Kolmiulotteiset painetut anatomiset mallit (3DPAM) näyttävät olevan sopiva apuväline koulutusarvonsa ja toteutettavuutensa vuoksi.Tämän katsauksen tarkoituksena on kuvata ja analysoida menetelmiä, joita on käytetty 3DPAM:n luomisessa ihmisen anatomian opetukseen ja arvioida sen pedagogista panosta.
PubMedissä tehtiin sähköinen haku seuraavilla termeillä: koulutus, koulu, oppiminen, opetus, koulutus, opetus, koulutus, kolmiulotteinen, 3D, 3-ulotteinen, tulostus, tulostus, tulostus, anatomia, anatomia, anatomia ja anatomia ..Havainnot sisälsivät tutkimuksen ominaisuuksia, mallin suunnittelua, morfologista arviointia, koulutusta, vahvuuksia ja heikkouksia.
Valituista 68 artikkelista eniten tutkimuksia keskittyi kallon alueelle (33 artikkelia);51 artikkelissa mainitaan luupainatus.47 artikkelissa 3DPAM kehitettiin tietokonetomografian perusteella.Viisi tulostusprosessia on lueteltu.Muoveja ja niiden johdannaisia käytettiin 48 tutkimuksessa.Jokaisen mallin hinta vaihtelee 1,25 dollarista 2 800 dollariin.37 tutkimuksessa verrattiin 3DPAM:ia vertailumalleihin.Kolmekymmentäkolme artikkelia tarkasteli koulutustoimintaa.Tärkeimmät edut ovat visuaalinen ja tuntokyky, oppimisen tehokkuus, toistettavuus, muokattavuus ja ketteryys, ajansäästö, toiminnallisen anatomian integrointi, paremmat henkiset kiertoominaisuudet, tiedon säilyttäminen ja opettaja/opiskelijatyytyväisyys.Tärkeimmät haitat liittyvät suunnitteluun: yhtenäisyys, yksityiskohtien tai läpinäkyvyyden puute, liian kirkkaat värit, pitkät tulostusajat ja korkea hinta.
Tämä systemaattinen katsaus osoittaa, että 3DPAM on kustannustehokas ja tehokas anatomian opetuksessa.Realistisemmat mallit vaativat kalliimpien 3D-tulostustekniikoiden käyttöä ja pidemmän suunnitteluajan, mikä lisää merkittävästi kokonaiskustannuksia.Tärkeintä on valita sopiva kuvantamismenetelmä.Pedagogisesta näkökulmasta katsottuna 3DPAM on tehokas työkalu anatomian opetukseen, jolla on myönteinen vaikutus oppimistuloksiin ja tyytyväisyyteen.3DPAM:n opetusvaikutus on paras, kun se tuottaa monimutkaisia anatomisia alueita ja opiskelijat käyttävät sitä varhaisessa lääketieteellisessä koulutuksessaan.
Eläinten ruumiiden leikkausta on tehty antiikin Kreikasta lähtien ja se on yksi tärkeimmistä anatomian opetusmenetelmistä.Käytännön harjoittelun aikana tehtyjä ruumiinleikkauksia käytetään yliopiston lääketieteen opiskelijoiden teoreettisessa opetussuunnitelmassa, ja niitä pidetään tällä hetkellä anatomian tutkimuksen kultaisena standardina [1,2,3,4,5].Ihmisen ruumiinnäytteiden käytölle on kuitenkin monia esteitä, mikä kannustaa etsimään uusia koulutusvälineitä [6, 7].Joitakin näistä uusista työkaluista ovat lisätty todellisuus, digitaaliset työkalut ja 3D-tulostus.Santos et al.:n tuoreen kirjallisuuskatsauksen mukaan.[8] Mitä tulee näiden uusien anatomian opetuksen teknologioiden arvoon, 3D-tulostus näyttää olevan yksi tärkeimmistä resursseista sekä opiskelijoiden koulutuksellisen arvon että toteutettavuuden kannalta [4,9,10] .
3D-tulostus ei ole uutta.Ensimmäiset tähän teknologiaan liittyvät patentit ovat peräisin vuodelta 1984: A Le Méhauté, O De Witte ja JC André Ranskassa ja kolme viikkoa myöhemmin C Hull Yhdysvalloissa.Sen jälkeen teknologia on kehittynyt jatkuvasti ja sen käyttö on laajentunut monille alueille.Esimerkiksi NASA tulosti ensimmäisen kohteen Maan ulkopuolelle vuonna 2014 [11].Myös lääketieteen ala on ottanut käyttöön tämän uuden työkalun, mikä lisää halukkuutta kehittää yksilöllistä lääketiedettä [12].
Monet kirjoittajat ovat osoittaneet 3D-tulostettujen anatomisten mallien (3DPAM) käytön edut lääketieteellisessä koulutuksessa [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].Ihmisen anatomian opetuksessa tarvitaan ei-patologisia ja anatomisesti normaaleja malleja.Joissakin katsauksissa on tarkasteltu patologisia tai lääketieteellisiä/kirurgisia koulutusmalleja [8, 20, 21].Kehittääksemme hybridimallin ihmisen anatomian opettamiseen, joka sisältää uusia työkaluja, kuten 3D-tulostuksen, suoritimme systemaattisen katsauksen kuvataksemme ja analysoidaksemme, kuinka 3D-tulostettuja esineitä luodaan ihmisen anatomian opettamiseen ja kuinka opiskelijat arvioivat näiden 3D-objektien avulla oppimisen tehokkuutta.
