Tredimensjonale trykte anatomiske modeller (3DPAM-er) ser ut til å være et passende verktøy på grunn av deres pedagogiske verdi og gjennomførbarhet. Formålet med denne gjennomgangen er å beskrive og analysere metodene som brukes for å lage 3DPAM for undervisning i menneskelig anatomi, og å evaluere dens pedagogiske bidrag.
Et elektronisk søk ble utført i PubMed med følgende termer: utdanning, skole, læring, undervisning, opplæring, undervisning, utdanning, tredimensjonal, 3D, 3-dimensjonal, utskrift, utskrift, anatomi, anatomi, anatomi og anatomi. Funnene inkluderte studiens egenskaper, modelldesign, morfologisk vurdering, utdanningsresultater, styrker og svakheter.
Blant de 68 utvalgte artiklene fokuserte det største antallet studier på kranieregionen (33 artikler); 51 artikler nevner beintrykk. I 47 artikler ble 3DPAM utviklet basert på computertomografi. Fem trykkeprosesser er listet opp. Plast og deres derivater ble brukt i 48 studier. Hvert design varierer i pris fra $1,25 til $2800. Trettisju studier sammenlignet 3DPAM med referansemodeller. Trettitre artikler undersøkte pedagogiske aktiviteter. De viktigste fordelene er visuell og taktil kvalitet, læringseffektivitet, repeterbarhet, tilpassbarhet og smidighet, tidsbesparelser, integrering av funksjonell anatomi, bedre mental rotasjonsevne, kunnskapslagring og lærer-/elevtilfredshet. De viktigste ulempene er knyttet til designet: konsistens, mangel på detaljer eller gjennomsiktighet, for lyse farger, lang trykketid og høy kostnad.
Denne systematiske oversikten viser at 3DPAM er kostnadseffektivt og effektivt for undervisning i anatomi. Mer realistiske modeller krever bruk av dyrere 3D-printteknologier og lengre designtider, noe som vil øke den totale kostnaden betydelig. Nøkkelen er å velge riktig avbildningsmetode. Fra et pedagogisk synspunkt er 3DPAM et effektivt verktøy for undervisning i anatomi, med en positiv innvirkning på læringsutbytte og tilfredshet. Undervisningseffekten av 3DPAM er best når det reproduserer komplekse anatomiske regioner og studentene bruker det tidlig i sin medisinske utdanning.
Disseksjon av dyrelik har blitt utført siden antikkens Hellas og er en av de viktigste metodene for å undervise i anatomi. Disseksjoner av kadavere utført under praktisk opplæring brukes i den teoretiske læreplanen til universitetsmedisinstudenter og regnes for tiden som gullstandarden for studiet av anatomi [1,2,3,4,5]. Det er imidlertid mange barrierer for bruk av menneskelige kadaverprøver, noe som har ført til søken etter nye opplæringsverktøy [6, 7]. Noen av disse nye verktøyene inkluderer utvidet virkelighet, digitale verktøy og 3D-printing. I følge en fersk litteraturgjennomgang av Santos et al. [8] Når det gjelder verdien av disse nye teknologiene for undervisning i anatomi, ser 3D-printing ut til å være en av de viktigste ressursene, både når det gjelder pedagogisk verdi for studenter og når det gjelder gjennomførbarhet av implementering [4,9,10].
3D-printing er ikke nytt. De første patentene knyttet til denne teknologien dateres tilbake til 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte og J.C. André i Frankrike, og tre uker senere C. Hull i USA. Siden den gang har teknologien fortsatt å utvikle seg, og bruken har utvidet seg til mange områder. For eksempel printet NASA det første objektet utenfor Jorden i 2014 [11]. Det medisinske feltet har også tatt i bruk dette nye verktøyet, og dermed økt ønsket om å utvikle personlig medisin [12].
Mange forfattere har demonstrert fordelene ved å bruke 3D-printede anatomiske modeller (3DPAM) i medisinsk utdanning [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Ved undervisning i menneskelig anatomi er det behov for ikke-patologiske og anatomisk normale modeller. Noen oversikter har undersøkt patologiske eller medisinske/kirurgiske treningsmodeller [8, 20, 21]. For å utvikle en hybridmodell for undervisning i menneskelig anatomi som inkluderer nye verktøy som 3D-printing, gjennomførte vi en systematisk oversikt for å beskrive og analysere hvordan 3D-printede objekter lages for undervisning i menneskelig anatomi og hvordan studenter evaluerer effektiviteten av læring ved hjelp av disse 3D-objektene.
