Tredimensionelle printede anatomiske modeller (3DPAM'er) synes at være et passende værktøj på grund af deres uddannelsesmæssige værdi og gennemførlighed. Formålet med denne gennemgang er at beskrive og analysere de metoder, der anvendes til at skabe 3DPAM til undervisning i menneskelig anatomi, og at evaluere dens pædagogiske bidrag.
En elektronisk søgning blev udført i PubMed med følgende termer: uddannelse, skole, læring, undervisning, træning, undervisning, uddannelse, tredimensionel, 3D, 3-dimensionel, trykning, trykning, trykning, anatomi, anatomi, anatomi og anatomi. Resultaterne omfattede studiets karakteristika, modeldesign, morfologisk vurdering, uddannelsesmæssig præstation, styrker og svagheder.
Blandt de 68 udvalgte artikler fokuserede det største antal studier på kranieregionen (33 artikler); 51 artikler nævner knogletryk. I 47 artikler blev 3DPAM udviklet baseret på computertomografi. Fem trykprocesser er angivet. Plastik og deres derivater blev anvendt i 48 studier. Hvert design varierer i pris fra $1,25 til $2.800. Syvogtredive studier sammenlignede 3DPAM med referencemodeller. Treogtredive artikler undersøgte uddannelsesaktiviteter. De vigtigste fordele er visuel og taktil kvalitet, læringseffektivitet, repeterbarhed, tilpasningsevne og smidighed, tidsbesparelser, integration af funktionel anatomi, bedre mental rotationsevner, videnbevaring og lærer-/elevtilfredshed. De vigtigste ulemper er relateret til designet: konsistens, mangel på detaljer eller gennemsigtighed, for lyse farver, lange tryktider og høje omkostninger.
Denne systematiske gennemgang viser, at 3DPAM er omkostningseffektiv og effektiv til undervisning i anatomi. Mere realistiske modeller kræver brug af dyrere 3D-printteknologier og længere designtider, hvilket vil øge de samlede omkostninger betydeligt. Nøglen er at vælge den passende billeddannelsesmetode. Fra et pædagogisk synspunkt er 3DPAM et effektivt værktøj til undervisning i anatomi med en positiv indvirkning på læringsresultater og tilfredshed. Undervisningseffekten af 3DPAM er bedst, når det gengiver komplekse anatomiske regioner, og studerende bruger det tidligt i deres medicinske uddannelse.
Dissektion af dyrekroppe er blevet udført siden det antikke Grækenland og er en af de vigtigste metoder til at undervise i anatomi. Dissektioner af kadavere udført under praktisk træning bruges i den teoretiske læseplan for universitetsmedicinstuderende og betragtes i øjeblikket som guldstandarden for studiet af anatomi [1,2,3,4,5]. Der er dog mange barrierer for brugen af menneskelige kadaverprøver, hvilket har ført til søgen efter nye træningsværktøjer [6, 7]. Nogle af disse nye værktøjer omfatter augmented reality, digitale værktøjer og 3D-print. Ifølge en nylig litteraturgennemgang af Santos et al. [8] Med hensyn til værdien af disse nye teknologier til undervisning i anatomi synes 3D-print at være en af de vigtigste ressourcer, både med hensyn til uddannelsesmæssig værdi for studerende og med hensyn til implementeringsmulighed [4,9,10].
3D-printning er ikke nyt. De første patenter relateret til denne teknologi stammer fra 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte og J.C. André i Frankrig, og tre uger senere C. Hull i USA. Siden da har teknologien fortsat med at udvikle sig, og dens anvendelse har udvidet sig til mange områder. For eksempel printede NASA det første objekt uden for Jorden i 2014 [11]. Det medicinske felt har også taget dette nye værktøj til sig, hvilket har øget ønsket om at udvikle personlig medicin [12].
Mange forfattere har påvist fordelene ved at bruge 3D-printede anatomiske modeller (3DPAM) i medicinsk uddannelse [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Når man underviser i menneskelig anatomi, er der behov for ikke-patologiske og anatomisk normale modeller. Nogle reviews har undersøgt patologiske eller medicinske/kirurgiske træningsmodeller [8, 20, 21]. For at udvikle en hybridmodel til undervisning i menneskelig anatomi, der inkorporerer nye værktøjer såsom 3D-printning, udførte vi en systematisk review for at beskrive og analysere, hvordan 3D-printede objekter skabes til undervisning i menneskelig anatomi, og hvordan studerende evaluerer effektiviteten af læring ved hjælp af disse 3D-objekter.
