Modelele anatomice tridimensionale imprimate (3DPAM) par a fi un instrument potrivit datorită valorii lor educaționale și fezabilității. Scopul acestei analize este de a descrie și analiza metodele utilizate pentru crearea 3DPAM pentru predarea anatomiei umane și de a evalua contribuția sa pedagogică.
O căutare electronică în PubMed a fost efectuată folosind următorii termeni: educație, școală, învățare, predare, instruire, predare, educație, tridimensional, 3D, tridimensional, imprimare, imprimare, imprimare, anatomie, anatomie, anatomie și anatomie. Rezultatele au inclus caracteristicile studiului, designul modelului, evaluarea morfologică, performanța educațională, punctele forte și punctele slabe.
Printre cele 68 de articole selectate, cel mai mare număr de studii s-au concentrat pe regiunea craniană (33 de articole); 51 de articole menționează imprimarea osoasă. În 47 de articole, 3DPAM a fost dezvoltat pe baza tomografiei computerizate. Sunt enumerate cinci procese de imprimare. În 48 de studii au fost utilizate materiale plastice și derivatele acestora. Fiecare design are un preț cuprins între 1,25 și 2.800 de dolari. Treizeci și șapte de studii au comparat 3DPAM cu modele de referință. Treizeci și trei de articole au examinat activitățile educaționale. Principalele beneficii sunt calitatea vizuală și tactilă, eficiența învățării, repetabilitatea, personalizarea și agilitatea, economisirea de timp, integrarea anatomiei funcționale, capacități mai bune de rotație mentală, reținerea cunoștințelor și satisfacția profesorilor/studenților. Principalele dezavantaje sunt legate de design: consecvență, lipsa detaliilor sau a transparenței, culori prea strălucitoare, timpi lungi de imprimare și cost ridicat.
Această analiză sistematică arată că tehnologia 3DPAM este rentabilă și eficientă pentru predarea anatomiei. Modelele mai realiste necesită utilizarea unor tehnologii de imprimare 3D mai scumpe și timpi de proiectare mai lungi, ceea ce va crește semnificativ costul total. Cheia este selectarea metodei de imagistică adecvate. Din punct de vedere pedagogic, 3DPAM este un instrument eficient pentru predarea anatomiei, cu un impact pozitiv asupra rezultatelor învățării și a satisfacției. Efectul didactic al 3DPAM este cel mai bun atunci când reproduce regiuni anatomice complexe, iar studenții îl utilizează la începutul formării lor medicale.
Disecția cadavrelor de animale a fost efectuată încă din Grecia antică și este una dintre principalele metode de predare a anatomiei. Disecțiile de cadavre efectuate în timpul instruirii practice sunt utilizate în programa teoretică a studenților universitari de medicină și sunt considerate în prezent standardul de aur pentru studiul anatomiei [1,2,3,4,5]. Cu toate acestea, există numeroase bariere în calea utilizării specimenelor de cadavre umane, ceea ce determină căutarea de noi instrumente de instruire [6, 7]. Printre aceste noi instrumente se numără realitatea augmentată, instrumentele digitale și imprimarea 3D. Conform unei recente analize a literaturii de specialitate realizate de Santos și colab. [8], în ceea ce privește valoarea acestor noi tehnologii pentru predarea anatomiei, imprimarea 3D pare a fi una dintre cele mai importante resurse, atât din punct de vedere educațional pentru studenți, cât și din punct de vedere al fezabilității implementării [4,9,10].
Imprimarea 3D nu este o tehnologie nouă. Primele brevete legate de această tehnologie datează din 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte și JC. André în Franța, iar trei săptămâni mai târziu C. Hull în SUA. De atunci, tehnologia a continuat să evolueze, iar utilizarea sa s-a extins în multe domenii. De exemplu, NASA a imprimat primul obiect din afara Pământului în 2014 [11]. Și domeniul medical a adoptat acest nou instrument, sporind astfel dorința de a dezvolta medicină personalizată [12].
Mulți autori au demonstrat beneficiile utilizării modelelor anatomice imprimate 3D (3DPAM) în educația medicală [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Atunci când se predă anatomia umană, sunt necesare modele non-patologice și anatomic normale. Unele recenzii au examinat modele de instruire patologice sau medicale/chirurgicale [8, 20, 21]. Pentru a dezvolta un model hibrid pentru predarea anatomiei umane care să încorporeze instrumente noi, cum ar fi imprimarea 3D, am efectuat o analiză sistematică pentru a descrie și analiza modul în care obiectele imprimate 3D sunt create pentru predarea anatomiei umane și modul în care studenții evaluează eficacitatea învățării folosind aceste obiecte 3D.
