נראה כי מודלים אנטומיים מודפסים תלת מימדיים (3DPAMs) הם כלי מתאים בשל ערכם החינוכי והיתכנותם.מטרת סקירה זו היא לתאר ולנתח את השיטות המשמשות ליצירת 3DPAM להוראת האנטומיה האנושית ולהעריך את תרומתה הפדגוגית.
חיפוש אלקטרוני נערך ב-PubMed תוך שימוש במונחים הבאים: חינוך, בית ספר, למידה, הוראה, הדרכה, הוראה, חינוך, תלת מימד, תלת מימד, תלת מימד, הדפסה, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה ואנטומיה ..הממצאים כללו מאפייני מחקר, עיצוב מודל, הערכה מורפולוגית, ביצועים חינוכיים, חוזקות וחולשות.
מבין 68 המאמרים שנבחרו, המספר הגדול ביותר של מחקרים התמקד באזור הגולגולת (33 מאמרים);51 מאמרים מזכירים הדפסת עצם.ב-47 מאמרים פותח 3DPAM על בסיס טומוגרפיה ממוחשבת.חמישה תהליכי הדפסה מפורטים.פלסטיק ונגזרותיו שימשו ב-48 מחקרים.המחיר של כל עיצוב נע בין 1.25 ל-2,800 דולר.שלושים ושבעה מחקרים השוו 3DPAM עם מודלים ייחוס.שלושים ושלושה מאמרים בחנו פעילויות חינוכיות.היתרונות העיקריים הם איכות חזותית ומישוש, יעילות למידה, חזרתיות, התאמה אישית וזריזות, חיסכון בזמן, שילוב אנטומיה תפקודית, יכולות סיבוב נפשי טובות יותר, שימור ידע ושביעות רצון המורה/תלמיד.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 הדפסה תלת מימדיות יקרות יותר וזמני עיצוב ארוכים יותר, מה שיעלה משמעותית את העלות הכוללת.המפתח הוא לבחור את שיטת ההדמיה המתאימה.מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, בעל השפעה חיובית על תוצאות הלמידה ושביעות הרצון.אפקט ההוראה של 3DPAM הוא הטוב ביותר כאשר הוא משחזר אזורים אנטומיים מורכבים וסטודנטים משתמשים בו בשלב מוקדם בהכשרתם הרפואית.
דיסקציה של גופות בעלי חיים מבוצעת מאז יוון העתיקה והיא אחת השיטות העיקריות להוראת אנטומיה.נתחי גופות המבוצעים במהלך הכשרה מעשית משמשים בתכנית הלימודים התיאורטית של סטודנטים לרפואה באוניברסיטאות ונחשבות כיום לתקן הזהב ללימודי אנטומיה [1,2,3,4,5].עם זאת, ישנם מחסומים רבים לשימוש בדגימות גופות אנושיות, המניעות את החיפוש אחר כלי אימון חדשים [6, 7].חלק מהכלים החדשים הללו כוללים מציאות רבודה, כלים דיגיטליים והדפסת תלת מימד.על פי סקירת ספרות עדכנית של Santos et al.[8] מבחינת הערך של הטכנולוגיות החדשות הללו להוראת אנטומיה, נראה שהדפסת תלת מימד היא אחד המשאבים החשובים ביותר, הן מבחינת הערך החינוכי לתלמידים והן מבחינת כדאיות היישום [4,9,10] .
הדפסת תלת מימד אינה חדשה.הפטנטים הראשונים הקשורים לטכנולוגיה זו מתוארכים לשנת 1984: A Le Méhauté, O De Witte ו-JC André בצרפת, ושלושה שבועות לאחר מכן C Hull בארה"ב.מאז, הטכנולוגיה המשיכה להתפתח והשימוש בה התרחב לתחומים רבים.לדוגמה, נאס"א הדפיסה את האובייקט הראשון מעבר לכדור הארץ ב-2014 [11].גם התחום הרפואי אימץ את הכלי החדש הזה, ובכך הגביר את הרצון לפתח רפואה מותאמת אישית [12].
מחברים רבים הדגימו את היתרונות של שימוש במודלים אנטומיים מודפסים בתלת מימד (3DPAM) בחינוך רפואי [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].כאשר מלמדים אנטומיה אנושית, יש צורך במודלים לא פתולוגיים ונורמליים מבחינה אנטומית.כמה ביקורות בחנו מודלים של אימון פתולוגי או רפואי/כירורגי [8, 20, 21].כדי לפתח מודל היברידי להוראת אנטומיה אנושית המשלב כלים חדשים כגון הדפסת תלת מימד, ערכנו סקירה שיטתית כדי לתאר ולנתח כיצד נוצרים אובייקטים מודפסים בתלת מימד להוראת אנטומיה אנושית וכיצד התלמידים מעריכים את יעילות הלמידה באמצעות אובייקטים תלת מימדיים אלה.
