Trojrozměrné tištěné anatomické modely (3DPAM) se zdají být vhodným nástrojem vzhledem ke své vzdělávací hodnotě a proveditelnosti. Účelem této recenze je popsat a analyzovat metody používané k vytvoření 3DPAM pro výuku lidské anatomie a zhodnotit jeho pedagogický přínos.
V databázi PubMed bylo provedeno elektronické vyhledávání s použitím následujících termínů: vzdělávání, škola, učení, výuka, školení, výuka, trojrozměrný, 3D, 3-dimenzionální, tisk, tisk, anatomie, anatomie a anatomie. Mezi nálezy patřily charakteristiky studie, návrh modelu, morfologické hodnocení, vzdělávací výsledky, silné a slabé stránky.
Z 68 vybraných článků se největší počet studií zaměřil na lebeční oblast (33 článků); 51 článků zmiňuje tisk kostí. Ve 47 článcích byl 3DPAM vyvinut na základě výpočetní tomografie. Je uvedeno pět tiskových procesů. Plasty a jejich deriváty byly použity ve 48 studiích. Cena každého designu se pohybuje od 1,25 do 2 800 dolarů. Třicet sedm studií porovnávalo 3DPAM s referenčními modely. Třicet tři článků zkoumalo vzdělávací aktivity. Hlavními výhodami jsou vizuální a hmatová kvalita, efektivita učení, opakovatelnost, přizpůsobitelnost a agilita, úspora času, integrace funkční anatomie, lepší schopnosti mentální rotace, uchovávání znalostí a spokojenost učitelů/studentů. Hlavní nevýhody souvisejí s designem: konzistence, nedostatek detailů nebo průhlednosti, příliš jasné barvy, dlouhá doba tisku a vysoké náklady.
Tato systematická studie ukazuje, že 3DPAM je nákladově efektivní a účinný pro výuku anatomie. Realističtější modely vyžadují použití dražších technologií 3D tisku a delší dobu návrhu, což výrazně zvýší celkové náklady. Klíčem je výběr vhodné zobrazovací metody. Z pedagogického hlediska je 3DPAM účinným nástrojem pro výuku anatomie s pozitivním dopadem na výsledky učení a spokojenost. Výukový efekt 3DPAM je nejlepší, když reprodukuje složité anatomické oblasti a studenti jej používají v rané fázi svého lékařského vzdělávání.
Pitva zvířecích těl se provádí již od starověkého Řecka a je jednou z hlavních metod výuky anatomie. Pitva kadaverů prováděná během praktické výuky se používá v teoretickém kurikulu univerzitních studentů medicíny a v současnosti je považována za zlatý standard pro studium anatomie [1,2,3,4,5]. Existuje však mnoho překážek bránících v používání lidských kadaverózních vzorků, což vede k hledání nových výukových nástrojů [6, 7]. Mezi tyto nové nástroje patří rozšířená realita, digitální nástroje a 3D tisk. Podle nedávné literární rešerše od Santose a kol. [8] se 3D tisk jeví jako jeden z nejdůležitějších zdrojů, a to jak z hlediska vzdělávací hodnoty pro studenty, tak z hlediska proveditelnosti implementace [4,9,10].
3D tisk není nic nového. První patenty týkající se této technologie pocházejí z roku 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte a J. C. André ve Francii a o tři týdny později C. Hull v USA. Od té doby se technologie neustále vyvíjí a její využití se rozšířilo do mnoha oblastí. Například NASA v roce 2014 vytiskla první objekt za hranicemi Země [11]. Tento nový nástroj přijala i lékařská oblast, čímž se zvýšila touha po vývoji personalizované medicíny [12].
Mnoho autorů prokázalo výhody používání 3D tištěných anatomických modelů (3DPAM) ve výuce medicíny [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Při výuce lidské anatomie jsou potřeba nepatologické a anatomicky normální modely. Některé studie zkoumaly patologické nebo lékařské/chirurgické tréninkové modely [8, 20, 21]. Abychom vyvinuli hybridní model pro výuku lidské anatomie, který zahrnuje nové nástroje, jako je 3D tisk, provedli jsme systematický přehled, který popisuje a analyzuje, jak se 3D tištěné objekty vytvářejí pro výuku lidské anatomie a jak studenti hodnotí efektivitu učení pomocí těchto 3D objektů.
Tato systematická rešerše literatury byla provedena v červnu 2022 bez časového omezení s využitím směrnic PRISMA (Preferované položky pro systematické přehledy a metaanalýzy) [22].
