מודלים אנטומיים מודפסים תלת-ממדיים (3DPAMs) נראים ככלי מתאים בשל ערכם החינוכי והיתכנותם. מטרת סקירה זו היא לתאר ולנתח את השיטות המשמשות ליצירת 3DPAM להוראת אנטומיה אנושית ולהעריך את תרומתם הפדגוגית.
חיפוש אלקטרוני נערך ב-PubMed תוך שימוש במונחים הבאים: חינוך, בית ספר, למידה, הוראה, הכשרה, הוראה, חינוך, תלת-ממדי, תלת-ממדי, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה, ואנטומיה. הממצאים כללו מאפייני המחקר, עיצוב המודל, 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, פותחה שיטת 3DPAM על סמך טומוגרפיה ממוחשבת. חמישה תהליכי הדפסה מופיעים. פלסטיק ונגזרותיו שימשו ב-48 מחקרים. מחיר כל עיצוב נע בין 1.25$ ל-2,800$. שלושים ושבעה מחקרים השוו את 3DPAM למודלים ייחוס. שלושים ושלושה מאמרים בחנו פעילויות חינוכיות. היתרונות העיקריים הם איכות ויזואלית ומישוש, יעילות למידה, חזרתיות, התאמה אישית וזריזות, חיסכון בזמן, שילוב של אנטומיה תפקודית, יכולות טובות יותר של סיבוב מחשבתי, שימור ידע ושביעות רצון מורים/תלמידים. החסרונות העיקריים קשורים לעיצוב: עקביות, חוסר פרטים או שקיפות, צבעים בהירים מדי, זמני הדפסה ארוכים ועלות גבוהה.
סקירה שיטתית זו מראה כי 3DPAM הוא חסכוני ואפקטיבי להוראת אנטומיה. מודלים מציאותיים יותר דורשים שימוש בטכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות יקרות יותר וזמני תכנון ארוכים יותר, מה שיגדיל משמעותית את העלות הכוללת. המפתח הוא בחירת שיטת ההדמיה המתאימה. מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, עם 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 של הכשרתם הרפואית.
ניתוח גופות בעלי חיים מבוצע מאז יוון העתיקה והוא אחת השיטות העיקריות להוראת אנטומיה. ניתוחי גופות המבוצעים במהלך הכשרה מעשית משמשים בתוכנית הלימודים התיאורטית של סטודנטים לרפואה באוניברסיטאות ונחשבים כיום לסטנדרט הזהב ללימודי אנטומיה [1,2,3,4,5]. עם זאת, ישנם חסמים רבים לשימוש בדגימות גופות אנושיות, מה שמניע את החיפוש אחר כלי הדרכה חדשים [6, 7]. חלק מהכלים החדשים הללו כוללים מציאות רבודה, כלים דיגיטליים והדפסה תלת-ממדית. על פי סקירת ספרות שנערכה לאחרונה על ידי סנטוס ואחרים [8] מבחינת ערכן של טכנולוגיות חדשות אלו להוראת אנטומיה, הדפסה תלת-ממדית נראית כאחד המשאבים החשובים ביותר, הן מבחינת הערך החינוכי עבור סטודנטים והן מבחינת היתכנות היישום [4,9,10].
הדפסה תלת-ממדית 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 העצם הראשון מעבר לכדור הארץ בשנת 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-ממד (3DPAM) בחינוך הרפואי [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. בעת הוראת אנטומיה אנושית, יש צורך במודלים לא פתולוגיים ובמודלים תקינים מבחינה אנטומית. מספר סקירות בחנו מודלים של הכשרה פתולוגית או רפואית/כירורגית [8, 20, 21]. כדי לפתח מודל היברידי להוראת אנטומיה אנושית המשלב כלים חדשים כגון הדפסה תלת-ממדית, ערכנו סקירה שיטתית כדי לתאר ולנתח כיצד נוצרים אובייקטים מודפסים בתלת-ממד להוראת אנטומיה אנושית וכיצד סטודנטים מעריכים את יעילות הלמידה באמצעות אובייקטים תלת-ממדיים אלה.
סקירת ספרות שיטתית זו נערכה ביוני 2022 ללא הגבלת זמן תוך שימוש בהנחיות PRISMA (פריטים מועדפים לדיווח על סקירות שיטתיות ומטה-אנליזות) [22].
