifikācija, programmatūras izmaksas, drukāšanas izmaksas utt.). Šī informācija ir kritiski svarīga un jāņem vērā, pirms apsverat jauna 3DPAM izstrādes projekta uzsākšanu.
Šis sistemātiskais pārskats parāda, ka normālu anatomisku modeļu projektēšana un 3D drukāšana ir iespējama ar zemām izmaksām, īpaši, izmantojot FDM vai SLA printerus un lētus vienkrāsainus plastmasas materiālus. Tomēr šos pamata dizainus var uzlabot, pievienojot krāsas vai pievienojot dizainus no dažādiem materiāliem. Reālistiskākiem modeļiem (drukātiem, izmantojot vairākus dažādu krāsu un tekstūru materiālus, lai precīzi atkārtotu līķa atsauces modeļa taustes īpašības) ir nepieciešamas dārgākas 3D drukāšanas tehnoloģijas un ilgāks projektēšanas laiks. Tas ievērojami palielinās kopējās izmaksas. Neatkarīgi no izvēlētā drukāšanas procesa, atbilstošas attēlveidošanas metodes izvēle ir 3DPAM panākumu atslēga. Jo augstāka ir telpiskā izšķirtspēja, jo reālistiskāks kļūst modelis un to var izmantot progresīviem pētījumiem. No pedagoģiskā viedokļa 3DPAM ir efektīvs instruments anatomijas mācīšanā, ko apliecina studentiem veiktās zināšanu pārbaudes un viņu apmierinātība. 3DPAM mācību efekts ir vislabākais, ja tas atveido sarežģītus anatomiskus reģionus, un studenti to izmanto jau medicīniskās apmācības sākumā.
Pašreizējā pētījumā ģenerētie un/vai analizētie datu kopumi nav publiski pieejami valodas barjeru dēļ, bet ir pieejami no atbilstošā autora pēc saprātīga pieprasījuma.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Pārskats par rupjās anatomijas, mikroanatomijas, neirobioloģijas un embrioloģijas kursiem ASV medicīnas skolu mācību programmās. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Gošs SK. Līķu preparēšana kā mācību līdzeklis anatomijas zinātnē 21. gadsimtā: Preparēšana kā mācību līdzeklis. Zinātnes izglītības analīze. 2017;10(3):286–99.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 1. novembris