Trojrozmerné tlačené anatomické modely (3DPAM) sa javia ako vhodný nástroj vzhľadom na ich vzdelávaciu hodnotu a uskutočniteľnosť. Cieľom tejto recenzie je opísať a analyzovať metódy používané na vytvorenie 3DPAM pre výučbu ľudskej anatómie a zhodnotiť jeho pedagogický prínos.
V databáze PubMed sa uskutočnilo elektronické vyhľadávanie s použitím nasledujúcich výrazov: vzdelávanie, škola, učenie sa, výučba, školenie, výučba, trojrozmerný, 3D, 3-rozmerný, tlač, tlač, tlač, anatómia, anatómia a anatómia. Zistenia zahŕňali charakteristiky štúdie, návrh modelu, morfologické hodnotenie, vzdelávací výkon, silné a slabé stránky.
Spomedzi 68 vybraných článkov sa najväčší počet štúdií zameral na lebečnú oblasť (33 článkov); 51 článkov spomína tlač kostí. V 47 článkoch bol 3DPAM vyvinutý na základe počítačovej tomografie. Uvádza sa päť tlačových procesov. Plasty a ich deriváty boli použité v 48 štúdiách. Cena každého dizajnu sa pohybuje od 1,25 do 2 800 dolárov. Tridsaťsedem štúdií porovnávalo 3DPAM s referenčnými modelmi. Tridsaťtri článkov skúmalo vzdelávacie aktivity. Hlavnými výhodami sú vizuálna a hmatová kvalita, efektivita učenia, opakovateľnosť, prispôsobiteľnosť a agilita, úspora času, integrácia funkčnej anatómie, lepšie možnosti mentálnej rotácie, uchovávanie vedomostí a spokojnosť učiteľov/študentov. Hlavné nevýhody súvisia s dizajnom: konzistentnosť, nedostatok detailov alebo priehľadnosti, príliš jasné farby, dlhý čas tlače a vysoké náklady.
Táto systematická analýza ukazuje, že 3DPAM je nákladovo efektívny a účinný pri výučbe anatómie. Realistickejšie modely vyžadujú použitie drahších technológií 3D tlače a dlhšie časy návrhu, čo výrazne zvýši celkové náklady. Kľúčom je výber vhodnej zobrazovacej metódy. Z pedagogického hľadiska je 3DPAM účinným nástrojom na výučbu anatómie s pozitívnym vplyvom na výsledky vzdelávania a spokojnosť. Výučbový účinok 3DPAM je najlepší, keď reprodukuje zložité anatomické oblasti a študenti ho používajú už na začiatku svojho lekárskeho vzdelávania.
Pitva zvieracích tiel sa vykonáva už od starovekého Grécka a je jednou z hlavných metód výučby anatómie. Pitva kadaverov vykonávaná počas praktického výcviku sa používa v teoretických osnovách študentov medicíny na univerzitách a v súčasnosti sa považuje za zlatý štandard pre štúdium anatómie [1,2,3,4,5]. Existuje však mnoho prekážok pri používaní vzoriek z ľudských kadaverov, čo vedie k hľadaniu nových vzdelávacích nástrojov [6, 7]. Medzi tieto nové nástroje patrí rozšírená realita, digitálne nástroje a 3D tlač. Podľa nedávneho prehľadu literatúry od Santosa a kol. [8] Z hľadiska hodnoty týchto nových technológií pre výučbu anatómie sa 3D tlač javí ako jeden z najdôležitejších zdrojov, a to ako z hľadiska vzdelávacej hodnoty pre študentov, tak aj z hľadiska uskutočniteľnosti implementácie [4,9,10].
3D tlač nie je nová. Prvé patenty súvisiace s touto technológiou pochádzajú z roku 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte a J. C. André vo Francúzsku a o tri týždne neskôr C. Hull v USA. Odvtedy sa technológia neustále vyvíja a jej využitie sa rozšírilo do mnohých oblastí. Napríklad NASA v roku 2014 vytlačila prvý objekt za hranicami Zeme [11]. Tento nový nástroj prijala aj oblasť medicíny, čím sa zvýšila túžba po vývoji personalizovanej medicíny [12].
Mnohí autori preukázali výhody používania 3D tlačených anatomických modelov (3DPAM) v medicínskom vzdelávaní [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Pri výučbe ľudskej anatómie sú potrebné nepatologické a anatomicky normálne modely. Niektoré recenzie skúmali patologické alebo medicínske/chirurgické tréningové modely [8, 20, 21]. Aby sme vyvinuli hybridný model pre výučbu ľudskej anatómie, ktorý zahŕňa nové nástroje, ako je 3D tlač, vykonali sme systematický prehľad, ktorý opisuje a analyzuje, ako sa 3D tlačené objekty vytvárajú pre výučbu ľudskej anatómie a ako študenti hodnotia efektívnosť učenia sa pomocou týchto 3D objektov.
