Трохмерныя друкаваныя анатамічныя мадэлі (3DPAM) здаюцца прыдатным інструментам з-за іх адукацыйнай каштоўнасці і магчымасці выкарыстання. Мэта гэтага агляду — апісаць і прааналізаваць метады, якія выкарыстоўваюцца для стварэння 3DPAM для выкладання анатоміі чалавека, і ацаніць іх педагагічны ўклад.
У базе дадзеных PubMed быў праведзены электронны пошук з выкарыстаннем наступных тэрмінаў: адукацыя, школа, навучанне, выкладанне, падрыхтоўка, выкладанне, адукацыя, трохмерны, 3D, 3-мерны, друк, друк, анатомія, анатомія і анатомія. Вынікі ўключалі характарыстыкі даследавання, дызайн мадэлі, марфалагічную ацэнку, адукацыйную паспяховасць, моцныя і слабыя бакі.
Сярод 68 адабраных артыкулаў найбольшая колькасць даследаванняў была прысвечана вобласці чэрапа (33 артыкулы); у 51 артыкуле згадваецца друк костак. У 47 артыкулах 3DPAM быў распрацаваны на аснове камп'ютэрнай тамаграфіі. Пералічаны пяць працэсаў друку. У 48 даследаваннях выкарыстоўваліся пластмасы і іх вытворныя. Кошт кожнага дызайну вагаецца ад 1,25 да 2800 долараў. У трыццаці сямі даследаваннях 3DPAM параўноўваўся з эталоннымі мадэлямі. У трыццаці трох артыкулах разглядалася адукацыйная дзейнасць. Асноўнымі перавагамі з'яўляюцца візуальная і тактыльная якасць, эфектыўнасць навучання, паўтаральнасць, наладжвальнасць і спрытнасць, эканомія часу, інтэграцыя функцыянальнай анатоміі, лепшыя магчымасці разумовай ратацыі, запамінанне ведаў і задаволенасць настаўніка/вучня. Асноўныя недахопы звязаны з дызайнам: паслядоўнасць, адсутнасць дэталізацыі або празрыстасці, занадта яркія колеры, доўгі час друку і высокі кошт.
Гэты сістэматычны агляд паказвае, што 3DPAM з'яўляецца эканамічна выгадным і эфектыўным метадам выкладання анатоміі. Больш рэалістычныя мадэлі патрабуюць выкарыстання больш дарагіх тэхналогій 3D-друку і больш працяглых тэрмінаў праектавання, што значна павялічыць агульны кошт. Галоўнае — выбраць адпаведны метад візуалізацыі. З педагагічнага пункту гледжання, 3DPAM з'яўляецца эфектыўным інструментам для выкладання анатоміі, які станоўча ўплывае на вынікі навучання і задаволенасць. Навучальны эфект 3DPAM найлепшы, калі ён узнаўляе складаныя анатамічныя вобласці, і студэнты выкарыстоўваюць яго на ранніх этапах медыцынскай падрыхтоўкі.
Дысекцыя трупаў жывёл праводзіцца з часоў Старажытнай Грэцыі і з'яўляецца адным з асноўных метадаў выкладання анатоміі. Дысекцыя трупаў, якая выконваецца падчас практычных заняткаў, выкарыстоўваецца ў тэарэтычнай праграме студэнтаў-медыкаў універсітэтаў і ў цяперашні час лічыцца залатым стандартам вывучэння анатоміі [1,2,3,4,5]. Аднак існуе шмат перашкод для выкарыстання ўзораў трупаў чалавека, што падштурхоўвае да пошуку новых навучальных інструментаў [6, 7]. Некаторыя з гэтых новых інструментаў ўключаюць дапоўненую рэальнасць, лічбавыя інструменты і 3D-друк. Згодна з нядаўнім аглядам літаратуры, апублікаваным Сантасам і інш. [8] З пункту гледжання каштоўнасці гэтых новых тэхналогій для выкладання анатоміі, 3D-друк з'яўляецца адным з найважнейшых рэсурсаў, як з пункту гледжання адукацыйнай каштоўнасці для студэнтаў, так і з пункту гледжання магчымасці ўкаранення [4,9,10].
3D-друк не з'яўляецца навінкай. Першыя патэнты, звязаныя з гэтай тэхналогіяй, датуюцца 1984 годам: А. Ле Мехатэ, О. Дэ Віт і Ж. К. Андрэ ў Францыі, а праз тры тыдні — К. Хал у ЗША. З таго часу тэхналогія працягвае развівацца, і яе выкарыстанне пашырылася на многія сферы. Напрыклад, НАСА надрукавала першы аб'ект за межамі Зямлі ў 2014 годзе [11]. Медыцынская сфера таксама ўкараніла гэты новы інструмент, тым самым павялічваючы жаданне распрацоўваць персаналізаваную медыцыну [12].
Шматлікія аўтары прадэманстравалі перавагі выкарыстання трохмерных друкаваных анатамічных мадэляў (3DPAM) у медыцынскай адукацыі [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Пры выкладанні анатоміі чалавека неабходныя непаталагічныя і анатамічна нармальныя мадэлі. У некаторых аглядах разглядаліся паталагічныя або медыцынскія/хірургічныя навучальныя мадэлі [8, 20, 21]. Каб распрацаваць гібрыдную мадэль для выкладання анатоміі чалавека, якая ўключае новыя інструменты, такія як трохмерны друк, мы правялі сістэматычны агляд, каб апісаць і прааналізаваць, як ствараюцца трохмерныя друкаваныя аб'екты для выкладання анатоміі чалавека і як студэнты ацэньваюць эфектыўнасць навучання з выкарыстаннем гэтых трохмерных аб'ектаў.