Denne systematiske litteraturgjennomgangen ble utført i juni 2022 uten tidsbegrensninger ved bruk av PRISMA-retningslinjene (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Inklusjonskriteriene var alle forskningsartikler som brukte 3DPAM i anatomiundervisning/-læring. Litteraturvurderinger, brev eller artikler som fokuserte på patologiske modeller, dyremodeller, arkeologiske modeller og medisinske/kirurgiske treningsmodeller ble ekskludert. Kun artikler publisert på engelsk ble valgt. Artikler uten tilgjengelige nettbaserte sammendrag ble ekskludert. Artikler som inkluderte flere modeller, hvorav minst én var anatomisk normal eller hadde mindre patologi som ikke påvirket undervisningsverdien, ble inkludert.
Et litteratursøk ble utført i den elektroniske databasen PubMed (National Library of Medicine, NCBI) for å identifisere relevante studier publisert frem til juni 2022. Bruk følgende søkeord: utdanning, skole, undervisning, undervisning, læring, undervisning, utdanning, tredimensjonal, 3D, 3D, utskrift, utskrift, anatomi, anatomi, anatomi og anatomi. Én enkelt spørring ble utført: (((education[Tittel/Abstract] OR school[Tittel/Abstract] ORlearning[Tittel/Abstract] OR teaching[Tittel/Abstract] OR training[Tittel/Abstract] OReach[Tittel/Abstract] ] OR Education [Tittel/Abstract]) AND (Three Dimensions [Tittel] OR 3D [Tittel] OR 3D [Tittel])) AND (Print [Tittel] OR Print [Tittel] OR Print [Tittel])) AND (Anatomy) [Tittel] ]/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract]). Ytterligere artikler ble identifisert ved å søke manuelt i PubMed-databasen og gjennomgå referanser til andre vitenskapelige artikler. Ingen datobegrensninger ble brukt, men filteret «Person» ble brukt.
Alle innhentede titler og sammendrag ble vurdert mot inklusjons- og eksklusjonskriterier av to forfattere (EBR og AL), og studier som ikke oppfylte alle kvalifikasjonskriteriene ble ekskludert. Fulltekstpublikasjoner fra de resterende studiene ble innhentet og gjennomgått av tre forfattere (EBR, EBE og AL). Ved behov ble uenigheter i utvalget av artikler løst av en fjerde person (LT). Publikasjoner som oppfylte alle inklusjonskriteriene ble inkludert i denne gjennomgangen.
Datauttrekking ble utført uavhengig av to forfattere (EBR og AL) under veiledning av en tredje forfatter (LT).
- Modelldesigndata: anatomiske regioner, spesifikke anatomiske deler, initial modell for 3D-printing, opptaksmetode, segmenterings- og modelleringsprogramvare, 3D-printertype, materialtype og mengde, utskriftsskala, farge, utskriftskostnad.
- Morfologisk vurdering av modeller: modeller brukt til sammenligning, medisinsk vurdering av eksperter/lærere, antall evaluatorer, type vurdering.
- Undervisningsmodell i 3D: vurdering av elevkunnskaper, vurderingsmetode, antall elever, antall sammenligningsgrupper, randomisering av elever, utdanning/elevtype.
418 studier ble identifisert i MEDLINE, og 139 artikler ble ekskludert av filteret «menneskelig». Etter gjennomgang av titler og sammendrag ble 103 studier valgt ut for fulltekstlesing. 34 artikler ble ekskludert fordi de enten var patologiske modeller (9 artikler), medisinske/kirurgiske treningsmodeller (4 artikler), dyremodeller (4 artikler), 3D-radiologiske modeller (1 artikkel) eller ikke var originale vitenskapelige artikler (16 kapitler). Totalt 68 artikler ble inkludert i gjennomgangen. Figur 1 presenterer utvelgelsesprosessen som et flytskjema.
Flytskjema som oppsummerer identifisering, screening og inkludering av artikler i denne systematiske oversikten
Alle studiene ble publisert mellom 2014 og 2022, med et gjennomsnittlig publiseringsår på 2019. Blant de 68 inkluderte artiklene var 33 (49 %) studier beskrivende og eksperimentelle, 17 (25 %) var rent eksperimentelle, og 18 (26 %) var eksperimentelle. Rent beskrivende. Av de 50 (73 %) eksperimentelle studiene brukte 21 (31 %) randomisering. Kun 34 studier (50 %) inkluderte statistiske analyser. Tabell 1 oppsummerer egenskapene til hver studie.