Tento systematický prehľad literatúry bol vykonaný v júni 2022 bez časového obmedzenia s použitím smerníc PRISMA (Preferované položky hlásenia pre systematické prehľady a metaanalýzy) [22].
Kritériami zaradenia boli všetky výskumné práce využívajúce 3DPAM vo výučbe/učení sa anatómie. Vylúčené boli prehľady literatúry, listy alebo články zamerané na patologické modely, zvieracie modely, archeologické modely a modely lekárskeho/chirurgického výcviku. Vybrané boli iba články publikované v angličtine. Vylúčené boli články bez dostupných online abstraktov. Zahrnuté boli aj články, ktoré obsahovali viacero modelov, z ktorých aspoň jeden bol anatomicky normálny alebo mal menšiu patológiu neovplyvňujúcu výučbovú hodnotu.
V elektronickej databáze PubMed (Národná lekárska knižnica, NCBI) sa vykonala rešerš literatúry s cieľom identifikovať relevantné štúdie publikované do júna 2022. Použite nasledujúce vyhľadávacie výrazy: vzdelávanie, škola, výučba, vyučovanie, učenie sa, vyučovanie, vzdelávanie, trojrozmerný, 3D, 3D, tlač, tlač, tlač, anatómia, anatómia, anatómia a anatómia. Bol vykonaný jeden dopyt: (((vzdelanie[Názov/Abstrakt] ALEBO škola[Názov/Abstrakt] ALEBOvzdelávanie[Názov/Abstrakt] ALEBO výuka[Názov/Abstrakt] ALEBO školenie[Názov/Abstrakt] ALEBO vzdelávanie[Názov/Abstrakt] ALEBO vzdelávanie [Názov/Abstrakt]) A (Tri dimenzie [Názov] ALEBO 3D [Názov] ALEBO 3D [Názov])) A (Vytlačiť [Názov] ALEBO Vytlačiť [Názov] ALEBO Vytlačiť [Názov])) A (Anatómia) [Názov] ]/abstrakt] alebo anatómia [názov/abstrakt] alebo anatómia [názov/abstrakt] alebo anatómia [názov/abstrakt]). Ďalšie články boli identifikované manuálnym vyhľadávaním v databáze PubMed a prehľadom odkazov na iné vedecké články. Neboli použité žiadne dátumové obmedzenia, ale bol použitý filter „Osoba“.
Všetky získané názvy a abstrakty boli porovnané s kritériami zaradenia a vylúčenia dvoma autormi (EBR a AL) a každá štúdia, ktorá nespĺňala všetky kritériá oprávnenosti, bola vylúčená. Publikácie s plným textom zostávajúcich štúdií boli získané a recenzované tromi autormi (EBR, EBE a AL). V prípade potreby nezhody pri výbere článkov riešila štvrtá osoba (LT). Do tohto prehľadu boli zahrnuté publikácie, ktoré spĺňali všetky kritériá zaradenia.
Extrakciu údajov vykonali nezávisle dvaja autori (EBR a AL) pod dohľadom tretieho autora (LT).
- Údaje o návrhu modelu: anatomické oblasti, špecifické anatomické časti, počiatočný model pre 3D tlač, metóda akvizície, softvér na segmentáciu a modelovanie, typ 3D tlačiarne, typ a množstvo materiálu, mierka tlače, farba, náklady na tlač.
- Morfologické hodnotenie modelov: modely použité na porovnanie, lekárske hodnotenie expertov/učiteľov, počet hodnotiteľov, typ hodnotenia.
- 3D model výučby: hodnotenie vedomostí študentov, metóda hodnotenia, počet študentov, počet porovnávacích skupín, randomizácia študentov, vzdelanie/typ študenta.
V databáze MEDLINE bolo identifikovaných 418 štúdií a 139 článkov bolo vylúčených filtrom „ľudské“. Po preskúmaní názvov a abstraktov bolo na prečítanie celého textu vybraných 103 štúdií. 34 článkov bolo vylúčených, pretože išlo buď o patologické modely (9 článkov), modely medicínskeho/chirurgického výcviku (4 články), zvieracie modely (4 články), 3D rádiologické modely (1 článok) alebo nešlo o originálne vedecké články (16 kapitol). Do prehľadu bolo zahrnutých celkovo 68 článkov. Obrázok 1 znázorňuje proces výberu ako vývojový diagram.
Vývojový diagram sumarizujúci identifikáciu, skríning a zaradenie článkov do tohto systematického prehľadu
Všetky štúdie boli publikované v rokoch 2014 až 2022 s priemerným rokom publikovania 2019. Spomedzi 68 zahrnutých článkov bolo 33 (49 %) štúdií deskriptívnych a experimentálnych, 17 (25 %) bolo čisto experimentálnych a 18 (26 %) bolo experimentálnych. Čisto deskriptívne. Z 50 (73 %) experimentálnych štúdií 21 (31 %) použilo randomizáciu. Iba 34 štúdií (50 %) obsahovalo štatistické analýzy. Tabuľka 1 sumarizuje charakteristiky každej štúdie.