Гэты сістэматычны агляд літаратуры быў праведзены ў чэрвені 2022 года без абмежаванняў па часе з выкарыстаннем рэкамендацый PRISMA (Пераважныя элементы справаздачнасці для сістэматычных аглядаў і метааналізаў) [22].
Крытэрыямі ўключэння былі ўсе даследчыя працы, якія выкарыстоўвалі 3DPAM у выкладанні/выкладанні анатоміі. Выключаліся агляды літаратуры, лісты або артыкулы, прысвечаныя паталагічным мадэлям, жывёльным мадэлям, археалагічным мадэлям і мадэлям медыцынскага/хірургічнага навучання. Адбіраліся толькі артыкулы, апублікаваныя на англійскай мове. Артыкулы без даступных анлайн-рэзюмэ былі выключаны. Уключаліся артыкулы, якія ўключалі некалькі мадэляў, хаця б адна з якіх была анатамічна нармальнай або мела нязначную паталогію, якая не ўплывала на выкладчыцкую каштоўнасць.
У электроннай базе дадзеных PubMed (Нацыянальная медыцынская бібліятэка, NCBI) быў праведзены пошук літаратуры для выяўлення адпаведных даследаванняў, апублікаваных да чэрвеня 2022 года. Выкарыстоўвайце наступныя пошукавыя тэрміны: адукацыя, школа, выкладанне, выкладанне, навучанне, выкладанне, адукацыя, трохмерны, 3D, 3D, друк, друк, друк, анатомія, анатомія і анатомія. Быў выкананы адзін запыт: (((адукацыя[Назва/Рэзюмэ] АБО школа[Назва/Рэзюмэ] АБО навучанне[Назва/Рэзюмэ] АБО навучанне[Назва/Рэзюмэ] АБО навучанне[Назва/Рэзюмэ] АБО навучанне[Назва/Рэзюмэ] АБО навучанне[Назва/Рэзюмэ] ] АБО адукацыя [Назва/Рэзюмэ]) І (Тры вымярэнні [Назва] АБО 3D [Назва] АБО 3D [Назва])) І (Друк [Назва] АБО Друк [Назва] АБО Друк [Назва])) І (Анатомія) [Назва] ]/рэзюмэ] або анатомія [назва/рэзюмэ] або анатомія [назва/рэзюмэ] або анатомія [назва/рэзюмэ]). Дадатковыя артыкулы былі выяўлены шляхам ручнога пошуку ў базе дадзеных PubMed і прагляду спасылак на іншыя навуковыя артыкулы. Абмежаванні па даце не ўжываліся, але выкарыстоўваўся фільтр «Асоба».
Усе атрыманыя назвы і анатацыі былі правераны на адпаведнасць крытэрыям уключэння і выключэння двума аўтарамі (EBR і AL), і любое даследаванне, якое не адпавядала ўсім крытэрыям адбору, было выключана. Поўнатэкставыя публікацыі астатніх даследаванняў былі атрыманы і разгледжаны трыма аўтарамі (EBR, EBE і AL). Пры неабходнасці рознагалоссі ў адборы артыкулаў вырашаліся чацвёртым аўтарам (LT). Публікацыі, якія адпавядалі ўсім крытэрыям уключэння, былі ўключаны ў гэты агляд.
Выманне дадзеных было выканана незалежна двума аўтарамі (EBR і AL) пад кіраўніцтвам трэцяга аўтара (LT).
- Дадзеныя канструкцыі мадэлі: анатамічныя вобласці, канкрэтныя анатамічныя часткі, пачатковая мадэль для 3D-друку, метад атрымання дадзеных, праграмнае забеспячэнне для сегментацыі і мадэлявання, тып 3D-прынтара, тып і колькасць матэрыялу, маштаб друку, колер, кошт друку.
- Марфалагічная ацэнка мадэляў: мадэлі, якія выкарыстоўваюцца для параўнання, медыцынская ацэнка экспертаў/выкладчыкаў, колькасць ацэншчыкаў, тып ацэнкі.
- 3D-мадэль навучання: ацэнка ведаў студэнтаў, метад ацэнкі, колькасць студэнтаў, колькасць груп параўнання, рандомізацыя студэнтаў, адукацыя/тып студэнта.
У MEDLINE было выяўлена 418 даследаванняў, і 139 артыкулаў былі выключаны з дапамогай фільтра «чалавек». Пасля прагляду назваў і рэфератаў для поўнага чытання было адабрана 103 даследаванні. 34 артыкулы былі выключаны, таму што яны былі альбо паталагічнымі мадэлямі (9 артыкулаў), мадэлямі медыцынскага/хірургічнага навучання (4 артыкулы), мадэлямі на жывёлах (4 артыкулы), 3D-радыялагічнымі мадэлямі (1 артыкул), альбо не былі арыгінальнымі навуковымі артыкуламі (16 раздзелаў). Усяго ў агляд было ўключана 68 артыкулаў. На малюнку 1 працэс адбору прадстаўлены ў выглядзе блок-схемы.
Блок-схема, якая падсумоўвае ідэнтыфікацыю, адбор і ўключэнне артыкулаў у гэты сістэматычны агляд
Усе даследаванні былі апублікаваныя паміж 2014 і 2022 гадамі, сярэдні год публікацыі — 2019. Сярод 68 уключаных артыкулаў 33 (49%) былі апісальнымі і эксперыментальнымі, 17 (25%) — чыста эксперыментальнымі і 18 (26%) — эксперыментальнымі. Чыста апісальныя. З 50 (73%) эксперыментальных даследаванняў у 21 (31%) выкарыстоўвалася рандомізацыя. Толькі 34 даследаванні (50%) уключалі статыстычны аналіз. У табліцы 1 падсумаваны характарыстыкі кожнага даследавання.
