Trimačiai spausdinti anatominiai modeliai (3DPAM) atrodo tinkama priemonė dėl savo edukacinės vertės ir įgyvendinamumo. Šios apžvalgos tikslas – aprašyti ir išanalizuoti metodus, naudojamus kuriant 3DPAM žmogaus anatomijos mokymui, ir įvertinti jų pedagoginį indėlį.
Elektroninė paieška buvo atlikta „PubMed“ duomenų bazėje, naudojant šiuos terminus: išsilavinimas, mokykla, mokymasis, mokymas, mokymas, švietimas, trimatis, 3D, 3-dimensinis, spausdinimas, spausdinimas, anatomija, anatomija ir anatomija. Rezultatai apėmė tyrimo charakteristikas, modelio dizainą, morfologinį vertinimą, edukacinius rezultatus, stipriąsias ir silpnąsias puses.
Iš 68 atrinktų straipsnių daugiausia tyrimų buvo skirta kaukolės sričiai (33 straipsniai); 51 straipsnyje minimas kaulų spausdinimas. 47 straipsniuose 3DPAM buvo sukurtas remiantis kompiuterine tomografija. Išvardyti penki spausdinimo procesai. 48 tyrimuose buvo naudojami plastikai ir jų dariniai. Kiekvieno dizaino kaina svyruoja nuo 1,25 iki 2800 USD. Trisdešimt septyniuose tyrimuose 3DPAM buvo lyginamas su etaloniniais modeliais. Trisdešimt trijuose straipsniuose buvo nagrinėjama edukacinė veikla. Pagrindiniai privalumai yra vizualinė ir lytėjimo kokybė, mokymosi efektyvumas, pakartojamumas, pritaikomumas ir judrumas, laiko taupymas, funkcinės anatomijos integravimas, geresnės minties rotacijos galimybės, žinių įsiminimas ir mokytojų / mokinių pasitenkinimas. Pagrindiniai trūkumai susiję su dizainu: nuoseklumas, detalių trūkumas ar skaidrumas, per ryškios spalvos, ilgas spausdinimo laikas ir didelė kaina.
Ši sisteminė apžvalga rodo, kad 3D spausdinimo metodas (3DPAM) yra ekonomiškai efektyvus ir veiksmingas anatomijos mokymui. Realistiškesniems modeliams reikalingos brangesnės 3D spausdinimo technologijos ir ilgesnis projektavimo laikas, o tai žymiai padidins bendras išlaidas. Svarbiausia yra pasirinkti tinkamą vaizdavimo metodą. Pedagoginiu požiūriu, 3D spausdinimo metodas yra veiksminga anatomijos mokymo priemonė, teigiamai veikianti mokymosi rezultatus ir didinanti pasitenkinimą. 3D spausdinimo metodo mokomasis poveikis yra geriausias, kai jis atkuria sudėtingas anatomines sritis ir studentai jį naudoja ankstyvosiose medicininės studijos stadijose.
Gyvūnų lavonų skrodimas atliekamas nuo senovės Graikijos ir yra vienas pagrindinių anatomijos mokymo metodų. Lavonų skrodimai, atliekami praktinio mokymo metu, yra naudojami universitetų medicinos studentų teorinėje programoje ir šiuo metu laikomi auksiniu anatomijos studijų standartu [1, 2, 3, 4, 5]. Tačiau yra daug kliūčių, trukdančių naudoti žmonių lavonų mėginius, todėl ieškoma naujų mokymo priemonių [6, 7]. Kai kurios iš šių naujų priemonių apima papildytąją realybę, skaitmeninius įrankius ir 3D spausdinimą. Remiantis neseniai Santos ir kt. atlikta literatūros apžvalga [8], kalbant apie šių naujų technologijų vertę mokant anatomijos, 3D spausdinimas atrodo esąs vienas svarbiausių išteklių tiek studentų edukacinės vertės, tiek įgyvendinimo galimybių požiūriu [4, 9, 10].
3D spausdinimas nėra naujiena. Pirmieji su šia technologija susiję patentai siekia 1984 m.: A. Le Méhauté, O. De Witte ir J. C. André Prancūzijoje, o po trijų savaičių – C. Hull JAV. Nuo to laiko technologija toliau vystėsi, o jos naudojimas išsiplėtė į daugelį sričių. Pavyzdžiui, NASA 2014 m. atspausdino pirmąjį objektą už Žemės ribų [11]. Medicinos sritis taip pat pritaikė šį naują įrankį, taip padidindama norą kurti personalizuotą mediciną [12].
Daugelis autorių įrodė 3D spausdintų anatominių modelių (3DPAM) naudojimo naudą medicinos mokyme [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Mokant žmogaus anatomijos, reikalingi nepatologiniai ir anatomiškai normalūs modeliai. Kai kuriose apžvalgose buvo nagrinėjami patologiniai arba medicininiai / chirurginiai mokymo modeliai [8, 20, 21]. Siekdami sukurti hibridinį žmogaus anatomijos mokymo modelį, apimantį naujas priemones, tokias kaip 3D spausdinimas, atlikome sisteminę apžvalgą, kad aprašytume ir išanalizuotume, kaip kuriami 3D spausdinti objektai žmogaus anatomijos mokymui ir kaip studentai vertina mokymosi naudojant šiuos 3D objektus efektyvumą.