33 článkov (48 %) skúmalo oblasť hlavy, 19 článkov (28 %) skúmalo oblasť hrudníka, 17 článkov (25 %) skúmalo oblasť brucha a panvy a 15 článkov (22 %) skúmalo končatiny. Päťdesiatjeden článkov (75 %) spomenulo 3D tlačené kosti ako anatomické modely alebo viacvrstvové anatomické modely.
Pokiaľ ide o zdrojové modely alebo súbory použité na vývoj 3DPAM, 23 článkov (34 %) spomenulo použitie údajov o pacientoch, 20 článkov (29 %) spomenulo použitie údajov z kadaverov a 17 článkov (25 %) spomenulo použitie databáz. Boli použité modely alebo súbory použité na vývoj 3DPAM a 7 štúdií (10 %) nezverejnilo zdroj použitých dokumentov.
47 štúdií (69 %) vyvinulo 3DPAM na základe počítačovej tomografie a 3 štúdie (4 %) uviedli použitie mikroCT. 7 článkov (10 %) premietalo 3D objekty pomocou optických skenerov, 4 články (6 %) pomocou MRI a 1 článok (1 %) pomocou kamier a mikroskopov. 14 článkov (21 %) neuviedlo zdroj zdrojových súborov návrhu 3D modelu. 3D súbory sa vytvárajú s priemerným priestorovým rozlíšením menším ako 0,5 mm. Optimálne rozlíšenie je 30 μm [80] a maximálne rozlíšenie je 1,5 mm [32].
Použilo sa šesťdesiat rôznych softvérových aplikácií (segmentácia, modelovanie, dizajn alebo tlač). Najčastejšie sa používal Mimics (Materialise, Leuven, Belgicko) (14 štúdií, 21 %), nasledoval MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 štúdií, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 štúdií, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 štúdií, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Holandsko) (8 štúdií, 12 %) a CURA (Geldemarsen, Holandsko) (7 štúdií, 10 %).
Uvádza sa šesťdesiatsedem rôznych modelov tlačiarní a päť tlačových procesov. Technológia FDM (Fused Deposition Modeling) bola použitá v 26 produktoch (38 %), tryskanie materiálu v 13 produktoch (19 %) a nakoniec tryskanie spojivom (11 produktov, 16 %). Najmenej používanými technológiami sú stereolitografia (SLA) (5 článkov, 7 %) a selektívne laserové spekanie (SLS) (4 články, 6 %). Najčastejšie používanou tlačiarňou (7 článkov, 10 %) je Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Pri špecifikácii materiálov použitých na výrobu 3DPAM (51 článkov, 75 %), 48 štúdií (71 %) použilo plasty a ich deriváty. Hlavnými použitými materiálmi boli PLA (kyselina polymliečna) (n = 20, 29 %), živica (n = 9, 13 %) a ABS (akrylonitril-butadién-styrén) (7 typov, 10 %). 23 článkov (34 %) skúmalo 3DPAM vyrobené z viacerých materiálov, 36 článkov (53 %) prezentovalo 3DPAM vyrobené iba z jedného materiálu a 9 článkov (13 %) neuviedlo žiadny materiál.
Dvadsaťdeväť článkov (43 %) uviedlo pomery tlače v rozmedzí od 0,25:1 do 2:1 s priemerom 1:1. Dvadsaťpäť článkov (37 %) použilo pomer 1:1. 28 3DPAM (41 %) pozostávalo z viacerých farieb a 9 (13 %) bolo farbených po tlači [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Tridsaťštyri článkov (50 %) uviedlo náklady. Deväť článkov (13 %) uviedlo náklady na 3D tlačiarne a suroviny. Ceny tlačiarní sa pohybujú od 302 do 65 000 dolárov. Ak sú uvedené ceny modelov, pohybujú sa od 1,25 do 2 800 dolárov; tieto extrémy zodpovedajú kostrovým vzorkám [47] a vysoko presným retroperitoneálnym modelom [48]. Tabuľka 2 sumarizuje údaje o modeloch pre každú zahrnutú štúdiu.
