Трехмерные печатные анатомические модели (3DPAM) кажутся подходящим инструментом из-за их образовательной ценности и осуществимости.Целью данного обзора является описание и анализ методов, использованных для создания 3DPAM для обучения анатомии человека, а также оценка ее педагогического вклада.
Электронный поиск был проведен в PubMed с использованием следующих терминов: образование, школа, обучение, преподавание, обучение, обучение, образование, трехмерный, 3D, 3-мерный, печать, печать, печать, анатомия, анатомия, анатомия и анатомия. ..Результаты включали характеристики исследования, дизайн модели, морфологическую оценку, образовательную успеваемость, сильные и слабые стороны.
Среди 68 отобранных статей наибольшее количество исследований было посвящено краниальной области (33 статьи);В 51 статье упоминается печать на костях.В 47 статьях разработан 3DPAM на основе компьютерной томографии.Перечислены пять процессов печати.Пластмассы и их производные использовались в 48 исследованиях.Цена каждого дизайна варьируется от 1,25 до 2800 долларов.Тридцать семь исследований сравнивали 3DPAM с эталонными моделями.В 33 статьях рассматривалась образовательная деятельность.Основными преимуществами являются визуальное и тактильное качество, эффективность обучения, повторяемость, настраиваемость и гибкость, экономия времени, интеграция функциональной анатомии, улучшение умственных способностей, сохранение знаний и удовлетворенность учителей и учеников.Основные недостатки связаны с дизайном: последовательность, отсутствие деталей или прозрачности, слишком яркие цвета, длительное время печати и высокая стоимость.
Этот систематический обзор показывает, что 3DPAM экономически эффективен и эффективен для обучения анатомии.Более реалистичные модели требуют использования более дорогих технологий 3D-печати и более длительного времени проектирования, что значительно увеличит общую стоимость.Ключевым моментом является выбор подходящего метода визуализации.С педагогической точки зрения 3DPAM является эффективным инструментом преподавания анатомии, оказывающим положительное влияние на результаты обучения и удовлетворенность.Обучающий эффект 3DPAM проявляется лучше всего, когда он воспроизводит сложные анатомические области и студенты используют его на ранних этапах своей медицинской подготовки.
Вскрытие трупов животных проводится со времен Древней Греции и является одним из основных методов обучения анатомии.Препарации трупов, выполняемые во время практических занятий, используются в теоретической программе студентов-медиков вузов и в настоящее время считаются золотым стандартом изучения анатомии [1,2,3,4,5].Однако существует множество препятствий для использования трупных образцов человека, что побуждает к поиску новых инструментов обучения [6, 7].Некоторые из этих новых инструментов включают дополненную реальность, цифровые инструменты и 3D-печать.Согласно недавнему обзору литературы, проведенному Santos et al.[8] С точки зрения ценности этих новых технологий для преподавания анатомии 3D-печать представляется одним из наиболее важных ресурсов, как с точки зрения образовательной ценности для студентов, так и с точки зрения осуществимости внедрения [4,9,10] .
3D-печать не нова.Первые патенты, связанные с этой технологией, датируются 1984 годом: A Le Méhauté, O De Witte и JC André во Франции, а три недели спустя C Hull в США.С тех пор технология продолжала развиваться, и ее использование распространилось на многие области.Например, НАСА напечатало первый объект за пределами Земли в 2014 году [11].Медицинская сфера также приняла этот новый инструмент, тем самым увеличив желание развивать персонализированную медицину [12].
Многие авторы продемонстрировали преимущества использования 3D-печатных анатомических моделей (3DPAM) в медицинском образовании [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].При обучении анатомии человека необходимы непатологические и анатомически нормальные модели.В некоторых обзорах рассматривались модели патологического или медико-хирургического обучения [8, 20, 21].Чтобы разработать гибридную модель обучения анатомии человека, включающую новые инструменты, такие как 3D-печать, мы провели систематический обзор, чтобы описать и проанализировать, как создаются 3D-печатные объекты для обучения анатомии человека и как студенты оценивают эффективность обучения с использованием этих 3D-объектов.
Этот систематический обзор литературы был проведен в июне 2022 года без ограничений по времени с использованием рекомендаций PRISMA (предпочтительные элементы отчетности для систематических обзоров и мета-анализов) [22].