Această analiză sistematică a literaturii de specialitate a fost realizată în iunie 2022, fără restricții de timp, utilizând ghidurile PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses - Elemente de raportare preferate pentru analize sistematice și meta-analize) [22].
Criteriile de includere au fost toate lucrările de cercetare care utilizează 3DPAM în predarea/învățarea anatomiei. Au fost excluse recenziile literaturii de specialitate, scrisorile sau articolele axate pe modele patologice, modele animale, modele arheologice și modele de antrenament medical/chirurgical. Au fost selectate doar articolele publicate în limba engleză. Articolele fără rezumate online disponibile au fost excluse. Au fost incluse articole care includeau mai multe modele, dintre care cel puțin unul era anatomic normal sau prezenta patologii minore care nu afectau valoarea didactică.
O căutare bibliografică a fost efectuată în baza de date electronică PubMed (Biblioteca Națională de Medicină, NCBI) pentru a identifica studiile relevante publicate până în iunie 2022. Folosiți următorii termeni de căutare: educație, școală, predare, predare, învățare, predare, educație, tridimensional, 3D, 3D, imprimare, imprimare, imprimare, anatomie, anatomie și anatomie. A fost executată o singură interogare: (((education[Title/Abstract] OR school[Title/Abstract] ORlearning[Title/Abstract] OR teaching[Title/Abstract] OR training[Title/Abstract] OReach[Title/Abstract] ] OR Education [Title/Abstract]) AND (Three Dimensions [Title] OR 3D [Title] OR 3D [Title])) AND (Print [Title] OR Print [Title] OR Print [Title])) AND (Anatomy) [Title] ]/abstract] sau anatomy [title/abstract] sau anatomy [title/abstract] sau anatomy [title/abstract]). Articole suplimentare au fost identificate prin căutarea manuală în baza de date PubMed și prin analizarea referințelor altor articole științifice. Nu s-au aplicat restricții de dată, dar s-a utilizat filtrul „Persoană”.
Toate titlurile și rezumatele recuperate au fost verificate în funcție de criteriile de includere și excludere de către doi autori (EBR și AL), iar orice studiu care nu îndeplinea toate criteriile de eligibilitate a fost exclus. Publicațiile integrale ale studiilor rămase au fost recuperate și revizuite de trei autori (EBR, EBE și AL). Atunci când a fost necesar, dezacordurile în selecția articolelor au fost rezolvate de o a patra persoană (LT). Publicațiile care au îndeplinit toate criteriile de includere au fost incluse în această recenzie.
Extragerea datelor a fost efectuată independent de către doi autori (EBR și AL) sub supravegherea unui al treilea autor (LT).
- Date de proiectare a modelului: regiuni anatomice, părți anatomice specifice, model inițial pentru imprimare 3D, metodă de achiziție, software de segmentare și modelare, tipul imprimantei 3D, tipul și cantitatea materialului, scara de imprimare, culoarea, costul imprimării.
- Evaluarea morfologică a modelelor: modele utilizate pentru comparație, evaluarea medicală a experților/profesorilor, numărul de evaluatori, tipul de evaluare.
- Model 3D didactic: evaluarea cunoștințelor studenților, metoda de evaluare, numărul de studenți, numărul de grupuri de comparație, randomizarea studenților, educația/tipul de student.
În MEDLINE au fost identificate 418 studii, iar 139 de articole au fost excluse prin filtrul „uman”. După analizarea titlurilor și rezumatelor, 103 studii au fost selectate pentru citire integrală. 34 de articole au fost excluse deoarece erau fie modele patologice (9 articole), modele de antrenament medical/chirurgical (4 articole), modele animale (4 articole), modele radiologice 3D (1 articol), fie nu erau articole științifice originale (16 capitole). Un total de 68 de articole au fost incluse în analiză. Figura 1 prezintă procesul de selecție sub formă de diagramă logică.
Diagramă de flux care rezumă identificarea, selecția și includerea articolelor în această analiză sistematică
Toate studiile au fost publicate între 2014 și 2022, cu un an mediu de publicare de 2019. Dintre cele 68 de articole incluse, 33 (49%) studii au fost descriptive și experimentale, 17 (25%) au fost pur experimentale, iar 18 (26%) au fost experimentale. Pur descriptive. Dintre cele 50 (73%) studii experimentale, 21 (31%) au utilizat randomizarea. Doar 34 de studii (50%) au inclus analize statistice. Tabelul 1 prezintă un rezumat al caracteristicilor fiecărui studiu.