Ši sisteminė literatūros apžvalga atlikta 2022 m. birželio mėn. be laiko apribojimų, naudojant PRISMA (Pageidaujamų ataskaitų teikimo elementų sisteminėms apžvalgoms ir metaanalizėms) gaires [22].
Įtraukimo kriterijai buvo visi moksliniai straipsniai, kuriuose anatomijos mokymo/si procese buvo naudojama 3DPAM sistema. Literatūros apžvalgos, laiškai ar straipsniai, kuriuose daugiausia dėmesio skiriama patologiniams modeliams, gyvūnų modeliams, archeologiniams modeliams ir medicininio/chirurginio mokymo modeliams, nebuvo įtraukti. Buvo atrinkti tik anglų kalba paskelbti straipsniai. Straipsniai be internetinių santraukų buvo neįtraukti. Buvo įtraukti straipsniai, kuriuose buvo keli modeliai, iš kurių bent vienas buvo anatomiškai normalus arba turėjo nedidelę patologiją, neturinčią įtakos mokymo vertei.
Elektroninėje duomenų bazėje „PubMed“ (Nacionalinė medicinos biblioteka, NCBI) buvo atlikta literatūros paieška, siekiant rasti atitinkamus tyrimus, paskelbtus iki 2022 m. birželio mėn. Naudokite šiuos paieškos terminus: education, school, teaching, teaching, learning, teaching, education, three-dimensional, 3D, 3D, printing, printing, printing, anatomy, anatomy, anatomy ir anatomy. Buvo įvykdyta viena užklausa: (((education[Pavadinimas/Santrauka] ARBA school[Pavadinimas/Santrauka] ARBA learning[Pavadinimas/Santrauka] ARBA teaching[Pavadinimas/Santrauka] ARBA training[Pavadinimas/Santrauka] ARBA Reach[Pavadinimas/Santrauka] ] ARBA Education [Pavadinimas/Santrauka]) AND (Trys dimensijos [Pavadinimas] ARBA 3D [Pavadinimas] ARBA 3D [Pavadinimas])) AND (Print [Pavadinimas] ARBA Print [Pavadinimas] ARBA Print [Pavadinimas])) AND (Anatomija) [Pavadinimas] ]/santrauka] arba anatomija [Pavadinimas/Santrauka] arba anatomija [Pavadinimas/Santrauka]). Papildomi straipsniai buvo identifikuoti rankiniu būdu ieškant „PubMed“ duomenų bazėje ir peržiūrint kitų mokslinių straipsnių nuorodas. Datos apribojimai nebuvo taikomi, tačiau buvo naudojamas filtras „Asmuo“.
Visus gautus pavadinimus ir santraukas pagal įtraukimo ir neįtraukimo kriterijus peržiūrėjo du autoriai (EBR ir AL), o visi tyrimai, neatitikę visų tinkamumo kriterijų, buvo atmesti. Likusių tyrimų visateksčius leidinius surinko ir peržiūrėjo trys autoriai (EBR, EBE ir AL). Prireikus nesutarimus dėl straipsnių atrankos sprendė ketvirtas asmuo (LT). Į šią apžvalgą buvo įtrauktos publikacijos, kurios atitiko visus įtraukimo kriterijus.
Duomenų išgavimą atliko du autoriai (EBR ir AL), nepriklausomai, prižiūrint trečiajam autoriui (LT).
- Modelio projektavimo duomenys: anatominės sritys, specifinės anatominės dalys, pradinis 3D spausdinimo modelis, duomenų gavimo metodas, segmentavimo ir modeliavimo programinė įranga, 3D spausdintuvo tipas, medžiagos tipas ir kiekis, spausdinimo mastelis, spalva, spausdinimo kaina.
- Modelių morfologinis vertinimas: palyginimui naudojami modeliai, ekspertų / mokytojų medicininis vertinimas, vertintojų skaičius, vertinimo tipas.
- Mokymo 3D modelis: mokinių žinių vertinimas, vertinimo metodas, mokinių skaičius, palyginamųjų grupių skaičius, mokinių atsitiktinė atranka, išsilavinimas / mokinių tipas.
MEDLINE sistemoje buvo identifikuoti 418 tyrimų, o 139 straipsniai buvo atmesti naudojant „žmonių“ filtrą. Peržiūrėjus pavadinimus ir santraukas, viso teksto skaitymui buvo atrinkti 103 tyrimai. 34 straipsniai buvo atmesti, nes jie buvo patologiniai modeliai (9 straipsniai), medicininio / chirurginio mokymo modeliai (4 straipsniai), gyvūnų modeliai (4 straipsniai), 3D radiologiniai modeliai (1 straipsnis) arba nebuvo originalūs moksliniai straipsniai (16 skyrių). Iš viso į apžvalgą buvo įtraukti 68 straipsniai. 1 paveiksle atrankos procesas pateiktas kaip srautų diagrama.
Straipsnių identifikavimo, atrankos ir įtraukimo į šią sisteminę apžvalgą schema
Visi tyrimai buvo paskelbti 2014–2022 m., o vidutiniai publikavimo metai buvo 2019 m. Iš 68 įtrauktų straipsnių 33 (49 %) tyrimai buvo aprašomieji ir eksperimentiniai, 17 (25 %) – grynai eksperimentiniai, o 18 (26 %) – eksperimentiniai. Grynai aprašomieji. Iš 50 (73 %) eksperimentinių tyrimų 21 (31 %) taikė atsitiktinės atrankos metodą. Tik 34 tyrimuose (50 %) buvo atlikta statistinė analizė. 1 lentelėje apibendrintos kiekvieno tyrimo charakteristikos.