Tämä systemaattinen kirjallisuuskatsaus tehtiin kesäkuussa 2022 käyttäen PRISMA-ohjeita (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis) ilman aikarajoituksia [22].
Osallistumiskriteerit olivat kaikki tutkimuspaperit, joissa käytettiin 3DPAM:a anatomian opetuksessa/oppimisessa.Kirjallisuusarvostelut, kirjeet tai artikkelit, jotka keskittyvät patologisiin malleihin, eläinmalleihin, arkeologisiin malleihin ja lääketieteellisiin/kirurgisiin koulutusmalleihin, jätettiin pois.Vain englanniksi julkaistut artikkelit valittiin.Artikkelit, joissa ei ollut saatavilla online-tiivistelmiä, suljettiin pois.Mukaan otettiin artikkelit, jotka sisälsivät useita malleja, joista ainakin yksi oli anatomisesti normaali tai jolla oli vähäinen patologia, joka ei vaikuttanut opetusarvoon.
Sähköisessä PubMed-tietokannassa (National Library of Medicine, NCBI) tehtiin kirjallisuushaku kesäkuuhun 2022 mennessä julkaistujen relevanttien tutkimusten löytämiseksi. Käytä seuraavia hakusanoja: koulutus, koulu, opetus, opetus, oppiminen, opetus, koulutus, kolme- ulottuvuus, 3D, 3D, tulostus, tulostus, tulostus, anatomia, anatomia, anatomia ja anatomia.Yksi kysely suoritettiin: (((koulutus[Title/Abstract] TAI koulu[Title/Abstract] ORoppiminen[Title/Abstract] TAI opetus[Title/Abstract] TAI koulutus[Title/Abstract] OReach[Title/Abstract] ] TAI Koulutus [Title/Abstract]) AND (kolmiulotteinen [Title] TAI 3D [Title] TAI 3D [Title])) AND (Tulosta [Title] TAI tulosta [Title] TAI tulosta [Title])) AND (Anatomia) [Title ] ]/tiivistelmä] tai anatomia [otsikko/tiivistelmä] tai anatomia [otsikko/tiivistelmä] tai anatomia [nimi/tiivistelmä]).Muita artikkeleita tunnistettiin tekemällä manuaalinen haku PubMed-tietokannasta ja tarkastelemalla muiden tieteellisten artikkelien viitteitä.Päivämäärärajoituksia ei sovellettu, mutta "Person"-suodatinta käytettiin.
Kaikki haetut otsikot ja tiivistelmät seulottiin kahden kirjoittajan (EBR ja AL) mukaanotto- ja poissulkemiskriteerien mukaan, ja kaikki tutkimukset, jotka eivät täyttäneet kaikkia kelpoisuusehtoja, suljettiin pois.Kolmen kirjoittajan (EBR, EBE ja AL) haki ja arvioi kokotekstijulkaisut jäljellä olevista tutkimuksista.Tarvittaessa erimielisyydet artikkelien valinnassa ratkaisi neljäs henkilö (LT).Kaikki osallistumiskriteerit täyttäneet julkaisut sisällytettiin tähän katsaukseen.
Kaksi tekijää (EBR ja AL) suoritti tietojen poiminta itsenäisesti kolmannen tekijän (LT) valvonnassa.
- Mallin suunnittelutiedot: anatomiset alueet, tietyt anatomiset osat, 3D-tulostuksen alkuperäinen malli, hankintamenetelmä, segmentointi- ja mallinnusohjelmisto, 3D-tulostimen tyyppi, materiaalityyppi ja määrä, tulostusmittakaava, väri, tulostuskustannukset.
- Mallien morfologinen arviointi: vertailuun käytetyt mallit, asiantuntijoiden/opettajien lääketieteellinen arviointi, arvioijien lukumäärä, arvioinnin tyyppi.
- Opetus 3D-malli: opiskelijan tiedon arviointi, arviointimenetelmä, opiskelijamäärä, vertailuryhmien lukumäärä, opiskelijoiden satunnaistaminen, koulutus/opiskelijatyyppi.
MEDLINEssä tunnistettiin 418 tutkimusta, ja 139 artikkelia suljettiin pois "ihmissuodattimen" avulla.Otsikoiden ja tiivistelmien tarkastelun jälkeen valittiin 103 tutkimusta kokotekstiluettavaksi.34 artikkelia jätettiin pois, koska ne olivat joko patologisia malleja (9 artikkelia), lääketieteellistä/kirurgista koulutusmalleja (4 artikkelia), eläinmalleja (4 artikkelia), 3D-radiologisia malleja (1 artikkeli) tai ne eivät olleet alkuperäisiä tieteellisiä artikkeleita (16 lukua).).Katsaukseen sisältyi yhteensä 68 artikkelia.Kuvassa 1 on esitetty valintaprosessi vuokaaviona.
Vuokaavio, jossa on yhteenveto artikkeleiden tunnistamisesta, seulonnasta ja sisällyttämisestä tähän systemaattiseen katsaukseen
Kaikki tutkimukset julkaistiin vuosina 2014–2022, keskimääräinen julkaisuvuosi 2019. 68 artikkelista 33 (49 %) oli kuvailevia ja kokeellisia, 17 (25 %) puhtaasti kokeellisia ja 18 (26 %) tutkimusta kokeellinen.Puhtaasti kuvaileva.50 (73 %) kokeellisesta tutkimuksesta 21 (31 %) käytti satunnaistamista.Vain 34 tutkimukseen (50 %) sisältyi tilastollisia analyyseja.Taulukossa 1 on yhteenveto kunkin tutkimuksen ominaisuuksista.