Критериями включения были все исследовательские работы с использованием 3DPAM в преподавании/обучении анатомии.Обзоры литературы, письма или статьи, посвященные патологическим моделям, моделям животных, археологическим моделям и моделям медицинского/хирургического обучения, были исключены.Были выбраны только статьи, опубликованные на английском языке.Статьи без доступных онлайн-резюме были исключены.Включены статьи, включающие несколько моделей, по крайней мере одна из которых была анатомически нормальной или имела незначительную патологию, не влияющую на обучающую ценность.
Поиск литературы был проведен в электронной базе данных PubMed (Национальная медицинская библиотека, NCBI) для выявления соответствующих исследований, опубликованных до июня 2022 года. Используйте следующие условия поиска: образование, школа, преподавание, преподавание, обучение, преподавание, образование, три- объемная, 3D, 3D, печать, печать, печать, анатомия, анатомия, анатомия и анатомия.Был выполнен одиночный запрос: (((образование[Название/Аннотация] OR школа[Название/Аннотация] ORlearning[Название/Аннотация] OR преподавание[Название/Аннотация] OR обучение[Название/Аннотация] OReach[Название/Аннотация] ] OR Образование [Название/Аннотация]) И (Три измерения [Название] ИЛИ 3D [Название] ИЛИ 3D [Название])) И (Напечатать [Название] ИЛИ Распечатать [Название] ИЛИ Распечатать [Название])) И (Анатомия) [Название] ] ]/аннотация] или анатомия [название/аннотация] или анатомия [название/аннотация] или анатомия [название/аннотация]).Дополнительные статьи были выявлены путем ручного поиска в базе данных PubMed и просмотра ссылок на другие научные статьи.Никаких ограничений по датам не применялось, но использовался фильтр «Персона».
Все полученные названия и рефераты были проверены на соответствие критериям включения и исключения двумя авторами (EBR и AL), и любое исследование, не отвечающее всем критериям отбора, было исключено.Полнотекстовые публикации остальных исследований были получены и проверены тремя авторами (EBR, EBE и AL).При необходимости разногласия при подборе статей разрешались четвертым лицом (LT).В этот обзор были включены публикации, соответствующие всем критериям включения.
Извлечение данных выполнялось независимо двумя авторами (EBR и AL) под руководством третьего автора (LT).
- Данные о дизайне модели: анатомические области, конкретные анатомические части, исходная модель для 3D-печати, метод получения, программное обеспечение для сегментации и моделирования, тип 3D-принтера, тип и количество материала, масштаб печати, цвет, стоимость печати.
- Морфологическая оценка моделей: модели, используемые для сравнения, медицинская оценка экспертов/преподавателей, количество оценщиков, тип оценки.
- Преподавание 3D-модели: оценка знаний учащихся, метод оценки, количество учащихся, количество групп сравнения, рандомизация учащихся, образование/тип учащегося.
В MEDLINE было обнаружено 418 исследований, а 139 статей были исключены фильтром «человек».После рассмотрения названий и аннотаций 103 исследования были отобраны для полнотекстового чтения.34 статьи были исключены, поскольку они представляли собой либо патологические модели (9 статей), модели медицинского/хирургического обучения (4 статьи), модели животных (4 статьи), трехмерные радиологические модели (1 статья) или не были оригинальными научными статьями (16 глав).).Всего в обзор вошли 68 статей.На рисунке 1 процесс отбора представлен в виде блок-схемы.
Блок-схема, обобщающая идентификацию, проверку и включение статей в этот систематический обзор
Все исследования были опубликованы в период с 2014 по 2022 год, средний год публикации — 2019. Среди 68 включенных статей 33 (49%) исследования были описательными и экспериментальными, 17 (25%) — чисто экспериментальными и 18 (26%) — чисто экспериментальными. экспериментальный.Чисто описательно.Из 50 (73%) экспериментальных исследований в 21 (31%) использовалась рандомизация.Только 34 исследования (50%) включали статистический анализ.В таблице 1 суммированы характеристики каждого исследования.