У 33 артыкулах (48%) разглядалася вобласць галавы, у 19 артыкулах (28%) — грудная вобласць, у 17 артыкулах (25%) — брушная і тазавая вобласці, а ў 15 артыкулах (22%) — канечнасці. У пяцідзесяці адным артыкуле (75%) косці, надрукаваныя на 3D-прынтары, згадваліся як анатамічныя мадэлі або шматзрэзавыя анатамічныя мадэлі.
Што да зыходных мадэляў або файлаў, якія выкарыстоўваліся для распрацоўкі 3DPAM, то ў 23 артыкулах (34%) згадвалася выкарыстанне дадзеных пацыентаў, у 20 артыкулах (29%) — выкарыстанне дадзеных трупаў, а ў 17 артыкулах (25%) згадвалася выкарыстанне баз дадзеных. Былі выкарыстаны дадатковыя матэрыялы, а ў 7 даследаваннях (10%) крыніца выкарыстаных дакументаў не раскрывалася.
У 47 даследаваннях (69%) была распрацавана 3DPAM на аснове камп'ютэрнай тамаграфіі, а ў 3 даследаваннях (4%) паведамлялася пра выкарыстанне мікраКТ. У 7 артыкулах (10%) праецыраваліся 3D-аб'екты з выкарыстаннем аптычных сканераў, у 4 артыкулах (6%) — з выкарыстаннем МРТ, а ў 1 артыкуле (1%) — з выкарыстаннем камер і мікраскопаў. У 14 артыкулах (21%) не згадвалася крыніца зыходных файлаў 3D-мадэлі. 3D-файлы ствараюцца з сярэднім прасторавым разрозненнем менш за 0,5 мм. Аптымальнае разрозненне складае 30 мкм [80], а максімальнае — 1,5 мм [32].
Было выкарыстана шэсцьдзесят розных праграмных прыкладанняў (сегментацыя, мадэляванне, дызайн або друк). Найчасцей выкарыстоўвалася Mimics (Materialise, Лёвен, Бельгія) (14 даследаванняў, 21%), затым MeshMixer (Autodesk, Сан-Рафаэль, Каліфорнія) (13 даследаванняў, 19%), Geomagic (3D System, Місуры, Паўночная Караліна, Лісвіл) (10 даследаванняў, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Бостан, Масачусэтс) (9 даследаванняў, 13%), Blender (Blender Foundation, Амстэрдам, Нідэрланды) (8 даследаванняў, 12%) і CURA (Гельдэмарсен, Нідэрланды) (7 даследаванняў, 10%).
Згадваюцца шэсцьдзесят сем розных мадэляў прынтараў і пяць працэсаў друку. Тэхналогія FDM (мадэляванне плаўленым нанясеннем) выкарыстоўвалася ў 26 вырабах (38%), апрацоўка матэрыялу дробаструменевым спосабам — у 13 вырабах (19%) і, нарэшце, апрацоўка злучным рэчывам дробаструменевым спосабам (11 вырабаў, 16%). Найменш выкарыстоўванымі тэхналогіямі з'яўляюцца стэрэалітаграфія (SLA) (5 артыкулаў, 7%) і селектыўнае лазернае спяканне (SLS) (4 артыкулы, 6%). Найбольш часта выкарыстоўваным прынтарам (7 артыкулаў, 10%) з'яўляецца Connex 500 (Stratasys, Рэховот, Ізраіль) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Пры ўказанні матэрыялаў, якія выкарыстоўваліся для вырабу 3DPAM (51 артыкул, 75%), у 48 даследаваннях (71%) выкарыстоўваліся пластыкі і іх вытворныя. Асноўнымі выкарыстанымі матэрыяламі былі PLA (полімалочная кіслата) (n = 20, 29%), смала (n = 9, 13%) і ABS (акрыланітрылбутадыенстырол) (7 тыпаў, 10%). У 23 артыкулах (34%) разглядаліся 3DPAM, вырабленыя з некалькіх матэрыялаў, у 36 артыкулах (53%) прадстаўляўся 3DPAM, выраблены толькі з аднаго матэрыялу, а ў 9 артыкулах (13%) матэрыял не быў указаны.
У дваццаці дзевяці артыкулах (43%) паведамлялася пра суадносіны колераў ад 0,25:1 да 2:1, у сярэднім 1:1. У дваццаці пяці артыкулах (37%) выкарыстоўвалася суадносіны 1:1. 28 3DPAM (41%) складаліся з некалькіх колераў, а 9 (13%) былі афарбаваны пасля друку [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
У трыццаці чатырох артыкулах (50%) згадваліся выдаткі. У 9 артыкулах (13%) згадваўся кошт 3D-прынтараў і сыравіны. Кошт прынтараў вагаецца ад 302 да 65 000 долараў. Калі ўдакладняецца, кошт мадэляў вагаецца ад 1,25 да 2800 долараў; гэтыя крайнія значэнні адпавядаюць шкілетным узорам [47] і высакаякасным рэтраперытанеальным мадэлям [48]. У табліцы 2 падсумаваны дадзеныя мадэляў для кожнага ўключанага даследавання.
