Tredimensionella tryckta anatomiska modeller (3DPAM) verkar vara ett lämpligt verktyg på grund av deras pedagogiska värde och genomförbarhet. Syftet med denna översikt är att beskriva och analysera de metoder som används för att skapa 3DPAM för undervisning i mänsklig anatomi och att utvärdera dess pedagogiska bidrag.
En elektronisk sökning genomfördes i PubMed med följande termer: utbildning, skola, lärande, undervisning, utbildning, undervisning, tredimensionell, 3D, 3-dimensionell, utskrift, utskrift, anatomi, anatomi, anatomi och anatomi. Resultaten inkluderade studiens egenskaper, modelldesign, morfologisk bedömning, utbildningsprestationer, styrkor och svagheter.
Bland de 68 utvalda artiklarna fokuserade det största antalet studier på kranialregionen (33 artiklar); 51 artiklar nämner bentryck. I 47 artiklar utvecklades 3DPAM baserat på datortomografi. Fem tryckprocesser listas. Plaster och deras derivat användes i 48 studier. Varje design varierar i pris från 1,25 dollar till 2 800 dollar. Trettiosju studier jämförde 3DPAM med referensmodeller. Trettiotre artiklar undersökte utbildningsaktiviteter. De främsta fördelarna är visuell och taktil kvalitet, inlärningseffektivitet, repeterbarhet, anpassningsbarhet och smidighet, tidsbesparingar, integration av funktionell anatomi, bättre mental rotationsförmåga, kunskapslagring och lärar-/elevnöjdhet. De främsta nackdelarna är relaterade till designen: konsekvens, brist på detaljer eller transparens, för ljusa färger, långa trycktider och hög kostnad.
Denna systematiska granskning visar att 3DPAM är kostnadseffektivt och ändamålsenligt för anatomiundervisning. Mer realistiska modeller kräver användning av dyrare 3D-utskriftstekniker och längre designtider, vilket avsevärt kommer att öka den totala kostnaden. Nyckeln är att välja lämplig avbildningsmetod. Ur pedagogisk synvinkel är 3DPAM ett effektivt verktyg för anatomiundervisning, med en positiv inverkan på läranderesultat och tillfredsställelse. Undervisningseffekten av 3DPAM är bäst när det reproducerar komplexa anatomiska regioner och studenter använder det tidigt i sin medicinska utbildning.
Dissektion av djurkroppar har utförts sedan antikens Grekland och är en av de viktigaste metoderna för att undervisa i anatomi. Kadaverdissektioner som utförs under praktisk utbildning används i den teoretiska läroplanen för universitetsläkarstudenter och anses för närvarande vara guldstandarden för anatomistudier [1,2,3,4,5]. Det finns dock många hinder för användningen av mänskliga kadaverprover, vilket har lett till sökandet efter nya utbildningsverktyg [6, 7]. Några av dessa nya verktyg inkluderar förstärkt verklighet, digitala verktyg och 3D-utskrift. Enligt en nyligen genomförd litteraturgenomgång av Santos et al. [8] När det gäller värdet av dessa nya tekniker för att undervisa i anatomi verkar 3D-utskrift vara en av de viktigaste resurserna, både vad gäller utbildningsvärde för studenter och vad gäller genomförbarhet för implementering [4,9,10].
3D-utskrift är inget nytt. De första patenten relaterade till denna teknik går tillbaka till 1984: A Le Méhauté, O De Witte och JC André i Frankrike, och tre veckor senare C Hull i USA. Sedan dess har tekniken fortsatt att utvecklas och dess användning har expanderat till många områden. Till exempel tryckte NASA det första objektet bortom jorden år 2014 [11]. Även inom medicinen har detta nya verktyg anammats, vilket ökat viljan att utveckla personlig medicin [12].
Många författare har visat fördelarna med att använda 3D-utskrivna anatomiska modeller (3DPAM) inom medicinsk utbildning [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Vid undervisning i mänsklig anatomi behövs icke-patologiska och anatomiskt normala modeller. Vissa översikter har undersökt patologiska eller medicinska/kirurgiska träningsmodeller [8, 20, 21]. För att utveckla en hybridmodell för undervisning i mänsklig anatomi som innehåller nya verktyg som 3D-utskrift, genomförde vi en systematisk översikt för att beskriva och analysera hur 3D-utskrivna objekt skapas för undervisning i mänsklig anatomi och hur studenter utvärderar effektiviteten av lärande med hjälp av dessa 3D-objekt.