В 33 статьях (48%) исследована область головы, в 19 статьях (28%) - грудной отдел, в 17 статьях (25%) - брюшно-тазовая область и в 15 статьях (22%) - конечности.В 51 статье (75%) кости, напечатанные на 3D-принтере, упоминались как анатомические модели или многосрезовые анатомические модели.
Что касается исходных моделей или файлов, использованных для разработки 3DPAM, в 23 статьях (34%) упоминалось использование данных пациентов, в 20 статьях (29%) упоминалось использование трупных данных и в 17 статьях (25%) упоминалось использование баз данных.использовались, а в 7 исследованиях (10%) не раскрылся источник использованных документов.
В 47 исследованиях (69%) была разработана 3DPAM на основе компьютерной томографии, а в 3 исследованиях (4%) сообщалось об использовании микроКТ.7 статей (10%) проецировали 3D-объекты с помощью оптических сканеров, 4 статьи (6%) — с помощью МРТ и 1 статья (1%) — с помощью камер и микроскопов.В 14 статьях (21%) не упоминался источник исходных файлов дизайна 3D-модели.3D-файлы создаются со средним пространственным разрешением менее 0,5 мм.Оптимальное разрешение составляет 30 мкм [80], максимальное разрешение — 1,5 мм [32].
Было использовано шестьдесят различных программных приложений (сегментация, моделирование, дизайн или печать).Чаще всего использовался Mimics (Materialise, Левен, Бельгия) (14 исследований, 21%), за ним следовали MeshMixer (Autodesk, Сан-Рафаэль, Калифорния) (13 исследований, 19%), Geomagic (3D System, Миссури, Северная Каролина, Лисвилл). .(10 исследований, 15%), 3D Slicer (Обучение разработчиков слайсеров, Бостон, Массачусетс) (9 исследований, 13%), Blender (Blender Foundation, Амстердам, Нидерланды) (8 исследований, 12%) и CURA (Гельдемарсен, Нидерланды) (7 исследований, 10%).
Упоминаются шестьдесят семь различных моделей принтеров и пять процессов печати.Технология FDM (моделирование наплавленным осаждением) использовалась в 26 продуктах (38%), пескоструйная очистка материала - в 13 продуктах (19%) и, наконец, пескоструйная обработка связующим (11 продуктов, 16%).Наименее используемые технологии — стереолитография (SLA) (5 статей, 7%) и селективное лазерное спекание (SLS) (4 статьи, 6%).Наиболее часто используемый принтер (7 статей, 10%) — Connex 500 (Stratasys, Реховот, Израиль) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
При указании материалов, используемых для изготовления 3DPAM (51 статья, 75%), в 48 исследованиях (71%) использовались пластмассы и их производные.В качестве основных материалов использовались PLA (полимолочная кислота) (n = 20, 29%), смола (n = 9, 13%) и ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) (7 видов, 10%).В 23 статьях (34%) рассматривались 3DPAM, изготовленные из нескольких материалов, в 36 статьях (53%) были представлены 3DPAM, изготовленные только из одного материала, а в 9 статьях (13%) не указан материал.
В двадцати девяти статьях (43%) сообщалось о соотношении сторон печати от 0,25:1 до 2:1, в среднем 1:1.В двадцати пяти статьях (37%) использовалось соотношение 1:1.28 3DPAM (41%) состояли из нескольких цветов, а 9 (13%) были окрашены после печати [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
В 34 статьях (50%) упоминались затраты.В 9 статьях (13%) упоминалась стоимость 3D-принтеров и сырья.Цена на принтеры варьируется от 302 до 65 000 долларов.Если указано, цены на модели варьируются от 1,25 до 2800 долларов США;эти крайности соответствуют образцам скелета [47] и высокоточным забрюшинным моделям [48].В таблице 2 суммированы данные модели для каждого включенного исследования.