33 straipsniuose (48 %) buvo nagrinėjama galvos sritis, 19 straipsnių (28 %) – krūtinės ląstos sritis, 17 straipsnių (25 %) – pilvo ir dubens sritis, o 15 straipsnių (22 %) – galūnės. Penkiasdešimt viename straipsnyje (75 %) buvo minimi 3D spausdinti kaulai kaip anatominiai modeliai arba daugiasluoksniai anatominiai modeliai.
Kalbant apie šaltinių modelius ar failus, naudotus kuriant 3DPAM, 23 straipsniuose (34 %) buvo paminėtas pacientų duomenų naudojimas, 20 straipsnių (29 %) – lavonų duomenų naudojimas, 17 straipsnių (25 %) – duomenų bazių naudojimas, o 7 tyrimuose (10 %) nebuvo atskleistas naudotų dokumentų šaltinis.
47 tyrimuose (69 %) buvo sukurta 3DPAM sistema, pagrįsta kompiuterine tomografija, o 3 tyrimuose (4 %) buvo naudojama mikroKT. 7 straipsniuose (10 %) 3D objektai buvo projektuojami naudojant optinius skaitytuvus, 4 straipsniuose (6 %) – naudojant MRT, o 1 straipsnyje (1 %) – naudojant kameras ir mikroskopus. 14 straipsnių (21 %) nebuvo nurodytas 3D modelio projektavimo šaltinio failų šaltinis. 3D failai kuriami vidutine erdvine skiriamąja geba, mažesne nei 0,5 mm. Optimali skiriamoji geba yra 30 μm [80], o maksimali – 1,5 mm [32].
Buvo naudotos šešiasdešimt skirtingų programinės įrangos programų (segmentavimo, modeliavimo, projektavimo ar spausdinimo). Dažniausiai buvo naudojama „Mimics“ („Materialise“, Leuvenas, Belgija) (14 tyrimų, 21 %), po jos sekė „MeshMixer“ („Autodesk“, San Rafaelis, Kalifornija) (13 tyrimų, 19 %), „Geomagic“ („3D System“, Misūris, Šiaurės Karolina, Lisvilis) (10 tyrimų, 15 %), „3D Slicer“ („Slicer Developer Training“, Bostonas, Masačusetsas) (9 tyrimai, 13 %), „Blender“ („Blender Foundation“, Amsterdamas, Nyderlandai) (8 tyrimai, 12 %) ir „CURA“ („Geldemarsen“, Nyderlandai) (7 tyrimai, 10 %).
Minimi šešiasdešimt septyni skirtingi spausdintuvų modeliai ir penki spausdinimo procesai. FDM (lydyto nusodinimo modeliavimo) technologija buvo naudojama 26 gaminiuose (38 %), medžiagų srautinis valymas – 13 gaminių (19 %) ir galiausiai rišiklio srautinis valymas (11 gaminių, 16 %). Mažiausiai naudojamos technologijos yra stereolitografija (SLA) (5 gaminiai, 7 %) ir selektyvus lazerinis sukepinimas (SLS) (4 gaminiai, 6 %). Dažniausiai naudojamas spausdintuvas (7 gaminiai, 10 %) yra „Connex 500“ („Stratasys“, Rehovotas, Izraelis) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Nurodant medžiagas, naudotas 3DPAM gamybai (51 gaminys, 75 %), 48 tyrimuose (71 %) buvo naudojami plastikai ir jų dariniai. Pagrindinės naudotos medžiagos buvo PLA (polilaktinė rūgštis) (n = 20, 29 %), derva (n = 9, 13 %) ir ABS (akrilnitrilo butadieno stirenas) (7 tipai, 10 %). 23 gaminiuose (34 %) buvo tiriami iš kelių medžiagų pagaminti 3DPAM, 36 gaminiuose (53 %) buvo pateikti 3DPAM, pagaminti tik iš vienos medžiagos, o 9 gaminiuose (13 %) medžiaga nebuvo nurodyta.
Dvidešimt devyni straipsniai (43 %) nurodė spausdinimo santykį nuo 0,25:1 iki 2:1, o vidurkis – 1:1. Dvidešimt penki straipsniai (37 %) naudojo santykį 1:1. 28 3DPAM (41 %) buvo sudaryti iš kelių spalvų, o 9 (13 %) buvo nudažyti po spausdinimo [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trisdešimt keturiuose straipsniuose (50 %) buvo paminėtos išlaidos. 9 straipsniuose (13 %) buvo paminėtos 3D spausdintuvų ir žaliavų kainos. Spausdintuvų kainos svyruoja nuo 302 iki 65 000 USD. Nurodytos modelių kainos svyruoja nuo 1,25 iki 2 800 USD; šios ribos atitinka skeleto pavyzdžius [47] ir didelės tikslumo retroperitoninius modelius [48]. 2 lentelėje apibendrinti kiekvieno įtraukto tyrimo modelių duomenys.