Denna systematiska litteraturöversikt genomfördes i juni 2022 utan tidsbegränsningar med hjälp av PRISMA-riktlinjerna (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Inklusionskriterierna var alla forskningsartiklar som använder 3DPAM i anatomiundervisning/-inlärning. Litteraturöversikter, brev eller artiklar med fokus på patologiska modeller, djurmodeller, arkeologiska modeller och medicinska/kirurgiska träningsmodeller exkluderades. Endast artiklar publicerade på engelska valdes ut. Artiklar utan tillgängliga online-abstrakt exkluderades. Artiklar som inkluderade flera modeller, varav minst en var anatomiskt normal eller hade mindre patologi som inte påverkade undervisningsvärdet, inkluderades.
En litteratursökning genomfördes i den elektroniska databasen PubMed (National Library of Medicine, NCBI) för att identifiera relevanta studier publicerade fram till juni 2022. Använd följande söktermer: utbildning, skola, undervisning, undervisning, lärande, undervisning, utbildning, tredimensionell, 3D, 3D, utskrift, utskrift, anatomi, anatomi, anatomi och anatomi. En enda fråga utfördes: (((utbildning[Titel/Abstract] OR skola[Titel/Abstract] OR lärande[Titel/Abstract] OR undervisning[Titel/Abstract] OR utbildning[Titel/Abstract] OR utbildning[Titel/Abstract] OR reach[Titel/Abstract] ] OR Utbildning [Titel/Abstract]) OCH (Tre dimensioner [Titel] OR 3D [Titel] OR 3D [Titel])) OCH (Skriv ut [Titel] OR Skriv ut [Titel] OR Skriv ut [Titel])) OCH (Anatomi) [Titel] ]/abstract] eller anatomi [title/abstract] eller anatomi [title/abstract] eller anatomi [title/abstract]). Ytterligare artiklar identifierades genom att manuellt söka i PubMed-databasen och granska referenser till andra vetenskapliga artiklar. Inga datumbegränsningar tillämpades, men filtret "Person" användes.
Alla hämtade titlar och sammanfattningar granskades mot inklusions- och exklusionskriterier av två författare (EBR och AL), och studier som inte uppfyllde alla behörighetskriterier exkluderades. Fulltextpublikationer från de återstående studierna hämtades och granskades av tre författare (EBR, EBE och AL). Vid behov löstes meningsskiljaktigheter i valet av artiklar av en fjärde person (LT). Publikationer som uppfyllde alla inklusionskriterier inkluderades i denna granskning.
Datautvinning utfördes oberoende av två författare (EBR och AL) under överinseende av en tredje författare (LT).
- Modelldesigndata: anatomiska regioner, specifika anatomiska delar, initial modell för 3D-utskrift, förvärvsmetod, segmenterings- och modelleringsprogramvara, 3D-skrivartyp, materialtyp och kvantitet, utskriftsskala, färg, utskriftskostnad.
- Morfologisk bedömning av modeller: modeller som används för jämförelse, medicinsk bedömning av experter/lärare, antal utvärderare, typ av bedömning.
- Undervisningsmodell i 3D: bedömning av elevers kunskaper, bedömningsmetod, antal elever, antal jämförelsegrupper, randomisering av elever, utbildning/elevtyp.
418 studier identifierades i MEDLINE, och 139 artiklar exkluderades med filtret "mänskliga". Efter granskning av titlar och sammanfattningar valdes 103 studier ut för fulltextläsning. 34 artiklar exkluderades eftersom de antingen var patologiska modeller (9 artiklar), medicinska/kirurgiska träningsmodeller (4 artiklar), djurmodeller (4 artiklar), 3D-radiologiska modeller (1 artikel) eller inte var originalvetenskapliga artiklar (16 kapitel). Totalt 68 artiklar inkluderades i granskningen. Figur 1 presenterar urvalsprocessen som ett flödesschema.
Flödesschema som sammanfattar identifiering, screening och inkludering av artiklar i denna systematiska översikt
Alla studier publicerades mellan 2014 och 2022, med ett genomsnittligt publiceringsår på 2019. Bland de 68 inkluderade artiklarna var 33 (49 %) studier beskrivande och experimentella, 17 (25 %) var rent experimentella och 18 (26 %) var experimentella. Rent beskrivande. Av de 50 (73 %) experimentella studierna använde 21 (31 %) randomisering. Endast 34 studier (50 %) inkluderade statistiska analyser. Tabell 1 sammanfattar egenskaperna för varje studie.