Тридцать семь исследований (54%) сравнивали 3DAPM с эталонной моделью.Среди этих исследований наиболее распространенным компаратором была анатомическая эталонная модель, использованная в 14 статьях (38%), пластинированные препараты - в 6 статьях (16%), пластинированные препараты - в 6 статьях (16%).Использование виртуальной реальности, компьютерная томография: один 3DPAM в 5 статьях (14%), другой 3DPAM в 3 статьях (8%), серьезные игры в 1 статье (3%), рентгенограммы в 1 статье (3%), бизнес-модели в 1 статья (3%) и дополненная реальность в 1 статье (3%).Тридцать четыре (50%) исследования оценивали 3DPAM.Пятнадцать (48%) исследований подробно описали опыт оценщиков (таблица 3).3DPAM выполняли хирурги или лечащие врачи в 7 исследованиях (47%), специалисты-анатомы в 6 исследованиях (40%), студенты в 3 исследованиях (20%), преподаватели (дисциплина не указана) в 3 исследованиях (20%) для оценки и еще один оценщик в статье (7%).Среднее количество оценщиков – 14 (минимум 2, максимум 30).Тридцать три исследования (49%) оценивали морфологию 3DPAM качественно, а 10 исследований (15%) оценивали морфологию 3DPAM количественно.Из 33 исследований, в которых использовались качественные оценки, в 16 использовались чисто описательные оценки (48%), в 9 использовались тесты/рейтинги/опросы (27%) и в 8 использовались шкалы Лайкерта (24%).В Таблице 3 суммированы морфологические оценки моделей в каждом включенном исследовании.
Тридцать три (48%) статьи исследовали и сравнили эффективность обучения студентов 3DPAM.Из этих исследований в 23 (70%) статьях оценивалась удовлетворенность студентов, в 17 (51%) использовались шкалы Лайкерта, а в 6 (18%) использовались другие методы.В двадцати двух статьях (67%) оценивалось обучение учащихся посредством тестирования знаний, из которых в 10 (30%) использовались предварительные и/или посттесты.В одиннадцати исследованиях (33%) для оценки знаний учащихся использовались вопросы и тесты с несколькими вариантами ответов, а в пяти исследованиях (15%) использовалась маркировка изображений/анатомическая идентификация.В каждом исследовании приняли участие в среднем 76 студентов (минимум 8, максимум 319).Двадцать четыре исследования (72%) имели контрольную группу, из которых в 20 (60%) использовалась рандомизация.Напротив, в одном исследовании (3%) анатомические модели случайным образом распределялись между 10 разными студентами.В среднем сравнивали 2,6 группы (минимум 2, максимум 10).В двадцати трех исследованиях (70%) участвовали студенты-медики, из которых 14 (42%) были студентами-медиками первого курса.В шести (18%) исследованиях участвовали ординаторы, 4 (12%) студентов-стоматологов и 3 (9%) студентов естественных наук.Шесть исследований (18%) реализовали и оценили автономное обучение с использованием 3DPAM.В Таблице 4 обобщены результаты оценки эффективности преподавания 3DPAM для каждого включенного исследования.
Основными преимуществами использования 3DPAM в качестве инструмента обучения нормальной анатомии человека, о которых сообщают авторы, являются визуальные и тактильные характеристики, включая реализм [55, 67], точность [44, 50, 72, 85] и изменчивость консистенции [34, 45]. ]., 48, 64], цвет и прозрачность [28, 45], долговечность [24, 56, 73], обучающий эффект [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], стоимость [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], воспроизводимость [80], возможность улучшения или персонализации [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], возможность манипулировать студентами [30, 49], экономия времени обучения [61, 80], простота хранения [61], возможность интегрировать функциональную анатомию или создавать специфические структуры [51, 53], 67]. , быстрое проектирование моделей скелета [81], способность совместно создавать модели и брать их домой [49, 60, 71], улучшать способности к умственному вращению [23] и запоминанию знаний [32], а также на преподавателя [32]. 25, 63] и удовлетворенность студентов [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Основные недостатки связаны с дизайном: жесткость [80], последовательность [28, 62], отсутствие деталей или прозрачности [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], слишком яркие цвета [45].и хрупкость пола[71].Другие недостатки включают потерю информации [30, 76], длительное время, необходимое для сегментации изображения [36, 52, 57, 58, 74], время печати [57, 63, 66, 67], отсутствие анатомической изменчивости [25], и стоимость.Высокий[48].
Этот систематический обзор суммирует 68 статей, опубликованных за 9 лет, и подчеркивает интерес научного сообщества к 3DPAM как к инструменту для обучения нормальной анатомии человека.Каждая анатомическая область была изучена и напечатана на 3D-принтере.Из этих статей 37 статей сравнивали 3DPAM с другими моделями, а 33 статьи оценивали педагогическую значимость 3DPAM для учащихся.