Kritéria pro zařazení byly všechny výzkumné práce využívající 3DPAM ve výuce/studiu anatomie. Vyloučeny byly literární recenze, dopisy nebo články zaměřené na patologické modely, zvířecí modely, archeologické modely a modely lékařského/chirurgického výcviku. Vybrány byly pouze články publikované v angličtině. Vyloučeny byly články bez dostupných online abstraktů. Zahrnuty byly i články, které obsahovaly více modelů, z nichž alespoň jeden byl anatomicky normální nebo měl drobnou patologii neovlivňující výukovou hodnotu.
V elektronické databázi PubMed (Národní lékařská knihovna, NCBI) byla provedena rešerše literatury za účelem nalezení relevantních studií publikovaných do června 2022. Použijte následující vyhledávací výrazy: vzdělávání, škola, výuka, výuka, učení, výuka, vzdělávání, trojrozměrný, 3D, 3D, tisk, tisk, tisk, anatomie, anatomie a anatomie. Byl proveden jeden dotaz: (((education[Název/Abstrakt] NEBO school[Název/Abstrakt] NEBOlearning[Název/Abstrakt] NEBO teaching[Název/Abstrakt] NEBO training[Název/Abstrakt] NEBO Reach[Název/Abstrakt] ] NEBO Education [Název/Abstrakt]) A (Three Dimensions [Název] NEBO 3D [Název] NEBO 3D [Název])) A (Print [Název] NEBO Print [Název] NEBO Print [Název])) A (Anatomy) [Název] ]/abstrakt] nebo anatomy [název/abstrakt] nebo anatomy [název/abstrakt] nebo anatomy [název/abstrakt]). Další články byly identifikovány ručním prohledáním databáze PubMed a kontrolou odkazů na jiné vědecké články. Nebyla použita žádná datová omezení, ale byl použit filtr „Osoba“.
Všechny získané názvy a abstrakty byly posouzeny podle kritérií pro zařazení a vyloučení dvěma autory (EBR a AL) a každá studie, která nesplňovala všechna kritéria způsobilosti, byla vyloučena. Publikace zbývajících studií v plném textu byly získány a recenzovány třemi autory (EBR, EBE a AL). V případě potřeby byly neshody ve výběru článků vyřešeny čtvrtou osobou (LT). Publikace, které splňovaly všechna kritéria pro zařazení, byly do této recenze zahrnuty.
Extrakci dat provedli nezávisle dva autoři (EBR a AL) pod dohledem třetího autora (LT).
- Data pro návrh modelu: anatomické oblasti, specifické anatomické části, výchozí model pro 3D tisk, metoda akvizice, segmentační a modelovací software, typ 3D tiskárny, typ a množství materiálu, měřítko tisku, barva, náklady na tisk.
- Morfologické hodnocení modelů: modely použité pro srovnání, lékařské hodnocení expertů/učitelů, počet hodnotitelů, typ hodnocení.
- 3D model výuky: hodnocení znalostí studentů, metoda hodnocení, počet studentů, počet srovnávacích skupin, randomizace studentů, vzdělání/typ studenta.
V databázi MEDLINE bylo identifikováno 418 studií a 139 článků bylo vyloučeno filtrem „lidské“. Po kontrole názvů a abstraktů bylo pro čtení plného textu vybráno 103 studií. 34 článků bylo vyloučeno, protože se jednalo buď o patologické modely (9 článků), modely lékařského/chirurgického výcviku (4 články), zvířecí modely (4 články), 3D radiologické modely (1 článek) nebo se nejednalo o původní vědecké články (16 kapitol). Do přehledu bylo zahrnuto celkem 68 článků. Obrázek 1 znázorňuje proces výběru jako vývojový diagram.
Vývojový diagram shrnující identifikaci, screening a zařazení článků do této systematické recenze
Všechny studie byly publikovány v letech 2014 až 2022, s průměrným rokem publikace 2019. Z 68 zahrnutých článků bylo 33 (49 %) studií deskriptivních a experimentálních, 17 (25 %) čistě experimentálních a 18 (26 %) experimentálních. Čistě deskriptivní. Z 50 (73 %) experimentálních studií použilo 21 (31 %) randomizaci. Pouze 34 studií (50 %) zahrnovalo statistické analýzy. Tabulka 1 shrnuje charakteristiky každé studie.