У трыццаці сямі даследаваннях (54%) 3DPAM параўноўваўся з эталоннай мадэллю. Сярод гэтых даследаванняў найбольш распаўсюджаным параўнальным прыкладам была анатамічная эталонная мадэль, якая выкарыстоўвалася ў 14 артыкулах (38%), пластынаваныя прэпараты — у 6 артыкулах (16%), пластынаваныя прэпараты — у 6 артыкулах (16%). Выкарыстанне віртуальнай рэальнасці, камп'ютэрнай тамаграфіі — адзін 3DPAM — у 5 артыкулах (14%), іншы 3DPAM — у 3 артыкулах (8%), сур'ёзных гульняў — у 1 артыкуле (3%), рэнтгенаграм — у 1 артыкуле (3%), бізнес-мадэляў — у 1 артыкуле (3%) і дапоўненай рэальнасці — у 1 артыкуле (3%). Трыццаць чатыры (50%) даследаванні ацэньвалі 3DPAM. У пятнаццаці (48%) даследаваннях падрабязна апісваўся вопыт ацэншчыкаў (табліца 3). 3DPAM праводзіўся хірургамі або лекарамі ў 7 даследаваннях (47%), спецыялістамі па анатоміі — у 6 даследаваннях (40%), студэнтамі — у 3 даследаваннях (20%), выкладчыкамі (дысцыпліна не ўказана) — у 3 даследаваннях (20%) для ацэнкі і яшчэ адным ацэншчыкам у артыкуле (7%). Сярэдняя колькасць ацэншчыкаў складае 14 (мінімум 2, максімум 30). Трыццаць тры даследаванні (49%) ацэньвалі марфалогію 3DPAM якасна, а 10 даследаванняў (15%) ацэньвалі марфалогію 3DPAM колькасна. З 33 даследаванняў, у якіх выкарыстоўваліся якасныя ацэнкі, у 16 выкарыстоўваліся выключна апісальныя ацэнкі (48%), у 9 выкарыстоўваліся тэсты/рэйтынгі/апытанні (27%) і ў 8 выкарыстоўваліся шкалы Лікерта (24%). У табліцы 3 падсумаваны марфалагічныя ацэнкі мадэляў у кожным уключаным даследаванні.
У трыццаці трох (48%) артыкулах разглядалася і параўноўвалася эфектыўнасць навучання студэнтаў метадам 3DPAM. З гэтых даследаванняў у 23 (70%) артыкулах ацэньвалася задаволенасць студэнтаў, у 17 (51%) выкарыстоўваліся шкалы Лікерта, а ў 6 (18%) — іншыя метады. У дваццаці двух артыкулах (67%) ацэньвалася навучанне студэнтаў праз тэставанне ведаў, з якіх у 10 (30%) выкарыстоўваліся папярэднія і/або посттэсты. У адзінаццаці даследаваннях (33%) выкарыстоўваліся пытанні з некалькімі варыянтамі адказаў і тэсты для ацэнкі ведаў студэнтаў, а ў пяці даследаваннях (15%) выкарыстоўвалася маркіроўка малюнкаў/анатамічная ідэнтыфікацыя. У сярэднім у кожным даследаванні ўдзельнічалі 76 студэнтаў (мінімум 8, максімум 319). У дваццаці чатырох даследаваннях (72%) была кантрольная група, з якіх у 20 (60%) выкарыстоўвалася рандомізацыя. Наадварот, у адным даследаванні (3%) анатамічныя мадэлі былі выпадковым чынам размеркаваны паміж 10 рознымі студэнтамі. У сярэднім параўноўваліся 2,6 групы (мінімум 2, максімум 10). У дваццаці трох даследаваннях (70%) удзельнічалі студэнты-медыкі, з якіх 14 (42%) былі студэнтамі-медыкамі першага курса. У шасці (18%) даследаваннях удзельнічалі рэзідэнты, у чатырох (12%) — студэнты-стаматолагі і ў трох (9%) — студэнты-прыродазнаўцы. У шасці даследаваннях (18%) было рэалізавана і ацэнена аўтаномнае навучанне з выкарыстаннем 3DPAM. У табліцы 4 падсумаваны вынікі ацэнкі эфектыўнасці выкладання з дапамогай 3DPAM для кожнага ўключанага даследавання.
Асноўнымі перавагамі выкарыстання 3DPAM у якасці навучальнага дапаможніка па нармальнай анатоміі чалавека, пра якія паведамляюць аўтары, з'яўляюцца візуальныя і тактыльныя характарыстыкі, у тым ліку рэалістычнасць [55, 67], дакладнасць [44, 50, 72, 85] і зменлівасць кансістэнцыі [34, 45]. , 48, 64], колер і празрыстасць [28, 45], трываласць [24, 56, 73], адукацыйны эфект [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], кошт [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], узнаўляльнасць [80], магчымасць паляпшэння або персаналізацыі [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], магчымасць маніпуляваць студэнтамі [30, 49], эканомія часу навучання [61, 80], лёгкасць захоўвання [61], магчымасць інтэграцыі функцыянальнай анатоміі або стварэння спецыфічных структур [51, 53], 67], хуткае праектаванне шкілета мадэлі [81], здольнасць сумесна ствараць мадэлі і браць іх дадому [49, 60, 71], паляпшэнне здольнасцей да разумовага кручэння [23] і захавання ведаў [32], а таксама на задаволенасць настаўніка [25, 63] і студэнтаў [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Асноўныя недахопы звязаны з дызайнам: калянасць [80], аднастайнасць [28, 62], адсутнасць дэталізацыі або празрыстасці [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], занадта яркія колеры [45] і далікатнасць падлогі [71]. Іншыя недахопы ўключаюць страту інфармацыі [30, 76], працяглы час, неабходны для сегментацыі выявы [36, 52, 57, 58, 74], час друку [57, 63, 66, 67], адсутнасць анатамічнай зменлівасці [25] і высокі кошт [48].
