הדפסת תלת מימד ככלי הוראה לאנטומיה אנושית רגילה: סקירה שיטתית | חינוך רפואי BMC

נראה כי מודלים אנטומיים מודפסים תלת מימדיים (3DPAMs) הם כלי מתאים בגלל הערך החינוכי שלהם וכדאיותם. מטרת סקירה זו היא לתאר ולנתח את השיטות המשמשות ליצירת 3DPAM להוראת האנטומיה האנושית ולהעריך את תרומתה הפדגוגית.
חיפוש אלקטרוני נערך ב- PubMed באמצעות המונחים הבאים: חינוך, בית ספר, למידה, הוראה, הכשרה, הוראה, חינוך, תלת ממדי, תלת מימד, תלת ממדי, הדפסה, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה ואנטומיה ו ו הממצאים כללו מאפייני לימוד, תכנון מודלים, הערכה מורפולוגית, ביצועים חינוכיים, חוזקות וחולשות.
מבין 68 המאמרים שנבחרו, המספר הגדול ביותר של המחקרים התמקד באזור הגולגולת (33 מאמרים); 51 מאמרים מזכירים הדפסת עצם. ב 47 מאמרים פותחה 3DPAM על בסיס טומוגרפיה ממוחשבת. חמישה תהליכי הדפסה מופיעים. פלסטיקה ונגזרותיהם שימשו ב -48 מחקרים. כל עיצוב נע בין 1.25 $ ל -2,800 דולר. שלושים ושבעה מחקרים השוו בין 3DPAM עם מודלים של התייחסות. שלושים ושלושה מאמרים בדקו פעילויות חינוכיות. היתרונות העיקריים הם איכות חזותית ומישושית, יעילות למידה, יכולת החזרה, יכולת ההתאמה האישית והזריזות, חיסכון בזמן, שילוב של אנטומיה פונקציונלית, יכולות סיבוב נפשיות טובות יותר, שמירת ידע ושביעות רצון של מורים/תלמידים. החסרונות העיקריים קשורים לעיצוב: עקביות, חוסר פירוט או שקיפות, צבעים בהירים מדי, זמני הדפסה ארוכים ועלות גבוהה.
סקירה שיטתית זו מראה כי 3DPAM הוא חסכוני ויעיל להוראת אנטומיה. מודלים מציאותיים יותר דורשים שימוש בטכנולוגיות הדפסת תלת מימד יקרות יותר וזמני תכנון ארוכים יותר, אשר יגדילו משמעותית את העלות הכוללת. המפתח הוא לבחור את שיטת ההדמיה המתאימה. מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, עם השפעה חיובית על תוצאות הלמידה וסיפוק. השפעת ההוראה של 3DPAM היא הטובה ביותר כאשר היא משחזרת אזורים אנטומיים מורכבים והתלמידים משתמשים בזה בשלב מוקדם של הכשרה הרפואית.
ניתוק גוויות בעלי חיים בוצע מאז יוון העתיקה והיא אחת השיטות העיקריות להוראת האנטומיה. דיסקציות קדאריות שבוצעו במהלך הכשרה מעשית משמשות בתכנית הלימודים התיאורטית של סטודנטים לרפואה באוניברסיטה ונחשבים כיום לתקן הזהב לחקר האנטומיה [1,2,3,4,5]. עם זאת, ישנם חסמים רבים לשימוש בדגימות קדאריות אנושיות, מה שמניע את החיפוש אחר כלי אימונים חדשים [6, 7]. חלק מהכלים החדשים הללו כוללים מציאות מוגברת, כלים דיגיטליים והדפסת תלת מימד. על פי סקירת ספרות שנערכה לאחרונה על ידי Santos et al. [8] מבחינת הערך של טכנולוגיות חדשות אלה להוראת אנטומיה, נראה כי הדפסת תלת מימד היא אחד המשאבים החשובים ביותר, הן מבחינת הערך החינוכי עבור התלמידים והן מבחינת כדאיות היישום [4,9,10] ו
הדפסת תלת מימד אינה חדשה. הפטנטים הראשונים שקשורים לטכנולוגיה זו מתוארכים לשנת 1984: A Le Méhauté, O de Witte ו- JC André בצרפת, ושלושה שבועות לאחר מכן C Hull בארצות הברית. מאז המשיכה הטכנולוגיה להתפתח והשימוש בה התרחב לתחומים רבים. לדוגמה, נאס"א הדפיסה את האובייקט הראשון שמעבר לכדור הארץ בשנת 2014 [11]. התחום הרפואי אימץ גם את הכלי החדש הזה, ובכך מגביר את הרצון לפתח רפואה מותאמת אישית [12].
מחברים רבים הדגימו את היתרונות של שימוש במודלים אנטומיים מודפסים תלת -ממדיים (3DPAM) בחינוך רפואי [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. כאשר מלמדים אנטומיה אנושית, יש צורך במודלים לא פתולוגיים ונורמליים אנטומיים. ביקורות מסוימות בדקו מודלים של אימונים פתולוגיים או רפואיים/כירורגיים [8, 20, 21]. כדי לפתח מודל היברידי להוראת אנטומיה אנושית המשלבת כלים חדשים כמו הדפסת תלת מימד, ערכנו סקירה שיטתית כדי לתאר ולנתח כיצד נוצרים אובייקטים מודפסים תלת -ממדיים להוראת אנטומיה אנושית וכיצד התלמידים מעריכים את היעילות של הלמידה באמצעות אובייקטים תלת -ממדיים אלה.