Oblast hlavy se zkoumalo v 33 článkech (48 %), v 19 článkech (28 %) v hrudní oblasti, v 17 článkech (25 %) v oblasti břicha a pánve a v 15 článkech (22 %) v končetinách. Padesát jedna článků (75 %) zmiňovalo kosti vytištěné na 3D tiskárně jako anatomické modely nebo vícevrstvé anatomické modely.
Pokud jde o zdrojové modely nebo soubory použité k vývoji 3DPAM, 23 článků (34 %) zmínilo použití dat pacientů, 20 článků (29 %) zmínilo použití dat z kadaverů a 17 článků (25 %) zmínilo použití databází. Byly použity modely nebo soubory s daty z pacientů a 7 studií (10 %) nezveřejnilo zdroj použitých dokumentů.
47 studií (69 %) vyvinulo 3DPAM na základě výpočetní tomografie a 3 studie (4 %) uváděly použití mikroCT. 7 článků (10 %) promítalo 3D objekty pomocí optických skenerů, 4 články (6 %) pomocí MRI a 1 článek (1 %) pomocí kamer a mikroskopů. 14 článků (21 %) neuvedlo zdroj zdrojových souborů návrhu 3D modelu. 3D soubory jsou vytvářeny s průměrným prostorovým rozlišením menším než 0,5 mm. Optimální rozlišení je 30 μm [80] a maximální rozlišení je 1,5 mm [32].
Bylo použito šedesát různých softwarových aplikací (segmentace, modelování, návrh nebo tisk). Nejčastěji byl použit Mimics (Materialise, Lovaň, Belgie) (14 studií, 21 %), následovaný MeshMixerem (Autodesk, San Rafael, Kalifornie) (13 studií, 19 %), Geomagicem (3D System, MO, NC, Leesville) (10 studií, 15 %), 3D Slicerem (Slicer Developer Training, Boston, Massachusetts) (9 studií, 13 %), Blenderem (Blender Foundation, Amsterdam, Nizozemsko) (8 studií, 12 %) a CURAem (Geldemarsen, Nizozemsko) (7 studií, 10 %).
Je zmíněno šedesát sedm různých modelů tiskáren a pět tiskových procesů. Technologie FDM (Fused Deposition Modeling) byla použita u 26 produktů (38 %), tryskání materiálu u 13 produktů (19 %) a nakonec tryskání pojivem (11 produktů, 16 %). Nejméně používanými technologiemi jsou stereolitografie (SLA) (5 článků, 7 %) a selektivní laserové spékání (SLS) (4 články, 6 %). Nejčastěji používanou tiskárnou (7 článků, 10 %) je Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Izrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Při specifikaci materiálů použitých k výrobě 3DPAM (51 článků, 75 %) použilo 48 studií (71 %) plasty a jejich deriváty. Hlavními použitými materiály byly PLA (kyselina polymléčná) (n = 20, 29 %), pryskyřice (n = 9, 13 %) a ABS (akrylonitril-butadien-styren) (7 typů, 10 %). 23 článků (34 %) zkoumalo 3DPAM vyrobené z více materiálů, 36 článků (53 %) prezentovalo 3DPAM vyrobené pouze z jednoho materiálu a 9 článků (13 %) materiál neuvedlo.
Dvacet devět článků (43 %) uvádělo poměry tisku v rozmezí od 0,25:1 do 2:1 s průměrem 1:1. Dvacet pět článků (37 %) použilo poměr 1:1. 28 3DPAMů (41 %) se skládalo z více barev a 9 (13 %) bylo barveno po tisku [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Třicet čtyři článků (50 %) zmínilo náklady. Devět článků (13 %) zmínilo náklady na 3D tiskárny a suroviny. Ceny tiskáren se pohybují od 302 do 65 000 dolarů. Pokud je uvedeno jinak, ceny modelů se pohybují od 1,25 do 2 800 dolarů; tyto extrémy odpovídají kosterním vzorkům [47] a vysoce věrným retroperitoneálním modelům [48]. Tabulka 2 shrnuje modelová data pro každou zahrnutou studii.