סקירת ספרות שיטתית זו נערכה ביוני 2022 תוך שימוש בהנחיות PRISMA (פריטי דיווח מועדפים לסקירות שיטתיות ומטה-ניתוחים) ללא מגבלות זמן [22].
קריטריוני ההכללה היו כל מאמרי המחקר באמצעות 3DPAM בהוראה/למידה של אנטומיה.סקירות ספרות, מכתבים או מאמרים המתמקדים במודלים פתולוגיים, מודלים של בעלי חיים, מודלים ארכיאולוגיים ומודלים של אימון רפואי/כירורגי לא נכללו.נבחרו רק מאמרים שפורסמו באנגלית.מאמרים ללא תקצירים מקוונים זמינים לא נכללו.נכללו מאמרים שכללו מספר מודלים, שלפחות אחד מהם היה תקין מבחינה אנטומית או בעל פתולוגיה מינורית שלא השפיעה 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, הוראה, למידה, הוראה, חינוך, שלוש- ממדי, תלת מימד, תלת מימד, הדפסה, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה ואנטומיה.בוצעה שאילתה בודדת: (((חינוך[כותרת/תקציר] או בית ספר[כותרת/תקציר] ORlearning[כותרת/תקציר] OR הוראה[כותרת/תקציר] OR הדרכה[כותרת/תקציר] OReach[כותרת/תקציר] ] או השכלה [כותרת/תקציר]) AND (שלושה מימדים [כותרת] OR 3D [כותרת] OR 3D [כותרת])) AND (הדפס [כותרת] OR הדפס [כותרת] OR הדפס [כותרת])) AND (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 ועיון בהפניות של מאמרים מדעיים אחרים.לא הוחלו הגבלות תאריכים, אבל נעשה שימוש במסנן "אדם".
כל הכותרות והתקצירים שאוחזרו נבדקו לפי קריטריוני הכללה והדרה על ידי שני מחברים (EBR ו-AL), וכל מחקר שלא עמד בכל קריטריוני הכשירות לא נכלל.פרסומים בטקסט מלא של שאר המחקרים אוחזרו ונבדקו על ידי שלושה מחברים (EBR, EBE ו-AL).בעת הצורך, חילוקי דעות בבחירת המאמרים נפתרו על ידי אדם רביעי (לט).פרסומים שעמדו בכל קריטריוני ההכללה נכללו בסקירה זו.
חילוץ הנתונים בוצע באופן עצמאי על ידי שני מחברים (EBR ו-AL) בפיקוח של מחבר שלישי (LT).
- נתוני עיצוב המודל: אזורים אנטומיים, חלקים אנטומיים ספציפיים, מודל ראשוני להדפסת תלת מימד, שיטת רכישה, תוכנת פילוח ומידול, סוג מדפסת תלת מימד, סוג וכמות החומר, קנה מידה הדפסה, צבע, עלות הדפסה.
- הערכה מורפולוגית של מודלים: מודלים המשמשים להשוואה, הערכה רפואית של מומחים/מורים, מספר מעריכים, סוג הערכה.
- מודל תלת מימדי הוראה: הערכת ידע של התלמידים, שיטת הערכה, מספר תלמידים, מספר קבוצות השוואה, רנדומיזציה של תלמידים, השכלה/סוג תלמיד.
418 מחקרים זוהו ב- MEDLINE, ו-139 מאמרים לא נכללו על ידי המסנן "אנושי".לאחר סקירת כותרות ותקצירים, נבחרו 103 מחקרים לקריאה בטקסט מלא.34 מאמרים לא נכללו מכיוון שהם היו מודלים פתולוגיים (9 מאמרים), מודלים של אימון רפואי/כירורגי (4 מאמרים), מודלים של בעלי חיים (4 מאמרים), מודלים רדיולוגיים תלת מימדיים (מאמר אחד) או שלא היו מאמרים מדעיים מקוריים (16 פרקים).).סך של 68 מאמרים נכללו בסקירה.איור 1 מציג את תהליך הבחירה כתרשים זרימה.
תרשים זרימה המסכם את הזיהוי, ההקרנה וההכללה של מאמרים בסקירה שיטתית זו
כל המחקרים פורסמו בין 2014 ל-2022, עם שנת פרסום ממוצעת של 2019. מבין 68 המאמרים שנכללו, 33 (49%) מחקרים היו תיאוריים וניסיוניים, 17 (25%) היו ניסיוניים בלבד ו-18 (26%) נִסיוֹנִי.תיאורי לחלוטין.מתוך 50 (73%) המחקרים הניסויים, 21 (31%) השתמשו באקראי.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.51 מאמרים (75%) הזכירו עצמות מודפסות בתלת מימד כמודלים אנטומיים או מודלים אנטומיים מרובי פרוסות.