סקירת ספרות שיטתית זו נערכה ביוני 2022 באמצעות PRISMA (פריטי דיווח מועדפים לביקורות שיטתיות ומטא-אנליזות) הנחיות ללא הגבלות זמן [22].
קריטריוני ההכללה היו כולם מאמרי מחקר המשתמשים בתלת מימד בהוראה/למידה באנטומיה. לא נכללו ביקורות, מכתבים או מאמרים המתמקדים במודלים פתולוגיים, מודלים של בעלי חיים, מודלים ארכיאולוגיים ומודלים של אימונים רפואיים/כירורגיים. רק מאמרים שפורסמו באנגלית נבחרו. לא נכללו מאמרים ללא תקצירים מקוונים זמינים. נכללו מאמרים שכללו דגמים מרובים, שלפחות אחד מהם נורמלי אנטומי או שהיו פתולוגיה קלה שלא השפיעו על ערך ההוראה.
חיפוש ספרות נערך במסד הנתונים האלקטרוני PubMed (הספרייה הלאומית לרפואה, NCBI) כדי לזהות מחקרים רלוונטיים שפורסמו עד יוני 2022. השתמש במונחי החיפוש הבאים: חינוך, בית ספר, הוראה, לימוד, לימוד, הוראה, חינוך, שלוש- ממדי, תלת מימד, תלת מימד, הדפסה, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה ואנטומיה. שאילתה בודדת בוצעה: (((חינוך [כותרת/תקציר] או בית ספר [כותרת/תקציר] orlearning [כותרת/תקציר] או הוראה [כותרת/תקציר] או הכשרה [כותרת/תקציר] Oreach [כותרת/תקציר]] או חינוך [כותרת/תקציר]) ו- (שלוש ממדים [כותרת] או תלת מימד [כותרת] או תלת מימד [כותרת])) ו- (הדפס [כותרת] או הדפס [כותרת] או הדפס [כותרת])) ו- (אנטומיה) [כותרת ]]/תקציר] או אנטומיה [כותרת/תקציר] או אנטומיה [כותרת/תקציר] או אנטומיה [כותרת/תקציר]). מאמרים נוספים זוהו על ידי חיפוש ידני במסד הנתונים של PubMed ובדיקת הפניות של מאמרים מדעיים אחרים. לא הוחל מגבלות תאריך, אך נעשה שימוש במסנן "האדם".
כל הכותרות והתקצירים שאוחזרו הוקרנו כנגד קריטריוני הכללה והדרה על ידי שני מחברים (EBR ו- AL), וכל מחקר שלא עמד בכל קריטריוני הזכאות לא נכלל. פרסומי טקסט מלא של שאר המחקרים הוחזרו ונבדקו על ידי שלושה מחברים (EBR, EBE ו- AL). במידת הצורך, חילוקי דעות בבחירת המאמרים נפתרו על ידי אדם רביעי (LT). פרסומים שעמדו בקריטריוני הכללה של כל ההכללה נכללו בסקירה זו.
מיצוי נתונים בוצע באופן עצמאי על ידי שני מחברים (EBR ו- AL) תחת פיקוחו של מחבר שלישי (LT).
- נתוני תכנון מודל: אזורים אנטומיים, חלקים אנטומיים ספציפיים, מודל ראשוני להדפסת תלת מימד, שיטת רכישה, תוכנת פילוח ומודלים, סוג מדפסת תלת מימד, סוג חומר וכמות, סולם הדפסה, צבע, עלות הדפסה.
- הערכה מורפולוגית של מודלים: מודלים המשמשים להשוואה, הערכה רפואית של מומחים/מורים, מספר המעריכים, סוג ההערכה.
- הוראה מודל תלת מימד: הערכת ידע של התלמידים, שיטת הערכה, מספר התלמידים, מספר קבוצות השוואה, אקראיות של סטודנטים, חינוך/סוג התלמיד.
418 מחקרים זוהו ב- Medline, ו -139 מאמרים הוחרגו על ידי המסנן "האנושי". לאחר סקירת כותרות ותקצירים, 103 מחקרים נבחרו לקריאה בטקסט מלא. 34 מאמרים הוחרגו מכיוון שהם היו מודלים פתולוגיים (9 מאמרים), מודלים של אימונים רפואיים/כירורגיים (4 מאמרים), מודלים של בעלי חיים (4 מאמרים), מודלים רדיולוגיים תלת -ממדיים (מאמר אחד) או לא היו מאמרים מדעיים מקוריים (16 פרקים). ). בסך הכל נכללו 68 מאמרים בסקירה. איור 1 מציג את תהליך הבחירה כתרשים זרימה.
תרשים זרימה המסכם זיהוי, סינון והכללת מאמרים בסקירה שיטתית זו
כל המחקרים פורסמו בין 2014 ל 2022, עם שנת פרסום ממוצעת של 2019. מבין 68 המאמרים הכלולים, 33 (49%) המחקרים היו תיאוריים וניסויים, 17 (25%) היו ניסיוניים גרידא ו -18 (26%) היו נִסיוֹנִי. תיאורי גרידא. מתוך 50 (73%) מחקרים ניסויים, 21 (31%) השתמשו באקראיות. רק 34 מחקרים (50%) כללו ניתוחים סטטיסטיים. טבלה 1 מסכמת את המאפיינים של כל מחקר.