33 artikler (48 %) undersøkte hoderegionen, 19 artikler (28 %) undersøkte thoraxregionen, 17 artikler (25 %) undersøkte buk- og bekkenregionen, og 15 artikler (22 %) undersøkte ekstremitetene. Femtien artikler (75 %) nevnte 3D-printede bein som anatomiske modeller eller flersnitts anatomiske modeller.
Når det gjelder kildemodellene eller filene som ble brukt til å utvikle 3DPAM, nevnte 23 artikler (34 %) bruk av pasientdata, 20 artikler (29 %) nevnte bruk av kadaverdata, og 17 artikler (25 %) nevnte bruk av databaser. Det ble brukt data fra alle dokumentene som ble brukt, og 7 studier (10 %) oppga ikke kilden til dokumentene som ble brukt.
47 studier (69 %) utviklet 3DPAM basert på computertomografi, og 3 studier (4 %) rapporterte bruk av mikro-CT. 7 artikler (10 %) projiserte 3D-objekter ved hjelp av optiske skannere, 4 artikler (6 %) ved hjelp av MR, og 1 artikkel (1 %) ved hjelp av kameraer og mikroskoper. 14 artikler (21 %) nevnte ikke kilden til kildefilene for 3D-modelldesignet. 3D-filer opprettes med en gjennomsnittlig romlig oppløsning på mindre enn 0,5 mm. Den optimale oppløsningen er 30 μm [80] og den maksimale oppløsningen er 1,5 mm [32].
Seksti forskjellige programvareapplikasjoner (segmentering, modellering, design eller utskrift) ble brukt. Mimics (Materialise, Leuven, Belgia) ble brukt oftest (14 studier, 21 %), etterfulgt av MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 studier, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville). (10 studier, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 studier, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Nederland) (8 studier, 12 %) og CURA (Geldemarsen, Nederland) (7 studier, 10 %).
Sekstisju forskjellige skrivermodeller og fem trykkeprosesser er nevnt. FDM-teknologi (Fused Deposition Modeling) ble brukt i 26 produkter (38 %), materialblåsing i 13 produkter (19 %) og til slutt bindemiddelblåsing (11 produkter, 16 %). De minst brukte teknologiene er stereolitografi (SLA) (5 artikler, 7 %) og selektiv lasersintring (SLS) (4 artikler, 6 %). Den mest brukte skriveren (7 artikler, 10 %) er Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Ved spesifisering av materialene som brukes til å lage 3DPAM (51 artikler, 75 %), brukte 48 studier (71 %) plast og derivater derav. De viktigste materialene som ble brukt var PLA (polymelkesyre) (n = 20, 29 %), harpiks (n = 9, 13 %) og ABS (akrylonitrilbutadienstyren) (7 typer, 10 %). 23 artikler (34 %) undersøkte 3DPAM laget av flere materialer, 36 artikler (53 %) presenterte 3DPAM laget av kun ett materiale, og 9 artikler (13 %) spesifiserte ikke et materiale.
Tjueni artikler (43 %) rapporterte trykkforhold fra 0,25:1 til 2:1, med et gjennomsnitt på 1:1. Tjuefem artikler (37 %) brukte et forhold på 1:1. 28 3DPAM-er (41 %) besto av flere farger, og 9 (13 %) ble farget etter trykking [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trettifire artikler (50 %) nevnte kostnader. Ni artikler (13 %) nevnte kostnaden for 3D-printere og råmaterialer. Prisene på skrivere varierer fra 302 til 65 000 dollar. Når de er spesifisert, varierer modellprisene fra 1,25 til 2800 dollar; disse ytterpunktene tilsvarer skjelettprøver [47] og retroperitoneale modeller med høy kvalitet [48]. Tabell 2 oppsummerer modelldataene for hver inkluderte studie.