33 de articole (48%) au examinat regiunea capului, 19 articole (28%) au examinat regiunea toracică, 17 articole (25%) au examinat regiunea abdominopelvină, iar 15 articole (22%) au examinat extremitățile. Cincizeci și unu de articole (75%) au menționat oasele imprimate 3D ca modele anatomice sau modele anatomice multi-slice.
În ceea ce privește modelele sau fișierele sursă utilizate pentru dezvoltarea 3DPAM, 23 de articole (34%) au menționat utilizarea datelor pacienților, 20 de articole (29%) au menționat utilizarea datelor cadaverice, iar 17 articole (25%) au menționat utilizarea bazelor de date. Au fost utilizate modele sau fișiere sursă, iar 7 studii (10%) nu au dezvăluit sursa documentelor utilizate.
47 de studii (69%) au dezvoltat 3DPAM pe baza tomografiei computerizate, iar 3 studii (4%) au raportat utilizarea microCT. 7 articole (10%) au proiectat obiecte 3D folosind scanere optice, 4 articole (6%) folosind RMN, iar 1 articol (1%) folosind camere și microscoape. 14 articole (21%) nu au menționat sursa fișierelor sursă de proiectare a modelului 3D. Fișierele 3D sunt create cu o rezoluție spațială medie mai mică de 0,5 mm. Rezoluția optimă este de 30 μm [80], iar rezoluția maximă este de 1,5 mm [32].
Au fost utilizate șaizeci de aplicații software diferite (de segmentare, modelare, design sau imprimare). Cel mai des s-a folosit Mimics (Materialise, Leuven, Belgia) (14 studii, 21%), urmat de MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 studii, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 studii, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 studii, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Olanda) (8 studii, 12%) și CURA (Geldemarsen, Olanda) (7 studii, 10%).
Sunt menționate șaizeci și șapte de modele diferite de imprimante și cinci procese de imprimare. Tehnologia FDM (Fused Deposition Modeling - Modelare prin Depunere Topită) a fost utilizată în 26 de produse (38%), sablare cu material în 13 produse (19%) și, în final, sablare cu lianți (11 produse, 16%). Cele mai puțin utilizate tehnologii sunt stereolitografia (SLA) (5 articole, 7%) și sinterizarea selectivă cu laser (SLS) (4 articole, 6%). Imprimanta cea mai frecvent utilizată (7 articole, 10%) este Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
La specificarea materialelor utilizate pentru fabricarea 3DPAM (51 de articole, 75%), 48 de studii (71%) au utilizat materiale plastice și derivatele acestora. Principalele materiale utilizate au fost PLA (acid polilactic) (n = 20, 29%), rășină (n = 9, 13%) și ABS (acrilonitril butadien stiren) (7 tipuri, 10%). 23 de articole (34%) au examinat 3DPAM fabricat din mai multe materiale, 36 de articole (53%) au prezentat 3DPAM fabricat dintr-un singur material, iar 9 articole (13%) nu au specificat un material.
Douăzeci și nouă de articole (43%) au raportat rapoarte de imprimare cuprinse între 0,25:1 și 2:1, cu o medie de 1:1. Douăzeci și cinci de articole (37%) au utilizat un raport de 1:1. 28 de 3DPAM-uri (41%) au fost alcătuite din mai multe culori, iar 9 (13%) au fost vopsite după imprimare [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Treizeci și patru de articole (50%) au menționat costurile. 9 articole (13%) au menționat costul imprimantelor 3D și al materiilor prime. Prețurile imprimantelor variază între 302 și 65.000 de dolari. Atunci când sunt specificate, prețurile modelelor variază între 1,25 și 2.800 de dolari; aceste extreme corespund specimenelor scheletice [47] și modelelor retroperitoneale de înaltă fidelitate [48]. Tabelul 2 prezintă un rezumat al datelor modelului pentru fiecare studiu inclus.