Гэты сістэматычны агляд абагульняе 68 артыкулаў, апублікаваных за 9 гадоў, і падкрэслівае цікавасць навуковай супольнасці да 3DPAM як інструмента для навучання нармальнай анатоміі чалавека. Кожная анатомічная вобласць была вывучана і надрукавана на 3D-прынтары. З гэтых артыкулаў 37 артыкулаў параўноўвалі 3DPAM з іншымі мадэлямі, а 33 артыкулы ацэньвалі педагагічную значнасць 3DPAM для студэнтаў.
Улічваючы адрозненні ў дызайне даследаванняў анатамічнага 3D-друку, мы не палічылі мэтазгодным праводзіць метааналіз. Метааналіз, апублікаваны ў 2020 годзе, быў у асноўным сканцэнтраваны на тэстах на веды па анатаміцы пасля навучання без аналізу тэхнічных і тэхналагічных аспектаў праектавання і вытворчасці 3DPAM [10].
Найбольш вывучанай з'яўляецца вобласць галавы, верагодна, таму, што складанасць яе анатоміі ўскладняе студэнтам адлюстраванне гэтай анатоміі ў трохмернай прасторы ў параўнанні з канечнасцямі або тулавам. КТ, безумоўна, з'яўляецца найбольш распаўсюджаным метадам візуалізацыі. Гэты метад шырока выкарыстоўваецца, асабліва ў медыцынскіх установах, але мае абмежаванае прасторавае разрозненне і нізкі кантраст мяккіх тканін. Гэтыя абмежаванні робяць КТ-сканаванне непрыдатным для сегментацыі і мадэлявання нервовай сістэмы. З іншага боку, камп'ютэрная тамаграфія лепш падыходзіць для сегментацыі/мадэлявання касцяной тканіны; кантраст костак/мяккіх тканін дапамагае выканаць гэтыя этапы перад 3D-друкам анатамічных мадэляў. З іншага боку, мікраКТ лічыцца эталоннай тэхналогіяй з пункту гледжання прасторавага разрознення ў візуалізацыі костак [70]. Аптычныя сканеры або МРТ таксама могуць выкарыстоўвацца для атрымання малюнкаў. Больш высокае разрозненне прадухіляе згладжванне паверхняў костак і захоўвае тонкасць анатамічных структур [59]. Выбар мадэлі таксама ўплывае на прасторавае разрозненне: напрыклад, мадэлі пластыфікацыі маюць больш нізкае разрозненне [45]. Графічным дызайнерам даводзіцца ствараць карыстальніцкія 3D-мадэлі, што павялічвае выдаткі (ад 25 да 150 долараў за гадзіну) [43]. Атрымання высакаякасных файлаў .STL недастаткова для стварэння высакаякасных анатамічных мадэляў. Неабходна вызначыць параметры друку, такія як арыентацыя анатамічнай мадэлі на друкаванай пласціне [29]. Некаторыя аўтары прапануюць выкарыстоўваць перадавыя тэхналогіі друку, такія як SLS, дзе гэта магчыма, для павышэння дакладнасці 3DPAM [38]. Вытворчасць 3DPAM патрабуе прафесійнай дапамогі; найбольш запатрабаванымі спецыялістамі з'яўляюцца інжынеры [72], рэнтгенолагі [75], графічныя дызайнеры [43] і анатомы [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Праграмнае забеспячэнне для сегментацыі і мадэлявання з'яўляецца важным фактарам атрымання дакладных анатамічных мадэляў, але кошт гэтых праграмных пакетаў і іх складанасць перашкаджаюць іх выкарыстанню. У некалькіх даследаваннях параўноўвалася выкарыстанне розных праграмных пакетаў і тэхналогій друку, падкрэсліваючы перавагі і недахопы кожнай тэхналогіі [68]. Акрамя праграмнага забеспячэння для мадэлявання, таксама патрабуецца праграмнае забеспячэнне для друку, сумяшчальнае з абраным прынтарам; некаторыя аўтары аддаюць перавагу выкарыстанню 3D-друку ў рэжыме анлайн [75]. Калі будзе надрукавана дастатковая колькасць 3D-аб'ектаў, інвестыцыі могуць прывесці да фінансавай аддачы [72].
Пластык, безумоўна, з'яўляецца найбольш распаўсюджаным матэрыялам. Шырокі дыяпазон тэкстур і колераў робіць яго пераважным матэрыялам для 3DPAM. Некаторыя аўтары высока ацанілі яго высокую трываласць у параўнанні з традыцыйнымі трупнымі або пластынаванымі мадэлямі [24, 56, 73]. Некаторыя пластыкі нават валодаюць уласцівасцямі згінання або расцяжэння. Напрыклад, Filaflex з тэхналогіяй FDM можа расцягвацца да 700%. Некаторыя аўтары лічаць яго пераважным матэрыялам для рэплікацыі цягліц, сухажылляў і звязкаў [63]. З іншага боку, два даследаванні паднялі пытанні аб арыентацыі валокнаў падчас друку. Фактычна, арыентацыя, прымацаванне, інервацыя і функцыя цягліцавых валокнаў маюць вырашальнае значэнне пры мадэляванні цягліц [33].
Дзіўна, але мала даследаванняў згадваюць маштаб друку. Паколькі многія людзі лічаць суадносіны 1:1 стандартнымі, аўтар, магчыма, вырашыў не згадваць пра гэта. Нягледзячы на тое, што павелічэнне маштабу было б карысным для накіраванага навучання ў вялікіх групах, магчымасць маштабавання пакуль не вывучалася, асабліва з улікам павелічэння памераў класаў і фізічнага памеру мадэлі, які з'яўляецца важным фактарам. Вядома, натуральна вялікія маштабы дазваляюць лягчэй знаходзіць і перадаваць пацыенту розныя анатамічныя элементы, што можа тлумачыць іх частае выкарыстанне.