33 artikkelia (48 %) tutki pään aluetta, 19 artikkelia (28 %) tutki rintakehää, 17 artikkelia (25 %) tutki vatsan aluetta ja 15 artikkelia (22 %) tutki raajoja.Viisikymmentäyksi artikkelissa (75 %) mainittiin 3D-painetut luut anatomisina malleina tai moniviipaleina.
3DPAM:n kehittämiseen käytetyistä lähdemalleista tai tiedostoista 23 artikkelissa (34 %) mainittiin potilastietojen käyttö, 20 artikkelissa (29 %) ruumistietojen käyttö ja 17 artikkelissa (25 %) tietokantojen käyttö.käyttö, ja 7 tutkimuksessa (10 %) ei paljastanut käytettyjen asiakirjojen lähdettä.
47 tutkimuksessa (69 %) kehitettiin tietokonetomografiaan perustuvaa 3DPAM:a ja 3 tutkimuksessa (4 %) raportoitiin mikroCT:n käytöstä.7 artikkelia (10 %) projisoi 3D-objekteja optisilla skannereilla, 4 artikkelia (6 %) MRI:llä ja 1 artikkeli (1 %) kameroilla ja mikroskoopeilla.14 artikkelissa (21 %) ei mainittu 3D-mallin suunnittelun lähdetiedostojen lähdettä.3D-tiedostot luodaan keskimääräisellä tilaresoluutiolla alle 0,5 mm.Optimaalinen resoluutio on 30 μm [80] ja suurin resoluutio on 1,5 mm [32].
Käytössä oli 60 erilaista ohjelmistosovellusta (segmentointi, mallinnus, suunnittelu tai tulostus).Mimics (Materialise, Leuven, Belgia) käytettiin useimmin (14 tutkimusta, 21 %), jota seurasivat MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 tutkimusta, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) .(10 tutkimusta, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 tutkimusta, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Alankomaat) (8 tutkimusta, 12 %) ja CURA (Geldemarsen, Alankomaat) (7 tutkimusta, 10 %).
Kuusikymmentäseitsemän erilaista tulostinmallia ja viisi tulostusprosessia mainitaan.FDM-teknologiaa (Fused Deposition Modeling) käytettiin 26 tuotteessa (38 %), materiaalipuhallusta 13 tuotteessa (19 %) ja lopuksi sideainepuhallusta (11 tuotetta, 16 %).Vähiten käytettyjä tekniikoita ovat stereolitografia (SLA) (5 artikkelia, 7 %) ja selektiivinen lasersintraus (SLS) (4 artikkelia, 6 %).Yleisimmin käytetty tulostin (7 artikkelia, 10 %) on Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
3DPAM:n valmistukseen käytettyjä materiaaleja määriteltäessä (51 tuotetta, 75 %) 48 tutkimuksessa (71 %) käytettiin muoveja ja niiden johdannaisia.Pääasialliset käytetyt materiaalit olivat PLA (polymaitohappo) (n = 20, 29 %), hartsi (n = 9, 13 %) ja ABS (akrylonitriilibutadieenistyreeni) (7 tyyppiä, 10 %).23 artikkelissa (34 %) tarkasteltiin useista materiaaleista valmistettua 3DPAM:ia, 36 artikkelissa (53 %) esitettiin vain yhdestä materiaalista valmistettua 3DPAM:a ja 9 artikkelissa (13 %) ei ollut määritelty materiaalia.
Kaksikymmentäyhdeksän artikkelia (43 %) ilmoitti painosuhteet vaihtelevan välillä 0,25:1 - 2:1, keskimäärin 1:1.25 artikkelissa (37 %) käytettiin suhdetta 1:1.28 3DPAM:ia (41 %) koostui useista väreistä ja 9 (13 %) värjättiin painatuksen jälkeen [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Kustannuksia mainittiin 34 artikkelissa (50 %).9 artikkelissa (13 %) mainittiin 3D-tulostimien ja raaka-aineiden kustannukset.Tulostimien hinnat vaihtelevat 302 dollarista 65 000 dollariin.Kun määritetään, mallien hinnat vaihtelevat 1,25–2 800 dollarista;nämä ääriarvot vastaavat luustonäytteitä [47] ja korkealaatuisia retroperitoneaalisia malleja [48].Taulukossa 2 on yhteenveto kunkin mukana olevan tutkimuksen mallitiedoista.