Treizeci și șapte de studii (54%) au comparat modelul 3DAPM cu un model de referință. Dintre aceste studii, cel mai comun comparator a fost un model anatomic de referință, utilizat în 14 articole (38%), preparate plastinate în 6 articole (16%), preparate plastinate în 6 articole (16%). Utilizarea realității virtuale, a imagisticii prin tomografie computerizată, un 3DPAM în 5 articole (14%), un alt 3DPAM în 3 articole (8%), jocuri serioase într-un articol (3%), radiografii într-un articol (3%), modele de afaceri într-un articol (3%) și realitate augmentată într-un articol (3%). Treizeci și patru (50%) de studii au evaluat 3DPAM. Cincisprezece (48%) studii au descris în detaliu experiențele evaluatorilor (Tabelul 3). 3DPAM a fost efectuată de chirurgi sau medici curanți în 7 studii (47%), specialiști în anatomie în 6 studii (40%), studenți în 3 studii (20%), profesori (disciplină nespecificată) în 3 studii (20%) pentru evaluare și încă un evaluator în articol (7%). Numărul mediu de evaluatori este de 14 (minim 2, maxim 30). Treizeci și trei de studii (49%) au evaluat morfologia 3DPAM calitativ, iar 10 studii (15%) au evaluat morfologia 3DPAM cantitativ. Dintre cele 33 de studii care au utilizat evaluări calitative, 16 au utilizat evaluări pur descriptive (48%), 9 au utilizat teste/evaluări/chestionare (27%), iar 8 au utilizat scale Likert (24%). Tabelul 3 rezumă evaluările morfologice ale modelelor din fiecare studiu inclus.
Treizeci și trei (48%) de articole au examinat și comparat eficacitatea predării 3DPAM studenților. Dintre aceste studii, 23 (70%) de articole au evaluat satisfacția studenților, 17 (51%) au utilizat scale Likert, iar 6 (18%) au utilizat alte metode. Douăzeci și două de articole (67%) au evaluat învățarea studenților prin testarea cunoștințelor, dintre care 10 (30%) au utilizat preteste și/sau postteste. Unsprezece studii (33%) au utilizat întrebări cu variante multiple de răspuns și teste pentru a evalua cunoștințele studenților, iar cinci studii (15%) au utilizat etichetarea imaginilor/identificarea anatomică. O medie de 76 de studenți a participat la fiecare studiu (minim 8, maxim 319). Douăzeci și patru de studii (72%) au avut un grup de control, dintre care 20 (60%) au utilizat randomizarea. În schimb, un studiu (3%) a atribuit aleatoriu modele anatomice la 10 studenți diferiți. În medie, au fost comparate 2,6 grupuri (minim 2, maxim 10). Douăzeci și trei de studii (70%) au implicat studenți la medicină, dintre care 14 (42%) au fost studenți în primul an la medicină. Șase (18%) studii au implicat rezidenți, 4 (12%) studenți la stomatologie și 3 (9%) studenți la științe. Șase studii (18%) au implementat și evaluat învățarea autonomă folosind 3DPAM. Tabelul 4 prezintă un rezumat al rezultatelor evaluării eficacității predării prin 3DPAM pentru fiecare studiu inclus.
Principalele avantaje raportate de autori pentru utilizarea 3DPAM ca instrument didactic pentru anatomia umană normală sunt caracteristicile vizuale și tactile, inclusiv realismul [55, 67], precizia [44, 50, 72, 85] și variabilitatea consistenței [34, 45]. , 48, 64], culoare și transparență [28, 45], durabilitate [24, 56, 73], efect educațional [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], cost [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproductibilitate [80], posibilitatea de îmbunătățire sau personalizare [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], capacitatea de a manipula elevii [30, 49], economisirea timpului de predare [61, 80], ușurința depozitării [61], capacitatea de a integra anatomia funcțională sau de a crea structuri specifice [51, 53], 67], proiectarea rapidă a structurilor scheletice modele [81], capacitatea de a co-crea modele și de a le lua acasă [49, 60, 71], îmbunătățirea abilităților de rotație mentală [23] și reținerea cunoștințelor [32], precum și asupra satisfacției profesorului [25, 63] și a elevilor [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Principalele dezavantaje sunt legate de design: rigiditate [80], consistență [28, 62], lipsa detaliilor sau a transparenței [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], culori prea strălucitoare [45] și fragilitatea podelei [71]. Alte dezavantaje includ pierderea de informații [30, 76], timpul lung necesar pentru segmentarea imaginii [36, 52, 57, 58, 74], timpul de imprimare [57, 63, 66, 67], lipsa variabilității anatomice [25] și costul ridicat [48].
Această analiză sistematică sintetizează 68 de articole publicate pe parcursul a 9 ani și evidențiază interesul comunității științifice pentru 3DPAM ca instrument pentru predarea anatomiei umane normale. Fiecare regiune anatomică a fost studiată și imprimată 3D. Dintre aceste articole, 37 au comparat 3DPAM cu alte modele, iar 33 au evaluat relevanța pedagogică a 3DPAM pentru studenți.
Având în vedere diferențele în designul studiilor anatomice de imprimare 3D, nu am considerat oportună efectuarea unei meta-analize. O meta-analiză publicată în 2020 s-a concentrat în principal pe testele de cunoștințe anatomice după antrenament, fără a analiza aspectele tehnice și tehnologice ale proiectării și producției de 3DPAM [10].