לגבי דגמי המקור או הקבצים ששימשו לפיתוח 3DPAM, 23 מאמרים (34%) הזכירו את השימוש בנתוני מטופלים, 20 מאמרים (29%) הזכירו את השימוש בנתונים של גופות, ו-17 מאמרים (25%) הזכירו את השימוש במאגרי מידע.שימוש, ו-7 מחקרים (10%) לא חשפו את מקור המסמכים שבהם נעשה שימוש.
47 מחקרים (69%) פיתחו 3DPAM על בסיס טומוגרפיה ממוחשבת, ושלושה מחקרים (4%) דיווחו על שימוש ב-microCT.7 מאמרים (10%) הקרינו אובייקטים תלת מימדיים באמצעות סורקים אופטיים, 4 מאמרים (6%) באמצעות MRI ומאמר אחד (1%) באמצעות מצלמות ומיקרוסקופים.14 מאמרים (21%) לא ציינו את המקור של קבצי המקור של עיצוב מודל תלת-ממד.קבצי תלת מימד נוצרים ברזולוציה מרחבית ממוצעת של פחות מ-0.5 מ"מ.הרזולוציה האופטימלית היא 30 מיקרומטר [80] והרזולוציה המקסימלית היא 1.5 מ"מ [32].
נעשה שימוש בשישים יישומי תוכנה שונים (פילוח, דוגמנות, עיצוב או הדפסה).נעשה שימוש לרוב במימיקים (Materialise, לובן, בלגיה) (14 מחקרים, 21%), ואחריו MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 מחקרים, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) .(10 מחקרים, 15%), 3D Slicer (הכשרה למפתחי Slicer, בוסטון, MA) (9 מחקרים, 13%), בלנדר (Blender Foundation, אמסטרדם, הולנד) (8 מחקרים, 12%) ו-CURA (Geldmarsen, הולנד) (7 מחקרים, 10%).
מוזכרים שישים ושבעה דגמי מדפסות שונים וחמישה תהליכי הדפסה.טכנולוגיית FDM (Fused Deposition Modeling) שימשה ב-26 מוצרים (38%), התזת חומר ב-13 מוצרים (19%) ולבסוף התזת קלסר (11 מוצרים, 16%).הטכנולוגיות הכי פחות בשימוש הן סטריאוליטוגרפיה (SLA) (5 מאמרים, 7%) ו-Sintering לייזר סלקטיבי (SLS) (4 מאמרים, 6%).המדפסת הנפוצה ביותר (7 מאמרים, 10%) היא ה-Connex 500 (סטראטסיס, רחובות, ישראל) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
כאשר ציינו את החומרים המשמשים לייצור 3DPAM (51 מאמרים, 75%), 48 מחקרים (71%) השתמשו בפלסטיק ובנגזרותיהם.החומרים העיקריים בהם נעשה שימוש היו PLA (חומצה פולילקטית) (n = 20, 29%), שרף (n = 9, 13%) ו-ABS (אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן) (7 סוגים, 10%).23 מאמרים (34%) בחנו 3DPAM עשוי ממספר חומרים, 36 מאמרים (53%) הציגו 3DPAM עשוי מחומר אחד בלבד, ו-9 מאמרים (13%) לא ציינו חומר.
29 מאמרים (43%) דיווחו על יחסי הדפסה שנעו בין 0.25:1 ל-2:1, עם ממוצע של 1:1.עשרים וחמישה מאמרים (37%) השתמשו ביחס של 1:1.28 3DPAMs (41%) היו מורכבים ממספר צבעים, ו-9 (13%) נצבעו לאחר הדפסה [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
שלושים וארבעה מאמרים (50%) ציינו עלויות.9 מאמרים (13%) ציינו את העלות של מדפסות תלת מימד וחומרי גלם.מחיר המדפסות נע בין $302 ל-$65,000.כאשר מצוין, מחירי הדגמים נעים בין 1.25 ל-2,800 דולר;הקיצוניות הללו תואמות לדגימות שלד [47] ולמודלים רטרופריטוניאליים בעלי נאמנות גבוהה [48].טבלה 2 מסכמת את נתוני המודל עבור כל מחקר שנכלל.
שלושים ושבעה מחקרים (54%) השוו את ה-3DAPM למודל ייחוס.בין מחקרים אלה, המשווה הנפוץ ביותר היה מודל התייחסות אנטומי, בשימוש ב-14 מאמרים (38%), תכשירים פלסטינים ב-6 מאמרים (16%) ותכשירים פלסטינים ב-6 מאמרים (16%).שימוש במציאות מדומה, הדמיית טומוגרפיה ממוחשבת אחת של 3DPAM ב-5 מאמרים (14%), עוד 3DPAM ב-3 מאמרים (8%), משחקים רציניים בכתבה אחת (3%), צילומי רנטגן בכתבה אחת (3%), מודלים עסקיים ב- מאמר אחד (3%) ומציאות מוגברת במאמר אחד (3%).שלושים וארבעה (50%) מחקרים העריכו את 3DPAM.15 (48%) מחקרים מפורטים על חוויות המדרגים (טבלה 3).3DPAM בוצע על ידי מנתחים או רופאים מטפלים ב-7 מחקרים (47%), מומחים אנטומיים ב-6 מחקרים (40%), סטודנטים ב-3 מחקרים (20%), מורים (דיסציפלינה לא צוינה) ב-3 מחקרים (20%) להערכה ועוד מעריך אחד במאמר (7%).המספר הממוצע של מעריכים הוא 14 (מינימום 2, מקסימום 30).33 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 איכותניות, 16 השתמשו בהערכות תיאוריות בלבד (48%), 9 השתמשו במבחנים/דירוגים/סקרים (27%) ו-8 השתמשו בסולם ליקרט (24%).טבלה 3 מסכמת את ההערכות המורפולוגיות של המודלים בכל מחקר שנכלל.