Trisdešimt septyniuose tyrimuose (54 %) buvo lyginamas 3DAPM su etaloniniu modeliu. Iš šių tyrimų dažniausiai lyginamasis modelis buvo anatominis etaloninis modelis, naudotas 14 straipsnių (38 %), plastinuoti preparatai – 6 straipsniuose (16 %), plastinuoti preparatai – 6 straipsniuose (16 %). Virtualios realybės naudojimas, kompiuterinės tomografijos vaizdavimas – vienas 3DPAM – 5 straipsniuose (14 %), kitas 3DPAM – 3 straipsniuose (8 %), rimti žaidimai – 1 straipsnyje (3 %), rentgenogramos – 1 straipsnyje (3 %), verslo modeliai – 1 straipsnyje (3 %) ir papildyta realybė – 1 straipsnyje (3 %). Trisdešimt keturiuose (50 %) tyrimuose buvo vertinamas 3DPAM. Penkiolikoje (48 %) tyrimų išsamiai aprašyta vertintojų patirtis (3 lentelė). 3DPAM atliko chirurgai arba gydantys gydytojai 7 tyrimuose (47 %), anatomijos specialistai 6 tyrimuose (40 %), studentai 3 tyrimuose (20 %), dėstytojai (disciplina nenurodyta) 3 tyrimuose (20 %) vertinimui ir dar vienas vertintojas straipsnyje (7 %). Vidutinis vertintojų skaičius yra 14 (mažiausiai 2, daugiausiai 30). Trisdešimt trijuose tyrimuose (49 %) 3DPAM morfologija buvo vertinama kokybiškai, o 10 tyrimų (15 %) – kiekybiškai. Iš 33 tyrimų, kuriuose buvo naudojami kokybiniai vertinimai, 16 – grynai aprašomieji vertinimai (48 %), 9 – testai / įvertinimai / apklausos (27 %) ir 8 – Likerto skalės (24 %). 3 lentelėje apibendrinti kiekvieno įtraukto tyrimo modelių morfologiniai vertinimai.
Trisdešimt trijuose (48 %) straipsniuose buvo nagrinėjamas ir lyginamas 3DPAM mokymo studentams efektyvumas. Iš šių tyrimų 23 (70 %) straipsniuose buvo vertinamas studentų pasitenkinimas, 17 (51 %) – Likerto skalės, o 6 (18 %) – kiti metodai. Dvidešimt dviejuose straipsniuose (67 %) studentų mokymasis buvo vertinamas žinių testavimo būdu, iš kurių 10 (30 %) buvo naudojami išankstiniai ir (arba) pakartotiniai testai. Vienuolikoje tyrimų (33 %) studentų žinioms įvertinti buvo naudojami klausimai su pasirenkamaisiais atsakymais ir testai, o penkiuose tyrimuose (15 %) buvo naudojamas vaizdų žymėjimas / anatominis identifikavimas. Kiekviename tyrime dalyvavo vidutiniškai 76 studentai (mažiausiai 8, daugiausia 319). Dvidešimt keturiuose tyrimuose (72 %) buvo kontrolinė grupė, iš kurių 20 (60 %) buvo naudojama atsitiktinė atranka. Tuo tarpu viename tyrime (3 %) anatominiai modeliai buvo atsitiktinai priskirti 10 skirtingų studentų. Vidutiniškai buvo lyginamos 2,6 grupės (mažiausiai 2, daugiausia 10). Dvidešimt trijuose tyrimuose (70 %) dalyvavo medicinos studentai, iš kurių 14 (42 %) buvo pirmo kurso medicinos studentai. Šešiuose (18 %) tyrimuose dalyvavo rezidentai, 4 (12 %) odontologijos studentai ir 3 (9 %) gamtos mokslų studentai. Šešiuose tyrimuose (18 %) buvo įdiegtas ir įvertintas savarankiškas mokymasis naudojant 3DPAM. 4 lentelėje apibendrinti kiekvieno įtraukto tyrimo 3DPAM mokymo efektyvumo vertinimo rezultatai.
Pagrindiniai autorių nurodyti 3DPAM naudojimo kaip įprastos žmogaus anatomijos mokymo priemonės privalumai yra vizualinės ir lytėjimo savybės, įskaitant realizmą [55, 67], tikslumą [44, 50, 72, 85] ir nuoseklumo kintamumą [34, 45]. , 48, 64], spalva ir skaidrumas [28, 45], patvarumas [24, 56, 73], edukacinis poveikis [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], kaina [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], atkuriamumas [80], tobulinimo ar suasmeninimo galimybė [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], gebėjimas manipuliuoti mokiniais [30, 49], mokymo laiko taupymas [61, 80], saugojimo paprastumas [61], gebėjimas integruoti funkcinę anatomiją arba sukurti specifines struktūras [51, 53], 67], greitas skeleto projektavimas modelius [81], gebėjimą bendrai kurti modelius ir parsinešti juos namo [49, 60, 71], pagerinti minčių kaitos gebėjimus [23] ir žinių įsiminimą [32], taip pat poveikį mokytojui [25, 63] ir mokinių pasitenkinimui [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Pagrindiniai trūkumai susiję su dizainu: standumas [80], nuoseklumas [28, 62], detalių trūkumas arba skaidrumo trūkumas [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], per ryškios spalvos [45] ir grindų trapumas [71]. Kiti trūkumai yra informacijos praradimas [30, 76], ilgas vaizdo segmentavimo laikas [36, 52, 57, 58, 74], spausdinimo laikas [57, 63, 66, 67], anatominio kintamumo stoka [25] ir didelė kaina [48].