Regiunea capului este cea mai studiată, probabil deoarece complexitatea anatomiei sale face mai dificilă pentru studenți reprezentarea acestei regiuni anatomice în spațiul tridimensional în comparație cu membrele sau trunchiul. Tomografia computerizată (CT) este de departe cea mai frecvent utilizată modalitate de imagistică. Această tehnică este utilizată pe scară largă, în special în mediile medicale, dar are o rezoluție spațială limitată și un contrast scăzut al țesuturilor moi. Aceste limitări fac ca scanările CT să nu fie potrivite pentru segmentarea și modelarea sistemului nervos. Pe de altă parte, tomografia computerizată este mai potrivită pentru segmentarea/modelarea țesutului osos; Contrastul os/țesut moale ajută la finalizarea acestor etape înainte de imprimarea 3D a modelelor anatomice. Pe de altă parte, microCT este considerată tehnologia de referință în ceea ce privește rezoluția spațială în imagistica osoasă [70]. Scanerele optice sau RMN-ul pot fi, de asemenea, utilizate pentru obținerea de imagini. Rezoluția mai mare previne netezirea suprafețelor osoase și păstrează subtilitatea structurilor anatomice [59]. Alegerea modelului afectează, de asemenea, rezoluția spațială: de exemplu, modelele de plastifiere au o rezoluție mai mică [45]. Designerii grafici trebuie să creeze modele 3D personalizate, ceea ce crește costurile (25 până la 150 USD pe oră) [43]. Obținerea de fișiere .STL de înaltă calitate nu este suficientă pentru a crea modele anatomice de înaltă calitate. Este necesar să se determine parametrii de imprimare, cum ar fi orientarea modelului anatomic pe placa de imprimare [29]. Unii autori sugerează că tehnologiile avansate de imprimare, cum ar fi SLS, ar trebui utilizate ori de câte ori este posibil pentru a îmbunătăți precizia 3DPAM [38]. Producția de 3DPAM necesită asistență profesională; cei mai căutați specialiști sunt inginerii [72], radiologii [75], designerii grafici [43] și anatomiștii [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Software-ul de segmentare și modelare sunt factori importanți în obținerea unor modele anatomice precise, însă costul acestor pachete software și complexitatea lor împiedică utilizarea lor. Mai multe studii au comparat utilizarea diferitelor pachete software și tehnologii de imprimare, evidențiind avantajele și dezavantajele fiecărei tehnologii [68]. Pe lângă software-ul de modelare, este necesar și un software de imprimare compatibil cu imprimanta selectată; unii autori preferă să utilizeze imprimarea 3D online [75]. Dacă sunt imprimate suficiente obiecte 3D, investiția poate duce la randamente financiare [72].
Plasticul este de departe cel mai frecvent utilizat material. Gama sa largă de texturi și culori îl face materialul preferat pentru 3DPAM. Unii autori au lăudat rezistența sa ridicată în comparație cu modelele tradiționale cadaverice sau plastinate [24, 56, 73]. Unele materiale plastice au chiar și proprietăți de îndoire sau întindere. De exemplu, Filaflex cu tehnologia FDM se poate întinde până la 700%. Unii autori îl consideră materialul preferat pentru replicarea mușchilor, tendoanelor și ligamentelor [63]. Pe de altă parte, două studii au ridicat întrebări cu privire la orientarea fibrelor în timpul imprimării. De fapt, orientarea, inserția, inervația și funcția fibrelor musculare sunt esențiale în modelarea musculară [33].
În mod surprinzător, puține studii menționează scara imprimării. Întrucât mulți oameni consideră raportul 1:1 ca fiind standard, este posibil ca autorul să fi ales să nu îl menționeze. Deși scalarea ar fi utilă pentru învățarea dirijată în grupuri mari, fezabilitatea scalării nu a fost încă explorată, mai ales având în vedere creșterea dimensiunilor claselor și importanța dimensiunii fizice a modelului. Desigur, scalele de dimensiuni normale facilitează localizarea și comunicarea diferitelor elemente anatomice pacientului, ceea ce ar putea explica de ce sunt adesea utilizate.