33 artiklar (48 %) undersökte huvudregionen, 19 artiklar (28 %) undersökte bröstregionen, 17 artiklar (25 %) undersökte buk- och bäckenregionen och 15 artiklar (22 %) undersökte extremiteterna. Femtioen artiklar (75 %) nämnde 3D-utskrivna ben som anatomiska modeller eller flerskiktsmodeller av anatomiska modeller.
Beträffande källmodellerna eller filerna som användes för att utveckla 3DPAM, nämnde 23 artiklar (34 %) användningen av patientdata, 20 artiklar (29 %) nämnde användningen av kadaverdata och 17 artiklar (25 %) nämnde användningen av databaser. Källorna till de använda dokumenten angavs inte i 7 studier (10 %).
47 studier (69 %) utvecklade 3DPAM baserat på datortomografi, och 3 studier (4 %) rapporterade användningen av mikro-CT. 7 artiklar (10 %) projicerade 3D-objekt med hjälp av optiska skannrar, 4 artiklar (6 %) med hjälp av MR och 1 artikel (1 %) med hjälp av kameror och mikroskop. 14 artiklar (21 %) nämnde inte källan till källfilerna för 3D-modelldesignen. 3D-filer skapas med en genomsnittlig spatial upplösning på mindre än 0,5 mm. Den optimala upplösningen är 30 μm [80] och den maximala upplösningen är 1,5 mm [32].
Sextio olika programvaror (segmentering, modellering, design eller utskrift) användes. Mimics (Materialise, Leuven, Belgien) användes oftast (14 studier, 21 %), följt av MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 studier, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville). (10 studier, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 studier, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Nederländerna) (8 studier, 12 %) och CURA (Geldemarsen, Nederländerna) (7 studier, 10 %).
Sextiosju olika skrivarmodeller och fem tryckprocesser nämns. FDM-teknik (Fused Deposition Modeling) användes i 26 produkter (38 %), materialblästring i 13 produkter (19 %) och slutligen bindemedelsblästring (11 produkter, 16 %). De minst använda teknikerna är stereolitografi (SLA) (5 artiklar, 7 %) och selektiv lasersintring (SLS) (4 artiklar, 6 %). Den vanligast använda skrivaren (7 artiklar, 10 %) är Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Vid specificering av material som används för att tillverka 3DPAM (51 artiklar, 75 %) använde 48 studier (71 %) plaster och deras derivat. De huvudsakliga materialen som användes var PLA (polymjölksyra) (n = 20, 29 %), harts (n = 9, 13 %) och ABS (akrylnitrilbutadienstyren) (7 typer, 10 %). 23 artiklar (34 %) undersökte 3DPAM tillverkad av flera material, 36 artiklar (53 %) presenterade 3DPAM tillverkad av endast ett material, och 9 artiklar (13 %) specificerade inget material.
Tjugonio artiklar (43 %) rapporterade tryckförhållanden mellan 0,25:1 och 2:1, med ett genomsnitt på 1:1. Tjugofem artiklar (37 %) använde ett förhållande på 1:1. 28 3DPAM (41 %) bestod av flera färger, och 9 (13 %) färgades efter tryckning [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trettiofyra artiklar (50 %) nämnde kostnader. 9 artiklar (13 %) nämnde kostnaden för 3D-skrivare och råmaterial. Skrivare varierar i pris från 302 dollar till 65 000 dollar. När de specificeras varierar modellpriserna från 1,25 dollar till 2 800 dollar; dessa extremvärden motsvarar skelettprover [47] och retroperitoneala modeller med hög kvalitet [48]. Tabell 2 sammanfattar modelldata för varje inkluderad studie.