Denne systematiske litteraturgennemgang blev udført i juni 2022 uden tidsbegrænsninger ved hjælp af PRISMA-retningslinjerne (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Inklusionskriterierne var alle forskningsartikler, der brugte 3DPAM i anatomiundervisning/-læring. Litteraturgennemgange, breve eller artikler med fokus på patologiske modeller, dyremodeller, arkæologiske modeller og medicinske/kirurgiske træningsmodeller blev ekskluderet. Kun artikler udgivet på engelsk blev udvalgt. Artikler uden tilgængelige online abstracts blev ekskluderet. Artikler, der omfattede flere modeller, hvoraf mindst én var anatomisk normal eller havde mindre patologi, der ikke påvirkede undervisningsværdien, blev inkluderet.
Der blev udført en litteratursøgning i den elektroniske database PubMed (National Library of Medicine, NCBI) for at identificere relevante studier offentliggjort frem til juni 2022. Brug følgende søgeord: uddannelse, skole, undervisning, undervisning, læring, undervisning, uddannelse, tredimensionel, 3D, 3D, trykning, trykning, trykning, anatomi, anatomi, anatomi og anatomi. En enkelt forespørgsel blev udført: (((education[Titel/Abstract] OR school[Titel/Abstract] ORlearning[Titel/Abstract] OR teaching[Titel/Abstract] OR training[Titel/Abstract] OReach[Titel/Abstract] ] OR Education [Titel/Abstract]) AND (Three Dimensions [Titel] OR 3D [Titel] OR 3D [Titel])) AND (Print [Titel] OR Print [Titel] OR Print [Titel])) AND (Anatomy) [Titel] ]/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract]). Yderligere artikler blev identificeret ved manuel søgning i PubMed-databasen og gennemgang af referencer til andre videnskabelige artikler. Der blev ikke anvendt datobegrænsninger, men filteret "Person" blev brugt.
Alle indhentede titler og abstracts blev screenet ud fra inklusions- og eksklusionskriterier af to forfattere (EBR og AL), og ethvert studie, der ikke opfyldte alle kriterier for støtteberettigelse, blev ekskluderet. Fuldtekstpublikationer fra de resterende studier blev indhentede og gennemgået af tre forfattere (EBR, EBE og AL). Når det var nødvendigt, blev uenigheder i udvælgelsen af artikler løst af en fjerde person (LT). Publikationer, der opfyldte alle inklusionskriterier, blev inkluderet i denne gennemgang.
Dataudtrækning blev udført uafhængigt af to forfattere (EBR og AL) under supervision af en tredje forfatter (LT).
- Modeldesigndata: anatomiske regioner, specifikke anatomiske dele, initial model til 3D-printning, erhvervelsesmetode, segmenterings- og modelleringssoftware, 3D-printertype, materialetype og -mængde, printskala, farve, printomkostninger.
- Morfologisk vurdering af modeller: modeller anvendt til sammenligning, medicinsk vurdering af eksperter/lærere, antal evaluatorer, vurderingstype.
- Undervisnings-3D-model: vurdering af elevernes viden, vurderingsmetode, antal elever, antal sammenligningsgrupper, randomisering af elever, uddannelse/elevtype.
418 studier blev identificeret i MEDLINE, og 139 artikler blev ekskluderet af "menneskelige" filteret. Efter gennemgang af titler og abstracts blev 103 studier udvalgt til fuldtekstlæsning. 34 artikler blev ekskluderet, fordi de enten var patologiske modeller (9 artikler), medicinske/kirurgiske træningsmodeller (4 artikler), dyremodeller (4 artikler), 3D-radiologiske modeller (1 artikel) eller ikke var originale videnskabelige artikler (16 kapitler). I alt 68 artikler blev inkluderet i gennemgangen. Figur 1 præsenterer udvælgelsesprocessen som et flowdiagram.
Flowdiagram, der opsummerer identifikation, screening og inklusion af artikler i denne systematiske gennemgang
Alle studier blev offentliggjort mellem 2014 og 2022, med et gennemsnitligt udgivelsesår på 2019. Blandt de 68 inkluderede artikler var 33 (49%) studier beskrivende og eksperimentelle, 17 (25%) var rent eksperimentelle, og 18 (26%) var eksperimentelle. Rent beskrivende. Ud af de 50 (73%) eksperimentelle studier anvendte 21 (31%) randomisering. Kun 34 studier (50%) inkluderede statistiske analyser. Tabel 1 opsummerer karakteristikaene for hvert studie.