Dintre numeroasele imprimante disponibile pe piață, cele care utilizează tehnologia PolyJet (material sau binder cu jet de cerneală) pentru a oferi imprimare color și multi-strat (și, prin urmare, multi-textură) de înaltă definiție costă între 20.000 și 250.000 USD (https://www.aniwaa.com/). Acest cost ridicat poate limita promovarea 3DPAM în facultățile de medicină. Pe lângă costul imprimantei, costul materialelor necesare pentru imprimarea cu jet de cerneală este mai mare decât pentru imprimantele SLA sau FDM [68]. Prețurile pentru imprimantele SLA sau FDM sunt, de asemenea, mai accesibile, variind între 576 EUR și 4.999 EUR în articolele enumerate în această recenzie. Potrivit lui Tripodi și colegilor săi, fiecare parte scheletică poate fi imprimată pentru 1,25 USD [47]. Unsprezece studii au concluzionat că imprimarea 3D este mai ieftină decât plastifierea sau modelele comerciale [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Mai mult, aceste modele comerciale sunt concepute pentru a oferi informații pacientului fără suficiente detalii pentru predarea anatomiei [80]. Aceste modele comerciale sunt considerate inferioare 3DPAM-urilor [44]. Este demn de remarcat faptul că, pe lângă tehnologia de imprimare utilizată, costul final este proporțional cu scara și, prin urmare, cu dimensiunea finală a 3DPAM-ului [48]. Din aceste motive, se preferă scara completă [37].
Un singur studiu a comparat 3DPAM cu modele anatomice disponibile comercial [72]. Probele cadaverice sunt cel mai frecvent utilizat comparator pentru 3DPAM. În ciuda limitărilor lor, modelele cadaverice rămân un instrument valoros pentru predarea anatomiei. Trebuie făcută o distincție între autopsie, disecție și os uscat. Pe baza testelor de antrenament, două studii au arătat că 3DPAM a fost semnificativ mai eficient decât disecția plastinată [16, 27]. Un studiu a comparat o oră de antrenament folosind 3DPAM (extremitate inferioară) cu o oră de disecție a aceleiași regiuni anatomice [78]. Nu au existat diferențe semnificative între cele două metode de predare. Este probabil să existe puține cercetări pe această temă, deoarece astfel de comparații sunt dificil de făcut. Disecția este o pregătire care consumă mult timp pentru studenți. Uneori sunt necesare zeci de ore de pregătire, în funcție de ceea ce se pregătește. O a treia comparație poate fi făcută cu oase uscate. Un studiu realizat de Tsai și Smith a constatat că scorurile testelor au fost semnificativ mai bune în grupul care a folosit 3DPAM [51, 63]. Chen și colegii săi au observat că studenții care au utilizat modele 3D au avut performanțe mai bune la identificarea structurilor (cranii), dar nu au existat diferențe în scorurile MCQ [69]. În cele din urmă, Tanner și colegii săi au demonstrat rezultate post-test mai bune în acest grup folosind 3DPAM al fosei pterigopalatine [46]. Alte instrumente didactice noi au fost identificate în această analiză a literaturii de specialitate. Cele mai frecvente dintre acestea sunt realitatea augmentată, realitatea virtuală și jocurile serioase [43]. Potrivit lui Mahrous și colegilor săi, preferința pentru modelele anatomice depinde de numărul de ore pe care studenții le joacă jocuri video [31]. Pe de altă parte, un dezavantaj major al noilor instrumente didactice de anatomie este feedback-ul haptic, în special pentru instrumentele pur virtuale [48].
Majoritatea studiilor care evaluează noul 3DPAM au utilizat pre-teste de evaluare a cunoștințelor. Aceste pre-teste ajută la evitarea erorilor de evaluare. Unii autori, înainte de a efectua studii experimentale, exclud toți studenții care au obținut scoruri peste medie la testul preliminar [40]. Printre erorile menționate de Garas și colegii săi s-au numărat culoarea modelului și selecția voluntarilor din clasa de studenți [61]. Colorarea facilitează identificarea structurilor anatomice. Chen și colegii săi au stabilit condiții experimentale stricte, fără diferențe inițiale între grupuri, iar studiul a fost orb în cea mai mare măsură posibilă [69]. Lim și colegii săi recomandă ca evaluarea post-test să fie efectuată de o terță parte pentru a evita erorile de evaluare [16]. Unele studii au utilizat scale Likert pentru a evalua fezabilitatea 3DPAM. Acest instrument este potrivit pentru evaluarea satisfacției, dar există încă erori importante de care trebuie să fim conștienți [86].
Relevanța educațională a 3DPAM a fost evaluată în principal în rândul studenților la medicină, inclusiv în primul an de medicină, în 14 din 33 de studii. În studiul lor pilot, Wilk și colegii săi au raportat că studenții la medicină credeau că imprimarea 3D ar trebui inclusă în învățarea anatomiei [87]. 87% dintre studenții chestionați în studiul Cercenelli credeau că al doilea an de studiu era cel mai bun moment pentru a utiliza 3DPAM [84]. Rezultatele lui Tanner și colegii săi au arătat, de asemenea, că studenții au avut rezultate mai bune dacă nu studiaseră niciodată domeniul [46]. Aceste date sugerează că primul an de facultate de medicină este momentul optim pentru a încorpora 3DPAM în predarea anatomiei. Meta-analiza lui Ye a susținut această idee [18]. În cele 27 de articole incluse în studiu, au existat diferențe semnificative în scorurile testelor între 3DPAM și modelele tradiționale pentru studenții la medicină, dar nu și pentru rezidenți.