Trettiosju studier (54 %) jämförde 3DAPM med en referensmodell. Bland dessa studier var den vanligaste jämförelsemodellen en anatomisk referensmodell, som användes i 14 artiklar (38 %), plastinerade preparat i 6 artiklar (16 %), plastinerade preparat i 6 artiklar (16 %). Användning av virtuell verklighet, datortomografisk avbildning, en 3DPAM i 5 artiklar (14 %), ytterligare en 3DPAM i 3 artiklar (8 %), seriösa spel i 1 artikel (3 %), röntgenbilder i 1 artikel (3 %), affärsmodeller i 1 artikel (3 %) och förstärkt verklighet i 1 artikel (3 %). Trettifyra (50 %) studier utvärderade 3DPAM. Femton (48 %) studier beskrev bedömarnas erfarenheter i detalj (tabell 3). 3DPAM utfördes av kirurger eller behandlande läkare i 7 studier (47 %), anatomiska specialister i 6 studier (40 %), studenter i 3 studier (20 %), lärare (ämne ej specificerat) i 3 studier (20 %) för bedömning och ytterligare en utvärderare i artikeln (7 %). Det genomsnittliga antalet utvärderare är 14 (minst 2, högst 30). Trettiotre studier (49 %) bedömde 3DPAM-morfologi kvalitativt och 10 studier (15 %) bedömde 3DPAM-morfologi kvantitativt. Av de 33 studier som använde kvalitativa bedömningar använde 16 rent beskrivande bedömningar (48 %), 9 använde tester/bedömningar/enkäter (27 %) och 8 använde Likertskalor (24 %). Tabell 3 sammanfattar de morfologiska bedömningarna av modellerna i varje inkluderad studie.
Trettiotre (48 %) artiklar undersökte och jämförde effektiviteten av att undervisa elever i 3DPAM. Av dessa studier utvärderade 23 (70 %) elevernas nöjdhet, 17 (51 %) använde Likertskalor och 6 (18 %) använde andra metoder. Tjugotvå artiklar (67 %) utvärderade elevernas lärande genom kunskapstestning, varav 10 (30 %) använde förtester och/eller eftertester. Elva studier (33 %) använde flervalsfrågor och tester för att bedöma elevernas kunskaper, och fem studier (15 %) använde bildmärkning/anatomisk identifiering. I genomsnitt deltog 76 elever i varje studie (minst 8, maximalt 319). Tjugofyra studier (72 %) hade en kontrollgrupp, varav 20 (60 %) använde randomisering. Däremot tilldelade en studie (3 %) slumpmässigt anatomiska modeller till 10 olika elever. I genomsnitt jämfördes 2,6 grupper (minst 2, maximalt 10). Tjugotre studier (70 %) involverade läkarstudenter, varav 14 (42 %) var förstaårsläkarstudenter. Sex (18 %) studier involverade leg.leg., 4 (12 %) tandläkarstudenter och 3 (9 %) naturvetenskapsstudenter. Sex studier (18 %) implementerade och utvärderade autonomt lärande med hjälp av 3DPAM. Tabell 4 sammanfattar resultaten av 3DPAM-bedömningen av undervisningseffektivitet för varje inkluderad studie.
De främsta fördelarna som författarna rapporterar med att använda 3DPAM som ett undervisningsverktyg för normal mänsklig anatomi är visuella och taktila egenskaper, inklusive realism [55, 67], noggrannhet [44, 50, 72, 85] och konsistensvariabilitet [34, 45]. , 48, 64], färg och transparens [28, 45], hållbarhet [24, 56, 73], pedagogisk effekt [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], kostnad [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproducerbarhet [80], möjlighet till förbättring eller personalisering [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], förmågan att manipulera elever [30, 49], besparing av undervisningstid [61, 80], enkel förvaring [61], förmågan att integrera funktionell anatomi eller skapa specifika strukturer [51, 53], 67], snabb design av skelettmodeller [81], förmågan att samskapa modeller och ta med dem hem [49, 60, 71], förbättra mental rotationsförmåga [23] och kunskapsinhämtning [32], såväl som på läraren [25, 63] och elevnöjdhet [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
De största nackdelarna är relaterade till designen: styvhet [80], konsekvens [28, 62], brist på detaljer eller transparens [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], för ljusa färger [45] och golvets ömtålighet [71]. Andra nackdelar inkluderar informationsförlust [30, 76], lång tid som krävs för bildsegmentering [36, 52, 57, 58, 74], utskriftstid [57, 63, 66, 67], brist på anatomisk variation [25] och hög kostnad [48].
Denna systematiska översikt sammanfattar 68 artiklar publicerade under 9 år och belyser forskarsamhällets intresse för 3DPAM som ett verktyg för att undervisa i normal mänsklig anatomi. Varje anatomisk region studerades och 3D-printades. Av dessa artiklar jämförde 37 artiklar 3DPAM med andra modeller, och 33 artiklar utvärderade den pedagogiska relevansen av 3DPAM för studenter.