שלושים ושלושה מאמרים (48%) בחנו והשוו את היעילות של הוראת 3DPAM לסטודנטים.מתוך מחקרים אלה, 23 (70%) מאמרים העריכו את שביעות רצון התלמידים, 17 (51%) השתמשו בסולם ליקרט, ו-6 (18%) השתמשו בשיטות אחרות.22 מאמרים (67%) העריכו את למידת התלמידים באמצעות בדיקות ידע, מתוכם 10 (30%) השתמשו במבחנים קדם ו/או לאחר מבחנים.11 מחקרים (33%) השתמשו בשאלות ובמבחנים מרובים כדי להעריך את הידע של התלמידים, וחמישה מחקרים (15%) השתמשו בתיוג תמונות/זיהוי אנטומי.בכל מחקר השתתפו בממוצע 76 תלמידים (מינימום 8, מקסימום 319).24 מחקרים (72%) היו בקבוצת ביקורת, מתוכם 20 (60%) השתמשו באקראי.לעומת זאת, מחקר אחד (3%) הקצה באופן אקראי מודלים אנטומיים ל-10 תלמידים שונים.בממוצע הושוו 2.6 קבוצות (מינימום 2, מקסימום 10).23 מחקרים (70%) כללו סטודנטים לרפואה, מתוכם 14 (42%) סטודנטים לרפואה שנה א'.שישה (18%) מחקרים כללו תושבים, 4 (12%) סטודנטים לרפואת שיניים ו-3 (9%) סטודנטים למדעים.שישה מחקרים (18%) יישמו והעריכו למידה אוטונומית באמצעות 3DPAM.טבלה 4 מסכמת את התוצאות של הערכת יעילות ההוראה של 3DPAM עבור כל מחקר שנכלל.
היתרונות העיקריים של שימוש ב-3DPAM ככלי הוראה להוראת אנטומיה אנושית נורמלית שדווחו על ידי המחברים הם מאפיינים חזותיים ומגע, כולל ריאליזם [55, 67], דיוק [44, 50, 72, 85], ושונות עקביות [34] ., 45, 48, 64], צבע ושקיפות [28, 45], אמינות [24, 56, 73], השפעה חינוכית [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], עלות [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], שחזור [80], אפשרות לשיפור או התאמה אישית [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], היכולת לתמרן תלמידים [30, 49], חיסכון בזמן הוראה [61, 80], קלות אחסון [61], היכולת לשלב אנטומיה פונקציונלית או ליצור מבנים ספציפיים [51, 53], 67], תכנון מהיר של שלד מודלים [81], היכולת ליצור בשיתוף פעולה ולהשתמש במודלים של בית [49, 60, 71], שיפור יכולות הסיבוב הנפשי [23] ושימור הידע [32], כמו גם אצל המורה [ 25, 63] ושביעות רצון התלמידים [25, 63].45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
החסרונות העיקריים קשורים לעיצוב: 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 נוספים כוללים אובדן מידע [30, 76], זמן רב הנדרש לפילוח תמונה [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 ב-3DPAM ככלי להוראת אנטומיה אנושית נורמלית.כל אזור אנטומי נחקר והודפס בתלת מימד.מתוך מאמרים אלו, 37 מאמרים השוו את 3DPAM עם מודלים אחרים, ו-33 מאמרים העריכו את הרלוונטיות הפדגוגית של 3DPAM עבור תלמידים.
בהתחשב בהבדלים בתכנון של מחקרי הדפסת תלת מימד אנטומיים, לא ראינו לנכון לבצע מטה-אנליזה.מטה-אנליזה שפורסמה בשנת 2020 התמקדה בעיקר במבחני ידע אנטומי לאחר אימון מבלי לנתח את ההיבטים הטכניים והטכנולוגיים של תכנון וייצור 3DPAM [10].