З мноства прынтараў, даступных на рынку, тыя, што выкарыстоўваюць тэхналогію PolyJet (струменевы друк з матэрыялам або злучным рэчывам) для забеспячэння каляровага і шматслаёвага (і, такім чынам, шматтэкстурнага) друку высокай выразнасці, каштуюць ад 20 000 да 250 000 долараў ЗША (https://www.aniwaa.com/). Гэты высокі кошт можа абмяжоўваць прасоўванне 3DPAM у медыцынскіх ВНУ. Акрамя кошту самога прынтара, кошт матэрыялаў, неабходных для струйнага друку, вышэйшы, чым для SLA- або FDM-прынтараў [68]. Цэны на SLA- або FDM-прынтары таксама больш даступныя і вагаюцца ад 576 да 4999 еўра, як паказана ў артыкулах у гэтым аглядзе. Паводле Tripodi і яго калег, кожную шкілетную дэталь можна надрукаваць за 1,25 долара ЗША [47]. Адзінаццаць даследаванняў прыйшлі да высновы, што 3D-друк таннейшы за пластыфікацыю або камерцыйныя мадэлі [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Больш за тое, гэтыя камерцыйныя мадэлі прызначаны для прадастаўлення інфармацыі пацыенту без дастатковай падрабязнасці для навучання анатоміі [80]. Гэтыя камерцыйныя мадэлі лічацца горшымі за 3DPAM [44]. Варта адзначыць, што, акрамя выкарыстоўванай тэхналогіі друку, канчатковы кошт прапарцыйны маштабу і, такім чынам, канчатковаму памеру 3DPAM [48]. Па гэтых прычынах перавага аддаецца поўнапамернаму маштабу [37].
Толькі ў адным даследаванні параўноўвалася 3DPAM з камерцыйна даступнымі анатамічнымі мадэлямі [72]. Узоры трупаў з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўваным параўнальным метадам для 3DPAM. Нягледзячы на іх абмежаванні, мадэлі трупаў застаюцца каштоўным інструментам для навучання анатоміі. Неабходна адрозніваць аўтапсію, дысекцыю і сухую костку. На падставе навучальных тэстаў два даследаванні паказалі, што 3DPAM быў значна больш эфектыўным, чым пластынаваная дысекцыя [16, 27]. У адным даследаванні параўноўвалася адна гадзіна навучання з выкарыстаннем 3DPAM (ніжнія канечнасці) з адной гадзінай дысекцыі той жа анатоміі [78]. Істотных адрозненняў паміж гэтымі двума метадамі навучання не было. Верагодна, што даследаванняў па гэтай тэме мала, таму што такія параўнанні цяжка правесці. Дысекцыя - гэта працаёмкая падрыхтоўка для студэнтаў. Часам патрабуюцца дзясяткі гадзін падрыхтоўкі, у залежнасці ад таго, што рыхтуецца. Трэцяе параўнанне можна правесці з сухімі косткамі. Даследаванне Цай і Сміта паказала, што вынікі тэстаў былі значна лепшымі ў групе, якая выкарыстоўвала 3DPAM [51, 63]. Чэнь і яго калегі адзначылі, што студэнты, якія выкарыстоўвалі 3D-мадэлі, лепш спраўляліся з ідэнтыфікацыяй структур (чэрапаў), але не было выяўлена розніцы ў балах па пытаннях з некалькімі варыянтамі адказаў [69]. Нарэшце, Тэнер і яго калегі прадэманстравалі лепшыя вынікі пасля тэставання ў гэтай групе з выкарыстаннем 3DPAM крылападнябеннай ямкі [46]. У гэтым аглядзе літаратуры былі вызначаны і іншыя новыя навучальныя інструменты. Найбольш распаўсюджанымі сярод іх з'яўляюцца дапоўненая рэальнасць, віртуальная рэальнасць і сур'ёзныя гульні [43]. Паводле Маруса і яго калег, перавага анатамічных мадэляў залежыць ад колькасці гадзін, якія студэнты праводзяць у відэагульнях [31]. З іншага боку, асноўным недахопам новых навучальных інструментаў па анатоміі з'яўляецца тактыльная зваротная сувязь, асабліва для чыста віртуальных інструментаў [48].
У большасці даследаванняў, прысвечаных ацэнцы новага 3DPAM, выкарыстоўваліся папярэднія тэсты ведаў. Гэтыя папярэднія тэсты дапамагаюць пазбегнуць прадузятасці ў ацэнцы. Некаторыя аўтары перад правядзеннем эксперыментальных даследаванняў выключаюць усіх студэнтаў, якія набралі вышэй за сярэдні бал на папярэднім тэсце [40]. Сярод прадузятасцяў, якія згадвалі Гарас і яго калегі, былі колер мадэлі і адбор добраахвотнікаў у студэнцкім класе [61]. Афарбоўка палягчае ідэнтыфікацыю анатамічных структур. Чэнь і яго калегі ўстанавілі строгія эксперыментальныя ўмовы без пачатковых адрозненняў паміж групамі, і даследаванне было максімальна сляпым [69]. Лім і яго калегі рэкамендуюць, каб ацэнка пасля тэсту праводзілася трэцім бокам, каб пазбегнуць прадузятасці ў ацэнцы [16]. У некаторых даследаваннях для ацэнкі магчымасці 3DPAM выкарыстоўваліся шкалы Лайкерта. Гэты інструмент падыходзіць для ацэнкі задаволенасці, але ўсё яшчэ ёсць важныя прадузятасці, пра якія трэба ведаць [86].