Třicet sedm studií (54 %) porovnávalo 3DPAM s referenčním modelem. Mezi těmito studiemi byl nejčastějším komparátorem anatomický referenční model použitý ve 14 článcích (38 %), plastinované preparáty v 6 článcích (16 %), plastinované preparáty v 6 článcích (16 %). Použití virtuální reality, počítačové tomografie v jednom 3DPAM v 5 článcích (14 %), dalšího 3DPAM ve 3 článcích (8 %), seriózních her v 1 článku (3 %), rentgenových snímků v 1 článku (3 %), obchodních modelů v 1 článku (3 %) a rozšířené reality v 1 článku (3 %). Třicet čtyři (50 %) studií hodnotilo 3DPAM. Patnáct (48 %) studií podrobně popsalo zkušenosti hodnotitelů (tabulka 3). 3DPAM prováděli chirurgové nebo ošetřující lékaři v 7 studiích (47 %), anatomičtí specialisté v 6 studiích (40 %), studenti ve 3 studiích (20 %), učitelé (obor neuveden) ve 3 studiích (20 %) pro hodnocení a jeden další hodnotitel v článku (7 %). Průměrný počet hodnotitelů je 14 (minimálně 2, maximálně 30). Třicet tři studií (49 %) hodnotilo morfologii 3DPAM kvalitativně a 10 studií (15 %) hodnotilo morfologii 3DPAM kvantitativně. Z 33 studií, které používaly kvalitativní hodnocení, 16 používalo čistě deskriptivní hodnocení (48 %), 9 používalo testy/hodnocení/průzkumy (27 %) a 8 používalo Likertovy škály (24 %). Tabulka 3 shrnuje morfologická hodnocení modelů v každé zahrnuté studii.
Třicet tři (48 %) článků zkoumalo a porovnávalo efektivitu výuky 3DPAM u studentů. Z těchto studií 23 (70 %) článků hodnotilo spokojenost studentů, 17 (51 %) použilo Likertovy škály a 6 (18 %) použilo jiné metody. Dvacet dva článků (67 %) hodnotilo učení studentů prostřednictvím testování znalostí, z nichž 10 (30 %) použilo pretesty a/nebo posttesty. Jedenáct studií (33 %) použilo otázky s výběrem odpovědí a testy k posouzení znalostí studentů a pět studií (15 %) použilo označování obrázků/anatomickou identifikaci. Každé studie se zúčastnilo průměrně 76 studentů (minimálně 8, maximálně 319). Dvacet čtyři studií (72 %) mělo kontrolní skupinu, z nichž 20 (60 %) použilo randomizaci. Naproti tomu jedna studie (3 %) náhodně přiřadila anatomické modely 10 různým studentům. V průměru bylo porovnáno 2,6 skupiny (minimálně 2, maximálně 10). Dvacet tři studií (70 %) zahrnovalo studenty medicíny, z nichž 14 (42 %) byli studenti prvního ročníku medicíny. Šest (18 %) studií zahrnovalo rezidenty, 4 (12 %) studenty zubního lékařství a 3 (9 %) studenty přírodních věd. Šest studií (18 %) implementovalo a hodnotilo autonomní učení pomocí 3DPAM. Tabulka 4 shrnuje výsledky hodnocení efektivity výuky pomocí 3DPAM pro každou zahrnutou studii.
Hlavní výhody uváděné autory při použití 3DPAM jako výukové pomůcky pro normální lidskou anatomii jsou vizuální a hmatové vlastnosti, včetně realismu [55, 67], přesnosti [44, 50, 72, 85] a variability konzistence [34, 45]. , 48, 64], barva a průhlednost [28, 45], trvanlivost [24, 56, 73], vzdělávací efekt [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], náklady [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reprodukovatelnost [80], možnost vylepšení nebo personalizace [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], schopnost manipulovat se studenty [30, 49], úspora času ve výuce [61, 80], snadné skladování [61], schopnost integrovat funkční anatomii nebo vytvářet specifické struktury [51, 53], 67], rychlý návrh skeletu modely [81], schopnost spoluvytvářet modely a vzít si je domů [49, 60, 71], zlepšení schopností mentální rotace [23] a uchovávání znalostí [32], stejně jako na spokojenost učitele [25, 63] a studentů [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Hlavní nevýhody souvisejí s designem: tuhost [80], konzistence [28, 62], nedostatek detailů nebo průhlednosti [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], příliš jasné barvy [45] a křehkost podlahy [71]. Mezi další nevýhody patří ztráta informací [30, 76], dlouhá doba potřebná k segmentaci obrazu [36, 52, 57, 58, 74], doba tisku [57, 63, 66, 67], nedostatek anatomické variability [25] a vysoké náklady [48].
Tato systematická recenze shrnuje 68 článků publikovaných za posledních 9 let a zdůrazňuje zájem vědecké komunity o 3DPAM jako nástroj pro výuku normální lidské anatomie. Každá anatomická oblast byla studována a vytištěna na 3D tiskárně. Z těchto článků 37 článků porovnávalo 3DPAM s jinými modely a 33 článků hodnotilo pedagogický význam 3DPAM pro studenty.