אזור הראש הוא הנחקר ביותר, כנראה בגלל שהמורכבות של האנטומיה שלו מקשה על התלמידים לתאר את האזור האנטומי הזה במרחב תלת מימדי בהשוואה לגפיים או לגו.CT הוא ללא ספק שיטת ההדמיה הנפוצה ביותר.טכניקה זו נמצאת בשימוש נרחב, במיוחד במסגרות רפואיות, אך בעלת רזולוציה מרחבית מוגבלת וניגודיות נמוכה של רקמות רכות.מגבלות אלו הופכות את סריקות ה-CT ללא מתאימות לפילוח ולמודלים של מערכת העצבים.מצד שני, טומוגרפיה ממוחשבת מתאימה יותר לפילוח/מודלים של רקמת עצם;ניגודיות עצם/רקמות רכות עוזרת להשלים את השלבים האלה לפני הדפסת מודלים אנטומיים בתלת מימד.מצד שני, microCT נחשבת לטכנולוגיית הייחוס במונחים של רזולוציה מרחבית בהדמיית עצם [70].ניתן להשתמש גם בסורקים אופטיים או MRI כדי לקבל תמונות.רזולוציה גבוהה יותר מונעת החלקה של משטחי עצם ומשמרת את העדינות של מבנים אנטומיים [59].בחירת הדגם משפיעה גם על הרזולוציה המרחבית: למשל, למודלים של פלסטליזציה יש רזולוציה נמוכה יותר [45].מעצבים גרפיים צריכים ליצור מודלים תלת מימדיים מותאמים אישית, מה שמגדיל את העלויות (25 עד 150 דולר לשעה) [43].השגת קבצי STL באיכות גבוהה אינה מספיקה ליצירת מודלים אנטומיים באיכות גבוהה.יש צורך לקבוע פרמטרים להדפסה, כגון כיוון הדגם האנטומי על לוח ההדפסה [29].כמה מחברים מציעים שיש להשתמש בטכנולוגיות הדפסה מתקדמות כגון 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].
תוכנות פילוח ומידול הן גורמים חשובים בהשגת מודלים אנטומיים מדויקים, אך העלות של חבילות תוכנה אלו ומורכבותן מעכבות את השימוש בהן.מספר מחקרים השוו את השימוש בחבילות תוכנה וטכנולוגיות הדפסה שונות, תוך הדגשת היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה [68].בנוסף לתוכנת מידול, נדרשת גם תוכנת הדפסה התואמת למדפסת הנבחרת;כמה מחברים מעדיפים להשתמש בהדפסת תלת מימד מקוונת [75].אם מודפסים מספיק אובייקטים תלת מימדיים, ההשקעה יכולה להוביל להחזר כספי [72].
פלסטיק הוא ללא ספק החומר הנפוץ ביותר.המגוון הרחב של המרקמים והצבעים שלו הופך אותו לחומר המועדף עבור 3DPAM.כמה מחברים שיבחו את החוזק הגבוה שלה בהשוואה לדגמים מסורתיים של קבורה או מצופה [24, 56, 73].לפלסטיקים מסוימים יש אפילו תכונות כיפוף או מתיחה.לדוגמה, Filaflex עם טכנולוגיית FDM יכול להימתח עד 700%.כמה מחברים רואים בו חומר הבחירה לשכפול שרירים, גידים ורצועות [63].מצד שני, שני מחקרים העלו שאלות לגבי כיוון הסיבים במהלך ההדפסה.למעשה, כיוון, החדרה, עצבוב ותפקוד של סיבי השריר הם קריטיים במודלים של שרירים [33].
באופן מפתיע, מעט מחקרים מזכירים את קנה המידה של הדפוס.מכיוון שאנשים רבים רואים את היחס 1:1 כסטנדרטי, ייתכן שהכותב בחר שלא להזכיר אותו.למרות שהגדלת קנה המידה תהיה שימושית ללמידה מכוונת בקבוצות גדולות, היתכנות קנה המידה עדיין לא נחקרה, במיוחד כאשר גדלים בכיתות גדלים והגודל הפיזי של המודל הם גורם חשוב.כמובן, סולמות בגודל מלא מקלים על איתור ותקשורת אלמנטים אנטומיים שונים למטופל, מה שעשוי להסביר מדוע משתמשים בהם לעתים קרובות.
מבין המדפסות הרבות הזמינות בשוק, אלו המשתמשות בטכנולוגיית PolyJet (הזרקת דיו לחומר או הזרקת דיו קלסר) כדי לספק הדפסה בצבע בהבחנה גבוהה והדפסה מרובת חומרים (ולכן מרובי טקסטורות) עולות בין 20,000 דולר ל-250,000 דולר ארה"ב ( https:/ /www.aniwaa.com/).עלות גבוהה זו עשויה להגביל את הקידום של 3DPAM בבתי ספר לרפואה.בנוסף לעלות המדפסת, עלות החומרים הנדרשים להדפסת הזרקת דיו גבוהה יותר מאשר למדפסות SLA או FDM [68].המחירים עבור מדפסות SLA או FDM גם זולים יותר, ונעים בין 576 ל-4,999 אירו במאמרים המפורטים בסקירה זו.לפי Tripodi ועמיתיו, ניתן להדפיס כל חלק שלד תמורת 1.25 דולר ארה"ב [47].11 מחקרים הגיעו למסקנה שהדפסת תלת מימד זולה יותר מפלסטיקה או מודלים מסחריים [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].יתרה מכך, מודלים מסחריים אלה נועדו לספק מידע למטופל ללא פירוט מספיק להוראת אנטומיה [80].דגמים מסחריים אלו נחשבים נחותים מ-3DPAM [44].ראוי לציין שבנוסף לטכנולוגיית ההדפסה בה נעשה שימוש, העלות הסופית היא פרופורציונלית לקנה המידה ולפיכך לגודל הסופי של ה-3DPAM [48].מסיבות אלה, קנה המידה בגודל מלא מועדף [37].