33 מאמרים (48%) בדקו את אזור הראש, 19 מאמרים (28%) בדקו את אזור בית החזה, 17 מאמרים (25%) בדקו את אזור הבטן, ו -15 מאמרים (22%) בדקו את הגפיים. חמישים ואחד מאמרים (75%) הזכירו עצמות מודפסות תלת-ממדיות כמודלים אנטומיים או מודלים אנטומיים מרובי פרוסות.
לגבי דגמי המקור או הקבצים המשמשים לפיתוח 3DPAM, 23 מאמרים (34%) הזכירו את השימוש בנתוני מטופלים, 20 מאמרים (29%) הזכירו את השימוש בנתונים cadaveric, ו- 17 מאמרים (25%) הזכירו את השימוש במאגרי נתונים. שימוש, ו -7 מחקרים (10%) לא חשפו את מקור המסמכים ששימשו.
47 מחקרים (69%) פיתחו 3DPAM בהתבסס על טומוגרפיה ממוחשבת, ו -3 מחקרים (4%) דיווחו על השימוש במיקרוקט. 7 מאמרים (10%) חפצים תלת -ממדיים המוקרנים באמצעות סורקים אופטיים, 4 מאמרים (6%) באמצעות MRI ומאמר אחד (1%) באמצעות מצלמות ומיקרוסקופים. 14 מאמרים (21%) לא הזכירו את מקור קבצי המקור לעיצוב מודל תלת -ממדי. קבצי תלת מימד נוצרים עם רזולוציה מרחבית ממוצעת של פחות מ- 0.5 מ"מ. הרזולוציה האופטימלית היא 30 מיקרומטר [80] והרזולוציה המרבית היא 1.5 מ"מ [32].
שישים יישומי תוכנה שונים (פילוח, דוגמנות, עיצוב או הדפסה) שימשו. מחקות (התממשו, לובן, בלגיה) שימש לרוב (14 מחקרים, 21%), ואחריו MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 מחקרים, 19%), Geomagic (System, MO, NC, Leesville)) ו (10 מחקרים, 15%), סליידר תלת מימד (הכשרת מפתחים של סלידר, בוסטון, מ.א.) (9 מחקרים, 13%), בלנדר (קרן בלנדר, אמסטרדם, הולנד) (8 מחקרים, 12%) וקורה (גלדמארסן, הולנד) (7 מחקרים, 10%).
מוזכרים שישים ושבעה דגמי מדפסת שונים וחמישה תהליכי הדפסה. טכנולוגיית FDM (דוגמנות תמציות מיזוג) שימשה ב -26 מוצרים (38%), פיצוץ חומרים ב -13 מוצרים (19%) ולבסוף פיצוץ קלסר (11 מוצרים, 16%). הטכנולוגיות הפחות משומשות הן סטריאוליתוגרפיה (SLA) (5 מאמרים, 7%) וסינון לייזר סלקטיבי (SLS) (4 מאמרים, 6%). המדפסת הנפוצה ביותר (7 מאמרים, 10%) היא Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
בעת ציון החומרים המשמשים לייצור 3DPAM (51 מאמרים, 75%), 48 מחקרים (71%) השתמשו בפלסטיקה ובנגזרותיהם. החומרים העיקריים ששימשו היו PLA (חומצה פולילקטית) (n = 20, 29%), שרף (n = 9, 13%) ו- ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) (7 סוגים, 10%). 23 מאמרים (34%) בדקו 3DPAM שנעשו מחומרים מרובים, 36 מאמרים (53%) הציגו 3DPAM העשויים מחומר אחד בלבד, ו -9 מאמרים (13%) לא ציינו חומר.
עשרים ותשעה מאמרים (43%) דיווחו על יחסי הדפסה שנעו בין 0.25: 1 עד 2: 1, עם ממוצע של 1: 1. עשרים וחמישה מאמרים (37%) השתמשו ביחס של 1: 1. 28 3DPAMs (41%) כללו צבעים מרובים, ו- 9 (13%) צבועו לאחר הדפסה [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
שלושים וארבעה מאמרים (50%) הזכירו עלויות. 9 מאמרים (13%) הזכירו את עלות מדפסות תלת מימד וחומרי גלם. מדפסות נעות במחיר של 302 $ ל 65,000 $. כאשר צוין, מחירי הדגם נעים בין 1.25 $ ל -2,800 דולר; קיצוניות אלה תואמות דגימות שלד [47] ומודלים רטרו-טוניאליים נאמנות גבוהה [48]. טבלה 2 מסכמת את נתוני המודל עבור כל מחקר שנכלל.