Med tanke på skillnaderna i utformningen av anatomiska 3D-utskriftsstudier ansåg vi det inte lämpligt att genomföra en metaanalys. En metaanalys som publicerades 2020 fokuserade huvudsakligen på anatomiska kunskapstester efter utbildning utan att analysera de tekniska och teknologiska aspekterna av 3DPAM-design och produktion [10].
Huvudregionen är den mest studerade, förmodligen för att komplexiteten i dess anatomi gör det svårare för studenter att avbilda denna anatomiska region i tredimensionellt utrymme jämfört med extremiteter eller bål. CT är den i särklass vanligaste avbildningsmetoden. Denna teknik används ofta, särskilt inom medicinska miljöer, men har begränsad spatial upplösning och låg mjukvävnadskontrast. Dessa begränsningar gör CT-skanningar olämpliga för segmentering och modellering av nervsystemet. Å andra sidan är datortomografi bättre lämpad för segmentering/modellering av benvävnad; ben-/mjukvävnadskontrast hjälper till att slutföra dessa steg innan man 3D-skriver ut anatomiska modeller. Å andra sidan anses mikro-CT vara referenstekniken när det gäller spatial upplösning vid benavbildning [70]. Optiska skannrar eller MR kan också användas för att erhålla bilder. Högre upplösning förhindrar utjämning av benytor och bevarar subtiliteten i anatomiska strukturer [59]. Valet av modell påverkar också den spatialupplösningen: till exempel har plasticeringsmodeller en lägre upplösning [45]. Grafiska formgivare måste skapa anpassade 3D-modeller, vilket ökar kostnaderna ($ 25 till $ 150 per timme) [43]. Att erhålla högkvalitativa .STL-filer är inte tillräckligt för att skapa högkvalitativa anatomiska modeller. Det är nödvändigt att bestämma tryckparametrar, såsom den anatomiska modellens orientering på tryckplattan [29]. Vissa författare föreslår att avancerade trycktekniker som SLS bör användas där det är möjligt för att förbättra noggrannheten hos 3DPAM [38]. Produktionen av 3DPAM kräver professionell hjälp; de mest eftertraktade specialisterna är ingenjörer [72], radiologer [75], grafiska formgivare [43] och anatomer [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmenterings- och modelleringsprogramvara är viktiga faktorer för att få fram noggranna anatomiska modeller, men kostnaden för dessa programvarupaket och deras komplexitet hindrar deras användning. Flera studier har jämfört användningen av olika programvarupaket och utskriftstekniker och belyst fördelarna och nackdelarna med varje teknik [68]. Förutom modelleringsprogramvara krävs även utskriftsprogramvara som är kompatibel med den valda skrivaren; vissa författare föredrar att använda online 3D-utskrift [75]. Om tillräckligt många 3D-objekt skrivs ut kan investeringen leda till ekonomisk avkastning [72].
Plast är det absolut vanligaste materialet. Dess breda utbud av texturer och färger gör det till det material man väljer för 3DPAM. Vissa författare har berömt dess höga hållfasthet jämfört med traditionella kadaver- eller plastinerade modeller [24, 56, 73]. Vissa plaster har till och med böj- eller sträckningsegenskaper. Till exempel kan Filaflex med FDM-teknik töjas upp till 700 %. Vissa författare anser att det är det material man väljer för muskel-, seno- och ligamentreplikation [63]. Å andra sidan har två studier väckt frågor om fiberorientering under utskrift. Faktum är att muskelfiberorientering, insertion, innervation och funktion är avgörande vid muskelmodellering [33].
Överraskande nog nämner få studier utskriftsskalan. Eftersom många anser att förhållandet 1:1 är standard, kan författaren ha valt att inte nämna det. Även om uppskalning skulle vara användbart för riktat lärande i stora grupper, har möjligheten till skalning ännu inte utforskats, särskilt med tanke på växande klassstorlekar och modellens fysiska storlek som en viktig faktor. Naturligtvis gör fullskaliga skalor det lättare att lokalisera och kommunicera olika anatomiska element till patienten, vilket kan förklara varför de ofta används.