רק מחקר אחד השווה 3DPAM עם מודלים אנטומיים זמינים מסחרית [72].דגימות גופות הן המשווה הנפוץ ביותר עבור 3DPAM.למרות מגבלותיהם, מודלים של קדבר נותרים כלי רב ערך להוראת אנטומיה.יש להבחין בין נתיחה, דיסקציה ועצם יבשה.בהתבסס על מבחני אימון, שני מחקרים הראו ש-3DPAM היה יעיל יותר באופן מובהק מאשר דיסקציה פלסטינית [16, 27].מחקר אחד השווה שעה אחת של אימון באמצעות 3DPAM (גפיים תחתונות) עם שעה אחת של דיסקציה של אותו אזור אנטומי [78].לא היו הבדלים משמעותיים בין שתי שיטות הלימוד.סביר להניח שיש מעט מחקר בנושא זה מכיוון שקשה לבצע השוואות כאלה.דיסקציה היא הכנה שלוקחת זמן לסטודנטים.לעיתים נדרשות עשרות שעות הכנה, בהתאם למה שמכינים.השוואה שלישית אפשר לעשות עם עצמות יבשות.מחקר של Tsai וסמית' מצא שציוני המבחנים היו טובים יותר באופן משמעותי בקבוצה המשתמשת ב-3DPAM [51, 63].צ'ן ועמיתיו ציינו שתלמידים המשתמשים במודלים תלת-ממדיים הצליחו יותר בזיהוי מבנים (גולגולות), אך לא היה הבדל בציוני MCQ [69].לבסוף, Tanner ועמיתיו הדגימו תוצאות טובות יותר לאחר הבדיקה בקבוצה זו באמצעות 3DPAM של fossa pterygopalatine [46].כלי הוראה חדשים אחרים זוהו בסקירת ספרות זו.הנפוצים שבהם הם מציאות רבודה, מציאות מדומה ומשחקים רציניים [43].לפי Mahrous ועמיתיו, העדפה למודלים אנטומיים תלויה במספר השעות שתלמידים משחקים במשחקי וידאו [31].מצד שני, החיסרון העיקרי של כלי הוראת אנטומיה חדשים הוא משוב הפטי, במיוחד עבור כלים וירטואליים בלבד [48].
רוב המחקרים שהעריכו את 3DPAM החדש השתמשו במבחנים מוקדמים של ידע.בדיקות קדם אלו עוזרות למנוע הטיה בהערכה.חלק מהכותבים, לפני עריכת מחקרים ניסיוניים, אינם כוללים את כל התלמידים שקיבלו ציון מעל הממוצע במבחן המקדים [40].בין ההטיות שהוזכרו גאראס ועמיתיו היו צבע הדגם ובחירת המתנדבים בכיתת הסטודנטים [61].צביעה מקלה על זיהוי מבנים אנטומיים.חן ועמיתיו קבעו תנאי ניסוי קפדניים ללא הבדלים ראשוניים בין הקבוצות והמחקר סווור במידה המרבית האפשרית [69].Lim ועמיתיו ממליצים שההערכה שלאחר המבחן תושלם על ידי צד שלישי כדי למנוע הטיה בהערכה [16].כמה מחקרים השתמשו בסולמות Likert כדי להעריך את ההיתכנות של 3DPAM.מכשיר זה מתאים להערכת שביעות רצון, אך יש עדיין הטיות חשובות שצריך להיות מודעים להן [86].
הרלוונטיות החינוכית של 3DPAM הוערכה בעיקר בקרב סטודנטים לרפואה, כולל סטודנטים בשנה הראשונה לרפואה, ב-14 מתוך 33 מחקרים.במחקר הפיילוט שלהם, Wilk ועמיתיו דיווחו שסטודנטים לרפואה האמינו שיש לכלול הדפסת תלת מימד בלימוד האנטומיה שלהם [87].87% מהסטודנטים שנסקרו במחקר Cercenelli האמינו שהשנה השנייה ללימודים היא הזמן הטוב ביותר להשתמש ב-3DPAM [84].תוצאותיהם של טאנר ועמיתיו גם הראו שתלמידים הראו טוב יותר אם מעולם לא למדו את התחום [46].נתונים אלה מצביעים על כך שהשנה הראשונה ללימודי רפואה היא הזמן האופטימלי לשילוב 3DPAM בהוראת אנטומיה.המטה-אנליזה של Ye תמכה ברעיון הזה [18].על פני 27 המאמרים שנכללו במחקר, היו הבדלים משמעותיים בביצועים של 3DPAM בהשוואה למודלים מסורתיים בסטודנטים לרפואה, אך לא בתושבים.