שלושים ושבעה מחקרים (54%) השוו את ה- 3DAPM למודל התייחסות. בין המחקרים הללו, המשווה הנפוץ ביותר היה מודל התייחסות אנטומי, ששימש ב -14 מאמרים (38%), תכשירים פלסטים ב 6 מאמרים (16%) והכנות פלסטיות ב 6 מאמרים (16%). שימוש במציאות מדומה, הדמיית טומוגרפיה ממוחשבת תלת מימד אחד ב -5 מאמרים (14%), 3DPAM נוסף בשלושה מאמרים (8%), משחקים רציניים במאמר אחד (3%), רדיוגרפים במאמר אחד (3%), מודלים עסקיים במודלים עסקיים מאמר אחד (3%) ומציאות מוגברת במאמר אחד (3%). שלושים וארבעה (50%) מחקרים העריכו 3DPAM. חמישה עשר (48%) מחקרים חוויות החולצות המפורטות (טבלה 3). 3DPAM בוצע על ידי מנתחים או שהשתתפו ברופאים ב -7 מחקרים (47%), מומחים אנטומיים ב 6 מחקרים (40%), תלמידים בשלושה מחקרים (20%), מורים (משמעת לא צוינה) בשלושה מחקרים (20%) להערכה ועוד מעריך אחד במאמר (7%). המספר הממוצע של המעריכים הוא 14 (מינימום 2, מקסימום 30). שלושים ושלושה מחקרים (49%) העריכו את המורפולוגיה של 3DPAM באופן איכותי, ו -10 מחקרים (15%) העריכו את המורפולוגיה של 3DPAM באופן כמותי. מתוך 33 המחקרים שהשתמשו בהערכות איכותיות, 16 השתמשו בהערכות תיאוריות גרידא (48%), 9 בדיקות/דירוגים/סקרים השתמשו (27%) ו- 8 סולמות Likert השתמשו (24%). טבלה 3 מסכמת את ההערכות המורפולוגיות של המודלים בכל מחקר שנכלל.
שלושים ושלושה (48%) מאמרים שנבדקו והשוו את היעילות של הוראת 3DPAM לתלמידים. מבין מחקרים אלה, 23 (70%) מאמרים העריכו את שביעות הרצון של התלמידים, 17 (51%) השתמשו במאזני Likert, ו 6 (18%) השתמשו בשיטות אחרות. עשרים ושניים מאמרים (67%) העריכו את למידת התלמידים באמצעות בדיקת ידע, מתוכם 10 (30%) השתמשו במבחנים ו/או לאחר בדיקות. 11 מחקרים (33%) השתמשו בשאלות ובדיקות של בחירות מרובות כדי להעריך את הידע של התלמידים, וחמישה מחקרים (15%) השתמשו בתיוג תמונה/זיהוי אנטומי. בממוצע 76 סטודנטים השתתפו בכל מחקר (מינימום 8, מקסימום 319). עשרים וארבעה מחקרים (72%) היו בקבוצת ביקורת, מתוכם 20 (60%) השתמשו באקראי. לעומת זאת, מחקר אחד (3%) הקצה באופן אקראי מודלים אנטומיים ל -10 סטודנטים שונים. בממוצע הושוו 2.6 קבוצות (מינימום 2, מקסימום 10). עשרים ושלושה מחקרים (70%) היו מעורבים סטודנטים לרפואה, מתוכם 14 (42%) היו סטודנטים לרפואה בשנה הראשונה. שישה (18%) מחקרים היו מעורבים בתושבים, 4 (12%) סטודנטים לשיניים, ו -3 (9%) סטודנטים למדעים. שישה מחקרים (18%) יישמו והעריכו למידה אוטונומית באמצעות 3DPAM. טבלה 4 מסכמת את תוצאות הערכת יעילות ההוראה 3DPAM עבור כל מחקר שנכלל.
היתרונות העיקריים של השימוש בתלת מימד ככלי הוראה להוראת אנטומיה אנושית תקינה המדווחת על ידי המחברים הם מאפיינים חזותיים ומישושיים, כולל ריאליזם [55, 67], דיוק [44, 50, 72, 85] ושונות עקביות [34] ו , 45, 48, 64], צבע ושקיפות [28, 45], אמינות [24, 56, 73], אפקט חינוכי [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], עלות [עלות [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], לשחזור [80], אפשרות לשיפור או להתאמה אישית [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], היכולת לתפעל את התלמידים [30, 49], לחסוך זמן הוראה [61, 80], קלות האחסון [61], היכולת לשלב אנטומיה פונקציונלית או ליצור מבנים ספציפיים [51, 53], 67], תכנון מהיר של שלד דגמים [81], היכולת ליצור ולהשתמש בשיתוף פעולה עם דגמי בתים [49, 60, 71], שיפור יכולות הסיבוב הנפשי [23] ושמירת ידע [32], כמו גם אצל המורה [ 25, 63] ושביעות רצון הסטודנטים [25, 63]. 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
החסרונות העיקריים קשורים לתכנון: קשיחות [80], עקביות [28, 62], חוסר פירוט או שקיפות [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], צבעים בהירים מדי [45]. ושבריריות הרצפה [71]. חסרונות אחרים כוללים אובדן מידע [30, 76], זמן רב הנדרש לפילוח תמונות [36, 52, 57, 58, 74], זמן הדפסה [57, 63, 66, 67], חוסר שונות אנטומית [25], ועלות. גבוה [48].
סקירה שיטתית זו מסכמת 68 מאמרים שפורסמו במשך 9 שנים ומדגישה את העניין של הקהילה המדעית בתלת -ממד ככלי להוראת האנטומיה האנושית הרגילה. כל אזור אנטומי נחקר והודפס תלת מימד. מתוך מאמרים אלה, 37 מאמרים השוו 3DPAM עם דגמים אחרים, ו -33 מאמרים העריכו את הרלוונטיות הפדגוגית של 3DPAM לסטודנטים.