Vzhledem k rozdílům v designu studií anatomického 3D tisku jsme nepovažovali za vhodné provádět metaanalýzu. Metaanalýza publikovaná v roce 2020 se zaměřila především na testy anatomických znalostí po zaškolení, aniž by analyzovala technické a technologické aspekty návrhu a výroby 3DPAM [10].
Oblast hlavy je nejvíce studovaná, pravděpodobně proto, že složitost její anatomie studentům ztěžuje zobrazení této anatomické oblasti v trojrozměrném prostoru ve srovnání s končetinami nebo trupem. CT je zdaleka nejčastěji používanou zobrazovací metodou. Tato technika je široce používána, zejména v lékařském prostředí, ale má omezené prostorové rozlišení a nízký kontrast měkkých tkání. Tato omezení činí CT skeny nevhodnými pro segmentaci a modelování nervového systému. Na druhou stranu, počítačová tomografie je vhodnější pro segmentaci/modelování kostní tkáně; kontrast kostí/měkkých tkání pomáhá dokončit tyto kroky před 3D tiskem anatomických modelů. Na druhou stranu, microCT je považováno za referenční technologii z hlediska prostorového rozlišení při zobrazování kostí [70]. K získání snímků lze použít i optické skenery nebo magnetickou rezonanci. Vyšší rozlišení zabraňuje vyhlazování povrchů kostí a zachovává jemnost anatomických struktur [59]. Volba modelu také ovlivňuje prostorové rozlišení: například plastikační modely mají nižší rozlišení [45]. Grafičtí designéři musí vytvářet vlastní 3D modely, což zvyšuje náklady (25 až 150 dolarů za hodinu) [43]. Získání vysoce kvalitních souborů .STL nestačí k vytvoření vysoce kvalitních anatomických modelů. Je nutné určit parametry tisku, jako je orientace anatomického modelu na tiskové desce [29]. Někteří autoři navrhují, aby se pro zlepšení přesnosti 3DPAM používaly pokročilé tiskové technologie, jako je SLS [38]. Výroba 3DPAM vyžaduje odbornou pomoc; nejvyhledávanějšími specialisty jsou inženýři [72], radiologové [75], grafičtí designéři [43] a anatomové [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Software pro segmentaci a modelování je důležitým faktorem pro získání přesných anatomických modelů, ale cena těchto softwarových balíčků a jejich složitost brání jejich použití. Několik studií porovnávalo použití různých softwarových balíčků a tiskových technologií a zdůraznilo výhody a nevýhody každé technologie [68]. Kromě modelovacího softwaru je vyžadován také tiskový software kompatibilní s vybranou tiskárnou; někteří autoři preferují online 3D tisk [75]. Pokud se vytiskne dostatek 3D objektů, může investice vést k finanční návratnosti [72].
Plast je zdaleka nejčastěji používaným materiálem. Jeho široká škála textur a barev z něj činí materiál volby pro 3DPAM. Někteří autoři chválí jeho vysokou pevnost ve srovnání s tradičními kadaverózními nebo plastinovanými modely [24, 56, 73]. Některé plasty mají dokonce ohybové nebo natahovací vlastnosti. Například Filaflex s technologií FDM se může natáhnout až o 700 %. Někteří autoři jej považují za materiál volby pro replikaci svalů, šlach a vazů [63]. Na druhou stranu dvě studie nastolily otázky ohledně orientace vláken během tisku. Ve skutečnosti jsou orientace svalových vláken, jejich úpon, inervace a funkce při modelování svalů klíčové [33].
Překvapivě jen málo studií zmiňuje měřítko tisku. Vzhledem k tomu, že mnoho lidí považuje poměr 1:1 za standardní, autor se o něm možná rozhodl nezmiňovat. Ačkoli by zvětšování měřítka bylo užitečné pro řízené učení ve velkých skupinách, proveditelnost škálování dosud nebyla prozkoumána, zejména s ohledem na rostoucí velikost tříd a fyzickou velikost modelu jako důležitý faktor. Měřítka v plné velikosti samozřejmě usnadňují lokalizaci a sdělení různých anatomických prvků pacientovi, což může vysvětlovat, proč se často používají.