Av de många skrivare som finns tillgängliga på marknaden kostar de som använder PolyJet-teknik (material- eller bindemedelsbläckstråle) för att ge färg- och flerskikts- (och därmed flertexturs-) högupplöst utskrift mellan 20 000 och 250 000 USD (https://www.aniwaa.com/). Denna höga kostnad kan begränsa marknadsföringen av 3DPAM på medicinska skolor. Utöver kostnaden för skrivaren är kostnaden för material som krävs för bläckstråleutskrift högre än för SLA- eller FDM-skrivare [68]. Priserna för SLA- eller FDM-skrivare är också mer överkomliga och varierar från 576 euro till 4 999 euro i artiklarna som listas i denna översikt. Enligt Tripodi och kollegor kan varje skelettdel skrivas ut för 1,25 USD [47]. Elva studier drog slutsatsen att 3D-utskrift är billigare än plasticering eller kommersiella modeller [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Dessutom är dessa kommersiella modeller utformade för att ge patientinformation utan tillräcklig detaljrikedom för anatomiundervisning [80]. Dessa kommersiella modeller anses vara sämre än 3DPAM [44]. Det är värt att notera att, utöver den använda utskriftstekniken, är den slutliga kostnaden proportionell mot skalan och därmed den slutliga storleken på 3DPAM [48]. Av dessa skäl är fullskala att föredra [37].
Endast en studie jämförde 3DPAM med kommersiellt tillgängliga anatomiska modeller [72]. Kadaverprover är den vanligaste jämförelsemetoden för 3DPAM. Trots sina begränsningar är kadavermodeller fortfarande ett värdefullt verktyg för undervisning i anatomi. Man måste skilja mellan obduktion, dissektion och torrt ben. Baserat på träningstester visade två studier att 3DPAM var signifikant mer effektivt än plastinerad dissektion [16, 27]. En studie jämförde en timmes träning med 3DPAM (nedre extremitet) med en timmes dissektion av samma anatomiska region [78]. Det fanns inga signifikanta skillnader mellan de två undervisningsmetoderna. Det är troligt att det finns lite forskning om detta ämne eftersom sådana jämförelser är svåra att göra. Dissektion är en tidskrävande förberedelse för studenter. Ibland krävs dussintals timmars förberedelse, beroende på vad som förbereds. En tredje jämförelse kan göras med torra ben. En studie av Tsai och Smith fann att testresultaten var signifikant bättre i gruppen som använde 3DPAM [51, 63]. Chen och kollegor noterade att studenter som använde 3D-modeller presterade bättre på att identifiera strukturer (skallar), men det fanns ingen skillnad i MCQ-poäng [69]. Slutligen visade Tanner och kollegor bättre resultat efter testet i denna grupp med 3DPAM av pterygopalatinfossa [46]. Andra nya undervisningsverktyg identifierades i denna litteraturöversikt. De vanligaste bland dem är förstärkt verklighet, virtuell verklighet och seriösa spel [43]. Enligt Mahrous och kollegor beror preferensen för anatomiska modeller på antalet timmar studenterna spelar videospel [31]. Å andra sidan är en stor nackdel med nya anatomiundervisningsverktyg haptisk feedback, särskilt för rent virtuella verktyg [48].
De flesta studier som utvärderar det nya 3DPAM-systemet har använt kunskapsförtester. Dessa förtester hjälper till att undvika bias i bedömningen. Vissa författare exkluderar, innan de genomför experimentella studier, alla studenter som fick över genomsnittet på det förberedande testet [40]. Bland de biaser som Garas och kollegor nämnde fanns modellens färg och urvalet av volontärer i studentklassen [61]. Färgning underlättar identifiering av anatomiska strukturer. Chen och kollegor etablerade strikta experimentella förhållanden utan initiala skillnader mellan grupperna och studien blindades i största möjliga utsträckning [69]. Lim och kollegor rekommenderar att bedömningen efter testet utförs av en tredje part för att undvika bias i bedömningen [16]. Vissa studier har använt Likertskalor för att bedöma genomförbarheten av 3DPAM. Detta instrument är lämpligt för att bedöma nöjdhet, men det finns fortfarande viktiga biaser att vara medveten om [86].