בהתחשב בהבדלים בתכנון מחקרי הדפסת תלת מימד אנטומית, לא שקלנו לנכון לבצע מטה-אנליזה. מטה-אנליזה שפורסמה בשנת 2020 התמקדה בעיקר במבחני ידע אנטומיים לאחר אימונים מבלי לנתח את ההיבטים הטכניים והטכנולוגיים של תכנון וייצור תלת-ממדי [10].
אזור הראש הוא הנחקר ביותר, ככל הנראה מכיוון שהמורכבות של האנטומיה שלו מקשה על התלמידים לתאר את האזור האנטומי הזה במרחב תלת מימדי בהשוואה לגפיים או פלג גוף עליון. CT הוא ללא ספק אופן ההדמיה הנפוץ ביותר. טכניקה זו נמצאת בשימוש נרחב, במיוחד בהגדרות רפואיות, אך בעלת רזולוציה מרחבית מוגבלת וניגודיות רקמות רכות נמוכות. מגבלות אלה הופכות את סריקות ה- CT לא מתאימות לפילוח ומודלים של מערכת העצבים. מצד שני, טומוגרפיה ממוחשבת מתאימה יותר לפילוח/דוגמנות של רקמות עצם; ניגודיות עצם/רקמות רכות עוזרות להשלים שלבים אלה לפני הדפסת מודלים אנטומיים תלת -ממדיים. מצד שני, MicroCT נחשב לטכנולוגיית ההתייחסות מבחינת הרזולוציה המרחבית בהדמיית עצם [70]. ניתן להשתמש בסורקים אופטיים או ב- MRI גם להשגת תמונות. רזולוציה גבוהה יותר מונעת החלקה של משטחי העצם ושומר על הדקויות של מבנים אנטומיים [59]. הבחירה בדגם משפיעה גם על הרזולוציה המרחבית: לדוגמה, למודלים של הפלסטזציה יש רזולוציה נמוכה יותר [45]. מעצבים גרפיים צריכים ליצור דגמי תלת מימד בהתאמה אישית, מה שמגדיל את העלויות (25 עד 150 $ לשעה) [43]. השגת קבצי STL באיכות גבוהה אינה מספיקה בכדי ליצור מודלים אנטומיים באיכות גבוהה. יש לקבוע פרמטרים להדפסה, כמו אוריינטציה של המודל האנטומי בצלחת הדפוס [29]. חלק מהמחברים מציעים כי יש להשתמש בטכנולוגיות הדפסה מתקדמות כמו SLS בכל מקום אפשרי כדי לשפר את הדיוק של 3DPAM [38]. ייצור 3DPAM דורש סיוע מקצועי; המומחים המבוקשים ביותר הם מהנדסים [72], רדיולוגים, [75], מעצבים גרפיים [43] ואנטומיסטים [25, 28, 51, 57, 76, 77].
תוכנת פילוח ומודלים הם גורמים חשובים להשגת מודלים אנטומיים מדויקים, אך עלות חבילות תוכנה אלה והמורכבות שלהם מפריעה לשימושם. מספר מחקרים השוו את השימוש בחבילות תוכנה שונות וטכנולוגיות הדפסה, והדגישו את היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה [68]. בנוסף לתוכנת דוגמנות, נדרשת גם תוכנת הדפסת תוכנה התואמת למדפסת שנבחרה; חלק מהמחברים מעדיפים להשתמש בהדפסת תלת מימד מקוונת [75]. אם מודפסים מספיק חפצי תלת מימד, ההשקעה יכולה להוביל לתשואות פיננסיות [72].
פלסטיק הוא ללא ספק החומר הנפוץ ביותר. מגוון המרקמים והצבעים הרחב שלה הופך אותו לחומר הבחירה עבור 3DPAM. חלק מהכותבים שיבחו את כוחו הגבוה בהשוואה למודלים קדביים או מצופים מסורתיים [24, 56, 73]. חלק מהפלסטיק אפילו בעל תכונות כיפוף או מתיחה. לדוגמה, Filaflex עם טכנולוגיית FDM יכול למתוח עד 700%. חלק מהכותבים רואים בכך את חומר הבחירה לשכפול שרירים, גידים ורצועה [63]. מצד שני, שני מחקרים העלו שאלות על אוריינטציה של סיבים במהלך ההדפסה. למעשה, אוריינטציה של סיבי שריר, הכנסה, עצבנות ותפקוד הם קריטיים במודלים של שרירים [33].
באופן מפתיע, מעט מחקרים שמזכירים את היקף ההדפסה. מכיוון שאנשים רבים רואים ביחס 1: 1 כסטנדרט, ייתכן שהמחבר בחר שלא להזכיר זאת. אף על פי שהקנה מידה תועיל ללמידה מכוונת בקבוצות גדולות, היתכנותה של קנה מידה טרם נחקרה, במיוחד עם גדלי הכיתה ההולכים וגדלים והגודל הפיזי של המודל הוא גורם חשוב. כמובן שמאזניים בגודל מלא מקלים על איתור ותקשר של אלמנטים אנטומיים שונים למטופל, מה שעשוי להסביר מדוע משתמשים בהם לעתים קרובות.