Kolmekymmentäseitsemässä tutkimuksessa (54 %) verrattiin 3DAPM:ää vertailumalliin.Näistä tutkimuksista yleisin vertailumalli oli anatominen vertailumalli, jota käytettiin 14 artikkelissa (38 %), plastinoidut valmisteet 6 artikkelissa (16 %) ja plastinoidut valmisteet 6 artikkelissa (16 %).Virtuaalitodellisuuden käyttö, tietokonetomografiakuvaus yksi 3DPAM 5 artikkelissa (14 %), toinen 3DPAM 3 artikkelissa (8 %), vakavat pelit 1 artikkelissa (3 %), röntgenkuvat 1 artikkelissa (3 %), liiketoimintamallit 1 artikkeli (3 %) ja lisätty todellisuus 1 artikkelissa (3 %).Kolmekymmentäneljässä (50 %) tutkimuksessa arvioitiin 3DPAM.Viisitoista (48 %) tutkii arvioijien yksityiskohtaisia kokemuksia (taulukko 3).3DPAM:n suorittivat kirurgit tai hoitavat lääkärit 7 tutkimuksessa (47 %), anatomian erikoislääkärit 6 tutkimuksessa (40 %), opiskelijat 3 tutkimuksessa (20 %), opettajat (tieteenalaa ei määritelty) 3 tutkimuksessa (20 %) arviointia varten. ja vielä yksi arvioija artikkelissa (7 %).Keskimäärin arvioijia on 14 (minimi 2, maksimi 30).Kolmekymmentäkolme tutkimuksessa (49 %) arvioitiin 3DPAM:n morfologia kvalitatiivisesti ja 10 tutkimuksessa (15 %) arvioitiin 3DPAM:n morfologia kvantitatiivisesti.Niistä 33 tutkimuksesta, joissa käytettiin laadullisia arviointeja, 16 käytti puhtaasti kuvailevia arvioita (48 %), 9 käytti testejä/arvioita/tutkimuksia (27 %) ja 8 käytti Likert-asteikkoja (24 %).Taulukossa 3 on yhteenveto kunkin mukana olevan tutkimuksen mallien morfologisista arvioinneista.
Kolmekymmentäkolme (48 %) artikkelia tarkasteli ja vertaili 3DPAM-opetuksen tehokkuutta opiskelijoille.Näistä tutkimuksista 23 (70 %) artikkelissa arvioitiin opiskelijatyytyväisyyttä, 17 (51 %) käytti Likert-asteikkoja ja 6 (18 %) muita menetelmiä.22 artikkelia (67 %) arvioi oppilaiden oppimista tietotestauksen avulla, joista 10 (30 %) käytti esi- ja/tai jälkitestejä.Yhdessätoista tutkimuksessa (33 %) käytettiin monivalintakysymyksiä ja testejä opiskelijoiden tietojen arvioimiseksi ja viidessä tutkimuksessa (15 %) kuvamerkintöjä/anatomista tunnistamista.Kuhunkin tutkimukseen osallistui keskimäärin 76 opiskelijaa (vähintään 8, maksimi 319).Kahdessakymmenessäneljässä tutkimuksessa (72 %) oli kontrolliryhmä, joista 20 (60 %) käytti satunnaistamista.Sitä vastoin yhdessä tutkimuksessa (3 %) jaettiin satunnaisesti anatomisia malleja 10 eri opiskelijalle.Keskimäärin verrattiin 2,6 ryhmää (minimi 2, maksimi 10).Lääketieteen opiskelijoita oli 23 tutkimuksessa (70 %), joista 14 (42 %) oli ensimmäisen vuoden lääketieteen opiskelijoita.Kuusi (18 %) tutkimukseen osallistui asukkaat, 4 (12 %) hammaslääketieteen opiskelijat ja 3 (9 %) luonnontieteiden opiskelijat.Kuudessa tutkimuksessa (18 %) toteutettiin ja arvioitiin autonomista oppimista 3DPAM:n avulla.Taulukossa 4 on yhteenveto 3DPAM-opetuksen tehokkuuden arvioinnin tuloksista kunkin mukana olevan tutkimuksen osalta.
Kirjoittajien ilmoittamat tärkeimmät hyödyt 3DPAM:n käyttämisestä opetusvälineenä ihmisen normaalin anatomian opettamiseen ovat visuaaliset ja tuntoominaisuudet, mukaan lukien realistisuus [55, 67], tarkkuus [44, 50, 72, 85] ja johdonmukaisuuden vaihtelevuus [34]. ., 45, 48, 64], väri ja läpinäkyvyys [28, 45], luotettavuus [24, 56, 73], koulutusvaikutus [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], hinta [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], toistettavuus [80], parannus- tai personointimahdollisuus [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61 , 67, 80], kyky manipuloida opiskelijoita [30, 49], opetusajan säästäminen [61, 80], helppo varastointi [61], kyky integroida toiminnallinen anatomia tai luoda erityisiä rakenteita [51, 53], 67], mallien rungon nopea suunnittelu [81], kyky luoda ja käyttää yhdessä talomalleja [49, 60, 71], parantuneet henkiset rotaatiokyvyt [23] ja tiedon säilyttäminen [32] sekä opettajassa [ 25, 63] ja opiskelijoiden tyytyväisyys [25, 63].45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Tärkeimmät haitat liittyvät suunnitteluun: jäykkyys [80], johdonmukaisuus [28, 62], yksityiskohtien tai läpinäkyvyyden puute [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], liian kirkkaat värit [45].ja lattian hauraus[71].Muita haittoja ovat tiedon menetys [30, 76], pitkä kuvien segmentointiin tarvittava aika [36, 52, 57, 58, 74], tulostusaika [57, 63, 66, 67], anatomisen vaihtelun puute [25], ja hinta.Korkea[48].
Tämä systemaattinen katsaus tekee yhteenvedon 68 artikkelista, jotka on julkaistu yhdeksän vuoden aikana ja korostaa tiedeyhteisön kiinnostusta 3DPAM:ia kohtaan välineenä ihmisen normaalin anatomian opettamisessa.Jokaista anatomista aluetta tutkittiin ja 3D-tulostettiin.Näistä artikkeleista 37 artikkelissa verrattiin 3DPAM:ia muihin malleihin ja 33 artikkelissa arvioitiin 3DPAM:n pedagogista merkitystä opiskelijoille.