33 artikler (48%) undersøgte hovedregionen, 19 artikler (28%) undersøgte thoraxregionen, 17 artikler (25%) undersøgte abdominopelviskregionen, og 15 artikler (22%) undersøgte ekstremiteterne. 51 artikler (75%) nævnte 3D-printede knogler som anatomiske modeller eller flerskivede anatomiske modeller.
Med hensyn til kildemodeller eller filer, der blev brugt til at udvikle 3DPAM, nævnte 23 artikler (34%) brugen af patientdata, 20 artikler (29%) nævnte brugen af kadaverdata, og 17 artikler (25%) nævnte brugen af databaser. Der blev brugt dokumenter, og 7 studier (10%) oplyste ikke kilden til de anvendte dokumenter.
47 studier (69%) udviklede 3DPAM baseret på computertomografi, og 3 studier (4%) rapporterede brugen af microCT. 7 artikler (10%) projicerede 3D-objekter ved hjælp af optiske scannere, 4 artikler (6%) ved hjælp af MR, og 1 artikel (1%) ved hjælp af kameraer og mikroskoper. 14 artikler (21%) nævnte ikke kilden til 3D-modeldesignets kildefiler. 3D-filer oprettes med en gennemsnitlig rumlig opløsning på mindre end 0,5 mm. Den optimale opløsning er 30 μm [80], og den maksimale opløsning er 1,5 mm [32].
Tres forskellige softwareapplikationer (segmentering, modellering, design eller print) blev anvendt. Mimics (Materialise, Leuven, Belgien) blev anvendt oftest (14 studier, 21%), efterfulgt af 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, Holland) (8 studier, 12%) og CURA (Geldemarsen, Holland) (7 studier, 10%).
Syvogtres forskellige printermodeller og fem trykkeprocesser nævnes. FDM-teknologi (Fused Deposition Modeling) blev anvendt i 26 produkter (38%), materialeblæsning i 13 produkter (19%) og endelig bindemiddelblæsning (11 produkter, 16%). De mindst anvendte teknologier er stereolitografi (SLA) (5 artikler, 7%) og selektiv lasersintring (SLS) (4 artikler, 6%). Den mest anvendte printer (7 artikler, 10%) er Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Ved specifikation af de materialer, der anvendes til fremstilling af 3DPAM (51 artikler, 75%), anvendte 48 undersøgelser (71%) plast og deres derivater. De primære anvendte materialer var PLA (polymælkesyre) (n = 20, 29%), harpiks (n = 9, 13%) og ABS (acrylonitrilbutadienstyren) (7 typer, 10%). 23 artikler (34%) undersøgte 3DPAM fremstillet af flere materialer, 36 artikler (53%) præsenterede 3DPAM fremstillet af kun ét materiale, og 9 artikler (13%) specificerede ikke et materiale.
Niogtyve artikler (43%) rapporterede trykforhold fra 0,25:1 til 2:1, med et gennemsnit på 1:1. Femogtyve artikler (37%) brugte et forhold på 1:1. 28 3DPAM'er (41%) bestod af flere farver, og 9 (13%) blev farvet efter trykning [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Fireogtredive artikler (50%) nævnte omkostninger. Ni artikler (13%) nævnte omkostningerne til 3D-printere og råmaterialer. Printere varierer i pris fra $302 til $65.000. Når de specificeres, varierer modelpriserne fra $1,25 til $2.800; disse ekstremer svarer til skeletprøver [47] og retroperitoneale modeller med høj kvalitet [48]. Tabel 2 opsummerer modeldataene for hvert inkluderet studie.