Šioje sisteminėje apžvalgoje apibendrinami 68 straipsniai, paskelbti per 9 metus, ir pabrėžiamas mokslo bendruomenės susidomėjimas 3DPAM modeliu (3DPAM) kaip įrankiu, skirtu mokyti normalios žmogaus anatomijos. Kiekviena anatominė sritis buvo ištirta ir 3D spausdinta. Iš šių straipsnių 37 straipsniuose 3DPAM buvo lyginamas su kitais modeliais, o 33 straipsniuose buvo vertinamas 3DPAM pedagoginis aktualumas studentams.
Atsižvelgiant į anatominių 3D spausdinimo tyrimų dizaino skirtumus, nemanėme, kad tikslinga atlikti metaanalizę. 2020 m. paskelbtoje metaanalizėje daugiausia dėmesio skirta anatominių žinių testams po mokymų, neanalizuojant techninių ir technologinių 3D spausdinimo sistemų projektavimo ir gamybos aspektų [10].
Galvos sritis yra labiausiai tiriama, tikriausiai todėl, kad dėl jos anatomijos sudėtingumo studentams sunkiau pavaizduoti šią anatominę sritį trimatėje erdvėje, palyginti su galūnėmis ar liemeniu. KT yra bene dažniausiai naudojamas vaizdavimo metodas. Ši technika yra plačiai naudojama, ypač medicinos įstaigose, tačiau jos erdvinė skiriamoji geba yra ribota, o minkštųjų audinių kontrastas mažas. Dėl šių apribojimų KT tyrimai netinka nervų sistemos segmentavimui ir modeliavimui. Kita vertus, kompiuterinė tomografija geriau tinka kaulinio audinio segmentavimui / modeliavimui; kaulų / minkštųjų audinių kontrastas padeda atlikti šiuos veiksmus prieš spausdinant anatominius modelius 3D formatu. Kita vertus, mikroKT laikoma etalonine technologija, kalbant apie erdvinę skiriamąją gebą kaulų vaizdavime [70]. Vaizdams gauti taip pat galima naudoti optinius skaitytuvus arba MRT. Didesnė skiriamoji geba neleidžia išlyginti kaulų paviršių ir išsaugo anatominių struktūrų subtilumą [59]. Modelio pasirinkimas taip pat turi įtakos erdvinei skiriamajai gebai: pavyzdžiui, plastifikavimo modeliai turi mažesnę skiriamąją gebą [45]. Grafikos dizaineriai turi kurti individualius 3D modelius, o tai padidina išlaidas (nuo 25 iki 150 USD per valandą) [43]. Norint sukurti aukštos kokybės anatominius modelius, nepakanka gauti aukštos kokybės .STL failus. Būtina nustatyti spausdinimo parametrus, tokius kaip anatominio modelio orientacija spausdinimo plokštėje [29]. Kai kurie autoriai siūlo, kad, kur tik įmanoma, reikėtų naudoti pažangias spausdinimo technologijas, tokias kaip SLS, siekiant pagerinti 3DPAM tikslumą [38]. 3DPAM gamybai reikalinga profesionali pagalba; labiausiai ieškomi specialistai yra inžinieriai [72], radiologai [75], grafikos dizaineriai [43] ir anatomai [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmentavimo ir modeliavimo programinė įranga yra svarbūs veiksniai norint gauti tikslius anatominius modelius, tačiau šių programinės įrangos paketų kaina ir sudėtingumas trukdo juos naudoti. Keliuose tyrimuose buvo lyginamas skirtingų programinės įrangos paketų ir spausdinimo technologijų naudojimas, pabrėžiant kiekvienos technologijos privalumus ir trūkumus [68]. Be modeliavimo programinės įrangos, taip pat reikalinga spausdinimo programinė įranga, suderinama su pasirinktu spausdintuvu; kai kurie autoriai teikia pirmenybę internetiniam 3D spausdinimui [75]. Jei atspausdinama pakankamai 3D objektų, investicijos gali duoti finansinę grąžą [72].
Plastikas yra bene dažniausiai naudojama medžiaga. Dėl plataus tekstūrų ir spalvų pasirinkimo jis yra tinkamiausia medžiaga 3DPAM. Kai kurie autoriai gyrė jo didelį stiprumą, palyginti su tradiciniais lavonų ar plastinuotais modeliais [24, 56, 73]. Kai kurie plastikai netgi pasižymi lenkimo ar tempimo savybėmis. Pavyzdžiui, „Filaflex“ su FDM technologija gali išsitempti iki 700 %. Kai kurie autoriai mano, kad tai tinkamiausia medžiaga raumenų, sausgyslių ir raiščių replikacijai [63]. Kita vertus, du tyrimai iškėlė klausimų apie skaidulų orientaciją spausdinimo metu. Iš tiesų, raumenų skaidulų orientacija, įterpimas, inervacija ir funkcija yra labai svarbūs raumenų modeliavime [33].