Tridsaťsedem štúdií (54 %) porovnávalo 3DPAM s referenčným modelom. Spomedzi týchto štúdií bol najčastejším komparátorom anatomický referenčný model, použitý v 14 článkoch (38 %), plastinované preparáty v 6 článkoch (16 %), plastinované preparáty v 6 článkoch (16 %). Použitie virtuálnej reality, počítačovej tomografie v jednom 3DPAM v 5 článkoch (14 %), v ďalšom 3DPAM v 3 článkoch (8 %), v serióznych hrách v 1 článku (3 %), v röntgenových snímkach v 1 článku (3 %), v obchodných modeloch v 1 článku (3 %) a v rozšírenej realite v 1 článku (3 %). Tridsaťštyri (50 %) štúdií hodnotilo 3DPAM. Pätnásť (48 %) štúdií podrobne opísalo skúsenosti hodnotiteľov (Tabuľka 3). 3DPAM vykonávali chirurgovia alebo ošetrujúci lekári v 7 štúdiách (47 %), anatomickí špecialisti v 6 štúdiách (40 %), študenti v 3 štúdiách (20 %), učitelia (odbor nebol špecifikovaný) v 3 štúdiách (20 %) na hodnotenie a jeden ďalší hodnotiteľ v článku (7 %). Priemerný počet hodnotiteľov je 14 (minimálne 2, maximálne 30). Tridsaťtri štúdií (49 %) hodnotilo morfológiu 3DPAM kvalitatívne a 10 štúdií (15 %) hodnotilo morfológiu 3DPAM kvantitatívne. Z 33 štúdií, ktoré použili kvalitatívne hodnotenia, 16 použilo čisto deskriptívne hodnotenia (48 %), 9 použilo testy/hodnotenia/prieskumy (27 %) a 8 použilo Likertovu škálu (24 %). Tabuľka 3 sumarizuje morfologické hodnotenia modelov v každej zahrnutej štúdii.
Tridsaťtri (48 %) článkov skúmalo a porovnávalo efektívnosť výučby 3DPAM študentov. Z týchto štúdií 23 (70 %) článkov hodnotilo spokojnosť študentov, 17 (51 %) použilo Likertovu škálu a 6 (18 %) použilo iné metódy. Dvadsaťdva článkov (67 %) hodnotilo učenie študentov prostredníctvom testovania vedomostí, z ktorých 10 (30 %) použilo predbežné a/alebo následné testy. Jedenásť štúdií (33 %) použilo otázky s výberom odpovede a testy na posúdenie vedomostí študentov a päť štúdií (15 %) použilo označovanie obrázkov/anatomickú identifikáciu. Na každej štúdii sa zúčastnilo v priemere 76 študentov (minimálne 8, maximálne 319). Dvadsaťštyri štúdií (72 %) malo kontrolnú skupinu, z ktorých 20 (60 %) použilo randomizáciu. Naproti tomu jedna štúdia (3 %) náhodne pridelila anatomické modely 10 rôznym študentom. V priemere bolo porovnaných 2,6 skupiny (minimálne 2, maximálne 10). Dvadsaťtri štúdií (70 %) zahŕňalo študentov medicíny, z ktorých 14 (42 %) boli študenti prvého ročníka medicíny. Šesť (18 %) štúdií zahŕňalo rezidentov, 4 (12 %) študentov zubného lekárstva a 3 (9 %) študentov prírodných vied. Šesť štúdií (18 %) implementovalo a hodnotilo autonómne učenie pomocou 3DPAM. Tabuľka 4 sumarizuje výsledky hodnotenia efektívnosti výučby pomocou 3DPAM pre každú zahrnutú štúdiu.
Hlavné výhody, ktoré autori uvádzajú pri použití 3DPAM ako učebného nástroja pre normálnu ľudskú anatómiu, sú vizuálne a hmatové charakteristiky vrátane realizmu [55, 67], presnosti [44, 50, 72, 85] a variability konzistencie [34, 45]. , 48, 64], farba a priehľadnosť [28, 45], trvanlivosť [24, 56, 73], vzdelávací účinok [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], náklady [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reprodukovateľnosť [80], možnosť vylepšenia alebo personalizácie [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], schopnosť manipulovať so študentmi [30, 49], úspora času pri výučbe [61, 80], jednoduchosť skladovania [61], schopnosť integrovať funkčnú anatómiu alebo vytvárať špecifické štruktúry [51, 53], 67], rýchly návrh skeletu modely [81], schopnosť spoluvytvárať modely a vziať si ich domov [49, 60, 71], zlepšiť schopnosti mentálnej rotácie [23] a uchovávania vedomostí [32], ako aj na spokojnosť učiteľa [25, 63] a študentov [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Hlavné nevýhody súvisia s dizajnom: tuhosť [80], konzistentnosť [28, 62], nedostatok detailov alebo priehľadnosti [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], príliš jasné farby [45] a krehkosť podlahy [71]. Medzi ďalšie nevýhody patrí strata informácií [30, 76], dlhý čas potrebný na segmentáciu obrazu [36, 52, 57, 58, 74], čas tlače [57, 63, 66, 67], nedostatok anatomickej variability [25] a vysoké náklady [48].
Táto systematická recenzia sumarizuje 68 článkov publikovaných za posledných 9 rokov a zdôrazňuje záujem vedeckej komunity o 3DPAM ako nástroj na výučbu normálnej ľudskej anatómie. Každá anatomická oblasť bola študovaná a vytlačená na 3D tlačiarni. Z týchto článkov 37 článkov porovnávalo 3DPAM s inými modelmi a 33 článkov hodnotilo pedagogický význam 3DPAM pre študentov.