מבין המדפסות הרבות הקיימות בשוק, אלה המשתמשים בטכנולוגיית PolyJet (חומרי דיו או קלסר דיו) כדי לספק צבע הדפסה בהבחנה גבוהה ועלות הדפסה רב-חומרית (ולכן רב-מרקם) בין 20,000 $ ל- 250,000 $ (https:/ /www.aniwaa.com/). עלות גבוהה זו עשויה להגביל את קידום ה- 3DPAM בבתי ספר לרפואה. בנוסף לעלות המדפסת, עלות החומרים הנדרשים להדפסת הזרקת דיו גבוהה יותר מאשר עבור מדפסות SLA או FDM [68]. המחירים של מדפסות SLA או FDM הם גם משתלמים יותר, הנעים בין 576 אירו ל -4,999 אירו במאמרים הרשומים בסקירה זו. לדברי טריפודי ועמיתיו, ניתן להדפיס כל חלק שלד תמורת 1.25 דולר ארה"ב [47]. 11 מחקרים הגיעו למסקנה כי הדפסת תלת מימד זולה יותר מפלסטליזציה או דגמים מסחריים [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. יתר על כן, דגמים מסחריים אלה נועדו לספק מידע על מטופלים ללא פירוט מספיק להוראת האנטומיה [80]. דגמים מסחריים אלה נחשבים לנחותים מ- 3DPAM [44]. ראוי לציין כי בנוסף לטכנולוגיית ההדפסה ששימשה, העלות הסופית היא פרופורציונאלית לסולם ולכן הגודל הסופי של ה- 3DPAM [48]. מסיבות אלה עדיף את סולם הגודל המלא [37].
רק מחקר אחד השווה 3DPAM עם מודלים אנטומיים זמינים מסחרית [72]. דגימות Cadaveric הן המשווה הנפוץ ביותר עבור 3DPAM. למרות מגבלותיהם, מודלים של Cadaveric נשארים כלי חשוב להוראת אנטומיה. יש להבחין בין נתיחה שלאחר המוות, הניתוח והעצם היבשה. בהתבסס על בדיקות אימונים, שני מחקרים הראו כי 3DPAM היה יעיל יותר באופן משמעותי מאשר ניתוח פלסטי [16, 27]. מחקר אחד השווה שעה של אימונים באמצעות 3DPAM (גפיים תחתונות) עם שעה של דיסקציה של אותו אזור אנטומי [78]. לא היו הבדלים מובהקים בין שתי שיטות ההוראה. סביר להניח שיש מעט מחקר בנושא זה מכיוון שקשה לבצע השוואה כזו. דיסקציה היא הכנה גוזלת זמן לסטודנטים. לפעמים נדרשים עשרות שעות של הכנה, תלוי במה שמכינים. ניתן לבצע השוואה שלישית עם עצמות יבשות. מחקר שנערך על ידי TSAI ו- SMITH מצא כי ציוני הבדיקה היו טובים יותר באופן משמעותי בקבוצה באמצעות 3DPAM [51, 63]. חן ועמיתיו ציינו כי סטודנטים המשתמשים בדגמי תלת מימד ביצעו טוב יותר על זיהוי מבנים (גולגלות), אך לא היה הבדל בציוני MCQ [69]. לבסוף, טאנר ועמיתיו הדגימו תוצאות טובות יותר לאחר הבדיקה בקבוצה זו באמצעות 3DPAM של הפוסה pterygopalatine [46]. כלי הוראה חדשים אחרים זוהו בסקירת ספרות זו. הנפוצים ביותר שביניהם הם מציאות מוגברת, מציאות מדומה ומשחקים רציניים [43]. לדברי מהרוס ועמיתיו, העדפה למודלים אנטומיים תלויה במספר השעות התלמידים משחקים משחקי וידאו [31]. מצד שני, החיסרון העיקרי של כלי הוראת אנטומיה חדשים הוא משוב האפטי, במיוחד עבור כלים וירטואליים גרידא [48].
מרבית המחקרים המעריכים את ה- 3DPAM החדש השתמשו בבדיקות הידע. בדיקות אלה עוזרות להימנע מהטיה בהערכה. חלק מהמחברים, לפני שביצעו לימודי ניסויים, שוללים את כל התלמידים שקיבלו מעל הממוצע במבחן המקדים [40]. בין ההטיות גרס ועמיתיו שהוזכרו היו צבע המודל ובחירת המתנדבים בכיתת הסטודנטים [61]. מכתים מאפשרים זיהוי של מבנים אנטומיים. חן ועמיתיו קבעו תנאים ניסיוניים קפדניים ללא הבדלים ראשוניים בין הקבוצות למחקר עיוורו במידה המקסימאלית האפשרית [69]. LIM ועמיתיו ממליצים להשלים את ההערכה שלאחר הבדיקה על ידי צד שלישי כדי להימנע מהטיה בהערכה [16]. מחקרים מסוימים השתמשו במאזני Likert כדי להעריך את היתכנותו של 3DPAM. מכשיר זה מתאים להערכת שביעות הרצון, אך עדיין יש הטיות חשובות להיות מודעות ל [86].