Keista, bet nedaug tyrimų mini spausdinimo mastelį. Kadangi daugelis žmonių 1:1 santykį laiko standartiniu, autorius galbūt nusprendė jo nepaminėti. Nors mastelio didinimas būtų naudingas kryptingam mokymuisi didelėse grupėse, mastelio didinimo galimybės dar nebuvo ištirtos, ypač didėjant klasių dydžiams ir modelio fiziniam dydžiui kaip svarbiam veiksniui. Žinoma, pilno dydžio svarstyklės palengvina įvairių anatominių elementų lokalizavimą ir perteikimą pacientui, o tai gali paaiškinti, kodėl jos dažnai naudojamos.
Iš daugelio rinkoje esančių spausdintuvų tie, kurie naudoja „PolyJet“ (medžiagų arba rišamųjų medžiagų rašalinio spausdintuvo) technologiją, kad būtų galima spausdinti spalvotai ir daugiasluoksniai (taigi ir daugiatekstūriai) didelės raiškos spausdintuvai, kainuoja nuo 20 000 iki 250 000 JAV dolerių (https://www.aniwaa.com/). Ši didelė kaina gali apriboti 3DPAM reklamą medicinos mokyklose. Be spausdintuvo kainos, rašaliniam spausdinimui reikalingų medžiagų kaina yra didesnė nei SLA arba FDM spausdintuvų [68]. SLA arba FDM spausdintuvų kainos taip pat yra prieinamesnės ir šioje apžvalgoje išvardytuose straipsniuose svyruoja nuo 576 iki 4 999 eurų. Pasak „Tripodi“ ir kolegų, kiekvieną skeleto dalį galima atspausdinti už 1,25 JAV dolerio [47]. Vienuolika tyrimų padarė išvadą, kad 3D spausdinimas yra pigesnis nei plastifikavimas ar komerciniai modeliai [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Be to, šie komerciniai modeliai sukurti taip, kad pateiktų paciento informaciją, neturinčią pakankamai detalių anatomijos mokymui [80]. Šie komerciniai modeliai laikomi prastesniais už 3DPAM [44]. Verta paminėti, kad, be naudojamos spausdinimo technologijos, galutinė kaina yra proporcinga masteliui ir atitinkamai galutiniam 3DPAM dydžiui [48]. Dėl šių priežasčių pirmenybė teikiama viso dydžio masteliui [37].
Tik viename tyrime 3DPAM buvo lyginamas su komerciškai prieinamais anatominiais modeliais [72]. Lavonų mėginiai yra dažniausiai naudojamas 3DPAM palyginimo metodas. Nepaisant jų apribojimų, lavonų modeliai išlieka vertinga anatomijos mokymo priemone. Reikia atskirti autopsiją, preparavimą ir sausų kaulų tyrimą. Remiantis mokymo testais, du tyrimai parodė, kad 3DPAM buvo žymiai veiksmingesnis už plastinuotą preparavimą [16, 27]. Viename tyrime buvo lyginamas vienos valandos mokymas naudojant 3DPAM (apatinės galūnės) su vienos valandos tos pačios anatominės srities preparavimu [78]. Tarp šių dviejų mokymo metodų reikšmingų skirtumų nebuvo. Tikėtina, kad šia tema yra mažai tyrimų, nes tokius palyginimus sunku atlikti. Preparavimas yra daug laiko reikalaujantis studentų pasiruošimas. Kartais reikia dešimčių valandų pasiruošimo, priklausomai nuo to, kas ruošiama. Trečias palyginimas gali būti atliekamas su sausais kaulais. Tsai ir Smith tyrimas parodė, kad testo rezultatai buvo žymiai geresni grupėje, kurioje buvo naudojama 3DPAM [51, 63]. Chen ir kolegos pastebėjo, kad studentai, naudojantys 3D modelius, geriau atpažino struktūras (kaukoles), tačiau skirtumo tarp atsakymų į klausimus su keliais atsakymų variantais nebuvo [69]. Galiausiai, Tanner ir kolegos pademonstravo geresnius šios grupės rezultatus po testo, naudodami pterygopalatininės duobės 3DPAM [46]. Šioje literatūros apžvalgoje buvo nustatytos ir kitos naujos mokymo priemonės. Dažniausios iš jų yra papildyta realybė, virtuali realybė ir rimti žaidimai [43]. Pasak Mahrous ir kolegų, anatominių modelių pasirinkimas priklauso nuo to, kiek valandų studentai žaidžia vaizdo žaidimus [31]. Kita vertus, pagrindinis naujų anatomijos mokymo priemonių trūkumas yra haptinis grįžtamasis ryšys, ypač grynai virtualių priemonių atveju [48].
Daugumoje tyrimų, vertinančių naująjį 3DPAM, buvo naudojami išankstiniai žinių testai. Šie išankstiniai testai padeda išvengti vertinimo šališkumo. Kai kurie autoriai, prieš atlikdami eksperimentinius tyrimus, neįtraukia visų studentų, kurie preliminariame teste surinko daugiau nei vidutinį balą [40]. Tarp Garaso ir kolegų paminėtų šališkumo veiksnių buvo modelio spalva ir savanorių atranka studentų klasėje [61]. Dažymas palengvina anatominių struktūrų identifikavimą. Chenas ir kolegos nustatė griežtas eksperimentines sąlygas be jokių pradinių skirtumų tarp grupių, o tyrimas buvo kiek įmanoma aklas [69]. Limas ir kolegos rekomenduoja, kad vertinimą po testo atliktų trečioji šalis, siekiant išvengti vertinimo šališkumo [16]. Kai kuriuose tyrimuose 3DPAM įgyvendinamumui įvertinti buvo naudojamos Likerto skalės. Ši priemonė tinka pasitenkinimui įvertinti, tačiau vis dar yra svarbių šališkumo veiksnių, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį [86].