Syvogtredive studier (54%) sammenlignede 3DAPM med en referencemodel. Blandt disse studier var den mest almindelige sammenligningsmodel en anatomisk referencemodel, der blev anvendt i 14 artikler (38%), plastinerede præparater i 6 artikler (16%), plastinerede præparater i 6 artikler (16%). Brug af virtual reality, computertomografi (én 3DPAM) i 5 artikler (14%), en anden 3DPAM i 3 artikler (8%), seriøse spil i 1 artikel (3%), røntgenbilleder i 1 artikel (3%), forretningsmodeller i 1 artikel (3%) og augmented reality i 1 artikel (3%). Fireogtredive (50%) studier vurderede 3DPAM. Femten (48%) studier beskrev bedømmernes oplevelser i detaljer (Tabel 3). 3DPAM blev udført af kirurger eller behandlende læger i 7 studier (47%), anatomiske specialister i 6 studier (40%), studerende i 3 studier (20%), lærere (fagområde ikke specificeret) i 3 studier (20%) til vurdering og endnu en evaluator i artiklen (7%). Det gennemsnitlige antal evaluatorer er 14 (minimum 2, maksimum 30). 33 studier (49%) vurderede 3DPAM-morfologi kvalitativt, og 10 studier (15%) vurderede 3DPAM-morfologi kvantitativt. Ud af de 33 studier, der anvendte kvalitative vurderinger, anvendte 16 rent beskrivende vurderinger (48%), 9 anvendte test/vurderinger/undersøgelser (27%), og 8 anvendte Likert-skalaer (24%). Tabel 3 opsummerer de morfologiske vurderinger af modellerne i hvert inkluderet studie.
Treogtredive (48%) artikler undersøgte og sammenlignede effektiviteten af at undervise studerende i 3DPAM. Af disse studier vurderede 23 (70%) artikler studerendes tilfredshed, 17 (51%) brugte Likert-skalaer, og 6 (18%) brugte andre metoder. Toogtyve artikler (67%) vurderede studerendes læring gennem videnstestning, hvoraf 10 (30%) brugte prætest og/eller posttest. Elleve studier (33%) brugte multiple-choice-spørgsmål og test til at vurdere de studerendes viden, og fem studier (15%) brugte billedmærkning/anatomisk identifikation. I gennemsnit deltog 76 studerende i hvert studie (minimum 8, maksimum 319). Fireogtyve studier (72%) havde en kontrolgruppe, hvoraf 20 (60%) brugte randomisering. I modsætning hertil tildelte ét studie (3%) tilfældigt anatomiske modeller til 10 forskellige studerende. I gennemsnit blev 2,6 grupper sammenlignet (minimum 2, maksimum 10). Treogtyve studier (70%) involverede medicinstuderende, hvoraf 14 (42%) var førsteårs medicinstuderende. Seks (18%) studier involverede speciallæger i speciallæger, 4 (12%) tandlægestuderende og 3 (9%) naturvidenskabelige studerende. Seks studier (18%) implementerede og evaluerede autonom læring ved hjælp af 3DPAM. Tabel 4 opsummerer resultaterne af 3DPAM-vurderingen af undervisningseffektivitet for hvert inkluderet studie.
De vigtigste fordele, som forfatterne rapporterer ved at bruge 3DPAM som et undervisningsværktøj til normal menneskelig anatomi, er visuelle og taktile egenskaber, herunder realisme [55, 67], nøjagtighed [44, 50, 72, 85] og konsistensvariabilitet [34, 45]. , 48, 64], farve og gennemsigtighed [28, 45], holdbarhed [24, 56, 73], uddannelsesmæssig effekt [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], omkostninger [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproducerbarhed [80], mulighed for forbedring eller personalisering [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], evnen til at manipulere elever [30, 49], besparelse af undervisningstid [61, 80], nem opbevaring [61], evnen til at integrere funktionel anatomi eller skabe specifikke strukturer [51, 53], 67], hurtigt design af skeletmodeller [81], evnen til at skabe i fællesskab modeller og tage dem med hjem [49, 60, 71], forbedre mental rotationsevne [23] og videnhukommelse [32], samt på læreren [25, 63] og elevtilfredshed [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
De største ulemper er relateret til designet: stivhed [80], konsistens [28, 62], mangel på detaljer eller gennemsigtighed [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], for lyse farver [45] og gulvets skrøbelighed [71]. Andre ulemper omfatter informationstab [30, 76], lang tid, der kræves til billedsegmentering [36, 52, 57, 58, 74], printtid [57, 63, 66, 67], mangel på anatomisk variation [25] og høje omkostninger [48].
Denne systematiske gennemgang opsummerer 68 artikler udgivet over 9 år og fremhæver det videnskabelige samfunds interesse i 3DPAM som et værktøj til undervisning i normal menneskelig anatomi. Hver anatomisk region blev undersøgt og 3D-printet. Af disse artikler sammenlignede 37 artikler 3DPAM med andre modeller, og 33 artikler vurderede den pædagogiske relevans af 3DPAM for studerende.