Koska anatomisten 3D-tulostustutkimusten suunnittelussa oli eroja, emme pitäneet meta-analyysin suorittamista tarkoituksenmukaisena.Vuonna 2020 julkaistu meta-analyysi keskittyi pääasiassa anatomisten tietojen testeihin koulutuksen jälkeen analysoimatta 3DPAM-suunnittelun ja -tuotannon teknisiä ja teknologisia näkökohtia [10].
Pään alue on tutkituin, luultavasti siksi, että sen anatomian monimutkaisuus tekee opiskelijoille vaikeampaa kuvata tätä anatomista aluetta kolmiulotteisessa tilassa verrattuna raajoihin tai vartaloon.CT on ylivoimaisesti yleisin kuvantamismenetelmä.Tätä tekniikkaa käytetään laajalti, erityisesti lääketieteellisissä olosuhteissa, mutta sillä on rajallinen avaruudellinen resoluutio ja alhainen pehmytkudoskontrasti.Nämä rajoitukset tekevät CT-skannauksista sopimattomia hermoston segmentointiin ja mallintamiseen.Toisaalta tietokonetomografia soveltuu paremmin luukudoksen segmentointiin/mallintamiseen;Luun/pehmytkudoksen kontrasti auttaa suorittamaan nämä vaiheet ennen anatomisten mallien 3D-tulostusta.Toisaalta mikroCT:tä pidetään referenssiteknologiana luun kuvantamisen spatiaalisen resoluution kannalta [70].Kuvien saamiseksi voidaan käyttää myös optisia skannereita tai MRI:tä.Korkeampi resoluutio estää luupintojen tasoittumisen ja säilyttää anatomisten rakenteiden hienovaraisuuden [59].Mallin valinta vaikuttaa myös spatiaaliseen resoluutioon: esimerkiksi plastisointimalleilla on pienempi resoluutio [45].Graafisten suunnittelijoiden on luotava mukautettuja 3D-malleja, mikä lisää kustannuksia (25–150 dollaria tunnissa) [43].Laadukkaiden .STL-tiedostojen hankkiminen ei riitä laadukkaiden anatomisten mallien luomiseen.On tarpeen määrittää tulostusparametrit, kuten anatomisen mallin suuntaus painolevyllä [29].Jotkut kirjoittajat ehdottavat, että edistyneitä tulostustekniikoita, kuten SLS:ää, tulisi käyttää aina kun mahdollista 3DPAM:n tarkkuuden parantamiseksi [38].3DPAM:n tuotanto vaatii ammattiapua;halutuimpia asiantuntijoita ovat insinöörit [72], radiologit [75], graafiset suunnittelijat [43] ja anatomit [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmentointi- ja mallinnusohjelmistot ovat tärkeitä tekijöitä tarkkojen anatomisten mallien saamiseksi, mutta näiden ohjelmistopakettien hinta ja monimutkaisuus haittaavat niiden käyttöä.Useissa tutkimuksissa on verrattu eri ohjelmistopakettien ja tulostusteknologioiden käyttöä korostaen kunkin tekniikan etuja ja haittoja [68].Malliohjelmiston lisäksi tarvitaan myös valitun tulostimen kanssa yhteensopiva tulostusohjelmisto;Jotkut kirjoittajat käyttävät mieluummin online-3D-tulostusta [75].Jos 3D-objekteja tulostetaan tarpeeksi, investointi voi johtaa taloudelliseen tuottoon [72].
Muovi on ylivoimaisesti yleisimmin käytetty materiaali.Sen laaja tekstuure- ja värivalikoima tekee siitä 3DPAM:n materiaalin.Jotkut kirjoittajat ovat ylistäneet sen suurta lujuutta verrattuna perinteisiin kuolleisiin tai pinnoitettuihin malleihin [24, 56, 73].Joillakin muoveilla on jopa taivutus- tai venytysominaisuuksia.Esimerkiksi FDM-teknologialla varustettu Filaflex voi venyttää jopa 700 %.Jotkut kirjoittajat pitävät sitä ensisijaisena materiaalina lihasten, jänteiden ja nivelsiteiden replikaatioon [63].Toisaalta kaksi tutkimusta ovat herättäneet kysymyksiä kuidun suuntautumisesta painatuksen aikana.Itse asiassa lihassäikeiden suuntautuminen, insertio, hermotus ja toiminta ovat kriittisiä lihasten mallintamisessa [33].
Yllättäen vain harvat tutkimukset mainitsevat painatuksen mittakaavan.Koska monet pitävät 1:1-suhdetta vakiona, kirjoittaja on ehkä päättänyt olla mainitsematta sitä.Vaikka skaalaus olisi hyödyllistä suunnatussa oppimisessa suurissa ryhmissä, skaalauksen toteutettavuutta ei ole vielä tutkittu, varsinkin kun luokkakoot kasvavat ja mallin fyysinen koko on tärkeä tekijä.Tietysti täysikokoiset vaa'at helpottavat erilaisten anatomisten elementtien paikallistamista ja välittämistä potilaalle, mikä saattaa selittää, miksi niitä käytetään usein.