3D spausdinimo modelio edukacinis aktualumas pirmiausia buvo vertinamas tarp medicinos studentų, įskaitant pirmo kurso studentus, 14 iš 33 tyrimų. Savo bandomajame tyrime Wilk ir kolegos pranešė, kad medicinos studentai mano, jog 3D spausdinimas turėtų būti įtrauktas į jų anatomijos mokymąsi [87]. 87 % Cercenelli tyrime apklaustų studentų manė, kad antrieji studijų metai yra geriausias laikas naudoti 3DPAM [84]. Tanner ir kolegų rezultatai taip pat parodė, kad studentai pasiekė geresnių rezultatų, jei niekada nebuvo studijavę šios srities [46]. Šie duomenys rodo, kad pirmieji medicinos mokyklos metai yra optimalus laikas įtraukti 3DPAM į anatomijos mokymą. Ye metaanalizė patvirtino šią idėją [18]. 27 į tyrimą įtrauktuose straipsniuose buvo reikšmingų 3DPAM ir tradicinių modelių testų balų skirtumų tarp medicinos studentų, bet ne tarp rezidentų.
3DPAM kaip mokymosi priemonė gerina akademinius pasiekimus [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], ilgalaikį žinių įsiminimą [32] ir studentų pasitenkinimą [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Ekspertų grupės taip pat pripažino šiuos modelius naudingais [37, 42, 49, 81, 82], o du tyrimai parodė mokytojų pasitenkinimą 3DPAM [25, 63]. Iš visų šaltinių Backhouse ir kolegos mano, kad 3D spausdinimas yra geriausia alternatyva tradiciniams anatominiams modeliams [49]. Pirmojoje metaanalizėje Ye ir kolegos patvirtino, kad studentai, gavę 3DPAM instrukcijas, po testo turėjo geresnius balus nei studentai, gavę 2D arba lavonų instrukcijas [10]. Tačiau jie diferenciavo 3DPAM ne pagal sudėtingumą, o tiesiog pagal širdį, nervų sistemą ir pilvo ertmę. Septyniuose tyrimuose 3DPAM nepralenkė kitų modelių, pagrįstų studentams skirtais žinių testais [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Savo metaanalizėje Salazar ir kolegos padarė išvadą, kad 3DPAM naudojimas konkrečiai pagerina sudėtingos anatomijos supratimą [17]. Ši koncepcija atitinka Hitas laišką redaktoriui [88]. Kai kurioms anatominėms sritims, kurios laikomos mažiau sudėtingomis, 3DPAM naudoti nereikia, tuo tarpu sudėtingesnėms anatominėms sritims (pvz., kaklui ar nervų sistemai) 3DPAM būtų logiškas pasirinkimas. Ši koncepcija gali paaiškinti, kodėl kai kurie 3DPAM nelaikomi pranašesniais už tradicinius modelius, ypač kai studentams trūksta žinių toje srityje, kurioje modelio veikimas yra geresnis. Taigi, paprasto modelio pateikimas studentams, kurie jau turi tam tikrų žinių apie dalyką (medicinos studentams ar rezidentams), nepadeda gerinti studentų rezultatų.
Iš visų išvardytų edukacinių privalumų 11 tyrimų pabrėžė modelių vizualines ar lytėjimo savybes [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], o 3 tyrimai pagerino jų stiprumą ir ilgaamžiškumą (33, 50–52, 63, 79, 85, 86). Kiti privalumai yra tai, kad mokiniai gali manipuliuoti konstrukcijomis, mokytojai gali sutaupyti laiko, jas lengviau išsaugoti nei lavonus, projektą galima užbaigti per 24 valandas, jį galima naudoti kaip namų mokymo priemonę ir mokyti didelių kiekių informacijos. [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Pakartotinis 3D spausdinimas didelio masto anatomijos mokymui daro 3D modelių spausdinimą ekonomiškesnį [26]. 3DPAM naudojimas gali pagerinti protinio sukimosi galimybes [23] ir pagerinti skerspjūvio vaizdų interpretavimą [23, 32]. Dviejuose tyrimuose nustatyta, kad studentams, veikiamiems 3DPAM, buvo didesnė tikimybė atlikti operacijas [40, 74]. Metalinės jungtys gali būti įterptos, kad būtų sukurtas judesys, reikalingas funkcinei anatomijai tirti [51, 53], arba modeliai gali būti atspausdinti naudojant trigerių dizainą [67].