Z mnoha tiskáren dostupných na trhu stojí ty, které používají technologii PolyJet (inkoustový tisk s materiálem nebo pojivem) k zajištění barevného a vícevrstvého (a tedy vícetexturového) tisku ve vysokém rozlišení, 20 000 až 250 000 USD (https://www.aniwaa.com/). Tato vysoká cena může omezit propagaci 3DPAM na lékařských fakultách. Kromě ceny tiskárny jsou náklady na materiál potřebný pro inkoustový tisk vyšší než u SLA nebo FDM tiskáren [68]. Ceny SLA nebo FDM tiskáren jsou také dostupnější a pohybují se od 576 do 4 999 EUR v článcích uvedených v této recenzi. Podle Tripodiho a kolegů lze každou kostrovou část vytisknout za 1,25 USD [47]. Jedenáct studií dospělo k závěru, že 3D tisk je levnější než plastifikace nebo komerční modely [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Tyto komerční modely jsou navíc navrženy tak, aby poskytovaly informace o pacientovi, ale bez dostatečných podrobností pro výuku anatomie [80]. Tyto komerční modely jsou považovány za horší než 3DPAM [44]. Stojí za zmínku, že kromě použité technologie tisku jsou konečné náklady úměrné měřítku, a tedy i konečné velikosti 3DPAM [48]. Z těchto důvodů se dává přednost měřítku v plné velikosti [37].
Pouze jedna studie porovnávala 3DPAM s komerčně dostupnými anatomickými modely [72]. Kadaverózní vzorky jsou nejčastěji používaným komparátorem pro 3DPAM. Navzdory svým omezením zůstávají kadaverózní modely cenným nástrojem pro výuku anatomie. Je třeba rozlišovat mezi pitvou, preparací a suchou kostí. Na základě tréninkových testů dvě studie ukázaly, že 3DPAM byl výrazně účinnější než plastinovaná preparace [16, 27]. Jedna studie porovnávala jednu hodinu tréninku s použitím 3DPAM (dolní končetiny) s jednou hodinou preparace stejné anatomické oblasti [78]. Mezi těmito dvěma výukovými metodami nebyly zjištěny žádné významné rozdíly. Je pravděpodobné, že na toto téma existuje jen málo výzkumů, protože taková srovnání je obtížné provádět. Preparace je pro studenty časově náročná příprava. Někdy jsou zapotřebí desítky hodin přípravy v závislosti na tom, co se připravuje. Třetí srovnání lze provést se suchými kostmi. Studie Tsai a Smith zjistila, že výsledky testů byly výrazně lepší ve skupině používající 3DPAM [51, 63]. Chen a kolegové poznamenali, že studenti používající 3D modely dosahovali lepších výsledků v identifikaci struktur (lebek), ale nebyl zjištěn žádný rozdíl ve skóre otázek s výběrem odpovědí [69]. Tanner a kolegové nakonec prokázali v této skupině lepší výsledky po testu s použitím 3DPAM pterygopalatinové jamky [46]. V této literární rešerši byly identifikovány i další nové výukové nástroje. Mezi nejběžnější patří rozšířená realita, virtuální realita a seriózní hry [43]. Podle Mahrouse a kolegů závisí preference anatomických modelů na počtu hodin, které studenti stráví hraním videoher [31]. Na druhou stranu hlavní nevýhodou nových výukových nástrojů anatomie je haptická zpětná vazba, zejména u čistě virtuálních nástrojů [48].
Většina studií hodnotících nový 3DPAM používala předběžné testy znalostí. Tyto předběžné testy pomáhají vyhnout se zkreslení v hodnocení. Někteří autoři před provedením experimentálních studií vylučují všechny studenty, kteří v předběžném testu dosáhli nadprůměrného skóre [40]. Mezi zkreslení, která Garas a kolegové zmínili, patřila barva modelu a výběr dobrovolníků ve studentské třídě [61]. Barvení usnadňuje identifikaci anatomických struktur. Chen a kolegové stanovili přísné experimentální podmínky bez počátečních rozdílů mezi skupinami a studie byla v maximální možné míře zaslepena [69]. Lim a kolegové doporučují, aby hodnocení po testu provedla třetí strana, aby se předešlo zkreslení v hodnocení [16]. Některé studie použily Likertovy škály k posouzení proveditelnosti 3DPAM. Tento nástroj je vhodný pro posouzení spokojenosti, ale stále existují důležité zkreslení, kterých je třeba si být vědom [86].