Trettisju studier (54 %) sammenlignet 3DAPM med en referansemodell. Blant disse studiene var den vanligste sammenligningsmodellen en anatomisk referansemodell, brukt i 14 artikler (38 %), plastinerte preparater i 6 artikler (16 %), plastinerte preparater i 6 artikler (16 %). Bruk av virtuell virkelighet, computertomografisk avbildning – én 3DPAM i 5 artikler (14 %), en annen 3DPAM i 3 artikler (8 %), seriøse spill i én artikkel (3 %), røntgenbilder i én artikkel (3 %), forretningsmodeller i én artikkel (3 %) og utvidet virkelighet i én artikkel (3 %). Trettifire (50 %) studier vurderte 3DPAM. Femten (48 %) studier beskrev vurderernes erfaringer i detalj (tabell 3). 3DPAM ble utført av kirurger eller behandlende leger i 7 studier (47 %), anatomiske spesialister i 6 studier (40 %), studenter i 3 studier (20 %), lærere (disiplin ikke spesifisert) i 3 studier (20 %) for vurdering og én evaluator til i artikkelen (7 %). Gjennomsnittlig antall evaluatorer er 14 (minimum 2, maksimum 30). 33 studier (49 %) vurderte 3DPAM-morfologi kvalitativt, og 10 studier (15 %) vurderte 3DPAM-morfologi kvantitativt. Av de 33 studiene som brukte kvalitative vurderinger, brukte 16 rent beskrivende vurderinger (48 %), 9 brukte tester/vurderinger/spørreundersøkelser (27 %) og 8 brukte Likert-skalaer (24 %). Tabell 3 oppsummerer de morfologiske vurderingene av modellene i hver inkluderte studie.
Trettitre (48 %) artikler undersøkte og sammenlignet effektiviteten av å undervise studenter i 3DPAM. Av disse studiene vurderte 23 (70 %) artikler studenttilfredshet, 17 (51 %) brukte Likert-skalaer, og 6 (18 %) brukte andre metoder. Tjueto artikler (67 %) vurderte studentenes læring gjennom kunnskapstesting, hvorav 10 (30 %) brukte pretester og/eller posttester. Elleve studier (33 %) brukte flervalgsspørsmål og tester for å vurdere studentenes kunnskap, og fem studier (15 %) brukte bildemerking/anatomisk identifikasjon. Gjennomsnittlig 76 studenter deltok i hver studie (minimum 8, maksimum 319). Tjuefire studier (72 %) hadde en kontrollgruppe, hvorav 20 (60 %) brukte randomisering. I motsetning til dette tildelte én studie (3 %) tilfeldig anatomiske modeller til 10 forskjellige studenter. I gjennomsnitt ble 2,6 grupper sammenlignet (minimum 2, maksimum 10). Tjuetre studier (70 %) involverte medisinstudenter, hvorav 14 (42 %) var førsteårsmedisinstudenter. Seks (18 %) studier involverte leger i spesialisering, 4 (12 %) tannlegestudenter og 3 (9 %) realfagsstudenter. Seks studier (18 %) implementerte og evaluerte autonom læring ved hjelp av 3DPAM. Tabell 4 oppsummerer resultatene av 3DPAM-vurderingen av undervisningseffektivitet for hver inkluderte studie.
De viktigste fordelene som forfatterne rapporterer ved å bruke 3DPAM som et undervisningsverktøy for normal menneskelig anatomi er visuelle og taktile egenskaper, inkludert realisme [55, 67], nøyaktighet [44, 50, 72, 85] og konsistensvariabilitet [34, 45]. , 48, 64], farge og gjennomsiktighet [28, 45], holdbarhet [24, 56, 73], pedagogisk effekt [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], kostnad [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproduserbarhet [80], mulighet for forbedring eller personalisering [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], evnen til å manipulere elever [30, 49], sparing av undervisningstid [61, 80], enkel lagring [61], evnen til å integrere funksjonell anatomi eller lage spesifikke strukturer [51, 53], 67], rask design av skjelettmodeller [81], evnen til å samarbeide modeller og ta dem med hjem [49, 60, 71], forbedre mental rotasjonsevne [23] og kunnskapslagring [32], samt på læreren [25, 63] og elevtilfredshet [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
De største ulempene er knyttet til design: stivhet [80], konsistens [28, 62], mangel på detaljer eller gjennomsiktighet [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], for sterke farger [45] og gulvets skjørhet [71]. Andre ulemper inkluderer tap av informasjon [30, 76], lang tid som kreves for bildesegmentering [36, 52, 57, 58, 74], utskriftstid [57, 63, 66, 67], mangel på anatomisk variasjon [25] og høy kostnad [48].
Denne systematiske oversikten oppsummerer 68 artikler publisert over 9 år og fremhever det vitenskapelige miljøets interesse for 3DPAM som et verktøy for å undervise i normal menneskelig anatomi. Hver anatomiske region ble studert og 3D-printet. Av disse artiklene sammenlignet 37 artikler 3DPAM med andre modeller, og 33 artikler vurderte den pedagogiske relevansen av 3DPAM for studenter.