3D spausdinimas leidžia kurti reguliuojamus anatominius modelius, patobulinant tam tikrus aspektus modeliavimo etape [48, 80], sukuriant tinkamą pagrindą [59], derinant kelis modelius [36], naudojant skaidrumą, (49) spalvas [45] arba padarant matomas tam tikras vidines struktūras [30]. Tripodi ir kolegos naudojo skulptūrinį molį, kad papildytų savo 3D spausdintus kaulų modelius, pabrėždami bendrai sukurtų modelių, kaip mokymo priemonių, vertę [47]. 9 tyrimuose spalvos buvo pritaikytos po spausdinimo [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], tačiau studentai jas pritaikė tik vieną kartą [49]. Deja, tyrime nebuvo įvertinta modelio mokymo kokybė ar mokymo seka. Į tai reikėtų atsižvelgti anatomijos mokymo kontekste, nes mišraus mokymosi ir bendro kūrimo nauda yra gerai žinoma [89]. Siekiant susidoroti su augančia reklamos veikla, savarankiškas mokymasis buvo daug kartų naudojamas modeliams įvertinti [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Vieno tyrimo išvadose teigiama, kad plastikinės medžiagos spalva per ryški [45], kito tyrimo išvadose teigiama, kad modelis per trapus [71], o dviejuose kituose tyrimuose nurodytas anatominio kintamumo trūkumas individualių modelių dizaine [25, 45]. Septyniuose tyrimuose teigiama, kad 3DPAM anatominis detalumas yra nepakankamas [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Detalesniems didelių ir sudėtingų sričių, tokių kaip retroperitoninė erdvė ar kaklo stuburas, anatominiams modeliams segmentavimo ir modeliavimo laikas laikomas labai ilgu, o kaina – labai didelė (apie 2000 JAV dolerių) [27, 48]. Hojo ir kolegos savo tyrime teigė, kad dubens anatominio modelio sukūrimas užtruko 40 valandų [42]. Ilgiausias segmentavimo laikas buvo 380 valandų Weatherall ir kolegų tyrime, kuriame keli modeliai buvo sujungti siekiant sukurti išsamų pediatrinį kvėpavimo takų modelį [36]. Devyniuose tyrimuose segmentavimo ir spausdinimo laikas buvo laikomas trūkumu [36, 42, 57, 58, 74]. Tačiau 12 tyrimų kritikavo jų modelių fizines savybes, ypač jų nuoseklumą, [28, 62] skaidrumo stoką, [30] trapumą ir monochromiškumą, [71] minkštųjų audinių trūkumą [66] arba detalių stoką [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Šiuos trūkumus galima įveikti padidinant segmentavimo arba modeliavimo laiką. Trys komandos susidūrė su svarbios informacijos praradimo ir paieškos problema [30, 74, 77]. Remiantis pacientų pranešimais, jodo turinčios kontrastinės medžiagos neužtikrino optimalaus kraujagyslių matomumo dėl dozės apribojimų [74]. Lavono modelio injekcija atrodo idealus metodas, kuris nutolsta nuo principo „kuo mažiau“ ir injekuojamos kontrastinės medžiagos dozės apribojimų.
Deja, daugelyje straipsnių neminimos kai kurios pagrindinės 3DPAM savybės. Mažiau nei pusėje straipsnių aiškiai nurodyta, ar jų 3DPAM buvo tonuotas. Spausdinimo apimties aprėptis buvo nenuosekli (43 % straipsnių), ir tik 34 % paminėjo kelių medijų naudojimą. Šie spausdinimo parametrai yra labai svarbūs, nes jie daro įtaką 3DPAM mokymosi savybėms. Daugumoje straipsnių nepateikiama pakankamai informacijos apie 3DPAM gavimo sudėtingumą (projektavimo laikas, personalo kvalifikacija, programinės įrangos kaina, spausdinimo kaina ir kt.). Ši informacija yra labai svarbi ir į ją reikėtų atsižvelgti prieš pradedant naujo 3DPAM kūrimo projektą.
Ši sisteminė apžvalga rodo, kad normalių anatominių modelių projektavimas ir 3D spausdinimas yra įmanomas mažomis sąnaudomis, ypač naudojant FDM arba SLA spausdintuvus ir nebrangias vienspalves plastikines medžiagas. Tačiau šiuos pagrindinius dizainus galima patobulinti pridedant spalvų arba dizaino iš skirtingų medžiagų. Realistiškesniems modeliams (spausdintiems naudojant kelias skirtingų spalvų ir tekstūrų medžiagas, siekiant tiksliai atkartoti lavono etaloninio modelio lytėjimo savybes) reikalingos brangesnės 3D spausdinimo technologijos ir ilgesnis projektavimo laikas. Tai žymiai padidins bendras išlaidas. Nesvarbu, koks spausdinimo procesas pasirinktas, tinkamo vaizdavimo metodo pasirinkimas yra raktas į 3DPAM sėkmę. Kuo didesnė erdvinė skiriamoji geba, tuo realesnis tampa modelis ir gali būti naudojamas pažangiems tyrimams. Pedagoginiu požiūriu 3DPAM yra veiksminga anatomijos mokymo priemonė, ką įrodo studentams skirti žinių testai ir jų pasitenkinimas. 3DPAM mokomasis poveikis yra geriausias, kai jis atkuria sudėtingas anatomines sritis ir studentai jį naudoja ankstyvosiose medicininės studijos stadijose.
Šiame tyrime sugeneruoti ir (arba) analizuoti duomenų rinkiniai nėra viešai prieinami dėl kalbos barjerų, tačiau juos gali gauti atitinkamas autorius, pateikus pagrįstą prašymą.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Bendrosios anatomijos, mikroanatomijos, neurobiologijos ir embriologijos kursų JAV medicinos mokyklų programose apžvalga. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Lavonų skrodimas kaip edukacinė priemonė anatomijos moksle XXI amžiuje: skrodimas kaip edukacinė priemonė. Mokslinio švietimo analizė. 2017;10(3):286–99.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 9 d.