Учитывая различия в дизайне исследований анатомической 3D-печати, мы не сочли целесообразным проводить метаанализ.Метаанализ, опубликованный в 2020 году, в основном был сосредоточен на тестах анатомических знаний после обучения без анализа технических и технологических аспектов проектирования и производства 3DPAM [10].
Область головы является наиболее изученной, вероятно, потому, что сложность ее анатомии затрудняет для студентов изображение этой анатомической области в трехмерном пространстве по сравнению с конечностями или туловищем.КТ на сегодняшний день является наиболее часто используемым методом визуализации.Этот метод широко используется, особенно в медицинских учреждениях, но имеет ограниченное пространственное разрешение и низкий контраст мягких тканей.Эти ограничения делают компьютерную томографию непригодной для сегментации и моделирования нервной системы.С другой стороны, компьютерная томография лучше подходит для сегментации/моделирования костной ткани;Контраст кости и мягких тканей помогает выполнить эти шаги перед 3D-печатью анатомических моделей.С другой стороны, микроКТ считается эталонной технологией с точки зрения пространственного разрешения при визуализации костей [70].Для получения изображений также можно использовать оптические сканеры или МРТ.Более высокое разрешение предотвращает сглаживание поверхностей костей и сохраняет тонкость анатомических структур [59].Выбор модели также влияет на пространственное разрешение: например, модели пластификации имеют более низкое разрешение [45].Графическим дизайнерам приходится создавать собственные 3D-модели, что увеличивает затраты (от 25 до 150 долларов в час) [43].Получения высококачественных файлов .STL недостаточно для создания высококачественных анатомических моделей.Необходимо определить параметры печати, такие как ориентация анатомической модели на печатной форме [29].Некоторые авторы предполагают, что передовые технологии печати, такие как SLS, следует использовать везде, где это возможно, для повышения точности 3DPAM [38].Производство 3DPAM требует профессиональной помощи;наиболее востребованными специалистами являются инженеры [72], рентгенологи [75], графические дизайнеры [43] и анатомы [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Программное обеспечение для сегментации и моделирования является важным фактором в получении точных анатомических моделей, но стоимость этих программных пакетов и их сложность препятствуют их использованию.В нескольких исследованиях сравнивалось использование различных пакетов программного обеспечения и технологий печати, подчеркивая преимущества и недостатки каждой технологии [68].Помимо программного обеспечения для моделирования, также требуется программное обеспечение для печати, совместимое с выбранным принтером;некоторые авторы предпочитают использовать онлайн-3D-печать [75].Если напечатано достаточное количество 3D-объектов, инвестиции могут привести к финансовой отдаче [72].
Пластик на сегодняшний день является наиболее часто используемым материалом.Широкий спектр текстур и цветов делает его предпочтительным материалом для 3DPAM.Некоторые авторы высоко оценили его высокую прочность по сравнению с традиционными трупными или пластининированными моделями [24, 56, 73].Некоторые пластмассы даже обладают свойствами изгиба или растяжения.Например, Filaflex с технологией FDM может растягиваться до 700%.Некоторые авторы считают его материалом выбора для репликации мышц, сухожилий и связок [63].С другой стороны, два исследования подняли вопросы об ориентации волокон во время печати.Фактически, ориентация, прикрепление, иннервация и функция мышечных волокон имеют решающее значение при моделировании мышц [33].
Удивительно, но лишь немногие исследования упоминают масштабы печати.Поскольку многие считают соотношение 1:1 стандартным, автор, возможно, решил не упоминать его.Хотя масштабирование было бы полезно для направленного обучения в больших группах, возможность масштабирования еще не изучалась, особенно с учетом растущих размеров классов и физического размера модели, являющегося важным фактором.Конечно, полноразмерные весы облегчают обнаружение и передачу пациенту различных анатомических элементов, что может объяснить, почему их часто используют.