I betragtning af forskellene i designet af anatomiske 3D-printstudier, fandt vi det ikke passende at udføre en metaanalyse. En metaanalyse offentliggjort i 2020 fokuserede primært på anatomiske videnstests efter træning uden at analysere de tekniske og teknologiske aspekter af 3DPAM-design og -produktion [10].
Hovedregionen er den mest undersøgte, sandsynligvis fordi kompleksiteten af dens anatomi gør det vanskeligere for studerende at skildre denne anatomiske region i tredimensionelt rum sammenlignet med lemmer eller torso. CT er langt den mest almindeligt anvendte billeddannelsesmodalitet. Denne teknik er meget udbredt, især i medicinske sammenhænge, men har begrænset rumlig opløsning og lav bløddelskontrast. Disse begrænsninger gør CT-scanninger uegnede til segmentering og modellering af nervesystemet. På den anden side er computertomografi bedre egnet til segmentering/modellering af knoglevæv; Knogle-/bløddelskontrast hjælper med at fuldføre disse trin før 3D-printning af anatomiske modeller. På den anden side betragtes mikro-CT som referenceteknologien med hensyn til rumlig opløsning i knoglebilleddannelse [70]. Optiske scannere eller MR kan også bruges til at opnå billeder. Højere opløsning forhindrer udglatning af knogleoverflader og bevarer subtiliteten af anatomiske strukturer [59]. Valget af model påvirker også den rumlige opløsning: for eksempel har plastificeringsmodeller en lavere opløsning [45]. Grafiske designere er nødt til at oprette brugerdefinerede 3D-modeller, hvilket øger omkostningerne ($ 25 til $ 150 i timen) [43]. Det er ikke nok at opnå .STL-filer af høj kvalitet for at skabe anatomiske modeller af høj kvalitet. Det er nødvendigt at bestemme trykparametre, såsom den anatomiske models orientering på trykpladen [29]. Nogle forfattere foreslår, at avancerede trykteknologier som SLS bør anvendes, hvor det er muligt, for at forbedre nøjagtigheden af 3DPAM [38]. Produktionen af 3DPAM kræver professionel assistance; de mest efterspurgte specialister er ingeniører [72], radiologer [75], grafiske designere [43] og anatomer [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmenterings- og modelleringssoftware er vigtige faktorer for at opnå nøjagtige anatomiske modeller, men omkostningerne ved disse softwarepakker og deres kompleksitet hæmmer deres anvendelse. Adskillige undersøgelser har sammenlignet brugen af forskellige softwarepakker og printteknologier og fremhævet fordele og ulemper ved hver teknologi [68]. Ud over modelleringssoftware kræves der også printsoftware, der er kompatibel med den valgte printer; nogle forfattere foretrækker at bruge online 3D-printning [75]. Hvis der printes nok 3D-objekter, kan investeringen føre til økonomisk afkast [72].
Plast er langt det mest anvendte materiale. Dets brede udvalg af teksturer og farver gør det til det foretrukne materiale til 3DPAM. Nogle forfattere har rost dets høje styrke sammenlignet med traditionelle kadaver- eller plastinerede modeller [24, 56, 73]. Nogle plasttyper har endda bøjnings- eller strækegenskaber. For eksempel kan Filaflex med FDM-teknologi strækkes op til 700%. Nogle forfattere anser det for det foretrukne materiale til replikation af muskler, sener og ledbånd [63]. På den anden side har to undersøgelser rejst spørgsmål om fiberorientering under printning. Faktisk er muskelfiberorientering, indsættelse, innervation og funktion afgørende i muskelmodellering [33].
Overraskende nok nævner få studier trykskalaen. Da mange mennesker anser 1:1-forholdet for at være standard, har forfatteren muligvis valgt ikke at nævne det. Selvom opskalering ville være nyttigt til målrettet læring i store grupper, er muligheden for skalering endnu ikke blevet undersøgt, især med voksende klassestørrelser og modellens fysiske størrelse som en vigtig faktor. Selvfølgelig gør skalaer i fuld størrelse det lettere at lokalisere og kommunikere forskellige anatomiske elementer til patienten, hvilket kan forklare, hvorfor de ofte bruges.