קריטריוני ההכללה היו כל מאמרי המחקר המשתמשים ב-3DPAM בהוראה/למידה של אנטומיה. סקירות ספרות, מכתבים או מאמרים המתמקדים במודלים פתולוגיים, מודלים של בעלי חיים, מודלים ארכיאולוגיים ומודלים של הכשרה רפואית/כירורגית לא נכללו. נבחרו רק מאמרים שפורסמו באנגלית. מאמרים ללא תקצירים זמינים באינטרנט לא נכללו. נכללו מאמרים שכללו מודלים מרובים, שלפחות אחד מהם היה תקין מבחינה אנטומית או בעל פתולוגיה קלה שלא השפיעה על ערך ההוראה.
נערך חיפוש ספרותי במאגר הנתונים האלקטרוני PubMed (הספרייה הלאומית לרפואה, NCBI) כדי לזהות מחקרים רלוונטיים שפורסמו עד יוני 2022. השתמשו במונחי החיפוש הבאים: חינוך, בית ספר, הוראה, הוראה, למידה, הוראה, חינוך, תלת-ממד, תלת-ממד, 3D, הדפסה, הדפסה, אנטומיה, אנטומיה, אנטומיה ואנטומיה. בוצעה שאילתה אחת: (((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] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract]). מאמרים נוספים זוהו על ידי חיפוש ידני במסד הנתונים של PubMed וסקירת הפניות של מאמרים מדעיים אחרים. לא הוחלו הגבלות תאריך, אך נעשה שימוש במסנן "אדם".
כל הכותרות והתקצירים שנאספו עברו סינון על פי קריטריוני הכללה והדרה על ידי שני מחברים (EBR ו-AL), וכל מחקר שלא עמד בכל קריטריוני הזכאות נפסל. פרסומים מלאים של המחקרים הנותרים נאספו ונבדקו על ידי שלושה מחברים (EBR, EBE ו-AL). במידת הצורך, חילוקי דעות בבחירת המאמרים יושבו על ידי אדם רביעי (LT). פרסומים שעמדו בכל קריטריוני ההכללה נכללו בסקירה זו.
חילוץ הנתונים 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 להדפסה תלת-ממדית, שיטת רכישה, תוכנת פילוח ומידול, סוג מדפסת תלת-ממדית, סוג וכמות חומר, קנה מידה של הדפסה, צבע, עלות הדפסה.
- הערכה מורפולוגית של מודלים: מודלים המשמשים להשוואה, הערכה רפואית של מומחים/מורים, מספר מעריכים, סוג ההערכה.
- מודל תלת-ממדי להוראה: הערכת ידע התלמידים, שיטת הערכה, מספר תלמידים, מספר קבוצות השוואה, אקראיות של תלמידים, השכלה/סוג תלמיד.
418 מחקרים זוהו ב-MEDLINE, ו-139 מאמרים הוצאו מהסקירה באמצעות סינון "אנושי". לאחר סקירת כותרות ותקצירים, 103 מחקרים נבחרו לקריאה מלאה. 34 מאמרים הוצאו מהסקירה משום שהיו מודלים פתולוגיים (9 מאמרים), מודלים להכשרה רפואית/כירורגית (4 מאמרים), מודלים של בעלי חיים (4 מאמרים), מודלים רדיולוגיים תלת-ממדיים (מאמר אחד) או שלא היו מאמרים מדעיים מקוריים (16 פרקים). סך הכל נכללו בסקירה 68 מאמרים. איור 1 מציג את תהליך הבחירה כתרשים זרימה.
תרשים זרימה המסכם את הזיהוי, הסינון וההכללה של מאמרים בסקירה שיטתית זו
כל המחקרים פורסמו בין השנים 2014 ו-2022, עם שנת פרסום ממוצעת של 2019. מבין 68 המאמרים שנכללו, 33 (49%) מחקרים היו תיאוריים וניסויים, 17 (25%) היו ניסויים בלבד, ו-18 (26%) היו ניסויים. תיאוריים בלבד. 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%) בחנו את אזור הראש, 19 מאמרים (28%) בחנו את אזור בית החזה, 17 מאמרים (25%) בחנו את אזור הבטן והאגן, ו-15 מאמרים (22%) בחנו את הגפיים. חמישים ואחד מאמרים (75%) הזכירו עצמות מודפסות בתלת-ממד כמודלים אנטומיים או מודלים אנטומיים מרובי פרוסות.
בנוגע למודלים או קבצי המקור ששימשו לפיתוח 3DPAM, 23 מאמרים (34%) הזכירו את השימוש בנתוני מטופלים, 20 מאמרים (29%) הזכירו את השימוש בנתוני גופות, ו-17 מאמרים (25%) הזכירו את השימוש במאגרי מידע. מחקרים אלה לא חשפו את מקור המסמכים בהם נעשה שימוש.