Из множества принтеров, доступных на рынке, те, которые используют технологию PolyJet (струйная печать на материале или связующем) для обеспечения цветной и многослойной (и, следовательно, многотекстурной) печати высокой четкости, стоят от 20 000 до 250 000 долларов США (https: //www .aniwaa.com/).Эта высокая стоимость может ограничить продвижение 3DPAM в медицинских школах.Помимо стоимости принтера, стоимость материалов, необходимых для струйной печати, выше, чем для принтеров SLA или FDM [68].Цены на принтеры SLA или FDM также более доступны: от 576 до 4999 евро в статьях, перечисленных в этом обзоре.По словам Триподи и его коллег, каждую часть скелета можно напечатать за 1,25 доллара США [47].Одиннадцать исследований пришли к выводу, что 3D-печать дешевле, чем пластификация или коммерческие модели [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Более того, эти коммерческие модели предназначены для предоставления информации о пациентах без достаточной детализации для преподавания анатомии [80].Эти коммерческие модели считаются уступающими 3DPAM [44].Стоит отметить, что, помимо используемой технологии печати, конечная стоимость пропорциональна масштабу и, следовательно, конечному размеру 3DPAM [48].По этим причинам предпочтительным является полноразмерный масштаб [37].
Только в одном исследовании 3DPAM сравнивали с коммерчески доступными анатомическими моделями [72].Образцы трупов являются наиболее часто используемым компаратором для 3DPAM.Несмотря на свои ограничения, трупные модели остаются ценным инструментом для преподавания анатомии.Необходимо проводить различие между аутопсией, препарированием и сухой костью.На основе тренировочных тестов два исследования показали, что 3DPAM был значительно более эффективен, чем пластинированная диссекция [16, 27].В одном исследовании сравнивали один час тренировки с использованием 3DPAM (нижние конечности) с одним часом рассечения той же анатомической области [78].Существенных различий между двумя методами обучения не было.Вероятно, исследований по этой теме мало, поскольку такие сравнения проводить сложно.Диссекция – это трудоемкая подготовка для студентов.Иногда на подготовку требуются десятки часов, в зависимости от того, что готовится.Третье сравнение можно провести с сухими костями.Исследование Цая и Смита показало, что результаты тестов были значительно лучше в группе, использующей 3DPAM [51, 63].Чен и его коллеги отметили, что студенты, использующие 3D-модели, лучше справлялись с идентификацией структур (черепов), но разницы в баллах MCQ не было [69].Наконец, Таннер и его коллеги продемонстрировали лучшие результаты после тестирования в этой группе с использованием 3DPAM крылонебной ямки [46].В этом обзоре литературы были выявлены и другие новые средства обучения.Наиболее распространенными среди них являются дополненная реальность, виртуальная реальность и серьезные игры [43].По мнению Махруса и его коллег, предпочтение анатомических моделей зависит от количества часов, которые студенты играют в видеоигры [31].С другой стороны, основным недостатком новых инструментов обучения анатомии является тактильная обратная связь, особенно для чисто виртуальных инструментов [48].
В большинстве исследований, оценивающих новый 3DPAM, использовались предварительные тесты знаний.Эти предварительные тесты помогают избежать предвзятости в оценке.Некоторые авторы перед проведением экспериментальных исследований исключают всех студентов, набравших на предварительном тестировании балл выше среднего [40].Среди предубеждений, упомянутых Гарасом и его коллегами, были цвет модели и отбор добровольцев в студенческий класс [61].Окрашивание облегчает идентификацию анатомических структур.Чен и его коллеги установили строгие условия эксперимента без каких-либо первоначальных различий между группами, и исследование было максимально закрытым [69].Лим и коллеги рекомендуют, чтобы послетестовую оценку проводила третья сторона, чтобы избежать предвзятости в оценке [16].В некоторых исследованиях для оценки возможности 3DPAM использовались шкалы Лайкерта.Этот инструмент подходит для оценки удовлетворенности, но все же существуют важные предубеждения, о которых следует помнить [86].