Vzdělávací relevance 3DPAM byla primárně hodnocena u studentů medicíny, včetně studentů prvního ročníku, ve 14 z 33 studií. Wilk a kolegové ve své pilotní studii uvedli, že studenti medicíny se domnívali, že 3D tisk by měl být součástí jejich výuky anatomie [87]. 87 % studentů dotázaných ve studii Cercenelli se domnívalo, že druhý ročník studia je nejlepší dobou pro použití 3DPAM [84]. Výsledky Tannera a kolegů také ukázaly, že studenti dosahovali lepších výsledků, pokud tento obor nikdy nestudovali [46]. Tato data naznačují, že první ročník lékařské fakulty je optimální dobou pro začlenění 3DPAM do výuky anatomie. Yeova metaanalýza tuto myšlenku podpořila [18]. V 27 článcích zahrnutých do studie byly zjištěny významné rozdíly ve výsledcích testů mezi 3DPAM a tradičními modely pro studenty medicíny, ale nikoli pro rezidenty.
3DPAM jako učební nástroj zlepšuje akademické výsledky [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], dlouhodobé uchovávání znalostí [32] a spokojenost studentů [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Panely odborníků také shledaly tyto modely užitečnými [37, 42, 49, 81, 82] a dvě studie zjistily spokojenost učitelů s 3DPAM [25, 63]. Ze všech zdrojů Backhouse a kolegové považují 3D tisk za nejlepší alternativu k tradičním anatomickým modelům [49]. Ve své první metaanalýze Ye a kolegové potvrdili, že studenti, kteří dostávali instrukce 3DPAM, měli lepší výsledky po testu než studenti, kteří dostávali 2D nebo kadaverové instrukce [10]. 3DPAM však nerozlišovali podle složitosti, ale jednoduše podle srdce, nervového systému a břišní dutiny. V sedmi studiích 3DPAM nepřekonal jiné modely založené na znalostních testech prováděných u studentů [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Ve své metaanalýze Salazar a kolegové dospěli k závěru, že použití 3DPAM konkrétně zlepšuje porozumění složité anatomie [17]. Tato koncepce je v souladu s Hitasovým dopisem editorovi [88]. Některé anatomické oblasti považované za méně složité nevyžadují použití 3DPAM, zatímco složitější anatomické oblasti (jako je krk nebo nervový systém) by byly logickou volbou pro 3DPAM. Tato koncepce může vysvětlovat, proč některé 3DPAM nejsou považovány za lepší než tradiční modely, zejména když studenti postrádají znalosti v oblasti, kde je výkon modelu shledán lepším. Prezentace jednoduchého modelu studentům, kteří již mají určité znalosti o daném předmětu (studenti medicíny nebo rezidenti), tedy není užitečná pro zlepšení studentského výkonu.
Ze všech uvedených vzdělávacích přínosů 11 studií zdůraznilo vizuální nebo hmatové vlastnosti modelů [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85] a 3 studie zlepšily pevnost a trvanlivost (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Dalšími výhodami jsou, že studenti mohou s modely manipulovat, učitelé mohou ušetřit čas, snáze se konzervují než kadavery, projekt lze dokončit do 24 hodin, model lze použít jako nástroj pro domácí vzdělávání a lze jej použít k výuce velkého množství informací skupinám [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Opakovaný 3D tisk pro velkoobjemovou výuku anatomie činí 3D tisk modelů nákladově efektivnějšími [26]. Použití 3DPAM může zlepšit schopnosti mentální rotace [23] a zlepšit interpretaci průřezových obrazů [23, 32]. Dvě studie zjistily, že studenti vystavení 3DPAM měli vyšší pravděpodobnost operace [40, 74]. Kovové konektory lze zabudovat pro vytvoření pohybu potřebného ke studiu funkční anatomie [51, 53] nebo lze modely vytisknout pomocí spouštěcích designů [67].