Af de mange printere, der er tilgængelige på markedet, koster dem, der bruger PolyJet-teknologi (materiale- eller bindemiddelinkjet) til at levere farve- og flerlags (og derfor flertekstureret) high definition-print, mellem 20.000 og 250.000 USD (https://www.aniwaa.com/). Denne høje pris kan begrænse promoveringen af 3DPAM på medicinske skoler. Ud over printerens omkostninger er omkostningerne til materialer, der kræves til inkjetprint, højere end for SLA- eller FDM-printere [68]. Priserne for SLA- eller FDM-printere er også mere overkommelige og spænder fra 576 € til 4.999 € i artiklerne i denne anmeldelse. Ifølge Tripodi og kolleger kan hver skeletdel printes for 1,25 USD [47]. Elleve studier konkluderede, at 3D-printning er billigere end plastificering eller kommercielle modeller [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Desuden er disse kommercielle modeller designet til at give patientinformation uden tilstrækkelige detaljer til anatomiundervisning [80]. Disse kommercielle modeller anses for at være ringere end 3DPAM [44]. Det er værd at bemærke, at ud over den anvendte printteknologi er den endelige pris proportional med skalaen og dermed den endelige størrelse af 3DPAM'en [48]. Af disse grunde foretrækkes skalaen i fuld størrelse [37].
Kun ét studie sammenlignede 3DPAM med kommercielt tilgængelige anatomiske modeller [72]. Kadaverprøver er den mest anvendte sammenligningsmetode for 3DPAM. Trods deres begrænsninger er kadavermodeller fortsat et værdifuldt værktøj til undervisning i anatomi. Der skal skelnes mellem obduktion, dissektion og tørre knogler. Baseret på træningstests viste to studier, at 3DPAM var signifikant mere effektiv end plastineret dissektion [16, 27]. Ét studie sammenlignede en times træning med 3DPAM (nedre ekstremitet) med en times dissektion af den samme anatomiske region [78]. Der var ingen signifikante forskelle mellem de to undervisningsmetoder. Det er sandsynligt, at der er begrænset forskning om dette emne, fordi sådanne sammenligninger er vanskelige at foretage. Dissektion er en tidskrævende forberedelse for studerende. Nogle gange kræves der snesevis af timers forberedelse, afhængigt af hvad der forberedes. En tredje sammenligning kan foretages med tørre knogler. Et studie af Tsai og Smith viste, at testresultaterne var signifikant bedre i gruppen, der brugte 3DPAM [51, 63]. Chen og kolleger bemærkede, at studerende, der brugte 3D-modeller, klarede sig bedre med at identificere strukturer (kranier), men der var ingen forskel i MCQ-scorer [69]. Endelig viste Tanner og kolleger bedre resultater efter testen i denne gruppe ved hjælp af 3DPAM af pterygopalatinfossa [46]. Andre nye undervisningsværktøjer blev identificeret i denne litteraturgennemgang. De mest almindelige blandt dem er augmented reality, virtual reality og seriøse spil [43]. Ifølge Mahrous og kolleger afhænger præferencen for anatomiske modeller af antallet af timer, de studerende spiller videospil [31]. På den anden side er en væsentlig ulempe ved nye anatomiundervisningsværktøjer haptisk feedback, især for rent virtuelle værktøjer [48].
De fleste studier, der evaluerer den nye 3DPAM, har brugt prætest af viden. Disse prætest hjælper med at undgå bias i vurderingen. Nogle forfattere udelukker, før de udfører eksperimentelle studier, alle studerende, der scorede over gennemsnittet på den indledende test [40]. Blandt de bias, som Garas og kolleger nævnte, var modellens farve og udvælgelsen af frivillige i elevklassen [61]. Farvning letter identifikation af anatomiske strukturer. Chen og kolleger etablerede strenge eksperimentelle betingelser uden indledende forskelle mellem grupperne, og undersøgelsen var blindet i videst muligt omfang [69]. Lim og kolleger anbefaler, at vurderingen efter testen udføres af en tredjepart for at undgå bias i vurderingen [16]. Nogle studier har brugt Likert-skalaer til at vurdere gennemførligheden af 3DPAM. Dette instrument er egnet til at vurdere tilfredshed, men der er stadig vigtige bias, man skal være opmærksom på [86].