Адукацыйная значнасць 3DPAM ацэньвалася ў першую чаргу сярод студэнтаў-медыкаў, у тым ліку студэнтаў першага курса, у 14 з 33 даследаванняў. У сваім пілотным даследаванні Уілк і яго калегі паведамілі, што студэнты-медыкі лічаць, што 3D-друк павінен быць уключаны ў вывучэнне анатоміі [87]. 87% студэнтаў, апытаных у даследаванні Чэрчэнелі, лічылі, што другі год навучання — найлепшы час для выкарыстання 3DPAM [84]. Вынікі Танера і яго калег таксама паказалі, што студэнты паказалі лепшыя вынікі, калі яны ніколі не вывучалі гэтую галіну [46]. Гэтыя дадзеныя сведчаць аб тым, што першы год медыцынскага інстытута — аптымальны час для ўключэння 3DPAM у выкладанне анатоміі. Метааналіз Е пацвердзіў гэтую ідэю [18]. У 27 артыкулах, уключаных у даследаванне, назіраліся значныя адрозненні ў выніках тэстаў паміж 3DPAM і традыцыйнымі мадэлямі для студэнтаў-медыкаў, але не для рэзідэнтаў.
3DPAM як інструмент навучання паляпшае акадэмічныя дасягненні [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], доўгатэрміновае захаванне ведаў [32] і задаволенасць студэнтаў [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69, 84]. Групы экспертаў таксама палічылі гэтыя мадэлі карыснымі [37, 42, 49, 81, 82], і два даследаванні паказалі задаволенасць настаўнікаў 3DPAM [25, 63]. З усіх крыніц Бэкхаус і яго калегі лічаць 3D-друк найлепшай альтэрнатывай традыцыйным анатамічным мадэлям [49]. У сваім першым метааналізе Е і яго калегі пацвердзілі, што студэнты, якія атрымлівалі інструкцыі па 3DPAM, мелі лепшыя вынікі пасля тэставання, чым студэнты, якія атрымлівалі 2D-інструкцыі або інструкцыі па трупах [10]. Аднак яны адрознівалі 3DPAM не па складанасці, а проста па сэрцы, нервовай сістэме і брушной поласці. У сямі даследаваннях 3DPAM не пераўзыходзіў іншыя мадэлі, заснаваныя на тэстах на веды, якія праводзіліся сярод студэнтаў [32, 66, 69, 77, 78, 84]. У сваім метааналізе Салазар і яго калегі прыйшлі да высновы, што выкарыстанне 3DPAM спецыяльна паляпшае разуменне складанай анатоміі [17]. Гэтая канцэпцыя адпавядае лісту Хітаса да рэдактара [88]. Некаторыя анатамічныя вобласці, якія лічацца менш складанымі, не патрабуюць выкарыстання 3DPAM, тады як больш складаныя анатамічныя вобласці (напрыклад, шыя або нервовая сістэма) былі б лагічным выбарам для 3DPAM. Гэтая канцэпцыя можа растлумачыць, чаму некаторыя 3DPAM не лічацца лепшымі за традыцыйныя мадэлі, асабліва калі студэнтам не хапае ведаў у галіне, дзе прадукцыйнасць мадэлі аказваецца лепшай. Такім чынам, прадстаўленне простай мадэлі студэнтам, якія ўжо маюць некаторыя веды па прадмеце (студэнтам-медыкам або рэзідэнтам), не дапамагае палепшыць вынікі студэнтаў.
З усіх пералічаных адукацыйных пераваг 11 даследаванняў падкрэслівалі візуальныя або тактыльныя якасці мадэляў [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], а 3 даследаванні палепшылі трываласць і даўгавечнасць (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Іншыя перавагі заключаюцца ў тым, што студэнты могуць маніпуляваць структурамі, настаўнікі могуць зэканоміць час, іх лягчэй захаваць, чым трупы, праект можа быць завершаны на працягу 24 гадзін, іх можна выкарыстоўваць у якасці інструмента для хатняга навучання і для навучання вялікіх аб'ёмаў інфармацыі групам [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Паўторны 3D-друк для навучання анатоміі вялікіх аб'ёмаў робіць 3D-друк мадэляў больш эканамічна эфектыўным [26]. Выкарыстанне 3DPAM можа палепшыць магчымасці разумовага кручэння [23] і палепшыць інтэрпрэтацыю малюнкаў папярочнага сячэння [23, 32]. Два даследаванні паказалі, што студэнты, якія падвяргаліся ўздзеянню 3DPAM, часцей пераносілі хірургічнае ўмяшанне [40, 74]. Для стварэння руху, неабходнага для вывучэння функцыянальнай анатоміі, можна ўбудаваць металічныя злучальнікі [51, 53], альбо мадэлі можна надрукаваць з выкарыстаннем трыгерных канструкцый [67].