Markkinoilla saatavilla olevista monista tulostimista ne, jotka käyttävät PolyJet-tekniikkaa (material inkjet tai binder inkjet) teräväpiirtoväritulostuksen ja usean materiaalin (ja siten monikuvioisen) tulostuksen tuottamiseen, maksavat 20 000 - 250 000 US$ ( https:/ /www.aniwaa.com/).Nämä korkeat kustannukset voivat rajoittaa 3DPAM:n edistämistä lääketieteellisissä kouluissa.Tulostimen kustannusten lisäksi mustesuihkutulostukseen tarvittavien materiaalien kustannukset ovat korkeammat kuin SLA- tai FDM-tulostimissa [68].SLA- tai FDM-tulostimien hinnat ovat myös edullisempia, ja ne vaihtelevat tässä katsauksessa luetelluissa artikkeleissa 576–4 999 €.Tripodin ja kollegoiden mukaan jokainen luurankoosa voidaan tulostaa 1,25 dollarilla [47].Yksitoista tutkimusta päätteli, että 3D-tulostus on halvempaa kuin plastisointi tai kaupalliset mallit [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Lisäksi nämä kaupalliset mallit on suunniteltu tarjoamaan potilaille tietoa ilman riittävää yksityiskohtaa anatomian opetukseen [80].Näitä kaupallisia malleja pidetään huonompina kuin 3DPAM [44].On syytä huomata, että käytetyn painotekniikan lisäksi lopulliset kustannukset ovat verrannollisia mittakaavaan ja siten 3DPAM:n lopulliseen kokoon [48].Näistä syistä täysikokoinen asteikko on parempi [37].
Vain yhdessä tutkimuksessa verrattiin 3DPAM:ia kaupallisesti saatavilla oleviin anatomisiin malleihin [72].Cadaveric-näytteet ovat yleisimmin käytetty 3DPAM-vertailija.Rajoituksistaan huolimatta ruumismallit ovat edelleen arvokas väline anatomian opettamisessa.On tehtävä ero ruumiinavauksen, dissektion ja kuivan luun välillä.Harjoitustestien perusteella kaksi tutkimusta osoittivat, että 3DPAM oli merkittävästi tehokkaampi kuin plastinoitu dissektio [16, 27].Yhdessä tutkimuksessa verrattiin yhtä tuntia harjoittelua käyttäen 3DPAM:ia (alaraaja) ja yhtä tuntia saman anatomisen alueen dissektiota [78].Näiden kahden opetustavan välillä ei ollut merkittäviä eroja.On todennäköistä, että aiheesta on vähän tutkimusta, koska tällaisia vertailuja on vaikea tehdä.Dissektio on opiskelijoille aikaa vievää valmistelua.Joskus valmistelua tarvitaan kymmeniä tunteja riippuen siitä, mitä valmistellaan.Kolmas vertailu voidaan tehdä kuiviin luihin.Tsain ja Smithin tutkimuksessa havaittiin, että testitulokset olivat merkittävästi parempia 3DPAM-ryhmässä [51, 63].Chen ja kollegat totesivat, että 3D-malleja käyttävät opiskelijat suoriutuivat paremmin rakenteiden (kallo) tunnistamisessa, mutta MCQ-pisteissä ei ollut eroa [69].Lopuksi Tanner ja kollegat osoittivat parempia testituloksia tässä ryhmässä käyttämällä pterygopalatine fossan 3DPAM:ia [46].Tässä kirjallisuuskatsauksessa tunnistettiin muita uusia opetusvälineitä.Yleisimmät niistä ovat lisätty todellisuus, virtuaalitodellisuus ja vakavat pelit [43].Mahrousin ja kollegoiden mukaan anatomisten mallien suosiminen riippuu siitä, kuinka monta tuntia opiskelijat pelaavat videopelejä [31].Toisaalta uusien anatomian opetustyökalujen suuri haittapuoli on haptinen palaute, erityisesti puhtaasti virtuaalisten työkalujen kohdalla [48].
Useimmat uutta 3DPAM:ia arvioivat tutkimukset ovat käyttäneet tiedon ennakkotestejä.Nämä esitestit auttavat välttämään harhaa arvioinnissa.Jotkut kirjoittajat jättävät ennen kokeellisten tutkimusten suorittamista pois kaikki opiskelijat, jotka saivat alustavan testin keskiarvon [40].Garas ja kollegat mainitsivat muun muassa mallin värin ja vapaaehtoisten valinnan opiskelijaluokassa [61].Värjäys helpottaa anatomisten rakenteiden tunnistamista.Chen ja kollegat loivat tiukat kokeelliset olosuhteet ilman alkueroja ryhmien välillä, ja tutkimus sokkoitettiin mahdollisimman paljon [69].Lim ja kollegat suosittelevat, että kolmas osapuoli suorittaa testin jälkeisen arvioinnin, jotta arvioinnissa ei vääristyisi [16].Jotkut tutkimukset ovat käyttäneet Likert-asteikkoja arvioimaan 3DPAM:n toteutettavuutta.Tämä instrumentti soveltuu tyytyväisyyden arvioimiseen, mutta on silti tärkeitä harhoja, jotka on huomioitava [86].