47 מחקרים (69%) פיתחו 3DPAM המבוסס על טומוגרפיה ממוחשבת, ו-3 מחקרים (4%) דיווחו על שימוש ב-microCT. 7 מאמרים (10%) הקרינו אובייקטים תלת-ממדיים באמצעות סורקים אופטיים, 4 מאמרים (6%) באמצעות MRI, ומאמר אחד (1%) באמצעות מצלמות ומיקרוסקופים. 14 מאמרים (21%) לא הזכירו את מקור קבצי המקור של עיצוב המודל התלת-ממדי. קבצי תלת-ממד 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].
שישים יישומי תוכנה שונים (פלח, מידול, עיצוב או הדפסה) שימשו. Mimics (Materialise, Leuven, Belgium) שימשו בתדירות הגבוהה ביותר (14 מחקרים, 21%), ואחריהם MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 מחקרים, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville). (10 מחקרים, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 מחקרים, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, הולנד) (8 מחקרים, 12%) ו-CURA (Geldemarsen, הולנד) (7 מחקרים, 10%).
מוזכרים שישים ושבעה דגמי מדפסות שונים וחמישה תהליכי הדפסה. טכנולוגיית FDM (Fused Deposition Modeling) שימשה ב-26 מוצרים (38%), התזת חומרים ב-13 מוצרים (19%) ולבסוף התזת קלסר (11 מוצרים, 16%). הטכנולוגיות הפחות בשימוש הן סטריאוליוגרפיה (SLA) (5 מוצרים, 7%) וסינטור לייזר סלקטיבי (SLS) (4 מוצרים, 6%). המדפסת הנפוצה ביותר (7 מוצרים, 10%) היא Connex 500 (Stratasys, רחובות, ישראל) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
בהגדרת החומרים המשמשים לייצור 3DPAM (51 מאמרים, 75%), 48 מחקרים (71%) השתמשו בפלסטיק ונגזרותיו. החומרים העיקריים ששימשו היו PLA (חומצה פולילקטית) (n = 20, 29%), שרף (n = 9, 13%) ו-ABS (אקרילוניטריל בוטדיאן סטירן) (7 סוגים, 10%). 23 מאמרים (34%) בחנו 3DPAM העשוי מחומרים מרובים, 36 מאמרים (53%) הציגו 3DPAM העשוי מחומר אחד בלבד, ו-9 מאמרים (13%) לא ציינו חומר.
עשרים ותשעה 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%) כללו צבעים מרובים, ו-9 (13%) נצבעו לאחר ההדפסה [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
שלושים וארבעה מאמרים (50%) הזכירו עלויות. 9 מאמרים (13%) הזכירו את עלות מדפסות התלת-ממד וחומרי הגלם. מחירי המדפסות נעים בין 302$ ל-65,000$. כאשר מפורטים, מחירי המודלים נעים בין 1.25$ ל-2,800$; ערכים קיצוניים אלה תואמים דגימות שלד [47] ומודלים רטרופריטונליים באיכות גבוהה [48]. טבלה 2 מסכמת את נתוני המודל עבור כל מחקר שנכלל.
שלושים ושבעה מחקרים (54%) השוו את מודל ה-3DAPM למודל ייחוס. מבין המחקרים הללו, מודל ההשוואה הנפוץ ביותר היה מודל ייחוס אנטומי, ששימש ב-14 מאמרים (38%), תכשירים פלסטלינים ב-6 מאמרים (16%), תכשירים פלסטלינים ב-6 מאמרים (16%). שימוש במציאות מדומה, הדמיית טומוגרפיה ממוחשבת - 3DPAM אחד ב-5 מאמרים (14%), 3DPAM נוסף ב-3 מאמרים (8%), משחקים רציניים במאמר אחד (3%), צילומי רנטגן במאמר אחד (3%), מודלים עסקיים במאמר אחד (3%) ומציאות רבודה במאמר אחד (3%). שלושים וארבעה (50%) מחקרים העריכו את 3DPAM. חמישה עשר (48%) מחקרים תיארו את חוויות המעריכים בפירוט (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 (תחום לא צוין) ב-3 מחקרים (20%) לצורך הערכה ומעריך אחד נוסף במאמר (7%). המספר הממוצע של מעריכים הוא 14 (מינימום 2, מקסימום 30). שלושים ושלושה מחקרים (49%) העריכו את המורפולוגיה של 3DPAM באופן איכותני, 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 בסולמות ליקרט (24%). טבלה 3 מסכמת את ההערכות המורפולוגיות של המודלים בכל מחקר שנכלל.