3D-друк дазваляе ствараць рэгуляваныя анатамічныя мадэлі, паляпшаючы пэўныя аспекты на этапе мадэлявання, [48, 80] ствараючы прыдатную аснову, [59] камбінуючы некалькі мадэляў, [36] выкарыстоўваючы празрыстасць, (49) колер, [45] або робячы пэўныя ўнутраныя структуры бачнымі [30]. Трыподзі і яго калегі выкарыстоўвалі гліну для лепкі ў дадатак да сваіх 3D-друкаваных мадэляў костак, падкрэсліваючы каштоўнасць сумесна створаных мадэляў як навучальных дапаможнікаў [47]. У 9 даследаваннях колер наносіўся пасля друку [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], але студэнты наносілі яго толькі адзін раз [49]. На жаль, у даследаванні не ацэньвалася якасць навучання мадэлям або паслядоўнасць навучання. Гэта варта ўлічваць у кантэксце анатамічнай адукацыі, бо перавагі змяшанага навучання і сумеснага стварэння добра вядомыя [89]. Каб справіцца з ростам рэкламнай актыўнасці, для ацэнкі мадэляў шмат разоў выкарыстоўвалася саманавучанне [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
У адным даследаванні быў зроблены вывад, што колер пластыкавага матэрыялу быў занадта яркім[45], у іншым — што мадэль занадта далікатная[71], а ў двух іншых даследаваннях была адзначана адсутнасць анатамічнай зменлівасці ў канструкцыі асобных мадэляў[25, 45]. Сем даследаванняў прыйшлі да высновы, што анатамічная дэталізацыя 3DPAM недастатковая [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Для больш падрабязных анатамічных мадэляў вялікіх і складаных абласцей, такіх як рэтраперытанеум або шыйны аддзел хрыбетніка, час сегментацыі і мадэлявання лічыцца вельмі доўгім, а кошт вельмі высокім (каля 2000 долараў ЗША) [27, 48]. Ходжо і яго калегі ў сваім даследаванні заявілі, што стварэнне анатамічнай мадэлі таза заняло 40 гадзін [42]. Найбольшы час сегментацыі склаў 380 гадзін у даследаванні Уэзерола і яго калег, у якім некалькі мадэляў былі аб'яднаны для стварэння поўнай дзіцячай мадэлі дыхальных шляхоў [36]. У дзевяці даследаваннях час сегментацыі і друку лічыўся недахопамі [36, 42, 57, 58, 74]. Аднак у 12 даследаваннях крытыкаваліся фізічныя ўласцівасці іх мадэляў, асабліва іх кансістэнцыя [28, 62], адсутнасць празрыстасці [30], далікатнасць і монахраматычнасць [71], адсутнасць мяккіх тканін [66] або адсутнасць дэталізацыі [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Гэтыя недахопы можна пераадолець, павялічыўшы час сегментацыі або мадэлявання. Страта і атрыманне адпаведнай інфармацыі была праблемай, з якой сутыкнуліся тры каманды [30, 74, 77]. Паводле паведамленняў пацыентаў, ёдаваныя кантрасныя рэчывы не забяспечвалі аптымальную бачнасць сасудаў з-за абмежаванняў дозы [74]. Ін'екцыя трупнай мадэлі здаецца ідэальным метадам, які адыходзіць ад прынцыпу «як мага менш» і абмежаванняў дозы ўведзенага кантраснага рэчыва.
На жаль, у многіх артыкулах не згадваюцца некаторыя ключавыя асаблівасці 3DPAM. Менш за палову артыкулаў выразна пазначана, ці быў іх 3DPAM таніраваны. Ахоп аб'ёму друку быў непаслядоўным (43% артыкулаў), і толькі ў 34% згадвалася выкарыстанне некалькіх носьбітаў. Гэтыя параметры друку маюць вырашальнае значэнне, паколькі яны ўплываюць на ўласцівасці навучання 3DPAM. Большасць артыкулаў не даюць дастатковай інфармацыі аб складанасцях атрымання 3DPAM (час праектавання, кваліфікацыя персаналу, кошт праграмнага забеспячэння, кошт друку і г.д.). Гэтая інфармацыя мае вырашальнае значэнне і павінна быць улічана перад тым, як пачаць праект па распрацоўцы новага 3DPAM.
Гэты сістэматычны агляд паказвае, што распрацоўка і 3D-друк нармальных анатамічных мадэляў магчымыя з нізкімі выдаткамі, асабліва пры выкарыстанні FDM- або SLA-прынтараў і недарагіх аднакаляровых пластыкавых матэрыялаў. Аднак гэтыя базавыя дызайны можна палепшыць, дадаўшы колер або дызайн з розных матэрыялаў. Больш рэалістычныя мадэлі (надрукаваныя з выкарыстаннем некалькіх матэрыялаў розных колераў і тэкстур для дакладнага ўзнаўлення тактыльных якасцей эталоннай мадэлі трупа) патрабуюць больш дарагіх тэхналогій 3D-друку і больш працяглага часу распрацоўкі. Гэта значна павялічыць агульны кошт. Незалежна ад таго, які працэс друку абраны, выбар адпаведнага метаду візуалізацыі з'яўляецца ключом да поспеху 3DPAM. Чым вышэй прасторавае разрозненне, тым больш рэалістычнай становіцца мадэль і яе можна выкарыстоўваць для перадавых даследаванняў. З педагагічнага пункту гледжання, 3DPAM з'яўляецца эфектыўным інструментам для выкладання анатоміі, пра што сведчаць тэсты на веды, якія праводзяцца сярод студэнтаў, і іх задаволенасць. Навучальны эфект 3DPAM найлепшы, калі ён узнаўляе складаныя анатамічныя вобласці, і студэнты выкарыстоўваюць яго на ранніх этапах медыцынскай падрыхтоўкі.
Наборы дадзеных, створаныя і/або прааналізаваныя ў гэтым даследаванні, не з'яўляюцца публічна даступнымі з-за моўных бар'ераў, але могуць быць даступныя ў адпаведнага аўтара па разумным запыце.
Дрэйк Р.Л., Лоўры Д.Дж., Пруіт К.М. Агляд курсаў па анатоміі, мікраанатоміі, нейрабіялогіі і эмбрыялогіі ў навучальных праграмах медыцынскіх ВНУ ЗША. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Гхош С.К. Рассяканне трупаў як адукацыйны інструмент для анатамічнай навукі ў 21 стагоддзі: Рассяканне як адукацыйны інструмент. Аналіз навуковай адукацыі. 2017;10(3):286–99.
Час публікацыі: 09 красавіка 2024 г.