Den pedagogiska relevansen av 3DPAM utvärderades främst bland läkarstudenter, inklusive förstaårsstudenter, i 14 av 33 studier. I sin pilotstudie rapporterade Wilk och kollegor att läkarstudenter ansåg att 3D-utskrift borde inkluderas i deras anatomiundervisning [87]. 87 % av studenterna som deltog i Cercenelli-studien ansåg att det andra studieåret var den bästa tiden att använda 3DPAM [84]. Tanner och kollegors resultat visade också att studenter presterade bättre om de aldrig hade studerat området [46]. Dessa data tyder på att det första året på läkarutbildningen är den optimala tiden att införliva 3DPAM i anatomiundervisningen. Yes metaanalys stödde denna idé [18]. I de 27 artiklar som inkluderades i studien fanns det signifikanta skillnader i testresultat mellan 3DPAM och traditionella modeller för läkarstudenter, men inte för ST-studenter.
3DPAM som inlärningsverktyg förbättrar akademiska prestationer [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], långsiktig kunskapsinhållning [32] och elevnöjdhet [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66], 69, 84]. Expertpaneler fann också dessa modeller användbara [37, 42, 49, 81, 82], och två studier fann lärarnas nöjdhet med 3DPAM [25, 63]. Av alla källor anser Backhouse och kollegor att 3D-utskrift är det bästa alternativet till traditionella anatomiska modeller [49]. I sin första metaanalys bekräftade Ye och kollegor att elever som fick 3DPAM-instruktioner hade bättre resultat efter testet än elever som fick 2D- eller kadaverinstruktioner [10]. De differentierade dock 3DPAM inte efter komplexitet, utan enbart efter hjärta, nervsystem och bukhåla. I sju studier överträffade inte 3DPAM andra modeller baserade på kunskapstester som administrerades till studenter [32, 66, 69, 77, 78, 84]. I sin metaanalys drog Salazar och kollegor slutsatsen att användningen av 3DPAM specifikt förbättrar förståelsen av komplex anatomi [17]. Detta koncept överensstämmer med Hitas brev till redaktören [88]. Vissa anatomiska områden som anses vara mindre komplexa kräver inte användning av 3DPAM, medan mer komplexa anatomiska områden (såsom nacken eller nervsystemet) skulle vara ett logiskt val för 3DPAM. Detta koncept kan förklara varför vissa 3DPAM inte anses vara överlägsna traditionella modeller, särskilt när studenter saknar kunskap inom det område där modellens prestanda visar sig vara överlägsen. Att presentera en enkel modell för studenter som redan har viss kunskap om ämnet (läkarstudenter eller ST-läkare) är därför inte till hjälp för att förbättra studenternas prestationer.
Av alla de listade pedagogiska fördelarna betonade 11 studier modellernas visuella eller taktila egenskaper [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], och 3 studier förbättrade styrka och hållbarhet (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Andra fördelar är att eleverna kan manipulera strukturerna, lärare kan spara tid, de är lättare att bevara än kadaver, projektet kan slutföras inom 24 timmar, det kan användas som ett verktyg för hemundervisning och det kan användas för att lära ut stora mängder information i grupper [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Upprepad 3D-utskrift för anatomiundervisning i stora volymer gör 3D-utskriftsmodeller mer kostnadseffektiva [26]. Användningen av 3DPAM kan förbättra mental rotationsförmåga [23] och förbättra tolkningen av tvärsnittsbilder [23, 32]. Två studier fann att studenter som exponerats för 3DPAM löpte större risk att genomgå operation [40, 74]. Metallkopplingar kan bäddas in för att skapa den rörelse som behövs för att studera funktionell anatomi [51, 53], eller så kan modeller skrivas ut med hjälp av triggerdesigner [67].