Den uddannelsesmæssige relevans af 3DPAM blev primært vurderet blandt medicinstuderende, inklusive førsteårs medicinstuderende, i 14 ud af 33 studier. I deres pilotstudie rapporterede Wilk og kolleger, at medicinstuderende mente, at 3D-printning burde inkluderes i deres anatomiundervisning [87]. 87% af de studerende, der blev adspurgt i Cercenelli-studiet, mente, at andet studieår var det bedste tidspunkt at bruge 3DPAM [84]. Tanner og kollegers resultater viste også, at studerende klarede sig bedre, hvis de aldrig havde studeret feltet [46]. Disse data tyder på, at det første år på lægestudiet er det optimale tidspunkt at inkorporere 3DPAM i anatomiundervisningen. Yes metaanalyse understøttede denne idé [18]. I de 27 artikler, der blev inkluderet i studiet, var der signifikante forskelle i testresultater mellem 3DPAM og traditionelle modeller for medicinstuderende, men ikke for residenter.
3DPAM som læringsværktøj forbedrer akademiske præstationer [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], langsigtet videnbevaring [32] og elevtilfredshed [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66], 69, 84]. Ekspertpaneler fandt også disse modeller nyttige [37, 42, 49, 81, 82], og to undersøgelser fandt lærertilfredshed med 3DPAM [25, 63]. Af alle kilder anser Backhouse og kolleger 3D-printning for at være det bedste alternativ til traditionelle anatomiske modeller [49]. I deres første metaanalyse bekræftede Ye og kolleger, at elever, der modtog 3DPAM-instruktioner, havde bedre resultater efter testen end elever, der modtog 2D- eller kadaverinstruktioner [10]. De differentierede dog 3DPAM ikke efter kompleksitet, men blot efter hjerte, nervesystem og bughule. I syv studier overgik 3DPAM ikke andre modeller baseret på videnstests administreret til studerende [32, 66, 69, 77, 78, 84]. I deres metaanalyse konkluderede Salazar og kolleger, at brugen af 3DPAM specifikt forbedrer forståelsen af kompleks anatomi [17]. Dette koncept er i overensstemmelse med Hitas' brev til redaktøren [88]. Nogle anatomiske områder, der anses for mindre komplekse, kræver ikke brug af 3DPAM, hvorimod mere komplekse anatomiske områder (såsom halsen eller nervesystemet) ville være et logisk valg for 3DPAM. Dette koncept kan forklare, hvorfor nogle 3DPAM'er ikke anses for at være bedre end traditionelle modeller, især når studerende mangler viden inden for det område, hvor modelpræstationen viser sig at være bedre. Derfor er det ikke nyttigt at præsentere en simpel model for studerende, der allerede har en vis viden om emnet (medicinstuderende eller specialister), for at forbedre de studerendes præstationer.
Af alle de anførte uddannelsesmæssige fordele understregede 11 studier modellernes visuelle eller taktile kvaliteter [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], og 3 studier forbedrede styrke og holdbarhed (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Andre fordele er, at eleverne kan manipulere strukturerne, lærerne kan spare tid, de er lettere at bevare end kadavere, projektet kan afsluttes inden for 24 timer, det kan bruges som et hjemmeundervisningsværktøj, og det kan bruges til at undervise i store mængder information i grupper [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Gentagen 3D-printning til undervisning i anatomi i store mængder gør 3D-printmodeller mere omkostningseffektive [26]. Brugen af 3DPAM kan forbedre mentale rotationsevner [23] og forbedre fortolkningen af tværsnitsbilleder [23, 32]. To studier viste, at studerende, der blev udsat for 3DPAM, var mere tilbøjelige til at gennemgå operation [40, 74]. Metalforbindelser kan indlejres for at skabe den bevægelse, der er nødvendig for at studere funktionel anatomi [51, 53], eller modeller kan printes ved hjælp af triggerdesigns [67].