Gitt forskjellene i utformingen av anatomiske 3D-printingsstudier, anså vi det ikke som passende å gjennomføre en metaanalyse. En metaanalyse publisert i 2020 fokuserte hovedsakelig på anatomiske kunnskapstester etter trening uten å analysere de tekniske og teknologiske aspektene ved 3DPAM-design og -produksjon [10].
Hoderegionen er den mest studerte, sannsynligvis fordi kompleksiteten i anatomien gjør det vanskeligere for studenter å avbilde denne anatomiske regionen i tredimensjonalt rom sammenlignet med lemmer eller torso. CT er den desidert mest brukte avbildningsmodaliteten. Denne teknikken er mye brukt, spesielt i medisinske settinger, men har begrenset romlig oppløsning og lav bløtvevskontrast. Disse begrensningene gjør CT-skanninger uegnet for segmentering og modellering av nervesystemet. På den annen side er computertomografi bedre egnet for segmentering/modellering av beinvev; bein-/bløtvevskontrast bidrar til å fullføre disse trinnene før 3D-printing av anatomiske modeller. På den annen side regnes mikro-CT som referanseteknologien når det gjelder romlig oppløsning i beinavbildning [70]. Optiske skannere eller MR kan også brukes til å få bilder. Høyere oppløsning forhindrer utjevning av beinoverflater og bevarer subtiliteten til anatomiske strukturer [59]. Valg av modell påvirker også den romlige oppløsningen: for eksempel har plastifiseringsmodeller en lavere oppløsning [45]. Grafiske designere må lage tilpassede 3D-modeller, noe som øker kostnadene ($ 25 til $ 150 per time) [43]. Det er ikke nok å skaffe .STL-filer av høy kvalitet for å lage anatomiske modeller av høy kvalitet. Det er nødvendig å bestemme trykkparametere, som for eksempel retningen til den anatomiske modellen på trykkplaten [29]. Noen forfattere foreslår at avanserte trykkteknologier som SLS bør brukes der det er mulig for å forbedre nøyaktigheten til 3DPAM [38]. Produksjonen av 3DPAM krever profesjonell assistanse; de mest ettertraktede spesialistene er ingeniører [72], radiologer [75], grafiske designere [43] og anatomer [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmenterings- og modelleringsprogramvare er viktige faktorer for å oppnå nøyaktige anatomiske modeller, men kostnaden for disse programvarepakkene og deres kompleksitet hindrer bruken av dem. Flere studier har sammenlignet bruken av ulike programvarepakker og utskriftsteknologier, og fremhevet fordeler og ulemper ved hver teknologi [68]. I tillegg til modelleringsprogramvare kreves det også utskriftsprogramvare som er kompatibel med den valgte skriveren; noen forfattere foretrekker å bruke online 3D-utskrift [75]. Hvis nok 3D-objekter skrives ut, kan investeringen føre til økonomisk avkastning [72].
Plast er det desidert mest brukte materialet. Det brede utvalget av teksturer og farger gjør det til det foretrukne materialet for 3DPAM. Noen forfattere har rost dets høye styrke sammenlignet med tradisjonelle kadaver- eller plastinerte modeller [24, 56, 73]. Noen plasttyper har til og med bøynings- eller strekkegenskaper. For eksempel kan Filaflex med FDM-teknologi strekke seg opptil 700 %. Noen forfattere anser det som det foretrukne materialet for muskel-, sene- og ligamentreplikasjon [63]. På den annen side har to studier reist spørsmål om fiberorientering under utskrift. Faktisk er muskelfiberorientering, innsetting, innervering og funksjon avgjørende i muskelmodellering [33].
Overraskende nok nevner få studier utskriftsskalaen. Siden mange anser 1:1-forholdet som standard, kan det hende at forfatteren valgte å ikke nevne det. Selv om oppskalering ville være nyttig for målrettet læring i store grupper, har muligheten for skalering ennå ikke blitt utforsket, spesielt med økende klassestørrelser og modellens fysiske størrelse som en viktig faktor. Selvfølgelig gjør fullskalaskalaer det enklere å finne og kommunisere ulike anatomiske elementer til pasienten, noe som kan forklare hvorfor de ofte brukes.