3D-utskrift möjliggör skapandet av justerbara anatomiska modeller genom att förbättra vissa aspekter under modelleringsstadiet, [48, 80] skapa en lämplig bas, [59] kombinera flera modeller, [36] använda transparens, (49) färg, [45] eller göra vissa interna strukturer synliga [30]. Tripodi och kollegor använde skulpterande lera för att komplettera sina 3D-utskrivna benmodeller, vilket betonade värdet av samskapade modeller som undervisningsverktyg [47]. I 9 studier applicerades färg efter utskrift [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], men studenterna tillämpade det bara en gång [49]. Tyvärr utvärderade studien inte kvaliteten på modellträningen eller träningssekvensen. Detta bör beaktas i samband med anatomiutbildning, eftersom fördelarna med blandat lärande och samskapande är väl etablerade [89]. För att hantera den växande reklamaktiviteten har självinlärning använts många gånger för att utvärdera modeller [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
En studie drog slutsatsen att plastmaterialets färg var för ljus [45], en annan studie drog slutsatsen att modellen var för ömtålig [71], och två andra studier indikerade en brist på anatomisk variation i utformningen av enskilda modeller [25, 45]. Sju studier drog slutsatsen att den anatomiska detaljrikedomen hos 3DPAM är otillräcklig [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
För mer detaljerade anatomiska modeller av stora och komplexa regioner, såsom retroperitoneum eller halsryggraden, anses segmenterings- och modelleringstiden vara mycket lång och kostnaden är mycket hög (cirka 2000 USD) [27, 48]. Hojo och kollegor uppgav i sin studie att det tog 40 timmar att skapa den anatomiska modellen av bäckenet [42]. Den längsta segmenteringstiden var 380 timmar i en studie av Weatherall och kollegor, där flera modeller kombinerades för att skapa en komplett pediatrisk luftvägsmodell [36]. I nio studier ansågs segmenterings- och utskriftstid vara nackdelar [36, 42, 57, 58, 74]. Emellertid kritiserade 12 studier de fysiska egenskaperna hos sina modeller, särskilt deras konsistens, [28, 62] brist på transparens, [30] sprödhet och monokromaticitet, [71] brist på mjukvävnad, [66] eller brist på detaljer [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81]. Dessa nackdelar kan övervinnas genom att öka segmenterings- eller simuleringstiden. Att förlora och hämta relevant information var ett problem som tre team mötte [30, 74, 77]. Enligt patientrapporter gav joderade kontrastmedel inte optimal vaskulär synlighet på grund av dosbegränsningar [74]. Injektion av en kadavermodell verkar vara en ideal metod som avviker från principen om "så lite som möjligt" och begränsningarna av dosen av injicerat kontrastmedel.
Tyvärr nämner många artiklar inte vissa viktiga funktioner hos 3DPAM. Mindre än hälften av artiklarna angav explicit huruvida deras 3DPAM var tonad. Täckningen av tryckomfattningen var inkonsekvent (43 % av artiklarna), och endast 34 % nämnde användningen av flera medier. Dessa tryckparametrar är kritiska eftersom de påverkar inlärningsegenskaperna hos 3DPAM. De flesta artiklar ger inte tillräcklig information om komplexiteten i att erhålla 3DPAM (designtid, personalkvalifikationer, programvarukostnader, tryckkostnader etc.). Denna information är avgörande och bör beaktas innan man överväger att starta ett projekt för att utveckla en ny 3DPAM.
Denna systematiska granskning visar att det är möjligt att designa och 3D-utskriva normala anatomiska modeller till låg kostnad, särskilt när man använder FDM- eller SLA-skrivare och billiga enfärgade plastmaterial. Dessa grundläggande designer kan dock förbättras genom att lägga till färg eller lägga till designer i olika material. Mer realistiska modeller (utskrivna med flera material i olika färger och texturer för att noggrant replikera de taktila egenskaperna hos en kadaverreferensmodell) kräver dyrare 3D-utskriftstekniker och längre designtider. Detta kommer att öka den totala kostnaden avsevärt. Oavsett vilken utskriftsprocess som väljs är valet av lämplig avbildningsmetod nyckeln till 3DPAM:s framgång. Ju högre den rumsliga upplösningen är, desto mer realistisk blir modellen och kan användas för avancerad forskning. Ur pedagogisk synvinkel är 3DPAM ett effektivt verktyg för att undervisa i anatomi, vilket framgår av de kunskapstester som ges till studenterna och deras tillfredsställelse. Undervisningseffekten av 3DPAM är bäst när den reproducerar komplexa anatomiska regioner och studenterna använder den tidigt i sin medicinska utbildning.
De dataset som genererats och/eller analyserats i den aktuella studien är inte offentligt tillgängliga på grund av språkbarriärer men kan erhållas från motsvarande författare på rimlig begäran.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. En översikt över kurser i grov anatomi, mikroanatomi, neurobiologi och embryologi i amerikanska läkarutbildningars läroplaner. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Kadaverdissektion som ett pedagogiskt verktyg för anatomisk vetenskap under 2000-talet: Dissektion som ett pedagogiskt verktyg. Analys av vetenskaplig utbildning. 2017;10(3):286–99.
Publiceringstid: 9 april 2024