3DPAM:n koulutuksellista merkitystä arvioitiin ensisijaisesti lääketieteen opiskelijoiden keskuudessa, mukaan lukien ensimmäisen vuoden lääketieteen opiskelijat, 14 tutkimuksessa 33:sta.Pilottitutkimuksessaan Wilk ja kollegat kertoivat, että lääketieteen opiskelijat uskoivat, että 3D-tulostus pitäisi sisällyttää heidän anatomian oppimiseensa [87].87 % Cercenellin tutkimukseen osallistuneista opiskelijoista uskoi, että toinen opiskeluvuosi oli paras aika käyttää 3DPAM:a [84].Tannerin ja kollegoiden tulokset osoittivat myös, että opiskelijat menestyivät paremmin, jos he eivät olisi koskaan opiskelleet alaa [46].Nämä tiedot viittaavat siihen, että lääketieteen koulun ensimmäinen vuosi on optimaalinen aika sisällyttää 3DPAM anatomian opetukseen.Y:n meta-analyysi tuki tätä ajatusta [18].Tutkimukseen sisältyneiden 27 artikkelin välillä oli merkittäviä eroja 3DPAM:n suorituskyvyssä perinteisiin malleihin verrattuna lääketieteen opiskelijoilla, mutta ei asukkailla.
3DPAM oppimistyökaluna parantaa akateemisia saavutuksia [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], pitkän aikavälin tiedon säilyttämistä [32] ja oppilaiden tyytyväisyyttä [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]., 69, 84].Asiantuntijapaneelit pitivät näitä malleja myös hyödyllisinä [37, 42, 49, 81, 82], ja kahdessa tutkimuksessa todettiin opettajien tyytyväisyys 3DPAM:iin [25, 63].Kaikista lähteistä Backhouse ja kollegat pitävät 3D-tulostusta parhaana vaihtoehtona perinteisille anatomisille malleille [49].Ensimmäisessä meta-analyysissaan Ye ja kollegat vahvistivat, että opiskelijoilla, jotka saivat 3DPAM-ohjeita, oli paremmat testin jälkeiset tulokset kuin opiskelijoilla, jotka saivat 2D- tai ruumisohjeita [10].He eivät kuitenkaan erotelleet 3DPAM:ia monimutkaisuuden perusteella, vaan yksinkertaisesti sydämen, hermoston ja vatsaontelon perusteella.Seitsemässä tutkimuksessa 3DPAM ei menestynyt paremmin kuin muut opiskelijoille annetut tietotestit [32, 66, 69, 77, 78, 84].Salazar ja kollegat totesivat meta-analyysissaan, että 3DPAM:n käyttö parantaa erityisesti monimutkaisen anatomian ymmärtämistä [17].Tämä käsite on yhdenmukainen Hitasin toimittajalle osoitetun kirjeen kanssa [88].Jotkut vähemmän monimutkaisiksi katsotut anatomiset alueet eivät vaadi 3DPAM:n käyttöä, kun taas monimutkaisemmat anatomiset alueet (kuten niska tai hermosto) olisivat looginen valinta 3DPAM:lle.Tämä käsite saattaa selittää, miksi joitain 3DPAM-malleja ei pidetä perinteisiä malleja parempina, varsinkin kun opiskelijoilla ei ole tietoa alalla, jolla mallien suorituskyvyn havaitaan olevan parempi.Näin ollen yksinkertaisen mallin esittäminen opiskelijoille, joilla on jo jonkin verran tietoa aiheesta (lääketieteen opiskelijat tai asukkaat), ei auta parantamaan opiskelijoiden suorituksia.
Kaikista luetelluista koulutuksellisista eduista 11 tutkimuksessa korostettiin mallien visuaalisia tai tuntoominaisuuksia [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], ja kolmessa tutkimuksessa parannettiin lujuutta ja kestävyyttä (33). , 50-52, 63, 79, 85, 86).Muita etuja ovat, että opiskelijat voivat manipuloida rakenteita, opettajat voivat säästää aikaa, ne on helpompi säilyttää kuin ruumiit, projekti voidaan suorittaa 24 tunnissa, sitä voidaan käyttää kotiopetuksen työkaluna ja sillä voidaan opettaa suuria määriä tiedosta.ryhmät [30, 49, 60, 61, 80, 81].Toistuva 3D-tulostus suuren volyymin anatomian opetukseen tekee 3D-tulostusmalleista kustannustehokkaampia [26].3DPAM:n käyttö voi parantaa henkistä kiertokykyä [23] ja parantaa poikkileikkauskuvien tulkintaa [23, 32].Kahdessa tutkimuksessa havaittiin, että 3DPAM:lle altistuneet opiskelijat joutuivat todennäköisemmin leikkaukseen [40, 74].Metalliliittimiä voidaan upottaa toiminnallisen anatomian tutkimiseen tarvittavan liikkeen luomiseksi [51, 53] tai malleja voidaan tulostaa liipaisinmalleja [67].