שלושים ושלושה (48%) מאמרים בחנו והשוו את יעילות הוראת 3DPAM לתלמידים. מבין מחקרים אלה, 23 (70%) מאמרים העריכו את שביעות רצון התלמידים, 17 (51%) השתמשו בסולמות ליקרט, ו-6 (18%) השתמשו בשיטות אחרות. עשרים ושניים מאמרים (67%) העריכו את למידת התלמידים באמצעות מבחני ידע, מתוכם 10 (30%) השתמשו במבחנים מקדימים ו/או במבחנים לאחר מכן. אחד עשר מחקרים (33%) השתמשו בשאלות רב-ברירה ובמבחנים כדי להעריך את הידע של התלמידים, וחמישה מחקרים (15%) השתמשו בתיוג תמונה/זיהוי אנטומי. בממוצע 76 תלמידים השתתפו בכל מחקר (מינימום 8, מקסימום 319). עשרים וארבעה מחקרים (72%) כללו קבוצת 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). עשרים ושלושה מחקרים (70%) כללו סטודנטים לרפואה, מתוכם 14 (42%) היו סטודנטים לרפואה בשנה א'. שישה מחקרים (18%) כללו מתמחים, 4 (12%) סטודנטים לרפואת שיניים ו-3 (9%) סטודנטים למדעים. שישה מחקרים (18%) יישמו והעריכו למידה אוטונומית באמצעות 3DPAM. טבלה 4 מסכמת את תוצאות הערכת יעילות ההוראה באמצעות 3DPAM עבור כל מחקר שנכלל.
היתרונות העיקריים שדווחו על ידי המחברים לשימוש ב-3DPAM ככלי הוראה לאנטומיה אנושית רגילה הם מאפיינים חזותיים ומישושיים, כולל ריאליזם [55, 67], דיוק [44, 50, 72, 85] ושונות עקביות [34, 45]. , 48, 64], צבע ושקיפות [28, 45], עמידות [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], יכולת לתמרן תלמידים [30, 49], חיסכון בזמן הוראה [61, 80], קלות אחסון [61], יכולת לשלב אנטומיה פונקציונלית או ליצור מבנים ספציפיים [51, 53], 67], תכנון מהיר של מודלים שלדיים [81], יכולת ליצירה משותפת מודלים ולקחת אותם הביתה [49, 60, 71], לשפר את יכולות הסיבוב המנטלי [23] ואת שימור הידע [32], כמו גם על המורה [25, 63] ושביעות רצון התלמידים [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
החסרונות העיקריים קשורים לעיצוב: קשיחות [80], עקביות [28, 62], חוסר פרטים 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 התמונה [36, 52, 57, 58, 74], זמן הדפסה [57, 63, 66, 67], חוסר שונות אנטומית [25] ועלות גבוהה [48].
סקירה שיטתית זו מסכמת 68 מאמרים שפורסמו במשך 9 שנים ומדגישה את העניין של הקהילה המדעית ב-3DPAM ככלי להוראת אנטומיה אנושית תקינה. כל אזור אנטומי נחקר והודפס בתלת-ממד. מבין המאמרים הללו, 37 מאמרים השוו את 3DPAM עם מודלים אחרים, ו-33 מאמרים העריכו את הרלוונטיות הפדגוגית של 3DPAM עבור תלמידים.
בהינתן ההבדלים בתכנון מחקרי הדפסה תלת-ממדית אנטומית, לא ראינו לנכון לערוך מטא-אנליזה. מטא-אנליזה שפורסמה בשנת 2020 התמקדה בעיקר במבחני ידע אנטומיים לאחר אימון, מבלי לנתח את ההיבטים הטכניים והטכנולוגיים של תכנון וייצור של 3DPAM [10].
אזור הראש הוא הנחקר ביותר, כנראה משום שמורכבות האנטומיה שלו מקשה על סטודנטים לתאר אזור אנטומי זה במרחב תלת-ממדי בהשוואה לגפיים או לפלג הגוף העליון. CT הוא ללא ספק שיטת ההדמיה הנפוצה ביותר. טכניקה זו נמצאת בשימוש נרחב, במיוחד במסגרות רפואיות, אך יש לה רזולוציה מרחבית מוגבלת וניגודיות נמוכה של רקמות רכות. מגבלות אלו הופכות סריקות CT ללא מתאימות לפילוח ומידול של מערכת העצבים. מצד שני, טומוגרפיה ממוחשבת מתאימה יותר לפילוח/מידול של רקמת עצם; ניגודיות עצם/רקמות רכות מסייעת בהשלמת שלבים אלה לפני הדפסת תלת-ממד של מודלים אנטומיים. מצד שני, microCT נחשב לטכנולוגיית הייחוס מבחינת רזולוציה מרחבית בהדמיית עצם [70]. ניתן להשתמש גם בסורקים אופטיים או MRI כדי להשיג תמונות. רזולוציה גבוהה יותר מונעת החלקה של משטחי העצם ומשמרת את העדינות של מבנים אנטומיים [59]. בחירת המודל משפיעה גם על הרזולוציה המרחבית: לדוגמה, מודלים של פלסטיליזציה בעלי רזולוציה נמוכה יותר [45]. מעצבים גרפיים צריכים ליצור מודלים תלת-ממדיים בהתאמה 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 פרמטרי הדפסה, כגון כיוון המודל האנטומי על גבי לוח ההדפסה [29]. מחברים מסוימים מציעים להשתמש בטכנולוגיות הדפסה מתקדמות כמו SLS במידת האפשר כדי לשפר את דיוק ה-3DPAM [38]. ייצור 3DPAM דורש סיוע מקצועי; המומחים המבוקשים ביותר הם מהנדסים [72], רדיולוגים [75], מעצבים גרפיים [43] ואנטומים [25, 28, 51, 57, 76, 77].