Vzhľadom na rozdiely v dizajne štúdií anatomickej 3D tlače sme nepovažovali za vhodné vykonať metaanalýzu. Metaanalýza publikovaná v roku 2020 sa zamerala najmä na testy anatomických znalostí po zaškolení bez analýzy technických a technologických aspektov návrhu a výroby 3DPAM [10].
Oblasť hlavy je najviac študovaná, pravdepodobne preto, že zložitosť jej anatómie sťažuje študentom zobrazenie tejto anatomickej oblasti v trojrozmernom priestore v porovnaní s končatinami alebo trupom. CT je zďaleka najčastejšie používanou zobrazovacou metódou. Táto technika sa široko používa, najmä v lekárskom prostredí, ale má obmedzené priestorové rozlíšenie a nízky kontrast mäkkých tkanív. Tieto obmedzenia robia CT skeny nevhodnými na segmentáciu a modelovanie nervového systému. Na druhej strane, počítačová tomografia je vhodnejšia na segmentáciu/modelovanie kostného tkaniva; kontrast kostí/mäkkých tkanív pomáha dokončiť tieto kroky pred 3D tlačou anatomických modelov. Na druhej strane, mikroCT sa považuje za referenčnú technológiu z hľadiska priestorového rozlíšenia pri zobrazovaní kostí [70]. Na získanie snímok možno použiť aj optické skenery alebo MRI. Vyššie rozlíšenie zabraňuje vyhladzovaniu povrchov kostí a zachováva jemnosť anatomických štruktúr [59]. Výber modelu tiež ovplyvňuje priestorové rozlíšenie: napríklad plastifikačné modely majú nižšie rozlíšenie [45]. Grafickí dizajnéri musia vytvárať vlastné 3D modely, čo zvyšuje náklady (25 až 150 dolárov za hodinu) [43]. Získanie vysokokvalitných súborov .STL nestačí na vytvorenie vysokokvalitných anatomických modelov. Je potrebné určiť parametre tlače, ako napríklad orientáciu anatomického modelu na tlačovej platni [29]. Niektorí autori navrhujú, aby sa všade, kde je to možné, používali pokročilé tlačové technológie, ako napríklad SLS, aby sa zlepšila presnosť 3DPAM [38]. Výroba 3DPAM si vyžaduje odbornú pomoc; najvyhľadávanejšími špecialistami sú inžinieri [72], rádiológovia [75], grafickí dizajnéri [43] a anatómovia [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Softvér na segmentáciu a modelovanie je dôležitým faktorom pri získavaní presných anatomických modelov, ale cena týchto softvérových balíkov a ich zložitosť bránia ich použitiu. Niekoľko štúdií porovnávalo používanie rôznych softvérových balíkov a technológií tlače, pričom zdôraznilo výhody a nevýhody každej technológie [68]. Okrem modelovacieho softvéru je potrebný aj tlačový softvér kompatibilný s vybranou tlačiarňou; niektorí autori uprednostňujú použitie online 3D tlače [75]. Ak sa vytlačí dostatok 3D objektov, investícia môže viesť k finančnej návratnosti [72].
Plast je zďaleka najpoužívanejším materiálom. Jeho široká škála textúr a farieb z neho robí preferovaný materiál pre 3DPAM. Niektorí autori chvália jeho vysokú pevnosť v porovnaní s tradičnými kadaveróznymi alebo plastinovanými modelmi [24, 56, 73]. Niektoré plasty majú dokonca ohybové alebo naťahovacie vlastnosti. Napríklad Filaflex s technológiou FDM sa dokáže natiahnuť až o 700 %. Niektorí autori ho považujú za preferovaný materiál pre replikáciu svalov, šliach a väzov [63]. Na druhej strane, dve štúdie nastolili otázky týkajúce sa orientácie vlákien počas tlače. V skutočnosti sú orientácia, úpon, inervácia a funkcia svalových vlákien kritické pri modelovaní svalov [33].
Prekvapivo len málo štúdií spomína mierku tlače. Keďže mnohí ľudia považujú pomer 1:1 za štandardný, autor sa ho možno rozhodol nespomínať. Hoci by zväčšenie mierky bolo užitočné pre riadené učenie vo veľkých skupinách, uskutočniteľnosť škálovania ešte nebola preskúmaná, najmä vzhľadom na rastúcu veľkosť tried a fyzickú veľkosť modelu, ktorá je dôležitým faktorom. Mierky v plnej veľkosti samozrejme uľahčujú lokalizáciu a komunikáciu rôznych anatomických prvkov s pacientom, čo môže vysvetľovať, prečo sa často používajú.