3D-printning muliggør oprettelse af justerbare anatomiske modeller ved at forbedre visse aspekter i modelleringsfasen, [48, 80] skabe en passende base, [59] kombinere flere modeller, [36] bruge gennemsigtighed, (49) farve, [45] eller gøre visse interne strukturer synlige [30]. Tripodi og kolleger brugte skulpturerende ler til at supplere deres 3D-printede knoglemodeller og understregede værdien af samskabte modeller som undervisningsværktøjer [47]. I 9 studier blev farve påført efter printning [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], men studerende anvendte det kun én gang [49]. Desværre evaluerede studiet ikke kvaliteten af modeltræning eller rækkefølgen af træning. Dette bør overvejes i sammenhæng med anatomiuddannelse, da fordelene ved blended learning og co-creation er veletablerede [89]. For at håndtere den voksende reklameaktivitet er selvlæring blevet brugt mange gange til at evaluere modeller [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Et studie konkluderede, at plastmaterialets farve var for lys [45], et andet studie konkluderede, at modellen var for skrøbelig [71], og to andre studier indikerede manglende anatomisk variation i designet af individuelle modeller [25, 45]. Syv studier konkluderede, at de anatomiske detaljer i 3DPAM er utilstrækkelige [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
For mere detaljerede anatomiske modeller af store og komplekse områder, såsom retroperitoneum eller cervikalhvirvelsøjlen, anses segmenterings- og modelleringstiden for at være meget lang, og omkostningerne er meget høje (ca. 2000 USD) [27, 48]. Hojo og kolleger angav i deres undersøgelse, at det tog 40 timer at skabe den anatomiske model af bækkenet [42]. Den længste segmenteringstid var 380 timer i en undersøgelse foretaget af Weatherall og kolleger, hvor flere modeller blev kombineret for at skabe en komplet pædiatrisk luftvejsmodel [36]. I ni undersøgelser blev segmenterings- og printtid betragtet som ulemper [36, 42, 57, 58, 74]. Imidlertid kritiserede 12 undersøgelser de fysiske egenskaber ved deres modeller, især deres konsistens, [28, 62] mangel på gennemsigtighed, [30] skrøbelighed og monokromaticitet, [71] mangel på blødt væv, [66] eller mangel på detaljer [28, 34], 45, 48, 62, 63, 81]. Disse ulemper kan overvindes ved at øge segmenterings- eller simuleringstiden. Tab og genfinding af relevant information var et problem, som tre teams stod over for [30, 74, 77]. Ifølge patientrapporter gav jodholdige kontrastmidler ikke optimal vaskulær synlighed på grund af dosisbegrænsninger [74]. Injektion af en kadavermodel synes at være en ideel metode, der bevæger sig væk fra princippet om "så lidt som muligt" og begrænsningerne i den injicerede dosis kontrastmiddel.
Desværre nævner mange artikler ikke nogle af nøglefunktionerne ved 3DPAM. Mindre end halvdelen af artiklerne angav eksplicit, om deres 3DPAM var tonet. Dækningen af omfanget af trykte medier var inkonsekvent (43 % af artiklerne), og kun 34 % nævnte brugen af flere medier. Disse trykparametre er kritiske, fordi de påvirker 3DPAM's læringsegenskaber. De fleste artikler giver ikke tilstrækkelig information om kompleksiteten ved at opnå 3DPAM (designtid, personalekvalifikationer, softwareomkostninger, trykomkostninger osv.). Disse oplysninger er kritiske og bør overvejes, før man overvejer at starte et projekt for at udvikle en ny 3DPAM.
Denne systematiske gennemgang viser, at det er muligt at designe og 3D-printe normale anatomiske modeller til lave omkostninger, især når man bruger FDM- eller SLA-printere og billige ensfarvede plastmaterialer. Disse grundlæggende designs kan dog forbedres ved at tilføje farve eller designs i forskellige materialer. Mere realistiske modeller (printet med flere materialer i forskellige farver og teksturer for nøje at genskabe de taktile kvaliteter af en kadaverreferencemodel) kræver dyrere 3D-printteknologier og længere designtider. Dette vil øge de samlede omkostninger betydeligt. Uanset hvilken printproces der vælges, er valget af den passende billeddannelsesmetode nøglen til 3DPAMs succes. Jo højere den rumlige opløsning er, desto mere realistisk bliver modellen, og den kan bruges til avanceret forskning. Fra et pædagogisk synspunkt er 3DPAM et effektivt værktøj til undervisning i anatomi, hvilket fremgår af de vidensprøver, der administreres til studerende, og deres tilfredshed. Undervisningseffekten af 3DPAM er bedst, når det gengiver komplekse anatomiske regioner, og de studerende bruger det tidligt i deres medicinske uddannelse.
De datasæt, der genereres og/eller analyseres i den aktuelle undersøgelse, er ikke offentligt tilgængelige på grund af sprogbarrierer, men er tilgængelige fra den korresponderende forfatter efter rimelig anmodning.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. En gennemgang af kurser i grov anatomi, mikroanatomi, neurobiologi og embryologi i amerikanske lægeuddannelsers læseplaner. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Kadaverdissektion som et uddannelsesværktøj til anatomisk videnskab i det 21. århundrede: Dissektion som et uddannelsesværktøj. Analyse af naturvidenskabelig uddannelse. 2017;10(3):286–99.
Opslagstidspunkt: 9. april 2024