תוכנות פילוח ומידול הן גורמים חשובים בהשגת מודלים אנטומיים מדויקים, אך עלותן 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 תואמת למדפסת שנבחרה; חלק מהמחברים מעדיפים להשתמש בהדפסה תלת-ממדית מקוונת [75]. אם מודפסים מספיק אובייקטים תלת-ממדיים, ההשקעה יכולה להוביל לתשואות כספיות [72].
פלסטיק הוא ללא ספק החומר הנפוץ ביותר. מגוון רחב של מרקמים וצבעים הופך אותו לחומר המועדף עבור 3DPAM. מחברים מסוימים שיבחו את חוזקו הגבוה בהשוואה למודלים מסורתיים של גופות או מודלים מפלסטיק [24, 56, 73]. לחלק מהפלסטיק יש אפילו תכונות כיפוף או מתיחה. לדוגמה, Filaflex עם טכנולוגיית FDM יכול להימתח עד 700%. מחברים מסוימים רואים בו את החומר המועדף לשכפול שרירים, גידים ורצועות [63]. מצד שני, שני מחקרים העלו שאלות לגבי כיוון הסיבים במהלך ההדפסה. למעשה, כיוון סיבי השריר, החדרתם, עצבובם ותפקודם הם קריטיים במידול שרירים [33].
באופן מפתיע, מעט מחקרים מזכירים את קנה המידה של ההדפסה. מאחר שאנשים רבים רואים ביחס של 1:1 סטנדרט, ייתכן שהמחבר בחר שלא להזכיר אותו. למרות שהגדלת קנה המידה תהיה שימושית ללמידה מכוונת בקבוצות גדולות, היתכנות הגדלת קנה המידה טרם נחקרה, במיוחד לאור גודל הכיתות הגדל והגודל הפיזי של המודל מהווה גורם חשוב. כמובן, קנה מידה בגודל מלא מקל על איתור ותקשורת של אלמנטים אנטומיים שונים למטופל, מה שעשוי להסביר מדוע הם משמשים לעתים קרובות.
מבין המדפסות הרבות הזמינות בשוק, אלו המשתמשות בטכנולוגיית PolyJet (הזרקת דיו מחומר או חומר קשירה) כדי לספק הדפסה באיכות HD בצבע וברב-שכבות (ולכן ברב-מרקמים) עולות בין 20,000 ל-250,000 דולר (https://www.aniwaa.com/). עלות גבוהה זו עשויה להגביל את קידום 3DPAM בבתי ספר לרפואה. בנוסף לעלות המדפסת, עלות החומרים הנדרשים להדפסת הזרקת דיו גבוהה יותר מאשר עבור מדפסות SLA או FDM [68]. גם המחירים עבור מדפסות SLA או FDM נוחים יותר, ונעים בין 576 אירו ל-4,999 אירו במאמרים המפורטים בסקירה זו. לדברי Tripodi ועמיתיו, ניתן להדפיס כל חלק שלדי תמורת 1.25 דולר [47]. אחד עשר מחקרים הגיעו למסקנה כי הדפסה תלת-ממדית זולה יותר ממודלים מפלסטליזציה או מסחריים [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. יתר על כן, מודלים מסחריים אלה נועדו לספק מידע למטופל ללא פירוט מספיק להוראת אנטומיה [80]. מודלים מסחריים אלה נחשבים נחותים מ-3DPAM [44]. ראוי לציין כי בנוסף לטכנולוגיית ההדפסה בה נעשה שימוש, העלות הסופית פרופורציונלית לקנה המידה ולכן לגודל הסופי של ה-3DPAM [48]. מסיבות אלה, קנה המידה בגודל מלא עדיף [37].