3DPAM ca instrument de învățare îmbunătățește performanța academică [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], reținerea cunoștințelor pe termen lung [32] și satisfacția studenților [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66], 69, 84]. Grupuri de experți au considerat, de asemenea, aceste modele utile [37, 42, 49, 81, 82], iar două studii au constatat satisfacția profesorilor față de 3DPAM [25, 63]. Dintre toate sursele, Backhouse și colegii săi consideră imprimarea 3D cea mai bună alternativă la modelele anatomice tradiționale [49]. În prima lor meta-analiză, Ye și colegii săi au confirmat că studenții care au primit instrucțiuni 3DPAM au avut scoruri post-test mai bune decât studenții care au primit instrucțiuni 2D sau pe cadavre [10]. Cu toate acestea, au diferențiat 3DPAM nu prin complexitate, ci pur și simplu prin inimă, sistem nervos și cavitate abdominală. În șapte studii, 3DPAM nu a depășit alte modele bazate pe teste de cunoștințe administrate studenților [32, 66, 69, 77, 78, 84]. În meta-analiza lor, Salazar și colegii săi au concluzionat că utilizarea 3DPAM îmbunătățește în mod specific înțelegerea anatomiei complexe [17]. Acest concept este în concordanță cu scrisoarea lui Hitas către editor [88]. Unele zone anatomice considerate mai puțin complexe nu necesită utilizarea 3DPAM, în timp ce zone anatomice mai complexe (cum ar fi gâtul sau sistemul nervos) ar fi o alegere logică pentru 3DPAM. Acest concept ar putea explica de ce unele 3DPAM nu sunt considerate superioare modelelor tradiționale, în special atunci când studenții nu au cunoștințe în domeniul în care performanța modelului se dovedește a fi superioară. Prin urmare, prezentarea unui model simplu studenților care au deja unele cunoștințe despre subiect (studenți la medicină sau rezidenți) nu este utilă în îmbunătățirea performanței studenților.
Dintre toate beneficiile educaționale enumerate, 11 studii au subliniat calitățile vizuale sau tactile ale modelelor [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], iar 3 studii au îmbunătățit rezistența și durabilitatea (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Alte avantaje sunt că elevii pot manipula structurile, profesorii pot economisi timp, sunt mai ușor de conservat decât cadavrele, proiectul poate fi finalizat în 24 de ore, poate fi folosit ca instrument de școlarizare la domiciliu și poate fi folosit pentru a preda cantități mari de informații în grupuri [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Imprimarea 3D repetată pentru predarea anatomiei în volum mare face ca imprimarea 3D a modelelor să fie mai rentabilă [26]. Utilizarea 3DPAM poate îmbunătăți capacitățile de rotație mentală [23] și interpretarea imaginilor transversale [23, 32]. Două studii au descoperit că studenții expuși la 3DPAM au fost mai predispuși să fie supuși unei intervenții chirurgicale [40, 74]. Conectorii metalici pot fi încorporați pentru a crea mișcarea necesară studierii anatomiei funcționale [51, 53] sau modelele pot fi imprimate folosind modele de declanșatoare [67].