Z mnohých tlačiarní dostupných na trhu stoja tie, ktoré používajú technológiu PolyJet (materiálová alebo spojivá atramentová tlač) na zabezpečenie farebnej a viacvrstvovej (a teda viactextúrovej) tlače s vysokým rozlíšením, od 20 000 do 250 000 USD (https://www.aniwaa.com/). Táto vysoká cena môže obmedziť propagáciu 3DPAM na lekárskych fakultách. Okrem ceny tlačiarne sú aj náklady na materiál potrebný na atramentovú tlač vyššie ako pri SLA alebo FDM tlačiarňach [68]. Ceny SLA alebo FDM tlačiarní sú tiež dostupnejšie a pohybujú sa od 576 do 4 999 EUR v článkoch uvedených v tejto recenzii. Podľa Tripodiho a kolegov je možné každú kostrovú časť vytlačiť za 1,25 USD [47]. Jedenásť štúdií dospelo k záveru, že 3D tlač je lacnejšia ako plastifikácia alebo komerčné modely [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Navyše, tieto komerčné modely sú navrhnuté tak, aby poskytovali informácie o pacientovi bez dostatočných detailov na výučbu anatómie [80]. Tieto komerčné modely sa považujú za horšie ako 3DPAM [44]. Stojí za zmienku, že okrem použitej technológie tlače sú konečné náklady úmerné mierke, a teda aj konečnej veľkosti 3DPAM [48]. Z týchto dôvodov sa uprednostňuje mierka v plnej veľkosti [37].
Iba jedna štúdia porovnávala 3DPAM s komerčne dostupnými anatomickými modelmi [72]. Vzorky z kadaverov sú najčastejšie používaným porovnávacím modelom pre 3DPAM. Napriek svojim obmedzeniam zostávajú modely z kadaverov cenným nástrojom na výučbu anatómie. Je potrebné rozlišovať medzi pitvou, disekciou a suchou kosťou. Na základe tréningových testov dve štúdie ukázali, že 3DPAM bol výrazne účinnejší ako plastinovaná disekcia [16, 27]. Jedna štúdia porovnávala jednu hodinu tréningu s použitím 3DPAM (dolná končatina) s jednou hodinou disekcie tej istej anatomickej oblasti [78]. Medzi týmito dvoma metódami výučby neboli žiadne významné rozdiely. Je pravdepodobné, že na túto tému existuje len málo výskumov, pretože takéto porovnania je ťažké robiť. Disekcia je pre študentov časovo náročná príprava. Niekedy sú potrebné desiatky hodín prípravy v závislosti od toho, čo sa pripravuje. Tretie porovnanie je možné vykonať so suchými kosťami. Štúdia Tsai a Smith zistila, že výsledky testov boli výrazne lepšie v skupine používajúcej 3DPAM [51, 63]. Chen a kolegovia poznamenali, že študenti používajúci 3D modely dosahovali lepšie výsledky v identifikácii štruktúr (lebiek), ale nebol zistený žiadny rozdiel v skóre otázok s výberom odpovede [69]. Nakoniec, Tanner a kolegovia preukázali v tejto skupine lepšie výsledky po testovaní s použitím 3DPAM pterygopalatinovej jamy [46]. V tomto prehľade literatúry boli identifikované aj ďalšie nové vyučovacie nástroje. Najbežnejšie medzi nimi sú rozšírená realita, virtuálna realita a seriózne hry [43]. Podľa Mahrousa a kolegov preferencia anatomických modelov závisí od počtu hodín, ktoré študenti strávia hraním videohier [31]. Na druhej strane, hlavnou nevýhodou nových vyučovacích nástrojov anatómie je haptická spätná väzba, najmä pri čisto virtuálnych nástrojoch [48].
Väčšina štúdií hodnotiacich nový 3DPAM použila predbežné testy vedomostí. Tieto predbežné testy pomáhajú vyhnúť sa skresleniu v hodnotení. Niektorí autori pred vykonaním experimentálnych štúdií vylúčia všetkých študentov, ktorí v predbežnom teste dosiahli nadpriemerné skóre [40]. Medzi skreslenia, ktoré Garas a kolegovia spomenuli, patrila farba modelu a výber dobrovoľníkov v študentskej triede [61]. Farbenie uľahčuje identifikáciu anatomických štruktúr. Chen a kolegovia stanovili prísne experimentálne podmienky bez počiatočných rozdielov medzi skupinami a štúdia bola v maximálnej možnej miere zaslepená [69]. Lim a kolegovia odporúčajú, aby hodnotenie po teste vykonala tretia strana, aby sa predišlo skresleniu v hodnotení [16]. Niektoré štúdie použili Likertove stupnice na posúdenie uskutočniteľnosti 3DPAM. Tento nástroj je vhodný na hodnotenie spokojnosti, ale stále existujú dôležité skreslenia, ktoré je potrebné poznať [86].