3DPAM ככלי למידה משפר הישגים אקדמיים [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], שימור ידע לטווח ארוך [32] ושביעות רצון התלמידים [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]., 69 , 84].פאנלים של מומחים מצאו גם מודלים אלה שימושיים [37, 42, 49, 81, 82], ושני מחקרים מצאו את שביעות רצון המורים מ-3DPAM [25, 63].מכל המקורות, Backhouse ועמיתיו רואים בהדפסת תלת מימד את האלטרנטיבה הטובה ביותר למודלים אנטומיים מסורתיים [49].במטה-אנליזה הראשונה שלהם, Ye ועמיתיו אישרו שלתלמידים שקיבלו הוראות 3DPAM היו ציונים טובים יותר לאחר המבחן מאשר סטודנטים שקיבלו הוראות דו-ממדיות או גופות [10].עם זאת, הם הבדילו את 3DPAM לא לפי מורכבות, אלא פשוט לפי הלב, מערכת העצבים וחלל הבטן.בשבעה מחקרים, 3DPAM לא עלה על מודלים אחרים המבוססים על מבחני ידע שבוצעו לסטודנטים [32, 66, 69, 77, 78, 84].במטה-אנליזה שלהם, סלזאר ועמיתיו הגיעו למסקנה שהשימוש ב-3DPAM משפר באופן ספציפי את ההבנה של אנטומיה מורכבת [17].מושג זה עולה בקנה אחד עם מכתבו של Hitas לעורך [88].אזורים אנטומיים מסוימים הנחשבים פחות מורכבים אינם דורשים שימוש ב-3DPAM, ואילו אזורים אנטומיים מורכבים יותר (כגון הצוואר או מערכת העצבים) יהיו בחירה הגיונית עבור 3DPAM.תפיסה זו עשויה להסביר מדוע חלק מה-3DPAMs אינם נחשבים עדיפים על מודלים מסורתיים, במיוחד כאשר לתלמידים אין ידע בתחום שבו ביצועי המודל נמצאו עדיפים.לפיכך, הצגת מודל פשוט לסטודנטים שכבר יש להם ידע מסוים בנושא (סטודנטים לרפואה או דיירים) אינה מועילה לשיפור ביצועי התלמידים.
מתוך כל ההטבות החינוכיות המפורטות, 11 מחקרים הדגישו את האיכויות החזותיות או המישוש של דגמים [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], ו-3 מחקרים שיפרו את החוזק והעמידות (33 , 50 -52, 63, 79, 85, 86).יתרונות נוספים הם שתלמידים יכולים לתפעל את המבנים, מורים יכולים לחסוך זמן, קל יותר לשמר אותם מאשר גופות, הפרויקט יכול להסתיים תוך 24 שעות, זה 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 להוראת אנטומיה בנפח גבוה הופכת מודלים של הדפסת תלת מימד לחסכוניים יותר [26].השימוש ב-3DPAM יכול לשפר את יכולות הסיבוב המנטליות [23] ולשפר את הפרשנות של תמונות חתך [23, 32].שני מחקרים מצאו שסטודנטים שנחשפו ל-3DPAM היו בעלי סיכוי גבוה יותר לעבור ניתוח [40, 74].ניתן להטביע מחברי מתכת כדי ליצור את התנועה הדרושה ללימוד אנטומיה פונקציונלית [51, 53], או שניתן להדפיס מודלים באמצעות עיצובי טריגר [67].