3D tisk umožňuje vytváření nastavitelných anatomických modelů zlepšením určitých aspektů během fáze modelování, [48, 80] vytvořením vhodného základu, [59] kombinací více modelů, [36] použitím průhlednosti, (49) barvy, [45] nebo zviditelněním určitých vnitřních struktur [30]. Tripodi a kolegové použili sochařskou hlínu k doplnění svých 3D tištěných modelů kostí, čímž zdůraznili hodnotu společně vytvořených modelů jako výukových nástrojů [47]. V 9 studiích byla barva aplikována po tisku [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], ale studenti ji aplikovali pouze jednou [49]. Studie bohužel nehodnotila kvalitu modelového tréninku ani sled tréninku. Toto by mělo být zvažováno v kontextu anatomického vzdělávání, protože výhody kombinovaného učení a společné tvorby jsou dobře prokázány [89]. Aby se vyrovnaly s rostoucí reklamní aktivitou, bylo k vyhodnocení modelů mnohokrát použito samoučení [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Jedna studie dospěla k závěru, že barva plastového materiálu byla příliš jasná[45], jiná studie dospěla k závěru, že model byl příliš křehký[71], a dvě další studie naznačily nedostatek anatomické variability v designu jednotlivých modelů[25, 45]. Sedm studií dospělo k závěru, že anatomické detaily 3DPAM jsou nedostatečné [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
U detailnějších anatomických modelů velkých a složitých oblastí, jako je retroperitoneum nebo krční páteř, je doba segmentace a modelování považována za velmi dlouhou a náklady jsou velmi vysoké (přibližně 2 000 USD) [27, 48]. Hojo a kolegové ve své studii uvedli, že vytvoření anatomického modelu pánve trvalo 40 hodin [42]. Nejdelší doba segmentace byla 380 hodin ve studii Weatheralla a kolegů, ve které bylo zkombinováno více modelů za účelem vytvoření kompletního modelu dýchacích cest pro děti [36]. V devíti studiích byla doba segmentace a tisku považována za nevýhodu [36, 42, 57, 58, 74]. Dvanáct studií však kritizovalo fyzikální vlastnosti svých modelů, zejména jejich konzistenci, [28, 62] nedostatek transparentnosti, [30] křehkost a monochromatičnost, [71] nedostatek měkkých tkání [66] nebo nedostatek detailů [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Tyto nevýhody lze překonat prodloužením doby segmentace nebo simulace. Ztráta a načítání relevantních informací byl problém, kterému čelily tři týmy [30, 74, 77]. Podle hlášení pacientů jodované kontrastní látky neposkytovaly optimální viditelnost cév kvůli omezením dávky [74]. Injekce kadaverózního modelu se jeví jako ideální metoda, která se odklání od principu „co nejméně“ a omezení dávky injekčně podávané kontrastní látky.
Mnoho článků bohužel nezmiňuje některé klíčové vlastnosti 3DPAM. Méně než polovina článků výslovně uváděla, zda byl jejich 3DPAM tónován. Pokrytí rozsahu tisku bylo nekonzistentní (43 % článků) a pouze 34 % zmínilo použití více médií. Tyto parametry tisku jsou kritické, protože ovlivňují učební vlastnosti 3DPAM. Většina článků neposkytuje dostatečné informace o složitosti získání 3DPAM (doba návrhu, kvalifikace personálu, náklady na software, náklady na tisk atd.). Tyto informace jsou kritické a měly by být zváženy před zahájením projektu vývoje nového 3DPAM.
Tato systematická analýza ukazuje, že navrhování a 3D tisk normálních anatomických modelů je proveditelný s nízkými náklady, zejména při použití FDM nebo SLA tiskáren a levných jednobarevných plastových materiálů. Tyto základní návrhy však lze vylepšit přidáním barev nebo přidáním návrhů z různých materiálů. Realističtější modely (vytištěné s použitím více materiálů různých barev a textur pro věrnou replikaci hmatových vlastností referenčního modelu kadaveru) vyžadují dražší 3D tiskové technologie a delší dobu návrhu. To výrazně zvýší celkové náklady. Bez ohledu na zvolený tiskový proces je klíčem k úspěchu 3DPAM výběr vhodné zobrazovací metody. Čím vyšší je prostorové rozlišení, tím realističtější se model stává a lze jej použít pro pokročilý výzkum. Z pedagogického hlediska je 3DPAM efektivním nástrojem pro výuku anatomie, o čemž svědčí znalostní testy prováděné se studenty a jejich spokojenost. Výukový efekt 3DPAM je nejlepší, když reprodukuje složité anatomické oblasti a studenti jej používají již v rané fázi svého lékařského vzdělávání.
Datové soubory generované a/nebo analyzované v této studii nejsou veřejně dostupné kvůli jazykovým bariérám, ale jsou k dispozici u příslušného autora na základě přiměřené žádosti.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Přehled kurzů hrubé anatomie, mikroanatomie, neurobiologie a embryologie v osnovách lékařských fakult USA. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Kadaverózní pitva jako vzdělávací nástroj pro anatomickou vědu v 21. století: Pitva jako vzdělávací nástroj. Analýza vědeckého vzdělávání. 2017;10(3):286–99.
Čas zveřejnění: 9. dubna 2024