Образовательная значимость 3DPAM в первую очередь оценивалась среди студентов-медиков, включая студентов-медиков первого курса, в 14 из 33 исследований.В своем пилотном исследовании Уилк и его коллеги сообщили, что студенты-медики считают, что 3D-печать должна быть включена в их изучение анатомии [87].87% студентов, опрошенных в исследовании Cercenelli, считали, что второй год обучения — лучшее время для использования 3DPAM [84].Результаты Таннера и его коллег также показали, что студенты показали лучшие результаты, если они никогда не изучали эту область [46].Эти данные показывают, что первый год обучения в медицинской школе — оптимальное время для включения 3DPAM в преподавание анатомии.Метаанализ Йе подтвердил эту идею [18].В 27 статьях, включенных в исследование, наблюдались значительные различия в результатах тестов между 3DPAM и традиционными моделями для студентов-медиков, но не для ординаторов.
3DPAM как инструмент обучения улучшает академическую успеваемость [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], долгосрочное сохранение знаний [32] и удовлетворенность учащихся [25, 45, 46, 52, 57, 63]. , 66]., 69 , 84].Группы экспертов также сочли эти модели полезными [37, 42, 49, 81, 82], а два исследования показали удовлетворенность учителей 3DPAM [25, 63].Из всех источников Бэкхаус и его коллеги считают 3D-печать лучшей альтернативой традиционным анатомическим моделям [49].В своем первом метаанализе Йе и его коллеги подтвердили, что студенты, получившие инструкции 3DPAM, имели лучшие результаты после теста, чем студенты, получившие инструкции 2D или трупа [10].Однако они дифференцировали 3DPAM не по сложности, а просто по сердцу, нервной системе и брюшной полости.В семи исследованиях 3DPAM не превзошла другие модели, основанные на тестах знаний, проводимых студентам [32, 66, 69, 77, 78, 84].В своем метаанализе Салазар и его коллеги пришли к выводу, что использование 3DPAM конкретно улучшает понимание сложной анатомии [17].Эта концепция согласуется с письмом Хитаса в редакцию [88].Некоторые анатомические области, считающиеся менее сложными, не требуют использования 3DPAM, тогда как более сложные анатомические области (такие как шея или нервная система) были бы логичным выбором для 3DPAM.Эта концепция может объяснить, почему некоторые 3DPAM не считаются превосходящими традиционные модели, особенно когда учащимся не хватает знаний в области, где производительность моделей оказывается более высокой.Таким образом, представление простой модели студентам, которые уже имеют некоторые знания по предмету (студентам-медикам или резидентам), не поможет улучшить успеваемость учащихся.
Из всех перечисленных образовательных преимуществ в 11 исследованиях подчеркивались визуальные или тактильные качества моделей [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], а в 3 исследованиях улучшались прочность и долговечность (33 , 50-52, 63, 79, 85, 86).Другие преимущества заключаются в том, что учащиеся могут манипулировать конструкциями, учителя могут экономить время, их легче сохранить, чем трупы, проект можно завершить в течение 24 часов, его можно использовать в качестве инструмента домашнего обучения и можно использовать для обучения большим объемам информации. информации.группы [30, 49, 60, 61, 80, 81].Повторная 3D-печать при обучении анатомии в больших объемах делает модели 3D-печати более рентабельными [26].Использование 3DPAM может улучшить возможности умственного вращения [23] и улучшить интерпретацию изображений поперечного сечения [23, 32].Два исследования показали, что студенты, подвергшиеся воздействию 3DPAM, с большей вероятностью подверглись хирургическому вмешательству [40, 74].Металлические соединители могут быть встроены для создания движения, необходимого для изучения функциональной анатомии [51, 53], или модели могут быть напечатаны с использованием триггерных конструкций [67].