Av de mange skriverne som er tilgjengelige på markedet, koster de som bruker PolyJet-teknologi (materiale- eller bindemiddelblekkskriver) for å gi farge- og flerlags (og dermed flertekstur) HD-utskrift mellom 20 000 og 250 000 amerikanske dollar (https://www.aniwaa.com/). Denne høye kostnaden kan begrense markedsføringen av 3DPAM på medisinske fakulteter. I tillegg til kostnaden for skriveren er kostnaden for materialer som kreves for blekkskriverutskrift høyere enn for SLA- eller FDM-skrivere [68]. Prisene for SLA- eller FDM-skrivere er også rimeligere, og varierer fra € 576 til € 4999 i artiklene som er oppført i denne gjennomgangen. Ifølge Tripodi og kolleger kan hver skjelettdel skrives ut for 1,25 amerikanske dollar [47]. Elleve studier konkluderte med at 3D-utskrift er billigere enn plastifisering eller kommersielle modeller [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Dessuten er disse kommersielle modellene utformet for å gi pasientinformasjon uten tilstrekkelige detaljer for anatomiundervisning [80]. Disse kommersielle modellene anses som dårligere enn 3DPAM [44]. Det er verdt å merke seg at i tillegg til utskriftsteknologien som brukes, er den endelige kostnaden proporsjonal med skalaen og dermed den endelige størrelsen på 3DPAM [48]. Av disse grunnene foretrekkes fullskala [37].
Bare én studie sammenlignet 3DPAM med kommersielt tilgjengelige anatomiske modeller [72]. Kadaverprøver er den mest brukte sammenligningsmetode for 3DPAM. Til tross for sine begrensninger er kadavermodeller fortsatt et verdifullt verktøy for undervisning i anatomi. Det må skilles mellom obduksjon, disseksjon og tørrbein. Basert på treningstester viste to studier at 3DPAM var betydelig mer effektivt enn plastinert disseksjon [16, 27]. Én studie sammenlignet én times trening ved bruk av 3DPAM (nedre ekstremitet) med én times disseksjon av samme anatomiske region [78]. Det var ingen signifikante forskjeller mellom de to undervisningsmetodene. Det er sannsynlig at det finnes lite forskning på dette emnet fordi slike sammenligninger er vanskelige å gjøre. Disseksjon er en tidkrevende forberedelse for studenter. Noen ganger kreves det dusinvis av timer med forberedelse, avhengig av hva som forberedes. En tredje sammenligning kan gjøres med tørre bein. En studie av Tsai og Smith fant at testresultatene var betydelig bedre i gruppen som brukte 3DPAM [51, 63]. Chen og kolleger bemerket at studenter som brukte 3D-modeller presterte bedre på å identifisere strukturer (hodeskaller), men det var ingen forskjell i MCQ-skårene [69]. Til slutt viste Tanner og kolleger bedre resultater etter testen i denne gruppen ved bruk av 3DPAM av fossa pterygopalatine [46]. Andre nye undervisningsverktøy ble identifisert i denne litteraturgjennomgangen. De vanligste blant dem er utvidet virkelighet, virtuell virkelighet og seriøse spill [43]. Ifølge Mahrous og kolleger avhenger preferansen for anatomiske modeller av antall timer studentene spiller videospill [31]. På den annen side er en stor ulempe med nye anatomiundervisningsverktøy haptisk tilbakemelding, spesielt for rent virtuelle verktøy [48].
De fleste studier som evaluerer den nye 3DPAM har brukt kunnskapsprøving. Disse forhåndstestene bidrar til å unngå skjevheter i vurderingen. Noen forfattere ekskluderer alle studenter som scoret over gjennomsnittet på den innledende testen før de gjennomfører eksperimentelle studier [40]. Blant skjevhetene Garas og kolleger nevnte var fargen på modellen og utvalget av frivillige i studentklassen [61]. Farging letter identifisering av anatomiske strukturer. Chen og kolleger etablerte strenge eksperimentelle forhold uten innledende forskjeller mellom gruppene, og studien ble blindet i størst mulig grad [69]. Lim og kolleger anbefaler at vurderingen etter testen utføres av en tredjepart for å unngå skjevheter i vurderingen [16]. Noen studier har brukt Likert-skalaer for å vurdere gjennomførbarheten av 3DPAM. Dette instrumentet er egnet for å vurdere tilfredshet, men det er fortsatt viktige skjevheter å være oppmerksom på [86].