הרלוונטיות החינוכית של 3DPAM הוערכה בעיקר בקרב סטודנטים לרפואה, כולל סטודנטים לרפואה בשנה הראשונה, ב -14 מתוך 33 לימודים. במחקר הטייס שלהם דיווחו וילק ועמיתיו כי סטודנטים לרפואה האמינו כי יש לכלול הדפסת תלת מימד בלמידה האנטומית שלהם [87]. 87% מהתלמידים שנסקרו במחקר Cercenelli האמינו כי השנה השנייה ללימודים הייתה התקופה הטובה ביותר להשתמש ב- 3DPAM [84]. תוצאות טאנר ועמיתיו הראו גם כי התלמידים ביצעו טוב יותר אם הם מעולם לא היו חקרו את התחום [46]. נתונים אלה מראים כי השנה הראשונה של בית הספר לרפואה היא הזמן האופטימלי לשלב 3DPAM בהוראת האנטומיה. המטה-אנליזה של יה תמך ברעיון זה [18]. בכל 27 המאמרים שנכללו במחקר, היו הבדלים משמעותיים בביצועים של 3DPAM בהשוואה למודלים מסורתיים אצל סטודנטים לרפואה, אך לא בתושבים.
3DPAM ככלי למידה משפר את ההישג האקדמי [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], שמירת ידע לטווח הארוך [32], ושביעות רצון התלמידים [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]. , 69, 84]. לוחות מומחים מצאו גם מודלים אלה מועילים [37, 42, 49, 81, 82] ושני מחקרים מצאו שביעות רצון של המורים מ- 3DPAM [25, 63]. מבין כל המקורות, בית האחורי והקולגות רואים בהדפסת תלת מימד כחלופה הטובה ביותר למודלים אנטומיים מסורתיים [49]. במטא-אנליזה הראשונה שלהם, YE ועמיתיו אישרו כי לסטודנטים שקיבלו הוראות 3DPAM היו ציונים טובים יותר לאחר הבדיקה מאשר סטודנטים שקיבלו הוראות דו-מימדיות או גס [10]. עם זאת, הם הבדילו 3DPAM לא לפי מורכבות, אלא פשוט על ידי לב, מערכת העצבים וחלל הבטן. בשבעה מחקרים, 3DPAM לא העלו על מודלים אחרים המבוססים על בדיקות ידע שניתנו לתלמידים [32, 66, 69, 77, 78, 84]. במטא-אנליזה שלהם, סלזאר ועמיתיו הגיעו למסקנה כי השימוש ב- 3DPAM משפר באופן ספציפי את ההבנה של האנטומיה המורכבת [17]. מושג זה תואם את המכתב של היטאס לעורך [88]. אזורים אנטומיים מסוימים הנחשבים פחות מורכבים אינם דורשים שימוש בתלת מימד, ואילו אזורים אנטומיים מורכבים יותר (כמו הצוואר או מערכת העצבים) היו בחירה הגיונית עבור 3DPAM. מושג זה עשוי להסביר מדוע תלת מימד תלת -ממדי אינן נחשבות לעולה במודלים מסורתיים, במיוחד כאשר לתלמידים חסרים ידע בתחום בו נמצא כי ביצועי המודל עדיפים. לפיכך, הצגת מודל פשוט לסטודנטים שכבר יש להם ידע מסוים בנושא (סטודנטים לרפואה או תושבים) אינה מועילה לשיפור ביצועי התלמידים.
מבין כל היתרונות החינוכיים המפורטים, 11 מחקרים הדגישו את התכונות החזותיות או המישושיות של דגמים [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], ו -3 מחקרים שיפרו את הכוח והעמידות (33 , 50-52, 63, 79, 85, 86). יתרונות אחרים הם כי התלמידים יכולים לתפעל את המבנים, מורים יכולים לחסוך זמן, קל יותר לשימור מאשר צוללים, ניתן להשלים את הפרויקט תוך 24 שעות, הוא יכול לשמש ככלי חינוך ביתי, וניתן להשתמש בו כדי ללמד כמויות גדולות של מידע. קבוצות [30, 49, 60, 61, 80, 81]. הדפסת תלת מימד חוזרת ונשנית להוראת אנטומיה בנפח גבוה הופכת מודלים להדפסת תלת מימד חסכונית יותר [26]. השימוש ב- 3DPAM יכול לשפר את יכולות הסיבוב הנפשי [23] ולשפר את הפרשנות של תמונות חתך רוחב [23, 32]. שני מחקרים מצאו כי סטודנטים שנחשפו ל- 3DPAM היו בעלי סיכוי גבוה יותר לעבור ניתוח [40, 74]. ניתן להטמיע מחברי מתכת כדי ליצור את התנועה הדרושה לחקר האנטומיה התפקודית [51, 53], או להדפיס דגמים באמצעות עיצובים של טריגר [67].