Vzdelávací význam 3DPAM bol primárne hodnotený medzi študentmi medicíny, vrátane študentov prvého ročníka medicíny, v 14 z 33 štúdií. Vo svojej pilotnej štúdii Wilk a kolegovia uviedli, že študenti medicíny sa domnievali, že 3D tlač by mala byť zahrnutá do ich výučby anatómie [87]. 87 % študentov opýtaných v štúdii Cercenelli sa domnievalo, že druhý ročník štúdia je najlepší čas na používanie 3DPAM [84]. Výsledky Tannera a kolegov tiež ukázali, že študenti dosahovali lepšie výsledky, ak tento odbor nikdy neštudovali [46]. Tieto údaje naznačujú, že prvý ročník lekárskej fakulty je optimálnym časom na začlenenie 3DPAM do výučby anatómie. Yeova metaanalýza túto myšlienku podporila [18]. V 27 článkoch zahrnutých do štúdie boli významné rozdiely vo výsledkoch testov medzi 3DPAM a tradičnými modelmi pre študentov medicíny, ale nie pre rezidentov.
3DPAM ako vzdelávací nástroj zlepšuje akademické výsledky [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], dlhodobé uchovávanie vedomostí [32] a spokojnosť študentov [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Panely odborníkov tiež považovali tieto modely za užitočné [37, 42, 49, 81, 82] a dve štúdie zistili spokojnosť učiteľov s 3DPAM [25, 63]. Zo všetkých zdrojov Backhouse a kolegovia považujú 3D tlač za najlepšiu alternatívu k tradičným anatomickým modelom [49]. Vo svojej prvej metaanalýze Ye a kolegovia potvrdili, že študenti, ktorí dostali inštrukcie 3DPAM, mali lepšie skóre po teste ako študenti, ktorí dostali 2D alebo inštrukcie od kadaverov [10]. 3DPAM však nerozlišovali podľa zložitosti, ale jednoducho podľa srdca, nervového systému a brušnej dutiny. V siedmich štúdiách 3DPAM neprekonal iné modely na základe testov vedomostí, ktoré boli vykonané u študentov [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Salazar a kolegovia vo svojej metaanalýze dospeli k záveru, že použitie 3DPAM špecificky zlepšuje pochopenie komplexnej anatómie [17]. Táto koncepcia je v súlade s Hitasovým listom editorovi [88]. Niektoré anatomické oblasti považované za menej komplexné nevyžadujú použitie 3DPAM, zatiaľ čo komplexnejšie anatomické oblasti (ako napríklad krk alebo nervový systém) by boli logickou voľbou pre 3DPAM. Táto koncepcia môže vysvetľovať, prečo niektoré 3DPAM nie sú považované za lepšie ako tradičné modely, najmä keď študenti nemajú znalosti v oblasti, kde sa výkon modelu zistí ako lepší. Prezentácia jednoduchého modelu študentom, ktorí už majú určité znalosti o predmete (študenti medicíny alebo rezidenti), teda nie je užitočná pri zlepšovaní výkonu študentov.
Zo všetkých uvedených vzdelávacích výhod 11 štúdií zdôraznilo vizuálne alebo hmatové vlastnosti modelov [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85] a 3 štúdie zlepšili pevnosť a odolnosť (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Ďalšími výhodami sú, že študenti môžu manipulovať so štruktúrami, učitelia môžu ušetriť čas, ľahšie sa konzervujú ako kadavery, projekt sa dá dokončiť do 24 hodín, možno ho použiť ako pomôcku pre domáce vzdelávanie a možno ho použiť na výučbu veľkého množstva informácií skupinám [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Opakovaná 3D tlač pre výučbu anatómie vo veľkom objeme robí 3D tlač modelov nákladovo efektívnejšími [26]. Použitie 3DPAM môže zlepšiť schopnosti mentálnej rotácie [23] a zlepšiť interpretáciu prierezových snímok [23, 32]. Dve štúdie zistili, že študenti vystavení 3DPAM mali väčšiu pravdepodobnosť, že podstúpia chirurgický zákrok [40, 74]. Kovové konektory môžu byť zabudované na vytvorenie pohybu potrebného na štúdium funkčnej anatómie [51, 53], alebo modely je možné vytlačiť pomocou spúšťacích návrhov [67].