Den pedagogiske relevansen av 3DPAM ble primært vurdert blant medisinstudenter, inkludert førsteårsmedisinstudenter, i 14 av 33 studier. I pilotstudien rapporterte Wilk og kolleger at medisinstudenter mente at 3D-printing burde inkluderes i anatomiundervisningen deres [87]. 87 % av studentene som ble spurt i Cercenelli-studien mente at det andre studieåret var det beste tidspunktet å bruke 3DPAM [84]. Tanner og kollegers resultater viste også at studenter presterte bedre hvis de aldri hadde studert feltet [46]. Disse dataene tyder på at det første året på medisinstudiet er det optimale tidspunktet å innlemme 3DPAM i anatomiundervisningen. Yes metaanalyse støttet denne ideen [18]. I de 27 artiklene som ble inkludert i studien, var det signifikante forskjeller i testresultater mellom 3DPAM og tradisjonelle modeller for medisinstudenter, men ikke for spesialister.
3DPAM som læringsverktøy forbedrer akademiske prestasjoner [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], langsiktig kunnskapslagring [32] og elevtilfredshet [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66], 69, 84]. Ekspertpaneler fant også disse modellene nyttige [37, 42, 49, 81, 82], og to studier fant lærertilfredshet med 3DPAM [25, 63]. Av alle kilder anser Backhouse og kolleger 3D-printing for å være det beste alternativet til tradisjonelle anatomiske modeller [49]. I sin første metaanalyse bekreftet Ye og kolleger at elever som mottok 3DPAM-instruksjoner hadde bedre resultater etter testen enn elever som mottok 2D- eller kadaverinstruksjoner [10]. De differensierte imidlertid 3DPAM ikke etter kompleksitet, men ganske enkelt etter hjerte, nervesystem og bukhule. I sju studier overgikk ikke 3DPAM andre modeller basert på kunnskapstester administrert til studenter [32, 66, 69, 77, 78, 84]. I sin metaanalyse konkluderte Salazar og kolleger med at bruk av 3DPAM spesifikt forbedrer forståelsen av kompleks anatomi [17]. Dette konseptet er i samsvar med Hitas' brev til redaktøren [88]. Noen anatomiske områder som anses som mindre komplekse krever ikke bruk av 3DPAM, mens mer komplekse anatomiske områder (som nakken eller nervesystemet) ville være et logisk valg for 3DPAM. Dette konseptet kan forklare hvorfor noen 3DPAM-er ikke anses som bedre enn tradisjonelle modeller, spesielt når studenter mangler kunnskap innen domenet der modellens ytelse viser seg å være bedre. Dermed er det ikke nyttig å presentere en enkel modell for studenter som allerede har noe kunnskap om emnet (medisinstudenter eller spesialister) for å forbedre studentenes ytelse.
Av alle de pedagogiske fordelene som er nevnt, vektla 11 studier de visuelle eller taktile egenskapene til modeller [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], og 3 studier forbedret styrke og holdbarhet (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Andre fordeler er at elevene kan manipulere strukturene, lærerne kan spare tid, de er lettere å bevare enn kadavere, prosjektet kan fullføres innen 24 timer, det kan brukes som et hjemmeundervisningsverktøy, og det kan brukes til å lære bort store mengder informasjon. Grupper [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Gjentatt 3D-printing for anatomiundervisning i store mengder gjør 3D-printing av modeller mer kostnadseffektive [26]. Bruk av 3DPAM kan forbedre mentale rotasjonsevner [23] og forbedre tolkningen av tverrsnittsbilder [23, 32]. To studier fant at studenter som ble eksponert for 3DPAM hadde større sannsynlighet for å gjennomgå kirurgi [40, 74]. Metallkontakter kan bygges inn for å skape bevegelsen som trengs for å studere funksjonell anatomi [51, 53], eller modeller kan skrives ut ved hjelp av triggerdesign [67].