3D-tulostus mahdollistaa säädettävien anatomisten mallien luomisen parantamalla tiettyjä näkökohtia mallinnuksen aikana, [48, 80] luomalla sopivan pohjan, [59] yhdistämällä useita malleja, [36] käyttämällä läpinäkyvyyttä, (49) värejä, [45] tai joidenkin sisäisten rakenteiden näyttäminen [30].Tripodi ja kollegat käyttivät kuvanveistosavea täydentämään 3D-tulostettuja luumalleja ja korostivat yhdessä luotujen mallien arvoa opetusvälineinä [47].Yhdeksässä tutkimuksessa väriä käytettiin painatuksen jälkeen [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], mutta opiskelijat käyttivät sitä vain kerran [49].Valitettavasti tutkimuksessa ei arvioitu mallikoulutuksen laatua tai harjoitusten järjestystä.Tätä tulisi harkita anatomiakoulutuksen yhteydessä, koska sekaoppimisen ja yhteisluomisen edut ovat vakiintuneet [89].Kasvavassa mainontatoiminnassa selviytymiseksi itseoppimista on käytetty useita kertoja mallien arvioinnissa [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Yhdessä tutkimuksessa pääteltiin, että muovimateriaalin väri oli liian kirkas[45], toisessa tutkimuksessa todettiin mallin olevan liian hauras[71], ja kaksi muuta tutkimusta osoittivat, että yksittäisten mallien suunnittelussa ei ollut anatomista vaihtelua[25, 45]. ]..Seitsemän tutkimusta päätteli, että 3DPAM:n anatomiset yksityiskohdat ovat riittämättömät [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Suurten ja monimutkaisten alueiden, kuten retroperitoneumin tai kohdunkaulan, yksityiskohtaisemmissa anatomisissa malleissa segmentointi- ja mallinnusaikaa pidetään erittäin pitkänä ja kustannukset ovat erittäin korkeat (noin US$2000) [27, 48].Hojo ja kollegat raportoivat tutkimuksessaan, että lantion anatomisen mallin luominen kesti 40 tuntia [42].Pisin segmentointiaika oli 380 tuntia Weatherallin ja kollegoiden tutkimuksessa, jossa useita malleja yhdistettiin täydellisen lasten hengitystiemallin luomiseksi [36].Yhdeksässä tutkimuksessa segmentointia ja tulostusaikaa pidettiin haittoina [36, 42, 57, 58, 74].Kuitenkin 12 tutkimusta kritisoivat mallien fysikaalisia ominaisuuksia, erityisesti niiden johdonmukaisuutta, [28, 62] läpinäkyvyyden puutetta, [30] haurautta ja yksivärisyyttä, [71] pehmytkudoksen puutetta [66] tai yksityiskohtien puutetta [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Nämä haitat voidaan voittaa lisäämällä segmentointi- tai simulointiaikaa.Olennaisten tietojen menettäminen ja hakeminen oli kolmen ryhmän ongelma [30, 74, 77].Potilasraporttien mukaan jodatut varjoaineet eivät antaneet optimaalista verisuonten näkyvyyttä annosrajoitusten vuoksi [74].Kuolleen mallin injektio näyttää olevan ihanteellinen menetelmä, joka siirtyy pois "mahdollisimman vähän" -periaatteesta ja ruiskutettavan varjoaineen annoksen rajoituksista.
Valitettavasti monissa artikkeleissa ei mainita joitain 3DPAM:n tärkeimpiä ominaisuuksia.Alle puolet artikkeleista ilmoitti nimenomaisesti, oliko niiden 3DPAM sävytetty.Painoalan kattavuus oli epäjohdonmukaista (43 % artikkeleista), ja vain 34 % mainitsi usean median käytön.Nämä tulostusparametrit ovat kriittisiä, koska ne vaikuttavat 3DPAM:n oppimisominaisuuksiin.Useimmat artikkelit eivät tarjoa riittävästi tietoa 3DPAM:n hankkimisen monimutkaisuudesta (suunnitteluaika, henkilöstön pätevyys, ohjelmistokustannukset, tulostuskustannukset jne.).Nämä tiedot ovat tärkeitä, ja niitä tulee harkita ennen kuin harkitaan uuden 3DPAM:n kehittämisprojektin aloittamista.
Tämä systemaattinen katsaus osoittaa, että normaalien anatomisten mallien suunnittelu ja 3D-tulostus on mahdollista alhaisin kustannuksin, erityisesti käytettäessä FDM- tai SLA-tulostimia ja edullisia yksivärisiä muovimateriaaleja.Näitä perusmalleja voidaan kuitenkin parantaa lisäämällä väriä tai lisäämällä kuvioita eri materiaaleista.Realistisemmat mallit (tulostettu käyttämällä useita eri värejä ja tekstuureja sisältäviä materiaaleja jäljittelemään tiiviisti ruumiinvertailumallin tuntoominaisuuksia) vaativat kalliimpia 3D-tulostustekniikoita ja pidemmät suunnitteluajat.Tämä lisää merkittävästi kokonaiskustannuksia.Riippumatta siitä, mikä tulostusprosessi valitaan, oikean kuvantamismenetelmän valinta on avain 3DPAM:n menestykseen.Mitä suurempi tilaresoluutio on, sitä realistisempi malli tulee ja sitä voidaan käyttää edistyneessä tutkimuksessa.Pedagogisesti katsottuna 3DPAM on tehokas työkalu anatomian opettamiseen, mistä ovat osoituksena opiskelijoille annetut tietotestit ja heidän tyytyväisyytensä.3DPAM:n opetusvaikutus on paras, kun se tuottaa monimutkaisia anatomisia alueita ja opiskelijat käyttävät sitä varhaisessa lääketieteellisessä koulutuksessaan.
Tässä tutkimuksessa tuotetut ja/tai analysoidut aineistot eivät ole julkisesti saatavilla kielimuurien vuoksi, mutta ne ovat saatavilla vastaavalta kirjoittajalta kohtuullisesta pyynnöstä.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM.Katsaus bruttoanatomian, mikroanatomian, neurobiologian ja embryologian kursseista Yhdysvaltain lääketieteellisten korkeakoulujen opetussuunnitelmissa.Anat Rec.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Cadaveric dissektio anatomian opetusvälineenä 2000-luvulla: Dissektio opetusvälineenä.Tiedekasvatuksen analyysi.2017;10(3):286–99.
Postitusaika: 13.11.2023