רק מחקר אחד השווה 3DPAM עם מודלים אנטומיים הזמינים מסחרית [72]. דגימות גופות הן כלי ההשוואה הנפוץ ביותר עבור 3DPAM. למרות מגבלותיהן, מודלים של גופות נותרו כלי בעל ערך להוראת אנטומיה. יש להבחין בין נתיחה שלאחר המוות, דיסקציה ועצם יבשה. בהתבסס על מבחני אימון, שני מחקרים הראו ש-3DPAM היה יעיל משמעותית יותר מדיסקציה פלסטינלית [16, 27]. מחקר אחד השווה שעת אימון אחת באמצעות 3DPAM (גפיים תחתונות) עם שעת דיסקציה אחת של אותו אזור אנטומי [78]. לא נמצאו הבדלים משמעותיים בין שתי שיטות ההוראה. סביר להניח שיש מעט מחקר בנושא זה מכיוון שהשוואות כאלה קשות לביצוע. דיסקציה היא הכנה גוזלת זמן עבור סטודנטים. לפעמים נדרשות עשרות שעות הכנה, תלוי במה שמכינים. ניתן לבצע השוואה שלישית עם עצמות יבשות. מחקר של צאי וסמית' מצא שציוני המבחנים היו טובים משמעותית בקבוצה שהשתמשה ב-3DPAM [51, 63]. צ'ן ועמיתיו ציינו כי סטודנטים שהשתמשו במודלים תלת-ממדיים הציגו ביצועים טובים יותר בזיהוי מבנים (גולגולות), אך לא היה הבדל בציוני שאלות מרובות (MCQ) [69]. לבסוף, טאנר ועמיתיו הדגימו תוצאות טובות יותר לאחר המבחן בקבוצה זו באמצעות 3DPAM של גומת הפטריגופלטין [46]. כלי הוראה חדשים נוספים זוהו בסקירת ספרות זו. הנפוצים שבהם הם מציאות רבודה, מציאות מדומה ומשחקים רציניים [43]. לדברי מהרוס ועמיתיו, העדפה למודלים אנטומיים תלויה במספר השעות שהסטודנטים משחקים במשחקי וידאו [31]. מצד שני, חיסרון עיקרי של כלי הוראה חדשים לאנטומיה הוא משוב הפטי, במיוחד עבור כלים וירטואליים בלבד [48].
רוב המחקרים שהעריכו את ה-3DPAM החדש השתמשו במבחני ידע מקדימים. מבחנים מקדימים אלה מסייעים במניעת הטיה בהערכה. חלק מהמחברים, לפני ביצוע מחקרים ניסויים, לא כללו את כל התלמידים שקיבלו ציון מעל הממוצע במבחן המקדים [40]. בין ההטיות שגאראס ועמיתיו הזכירו היו צבע המודל ובחירת המתנדבים בכיתת התלמידים [61]. צביעה מקלה על זיהוי מבנים אנטומיים. צ'ן ועמיתיו קבעו תנאי ניסוי מחמירים ללא הבדלים ראשוניים בין הקבוצות והמחקר היה עיוור במידה המרבית האפשרית [69]. לים ועמיתיו ממליצים שההערכה שלאחר המבחן תושלם על ידי צד שלישי כדי למנוע הטיה בהערכה [16]. חלק מהמחקרים השתמשו בסולמות ליקרט כדי להעריך את היתכנות ה-3DPAM. כלי זה מתאים להערכת שביעות רצון, אך עדיין יש הטיות חשובות שיש להיות מודעים להן [86].
הרלוונטיות החינוכית של 3DPAM הוערכה בעיקר בקרב סטודנטים לרפואה, כולל סטודנטים לרפואה בשנה א', ב-14 מתוך 33 מחקרים. במחקר הפיילוט שלהם, וילק ועמיתיו דיווחו כי סטודנטים לרפואה האמינו כי יש לכלול הדפסה תלת-ממדית בלימודי האנטומיה שלהם [87]. 87% מהסטודנטים שנשאלו במחקר צ'רצ'נלי האמינו כי שנת הלימודים השנייה היא הזמן הטוב ביותר להשתמש ב-3DPAM [84]. תוצאותיהם של טאנר ועמיתיו הראו גם כי סטודנטים הציגו ביצועים טובים יותר אם מעולם לא למדו את התחום [46]. נתונים אלה מצביעים על כך שהשנה הראשונה של בית הספר לרפואה היא הזמן האופטימלי לשלב 3DPAM בהוראת האנטומיה. המטא-אנליזה של יי תמכה ברעיון זה [18]. ב-27 המאמרים שנכללו במחקר, נמצאו הבדלים משמעותיים בציוני המבחנים בין 3DPAM למודלים מסורתיים עבור סטודנטים לרפואה, אך לא עבור מתמחים.