3D tlač umožňuje vytváranie nastaviteľných anatomických modelov zlepšením určitých aspektov počas fázy modelovania, [48, 80] vytvorením vhodného základu, [59] kombinovaním viacerých modelov, [36] použitím priehľadnosti, (49) farby, [45] alebo zviditeľnením určitých vnútorných štruktúr [30]. Tripodi a kolegovia použili sochársku hlinu na doplnenie svojich 3D tlačených modelov kostí, čím zdôraznili hodnotu spoločne vytvorených modelov ako učebných pomôcok [47]. V 9 štúdiách bola farba aplikovaná po tlači [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], ale študenti ju aplikovali iba raz [49]. Štúdia bohužiaľ nehodnotila kvalitu tréningu modelov ani postupnosť tréningu. Toto by sa malo zvážiť v kontexte vzdelávania v anatómii, pretože výhody zmiešaného učenia a spoločnej tvorby sú dobre známe [89]. Na zvládnutie rastúcej reklamnej aktivity sa na vyhodnotenie modelov mnohokrát použilo samoučenie [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Jedna štúdia dospela k záveru, že farba plastového materiálu bola príliš jasná[45], iná štúdia dospela k záveru, že model bol príliš krehký[71] a dve ďalšie štúdie naznačili nedostatok anatomickej variability v dizajne jednotlivých modelov[25, 45]. Sedem štúdií dospelo k záveru, že anatomické detaily 3DPAM sú nedostatočné [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
V prípade detailnejších anatomických modelov veľkých a zložitých oblastí, ako je retroperitoneum alebo krčná chrbtica, sa čas segmentácie a modelovania považuje za veľmi dlhý a náklady sú veľmi vysoké (približne 2 000 USD) [27, 48]. Hojo a kolegovia vo svojej štúdii uviedli, že vytvorenie anatomického modelu panvy trvalo 40 hodín [42]. Najdlhší čas segmentácie bol 380 hodín v štúdii Weatheralla a kolegov, v ktorej bolo viacero modelov kombinovaných na vytvorenie kompletného modelu dýchacích ciest pre deti [36]. V deviatich štúdiách sa čas segmentácie a tlače považoval za nevýhodu [36, 42, 57, 58, 74]. Avšak 12 štúdií kritizovalo fyzikálne vlastnosti svojich modelov, najmä ich konzistenciu, [28, 62] nedostatok transparentnosti, [30] krehkosť a monochromatickosť, [71] nedostatok mäkkých tkanív [66] alebo nedostatok detailov [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Tieto nevýhody je možné prekonať predĺžením času segmentácie alebo simulácie. Strata a získavanie relevantných informácií bol problémom, ktorému čelili tri tímy [30, 74, 77]. Podľa hlásení pacientov jódované kontrastné látky neposkytovali optimálnu viditeľnosť ciev kvôli obmedzeniam dávky [74]. Injekcia kadaverózneho modelu sa javí ako ideálna metóda, ktorá sa odkláňa od princípu „čo najmenej“ a obmedzení dávky injekčne podávanej kontrastnej látky.
Bohužiaľ, mnoho článkov nespomína niektoré kľúčové vlastnosti 3DPAM. Menej ako polovica článkov výslovne uviedla, či bol ich 3DPAM tónovaný. Pokrytie rozsahu tlače bolo nekonzistentné (43 % článkov) a iba 34 % spomenulo použitie viacerých médií. Tieto parametre tlače sú kritické, pretože ovplyvňujú vlastnosti učenia 3DPAM. Väčšina článkov neposkytuje dostatočné informácie o zložitosti získania 3DPAM (čas návrhu, kvalifikácia personálu, náklady na softvér, náklady na tlač atď.). Tieto informácie sú kritické a mali by sa zvážiť pred začatím projektu vývoja nového 3DPAM.
Táto systematická analýza ukazuje, že navrhovanie a 3D tlač normálnych anatomických modelov je uskutočniteľná s nízkymi nákladmi, najmä pri použití FDM alebo SLA tlačiarní a lacných jednofarebných plastových materiálov. Tieto základné návrhy je však možné vylepšiť pridaním farby alebo pridaním dizajnov v rôznych materiáloch. Realistickejšie modely (vytlačené s použitím viacerých materiálov rôznych farieb a textúr, aby sa verne replikovali hmatové vlastnosti referenčného modelu kadavera) vyžadujú drahšie 3D tlačové technológie a dlhšie časy návrhu. To výrazne zvýši celkové náklady. Bez ohľadu na to, ktorý tlačový proces sa zvolí, výber vhodnej zobrazovacej metódy je kľúčom k úspechu 3DPAM. Čím vyššie je priestorové rozlíšenie, tým realistickejší je model a možno ho použiť na pokročilý výskum. Z pedagogického hľadiska je 3DPAM účinným nástrojom na výučbu anatómie, o čom svedčia aj znalostné testy, ktoré študenti absolvujú, a ich spokojnosť. Výučbový účinok 3DPAM je najlepší, keď reprodukuje zložité anatomické oblasti a študenti ho používajú už na začiatku svojho lekárskeho vzdelávania.
Súbory údajov vygenerované a/alebo analyzované v tejto štúdii nie sú verejne dostupné z dôvodu jazykových bariér, ale sú k dispozícii od príslušného autora na základe primeranej žiadosti.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Prehľad kurzov hrubej anatómie, mikroanatómie, neurobiológie a embryológie v učebných osnovách lekárskych fakúlt v USA. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Pitva kadaverov ako vzdelávací nástroj pre anatomickú vedu v 21. storočí: Pitva ako vzdelávací nástroj. Analýza vedeckého vzdelávania. 2017;10(3):286–99.
Čas uverejnenia: 9. apríla 2024