הדפסת תלת מימד מאפשרת יצירת מודלים אנטומיים מתכווננים על ידי שיפור היבטים מסוימים בשלב המודלים, [48, 80] יצירת בסיס מתאים, [59] שילוב של מספר דגמים, [36] שימוש בשקיפות, (49) צבע, [45] או הפיכת מבנים פנימיים מסוימים לגלויים [30].טריפודי ועמיתיו השתמשו בחימר לפיסול כדי להשלים את דגמי העצמות המודפסים בתלת-ממד שלהם, תוך שימת דגש על 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].למרבה הצער, המחקר לא העריך את איכות אימון המודלים או רצף האימון.יש לשקול זאת בהקשר של חינוך אנטומיה, שכן היתרונות של למידה משולבת ויצירה משותפת מבוססים היטב [89].כדי להתמודד עם פעילות הפרסום הגוברת, נעשה שימוש בלמידה עצמית פעמים רבות להערכת מודלים [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
מחקר אחד הגיע למסקנה שצבע החומר הפלסטי בהיר מדי[45], מחקר אחר הגיע למסקנה שהמודל שביר מדי[71], ושני מחקרים אחרים הצביעו על חוסר שונות אנטומית בעיצוב של מודלים בודדים[25, 45 ]..שבעה מחקרים הגיעו למסקנה שהפרט האנטומי של 3DPAM אינו מספיק [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
עבור מודלים אנטומיים מפורטים יותר של אזורים גדולים ומורכבים, כגון הרטרופריטוניאום או אזור צוואר הרחם, זמן הפילוח והמודלים נחשבים ארוכים מאוד והעלות גבוהה מאוד (כ-2000 דולר ארה"ב) [27, 48].Hojo ועמיתיו דיווחו במחקרם כי יצירת מודל אנטומי של האגן ארכה 40 שעות [42].זמן הפילוח הארוך ביותר היה 380 שעות במחקר של Weatherall ועמיתיו, שבו שולבו מספר מודלים ליצירת מודל דרכי אוויר שלם של ילדים [36].בתשעה מחקרים, פילוח וזמן הדפסה נחשבו לחסרונות [36, 42, 57, 58, 74].עם זאת, 12 מחקרים מתחו ביקורת על התכונות הפיזיקליות של המודלים שלהם, במיוחד העקביות שלהם, [28, 62] חוסר שקיפות, [30] שבריריות ומונוכרומטיות, [71] חוסר רקמה רכה, [66] או חוסר פירוט [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].ניתן להתגבר על חסרונות אלו על ידי הגדלת זמן הפילוח או הסימולציה.איבוד ושליפה של מידע רלוונטי הייתה בעיה איתה התמודדו שלושה צוותים [30, 74, 77].על פי דיווחי המטופלים, חומרי ניגוד עם יוד לא סיפקו נראות אופטימלית של כלי הדם בשל מגבלות המינון [74].נראה כי הזרקת מודל גוויה היא שיטה אידיאלית שמתרחקת מהעיקרון של "כמה שפחות" וממגבלות המינון של חומר הניגוד המוזרק.
לרוע המזל, מאמרים רבים אינם מזכירים כמה תכונות מפתח של 3DPAM.פחות ממחצית מהמאמרים ציינו במפורש אם ה-3DPAM שלהם היה גוון.הסיקור של היקף הדפוס לא היה עקבי (43% מהמאמרים), ורק 34% הזכירו שימוש במדיה מרובת.פרמטרי הדפסה אלו הם קריטיים מכיוון שהם משפיעים על תכונות הלמידה של 3DPAM.רוב המאמרים אינם מספקים מידע מספיק על המורכבות של השגת 3DPAM (זמן עיצוב, כישורי כוח אדם, עלויות תוכנה, עלויות הדפסה וכו').מידע זה הוא קריטי ויש לשקול אותו לפני ששוקלים להתחיל פרויקט לפיתוח 3DPAM חדש.
סקירה שיטתית זו מראה שעיצוב והדפסת 3D מודלים אנטומיים רגילים אפשריים בעלות נמוכה, במיוחד בעת שימוש במדפסות FDM או SLA וחומרי פלסטיק זולים בצבע אחד.עם זאת, ניתן לשפר את העיצובים הבסיסיים הללו על ידי הוספת צבע או הוספת עיצובים מחומרים שונים.מודלים ריאליסטיים יותר (מודפסים באמצעות חומרים מרובים של צבעים ומרקמים שונים כדי לשכפל מקרוב את איכויות המישוש של מודל ייחוס גופות) דורשים טכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות יקרות יותר וזמני עיצוב ארוכים יותר.זה יגדיל משמעותית את העלות הכוללת.לא משנה באיזה תהליך הדפסה נבחר, בחירת שיטת ההדמיה המתאימה היא המפתח להצלחת 3DPAM.ככל שהרזולוציה המרחבית גבוהה יותר, כך המודל הופך למציאותי יותר וניתן להשתמש בו למחקר מתקדם.מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, כפי שמעידים מבחני הידע הנערכים לתלמידים ושביעות רצונם.אפקט ההוראה של 3DPAM הוא הטוב ביותר כאשר הוא משחזר אזורים אנטומיים מורכבים וסטודנטים משתמשים בו בשלב מוקדם בהכשרתם הרפואית.
מערכי הנתונים שנוצרו ו/או נותחו במחקר הנוכחי אינם זמינים לציבור עקב מחסומי שפה, אך זמינים מהמחבר המקביל לפי בקשה סבירה.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM.סקירה של קורסי אנטומיה, מיקרואנטומיה, נוירוביולוגיה ואמבריולוגיה בתוכניות הלימודים של בתי הספר לרפואה בארה"ב.ענת רק.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Dissection Cadaveric ככלי חינוכי למדע אנטומי במאה ה-21: דיסקציה ככלי חינוכי.ניתוח החינוך המדעי.2017;10(3):286–99.
זמן פרסום: 13 בנובמבר 2023