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 שביעות רצון של מורים מ-3DPAM [25, 63]. מכל המקורות, בקהאוס ועמיתיו רואים בהדפסה תלת-ממדית את האלטרנטיבה הטובה ביותר למודלים אנטומיים מסורתיים [49]. במטה-אנליזה הראשונה שלהם, יה ועמיתיו אישרו כי תלמידים שקיבלו הוראות 3DPAM השיגו ציונים טובים יותר לאחר המבחן מאשר תלמידים שקיבלו הוראות דו-ממדיות או גופות [10]. עם זאת, הם הבדילו בין 3DPAM לא לפי מורכבות, אלא פשוט לפי הלב, מערכת העצבים וחלל הבטן. בשבעה מחקרים, 3DPAM לא עלה על מודלים אחרים המבוססים על מבחני ידע שניתנו לסטודנטים [32, 66, 69, 77, 78, 84]. במטה-אנליזה שלהם, סלזאר ועמיתיו הגיעו למסקנה כי השימוש ב-3DPAM משפר באופן ספציפי את ההבנה של אנטומיה מורכבת [17]. תפיסה זו עולה בקנה אחד עם מכתבו של היטאס לעורך [88]. אזורים אנטומיים מסוימים הנחשבים פחות מורכבים אינם דורשים שימוש ב-3DPAM, בעוד שאזורים אנטומיים מורכבים יותר (כגון הצוואר או מערכת העצבים) יהיו בחירה הגיונית עבור 3DPAM. תפיסה זו עשויה להסביר מדוע חלק מ-3DPAMs אינם נחשבים לעדיפים על מודלים מסורתיים, במיוחד כאשר לסטודנטים חסר ידע בתחום שבו ביצועי המודל נמצאים עדיפים. לכן, הצגת מודל פשוט לסטודנטים שכבר יש להם ידע מסוים בנושא (סטודנטים לרפואה או מתמחים) אינה מועילה בשיפור ביצועי הסטודנטים.
מבין כל היתרונות החינוכיים המפורטים, 11 מחקרים הדגישו את האיכויות הוויזואליות או המישושיות של מודלים [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, ניתן להשלים את הפרויקט תוך 24 שעות, ניתן להשתמש בו ככלי לחינוך ביתי, וניתן להשתמש בו כדי ללמד כמויות גדולות של מידע. הדפסה תלת-ממדית חוזרת ונשנית להוראת אנטומיה בנפח גבוה הופכת מודלים של הדפסה תלת-ממדית לחסכוניים יותר [26]. השימוש ב-3DPAM יכול לשפר את יכולות הסיבוב המנטלי [23] ולשפר את הפרשנות של תמונות חתך [23, 32]. שני מחקרים מצאו כי סטודנטים שנחשפו ל-3DPAM נטו יותר לעבור ניתוח [40, 74]. ניתן להטמיע מחברים ממתכת כדי ליצור את התנועה הדרושה לחקר אנטומיה תפקודית [51, 53], או שניתן להדפיס מודלים באמצעות עיצובים של טריגר [67].
הדפסה תלת-ממדית מאפשרת יצירת מודלים אנטומיים מתכווננים על ידי שיפור היבטים מסוימים בשלב המידול, [48, 80] יצירת בסיס מתאים, [59] שילוב של מודלים מרובים, [36] שימוש בשקיפות, (49) צבע, [45] או הפיכת מבנים פנימיים מסוימים לגלויים [30]. טריפודי ועמיתיו השתמשו בחימר פיסול כדי להשלים את מודלי העצם המודפסים בתלת-ממד שלהם, תוך הדגשת הערך של מודלים שנוצרו במשותף ככלי הוראה [47]. ב-9 מחקרים, צבע יושם לאחר ההדפסה [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], אך סטודנטים יישמו אותו רק פעם אחת [49]. לרוע המזל, המחקר לא העריך את איכות אימון המודלים או את 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, למידה עצמית שימשה פעמים רבות להערכת מודלים [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
מחקר אחד הגיע למסקנה שצבע החומר הפלסטי היה בהיר מדי[45], מחקר אחר הגיע למסקנה שהמודל היה שביר מדי[71], ושני מחקרים נוספים הצביעו על חוסר שונות אנטומית בתכנון של מודלים בודדים[25, 45]. שבעה מחקרים הגיעו למסקנה שהפירוט האנטומי של 3DPAM אינו מספיק [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