3D-печать позволяет создавать регулируемые анатомические модели путем улучшения определенных аспектов на этапе моделирования, [48, 80] создания подходящей основы, [59] объединения нескольких моделей, [36] использования прозрачности, (49) цвета, [45] или делая видимыми определенные внутренние структуры [30].Триподи и его коллеги использовали глину для лепки в дополнение к своим 3D-печатным моделям костей, подчеркивая ценность совместно созданных моделей в качестве обучающих инструментов [47].В 9 исследованиях цвет наносился после печати [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], но студенты наносили его только один раз [49].К сожалению, в исследовании не оценивалось качество обучения модели или последовательность обучения.Это следует учитывать в контексте анатомического образования, поскольку преимущества смешанного обучения и совместного творчества хорошо известны [89].Чтобы справиться с растущей рекламной активностью, для оценки моделей много раз использовалось самообучение [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Одно исследование пришло к выводу, что цвет пластикового материала был слишком ярким[45], другое исследование пришло к выводу, что модель была слишком хрупкой[71], а два других исследования указали на отсутствие анатомической вариативности в дизайне отдельных моделей[25, 45]. ]..Семь исследований пришли к выводу, что анатомические детали 3DPAM недостаточны [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Для более детальных анатомических моделей больших и сложных областей, таких как забрюшинное пространство или шейный отдел позвоночника, время сегментации и моделирования считается очень длительным, а стоимость очень высокой (около 2000 долларов США) [27, 48].Ходжо и его коллеги заявили в своем исследовании, что на создание анатомической модели таза ушло 40 часов [42].Самое продолжительное время сегментации составило 380 часов в исследовании Weatherall и его коллег, в котором несколько моделей были объединены для создания полной педиатрической модели дыхательных путей [36].В девяти исследованиях сегментация и время печати считались недостатками [36, 42, 57, 58, 74].Однако в 12 исследованиях подвергались критике физические свойства своих моделей, в частности их последовательность, [28, 62] отсутствие прозрачности, [30] хрупкость и монохроматичность, [71] отсутствие мягких тканей [66] или отсутствие деталей [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Эти недостатки можно преодолеть за счет увеличения времени сегментации или моделирования.Потеря и получение соответствующей информации были проблемой, с которой столкнулись три команды [30, 74, 77].По сообщениям пациентов, йодсодержащие контрастные вещества не обеспечивали оптимальную видимость сосудов из-за ограничений дозы [74].Инъекция трупной модели представляется идеальным методом, отходящим от принципа «как можно меньше» и ограничений дозы вводимого контрастного вещества.
К сожалению, во многих статьях не упоминаются некоторые ключевые особенности 3DPAM.Менее чем в половине статей прямо указано, был ли их 3DPAM тонирован.Охват печатной продукции был непоследовательным (43% статей), и только 34% упомянули использование нескольких средств массовой информации.Эти параметры печати имеют решающее значение, поскольку они влияют на свойства обучения 3DPAM.Большинство статей не дают достаточной информации о сложностях получения 3DPAM (время проектирования, квалификация персонала, стоимость программного обеспечения, стоимость печати и т. д.).Эта информация имеет решающее значение, и ее следует учитывать, прежде чем рассматривать возможность начала проекта по разработке нового 3DPAM.
Этот систематический обзор показывает, что проектирование и 3D-печать нормальных анатомических моделей осуществимо при небольших затратах, особенно при использовании принтеров FDM или SLA и недорогих одноцветных пластиковых материалов.Однако эти базовые конструкции можно улучшить, добавив цвет или дизайн из разных материалов.Более реалистичные модели (напечатанные с использованием нескольких материалов разных цветов и текстур, чтобы точно воспроизвести тактильные качества эталонной модели трупа) требуют более дорогих технологий 3D-печати и более длительного времени проектирования.Это значительно увеличит общую стоимость.Независимо от того, какой процесс печати выбран, выбор подходящего метода обработки изображений является ключом к успеху 3DPAM.Чем выше пространственное разрешение, тем более реалистичной становится модель и ее можно использовать для передовых исследований.С педагогической точки зрения 3DPAM является эффективным инструментом обучения анатомии, о чем свидетельствуют тесты на знания, проводимые учащимися, и их удовлетворенность.Обучающий эффект 3DPAM проявляется лучше всего, когда он воспроизводит сложные анатомические области и студенты используют его на ранних этапах своей медицинской подготовки.
Наборы данных, созданные и/или проанализированные в текущем исследовании, не являются общедоступными из-за языковых барьеров, но доступны у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Дрейк Р.Л., Лоури DJ, Прюитт CM.Обзор курсов общей анатомии, микроанатомии, нейробиологии и эмбриологии в учебных программах медицинских школ США.Анат Рек.2002;269(2):118-22.
Гош С.К. Рассечение трупа как образовательный инструмент анатомической науки в 21 веке: Диссекция как образовательный инструмент.Анализ научного образования.2017;10(3):286–99.
Время публикации: 09 апреля 2024 г.