3D-printing muliggjør opprettelse av justerbare anatomiske modeller ved å forbedre visse aspekter i modelleringsfasen, [48, 80] lage en passende base, [59] kombinere flere modeller, [36] bruke gjennomsiktighet, (49) farge, [45] eller gjøre visse indre strukturer synlige [30]. Tripodi og kolleger brukte skulpturleire for å utfylle sine 3D-printede beinmodeller, og understreket verdien av samskapte modeller som undervisningsverktøy [47]. I 9 studier ble farge påført etter utskrift [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], men studentene brukte det bare én gang [49]. Dessverre evaluerte ikke studien kvaliteten på modelltreningen eller rekkefølgen av treningen. Dette bør vurderes i sammenheng med anatomiutdanning, ettersom fordelene med blandet læring og samskaping er veletablert [89]. For å håndtere den økende reklameaktiviteten har selvlæring blitt brukt mange ganger for å evaluere modeller [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
En studie konkluderte med at fargen på plastmaterialet var for lys [45], en annen studie konkluderte med at modellen var for skjør [71], og to andre studier indikerte mangel på anatomisk variasjon i utformingen av individuelle modeller [25, 45]. Syv studier konkluderte med at de anatomiske detaljene til 3DPAM er utilstrekkelige [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
For mer detaljerte anatomiske modeller av store og komplekse regioner, som retroperitoneum eller cervikalcolumna, anses segmenterings- og modelleringstiden som svært lang, og kostnaden er svært høy (omtrent 2000 amerikanske dollar) [27, 48]. Hojo og kolleger oppga i studien sin at det tok 40 timer å lage den anatomiske modellen av bekkenet [42]. Den lengste segmenteringstiden var 380 timer i en studie av Weatherall og kolleger, der flere modeller ble kombinert for å lage en komplett pediatrisk luftveismodell [36]. I ni studier ble segmenterings- og utskriftstid ansett som ulemper [36, 42, 57, 58, 74]. Imidlertid kritiserte 12 studier de fysiske egenskapene til modellene deres, spesielt deres konsistens, [28, 62] mangel på gjennomsiktighet, [30] skjørhet og monokromatiskhet, [71] mangel på bløtvev, [66] eller mangel på detaljer [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81]. Disse ulempene kan overvinnes ved å øke segmenterings- eller simuleringstiden. Tap og gjenfinning av relevant informasjon var et problem som tre team møtte [30, 74, 77]. Ifølge pasientrapporter ga ikke jodholdige kontrastmidler optimal vaskulær synlighet på grunn av dosebegrensninger [74]. Injeksjon av en kadavermodell ser ut til å være en ideell metode som beveger seg bort fra prinsippet om «så lite som mulig» og begrensningene i dosen av injisert kontrastmiddel.
Dessverre nevner ikke mange artikler noen viktige funksjoner ved 3DPAM. Mindre enn halvparten av artiklene oppga eksplisitt om 3DPAM-en deres var tonet. Dekningen av omfanget av trykkingen var inkonsekvent (43 % av artiklene), og bare 34 % nevnte bruk av flere medier. Disse trykkparametrene er kritiske fordi de påvirker læringsegenskapene til 3DPAM. De fleste artikler gir ikke tilstrekkelig informasjon om kompleksiteten ved å skaffe 3DPAM (designtid, personellkvalifikasjoner, programvarekostnader, trykkkostnader osv.). Denne informasjonen er kritisk og bør vurderes før man vurderer å starte et prosjekt for å utvikle en ny 3DPAM.
Denne systematiske oversikten viser at det er mulig å designe og 3D-printe normale anatomiske modeller til lave kostnader, spesielt når man bruker FDM- eller SLA-skrivere og rimelige ensfargede plastmaterialer. Imidlertid kan disse grunnleggende designene forbedres ved å legge til farger eller legge til design i forskjellige materialer. Mer realistiske modeller (trykt med flere materialer i forskjellige farger og teksturer for å gjenskape de taktile egenskapene til en referansemodell fra et kadaver) krever dyrere 3D-printteknologier og lengre designtider. Dette vil øke den totale kostnaden betydelig. Uansett hvilken printprosess som velges, er valg av riktig avbildningsmetode nøkkelen til 3DPAMs suksess. Jo høyere romlig oppløsning, desto mer realistisk blir modellen og kan brukes til avansert forskning. Fra et pedagogisk synspunkt er 3DPAM et effektivt verktøy for å undervise i anatomi, noe som fremgår av kunnskapstestene som gis til studentene og deres tilfredshet. Undervisningseffekten av 3DPAM er best når den reproduserer komplekse anatomiske regioner og studentene bruker den tidlig i sin medisinske utdanning.
Datasettene som er generert og/eller analysert i den aktuelle studien er ikke offentlig tilgjengelige på grunn av språkbarrierer, men er tilgjengelige fra den korresponderende forfatteren på rimelig forespørsel.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. En gjennomgang av kurs i grov anatomi, mikroanatomi, nevrobiologi og embryologi i amerikanske medisinske fakulteters læreplaner. Anat Rec. 2002;269(2):118–22.
Ghosh SK Kadaverdisseksjon som et pedagogisk verktøy for anatomisk vitenskap i det 21. århundre: Disseksjon som et pedagogisk verktøy. Analyse av naturfagsundervisning. 2017;10(3):286–99.
Publisert: 09.04.2024