עבור מודלים אנטומיים מפורטים יותר של אזורים גדולים ומורכבים, כגון הרטרופריטונאום או עמוד השדרה הצווארי, זמן הפילוח והמידול נחשב ארוך מאוד והעלות גבוהה מאוד (כ-2000 דולר) [27, 48]. הוג'ו ועמיתיו הצהירו במחקרם כי יצירת המודל האנטומי של האגן ארכה 40 שעות [42]. זמן הפילוח הארוך ביותר היה 380 שעות במחקר של וות'רל ועמיתיו, בו שולבו מודלים מרובים ליצירת מודל דרכי אוויר שלם לילדים [36]. בתשעה מחקרים, זמן הפילוח וההדפסה נחשבו לחסרונות [36, 42, 57, 58, 74]. עם זאת, 12 מחקרים ביקרו את התכונות הפיזיקליות של המודלים שלהם, ובמיוחד את העקביות שלהם, [28, 62] חוסר השקיפות, [30] השבריריות והמונוכרומטיות, [71] היעדר רקמה רכה, [66] או חוסר פירוט [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81]. ניתן להתגבר על חסרונות אלה על ידי הגדלת זמן הפילוח או הסימולציה. אובדן ואחזור מידע רלוונטי היו בעיה שעמה התמודדו שלושה צוותים [30, 74, 77]. על פי דיווחי מטופלים, חומרי ניגוד המכילים יוד לא סיפקו נראות כלי דם אופטימלית עקב מגבלות מינון [74]. הזרקת מודל גופה נראית כשיטה אידיאלית המתרחקת מעקרון ה"כמה שפחות" וממגבלות מינון חומר הניגוד המוזרק.
למרבה הצער, מאמרים רבים אינם מזכירים כמה מאפיינים מרכזיים של 3DPAM. פחות ממחצית המאמרים ציינו במפורש האם ה-3DPAM שלהם היה צבוע. הסיקור של היקף ההדפסה היה לא עקבי (43% מהמאמרים), ורק 34% הזכירו את השימוש במספר מדיה. פרמטרי הדפסה אלה הם קריטיים משום שהם משפיעים על תכונות הלמידה של 3DPAM. רוב המאמרים אינם מספקים מידע מספיק על המורכבויות של קבלת 3DPAM (זמן תכנון, כישורי כוח אדם, עלויות תוכנה, עלויות הדפסה וכו'). מידע זה הוא קריטי ויש לקחת אותו בחשבון לפני ששוקלים התחלת פרויקט לפיתוח 3DPAM חדש.
סקירה שיטתית זו מראה כי תכנון והדפסה תלת-ממדית של מודלים אנטומיים רגילים אפשריים בעלות נמוכה, במיוחד בעת שימוש במדפסות FDM או SLA וחומרי פלסטיק בצבע אחד זולים. עם זאת, ניתן לשפר את העיצובים הבסיסיים הללו על ידי הוספת צבע או הוספת עיצובים בחומרים שונים. מודלים ריאליסטיים יותר (המודפסים באמצעות חומרים מרובים בצבעים ובמרקמים שונים כדי לשכפל מקרוב את התכונות המגעיות של מודל ייחוס של גופה) דורשים טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות יקרות יותר וזמני תכנון ארוכים יותר. מצב זה יגדיל משמעותית את העלות הכוללת. לא משנה איזה תהליך הדפסה נבחר, בחירת שיטת ההדמיה המתאימה היא המפתח להצלחת 3DPAM. ככל שהרזולוציה המרחבית גבוהה יותר, כך המודל הופך ריאליסטי יותר וניתן להשתמש בו למחקר מתקדם. מנקודת מבט פדגוגית, 3DPAM הוא כלי יעיל להוראת אנטומיה, כפי שמעידים מבחני הידע הניתנים לסטודנטים ושביעות רצונם. אפקט ההוראה של 3DPAM הוא הטוב ביותר כאשר הוא משחזר אזורים אנטומיים מורכבים וסטודנטים משתמשים בו בשלב מוקדם של הכשרתם הרפואית.
מערכי הנתונים שנוצרו ו/או נותחו במחקר הנוכחי אינם זמינים לציבור עקב מחסומי שפה, אך זמינים מהמחבר המתאים על פי בקשה סבירה.
דרייק ר.ל., לאורי די.ג'יי., פרויט סי.אם. סקירה של קורסי אנטומיה גסה, מיקרואנטומיה, נוירוביולוגיה ואמבריולוגיה בתוכניות הלימודים של בתי ספר לרפואה בארה"ב. ענת רק. 2002;269(2):118-22.
גוש ס.ק. דיסקציה של גופות ככלי חינוכי למדע האנטומי במאה ה-21: דיסקציה ככלי חינוכי. ניתוח של חינוך מדעי. 2017;10(3):286–99.
זמן פרסום: 09-04-2024