Imprimarea 3D permite crearea de modele anatomice ajustabile prin îmbunătățirea anumitor aspecte în timpul etapei de modelare [48, 80], creând o bază adecvată [59], combinând mai multe modele [36], utilizând transparența, (49) culoarea [45] sau făcând anumite structuri interne vizibile [30]. Tripodi și colegii săi au folosit argilă de sculptat pentru a completa modelele lor osoase imprimate 3D, subliniind valoarea modelelor co-create ca instrumente didactice [47]. În 9 studii, culoarea a fost aplicată după imprimare [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], dar studenții au aplicat-o o singură dată [49]. Din păcate, studiul nu a evaluat calitatea instruirii modelului sau secvența instruirii. Acest lucru ar trebui luat în considerare în contextul educației în anatomie, deoarece beneficiile învățării mixte și ale co-creării sunt bine stabilite [89]. Pentru a face față creșterii activității publicitare, auto-învățarea a fost utilizată de multe ori pentru a evalua modele [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Un studiu a concluzionat că materialul plastic era prea strălucitor [45], un alt studiu a concluzionat că modelul era prea fragil [71], iar alte două studii au indicat o lipsă de variabilitate anatomică în designul modelelor individuale [25, 45]. Șapte studii au concluzionat că detaliile anatomice ale 3DPAM sunt insuficiente [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Pentru modele anatomice mai detaliate ale unor regiuni mari și complexe, cum ar fi retroperitoneul sau coloana cervicală, timpul de segmentare și modelare este considerat foarte lung, iar costul este foarte ridicat (aproximativ 2000 USD) [27, 48]. Hojo și colegii săi au afirmat în studiul lor că a fost nevoie de 40 de ore pentru a crea modelul anatomic al pelvisului [42]. Cel mai lung timp de segmentare a fost de 380 de ore într-un studiu realizat de Weatherall și colegii săi, în care mai multe modele au fost combinate pentru a crea un model complet al căilor respiratorii pediatrice [36]. În nouă studii, segmentarea și timpul de imprimare au fost considerate dezavantaje [36, 42, 57, 58, 74]. Cu toate acestea, 12 studii au criticat proprietățile fizice ale modelelor lor, în special consistența lor [28, 62], lipsa de transparență [30], fragilitatea și monocromaticitatea [71], lipsa țesuturilor moi [66] sau lipsa detaliilor [28, 34], 45, 48, 62, 63, 81]. Aceste dezavantaje pot fi depășite prin creșterea timpului de segmentare sau de simulare. Pierderea și recuperarea informațiilor relevante a fost o problemă cu care s-au confruntat trei echipe [30, 74, 77]. Conform rapoartelor pacienților, agenții de contrast iodată nu au oferit o vizibilitate vasculară optimă din cauza limitărilor dozei [74]. Injectarea unui model cadaveric pare a fi o metodă ideală care se îndepărtează de principiul „cât mai puțin posibil” și de limitările dozei de agent de contrast injectat.
Din păcate, multe articole nu menționează unele caracteristici cheie ale 3DPAM. Mai puțin de jumătate dintre articole au menționat explicit dacă 3DPAM-ul lor era colorat. Acoperirea domeniului de aplicare al tipăririi a fost inconsistentă (43% din articole), iar doar 34% au menționat utilizarea mai multor medii. Acești parametri de imprimare sunt critici deoarece influențează proprietățile de învățare ale 3DPAM. Majoritatea articolelor nu oferă suficiente informații despre complexitatea obținerii 3DPAM (timpul de proiectare, calificările personalului, costurile software-ului, costurile de imprimare etc.). Aceste informații sunt critice și ar trebui luate în considerare înainte de a lua în considerare începerea unui proiect de dezvoltare a unui nou 3DPAM.
Această analiză sistematică arată că proiectarea și imprimarea 3D a modelelor anatomice normale este fezabilă la un cost redus, în special atunci când se utilizează imprimante FDM sau SLA și materiale plastice ieftine, cu o singură culoare. Cu toate acestea, aceste modele de bază pot fi îmbunătățite prin adăugarea de culoare sau prin adăugarea de modele din diferite materiale. Modelele mai realiste (imprimate folosind mai multe materiale de culori și texturi diferite pentru a reproduce îndeaproape calitățile tactile ale unui model de referință de cadavru) necesită tehnologii de imprimare 3D mai scumpe și timpi de proiectare mai lungi. Acest lucru va crește semnificativ costul total. Indiferent de procesul de imprimare ales, alegerea metodei de imagistică adecvate este esențială pentru succesul 3DPAM. Cu cât rezoluția spațială este mai mare, cu atât modelul devine mai realist și poate fi utilizat pentru cercetări avansate. Din punct de vedere pedagogic, 3DPAM este un instrument eficient pentru predarea anatomiei, după cum o demonstrează testele de cunoștințe administrate studenților și satisfacția acestora. Efectul didactic al 3DPAM este cel mai bun atunci când reproduce regiuni anatomice complexe, iar studenții îl utilizează la începutul formării lor medicale.
Seturile de date generate și/sau analizate în studiul actual nu sunt disponibile publicului din cauza barierelor lingvistice, dar sunt disponibile de la autorul corespondent la cerere rezonabilă.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. O trecere în revistă a cursurilor de anatomie macroscopică, microanatomie, neurobiologie și embriologie din programa școlară a facultăților de medicină din SUA. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Disecția de cadavre ca instrument educațional pentru știința anatomică în secolul XXI: Disecția ca instrument educațional. Analiza educației științifice. 2017;10(3):286–99.
Data publicării: 09 aprilie 2024