הדפסת תלת מימד מאפשרת ליצור מודלים אנטומיים מתכווננים על ידי שיפור היבטים מסוימים בשלב הדוגמנות, [48, 80] יצירת בסיס מתאים, [59] המשלבת דגמים מרובים, [36] באמצעות שקיפות, (49) צבע, [45] או ביצוע מבנים פנימיים מסוימים לעין [30]. טריפודי ועמיתיו השתמשו בפיסול חימר כדי להשלים את דגמי העצם המודפסים התלת-ממדיים שלהם, תוך הדגשת הערך של מודלים שנוצרו יחד ככלי הוראה [47]. ב -9 מחקרים הוחל צבע לאחר הדפסה [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], אך התלמידים יישמו אותו רק פעם אחת [49]. לרוע המזל המחקר לא העריך את איכות אימוני המודל או את רצף האימונים. יש לקחת בחשבון זאת בהקשר של חינוך לאנטומיה, שכן היתרונות של למידה מעורבת ויצירה משותפת מבוססים היטב [89]. כדי להתמודד עם פעילות הפרסום ההולכת וגוברת, למידה עצמית שימשה פעמים רבות כדי להעריך מודלים [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
מחקר אחד הגיע למסקנה כי צבע חומר הפלסטיק היה בהיר מדי [45], מחקר אחר הגיע למסקנה כי המודל היה שברירי מדי [71], ושני מחקרים נוספים הצביעו על חוסר שונות אנטומית בתכנון מודלים בודדים [25, 45 ]. ו שבעה מחקרים הגיעו למסקנה כי הפרט האנטומי של 3DPAM אינו מספיק [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
לקבלת מודלים אנטומיים מפורטים יותר של אזורים גדולים ומורכבים, כמו רטרו -אטונום או אזור צוואר הרחם, זמן הפילוח והמודלים נחשב ארוך מאוד והעלות גבוהה מאוד (כ -2000 דולר ארה"ב) [27, 48]. הוג'ו ועמיתיו דיווחו במחקרם כי יצירת מודל אנטומי של האגן ארכה 40 שעות [42]. זמן הפילוח הארוך ביותר היה 380 שעות במחקר שנערך על ידי Weatherall ועמיתיו, בו שולבו דגמים מרובים ליצירת מודל שלם של דרכי הנשימה [36]. בתשעה מחקרים, זמן הפילוח והדפוס נחשבו חסרונות [36, 42, 57, 58, 74]. עם זאת, 12 מחקרים מתחו ביקורת על התכונות הפיזיות של המודלים שלהם, ובמיוחד עקביותם, [28, 62] חוסר שקיפות, [30] שבריריות ומונוכרומטיות, [71] חוסר רקמות רכות, [66] או חוסר פירוט [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. ניתן להתגבר על חסרונות אלה על ידי הגדלת זמן הפילוח או הסימולציה. איבוד ואחזור מידע רלוונטי היה בעיה שעומדת בפני שלושה צוותים [30, 74, 77]. על פי דיווחי המטופלים, סוכני ניגודיות יוד לא סיפקו ראות מיטבית של כלי הדם כתוצאה ממגבלות המינון [74]. נראה כי הזרקת מודל Cadaveric היא שיטה אידיאלית שמתרחקת מהעיקרון של "כמה שפחות" והמגבלות של מינון חומר הניגודיות שהוזרקו.
למרבה הצער, מאמרים רבים אינם מזכירים כמה מאפייני מפתח של 3DPAM. פחות ממחצית המאמרים הצהירו במפורש אם ה- 3DPAM שלהם היה כהה. כיסוי היקף ההדפס לא היה עקבי (43% מהמאמרים), ורק 34% הזכירו את השימוש במדיה מרובה. פרמטרי הדפסה אלה הם קריטיים מכיוון שהם משפיעים על תכונות הלמידה של 3DPAM. מרבית המאמרים אינם מספקים מידע מספיק על המורכבות של השגת 3DPAM (זמן תכנון, כישורי כוח אדם, עלויות תוכנה, עלויות הדפסה וכו '). מידע זה הוא קריטי ויש לקחת בחשבון לפני ששוקלים להתחיל בפרויקט לפיתוח 3DPAM חדש.
סקירה שיטתית זו מראה כי תכנון והדפסת תלת מימד הדפסת דגמים אנטומיים רגילים ניתנים לביצוע בעלות נמוכה, במיוחד כאשר משתמשים במדפסות FDM או SLA וחומרים פלסטיים בצבע יחיד זולים. עם זאת, ניתן לשפר את העיצובים הבסיסיים הללו על ידי הוספת צבע או הוספת עיצובים בחומרים שונים. דגמים ריאליסטיים יותר (מודפסים באמצעות חומרים מרובים בעלי צבעים ומרקמים שונים כדי לשכפל מקרוב את התכונות המישושיות של מודל התייחסות ל- Cadaver) דורשים טכנולוגיות הדפסת תלת מימד יקרות יותר וזמני עיצוב ארוכים יותר. זה יגדיל משמעותית את העלות הכוללת. לא משנה איזה תהליך הדפסה נבחר, בחירת שיטת ההדמיה המתאימה היא המפתח להצלחה של 3DPAM. ככל שהרזולוציה המרחבית גבוהה יותר, כך המודל הופך להיות מציאותי יותר וניתן להשתמש בו למחקר מתקדם. מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, כפי שמעידים מבחני הידע המנוהלים לתלמידים ושביעות רצונם. השפעת ההוראה של 3DPAM היא הטובה ביותר כאשר היא משחזרת אזורים אנטומיים מורכבים והתלמידים משתמשים בזה בשלב מוקדם של הכשרה הרפואית.
מערכי הנתונים שנוצרו ו/או מנותחים במחקר הנוכחי אינם זמינים לציבור בגלל מחסומי שפה אך זמינים מהמחבר המתאים בבקשה סבירה.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. סקירה של קורסי אנטומיה ברוטו, מיקרואנטומיה, נוירוביולוגיה ועובריולוגיה בתכניות לימודים בבית הספר לרפואה בארה"ב. Anat rec. 2002; 269 (2): 118-22.
Ghosh Sk Cadaveric Dissing ככלי חינוכי למדע אנטומי במאה ה -21: ניתוח ככלי חינוכי. ניתוח חינוך מדעי. 2017; 10 (3): 286–99.