I modelli anatomici stampati tridimensionali (3DPAM) sembrano essere uno strumento adatto a causa del loro valore educativo e fattibilità. Lo scopo di questa revisione è descrivere e analizzare i metodi utilizzati per creare 3DPAM per l'insegnamento dell'anatomia umana e per valutarne il contributo pedagogico.
Una ricerca elettronica è stata condotta in PubMed usando i seguenti termini: istruzione, scuola, insegnamento, formazione, insegnamento, istruzione, tridimensionale, 3D, tridimensionale, stampa, stampa, stampa, anatomia, anatomia, anatomia e anatomia . . I risultati includevano caratteristiche dello studio, progettazione del modello, valutazione morfologica, prestazioni educative, punti di forza e di debolezza.
Tra i 68 articoli selezionati, il maggior numero di studi incentrati sulla regione cranica (33 articoli); 51 articoli menzionano la stampa ossea. In 47 articoli, 3DPAM è stato sviluppato sulla base della tomografia computerizzata. Sono elencati cinque processi di stampa. La plastica e i loro derivati sono stati usati in 48 studi. Ogni design varia nel prezzo da $ 1,25 a $ 2.800. Trentasette studi hanno confrontato 3DPAM con modelli di riferimento. Trentatre articoli hanno esaminato le attività educative. I principali vantaggi sono la qualità visiva e tattile, l'efficienza dell'apprendimento, la ripetibilità, la personalizzazione e l'agilità, il risparmio di tempo, l'integrazione dell'anatomia funzionale, le migliori capacità di rotazione mentale, la conservazione della conoscenza e la soddisfazione degli insegnanti/studente. Gli svantaggi principali sono correlati al design: coerenza, mancanza di dettagli o trasparenza, colori troppo luminosi, lunghi tempi di stampa e costi elevati.
Questa revisione sistematica mostra che la 3DPAM è economica ed efficace per l'insegnamento dell'anatomia. Modelli più realistici richiedono l'uso di tecnologie di stampa 3D più costose e tempi di progettazione più lunghi, che aumenteranno in modo significativo il costo complessivo. La chiave è selezionare il metodo di imaging appropriato. Da un punto di vista pedagogico, 3DPAM è uno strumento efficace per l'insegnamento di anatomia, con un impatto positivo sui risultati e sulla soddisfazione dell'apprendimento. L'effetto di insegnamento della 3DPAM è il migliore quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti lo usano all'inizio della loro formazione medica.
La dissezione di cadaveri animali è stata eseguita dall'antica Grecia ed è uno dei principali metodi di insegnamento di anatomia. Le dissezioni cadaveriche eseguite durante la formazione pratica sono utilizzate nel curriculum teorico degli studenti di medicina universitaria e sono attualmente considerate il gold standard per lo studio dell'anatomia [1,2,3,4,5]. Tuttavia, ci sono molti ostacoli all'uso di esemplari di cadaverici umani, spingendo la ricerca di nuovi strumenti di formazione [6, 7]. Alcuni di questi nuovi strumenti includono realtà aumentata, strumenti digitali e stampa 3D. Secondo una recente revisione della letteratura di Santos et al. [8] In termini di valore di queste nuove tecnologie per l'insegnamento dell'anatomia, la stampa 3D sembra essere una delle risorse più importanti, sia in termini di valore educativo per gli studenti sia in termini di fattibilità dell'implementazione [4,9,10] .
La stampa 3D non è nuova. I primi brevetti relativi a questa tecnologia risalgono al 1984: A Le Méhauté, O de Witte e JC André in Francia e tre settimane dopo C Hull negli Stati Uniti. Da allora, la tecnologia ha continuato a evolversi e il suo utilizzo si è espanso in molte aree. Ad esempio, la NASA ha stampato il primo oggetto oltre la Terra nel 2014 [11]. Il campo medico ha anche adottato questo nuovo strumento, aumentando così il desiderio di sviluppare medicine personalizzate [12].
Molti autori hanno dimostrato i vantaggi dell'utilizzo di modelli anatomici stampati in 3D (3DPAM) nell'educazione medica [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Quando si insegna anatomia umana, sono necessari modelli non patologici e anatomicamente normali. Alcune recensioni hanno esaminato i modelli di formazione patologica o medica/chirurgica [8, 20, 21]. Per sviluppare un modello ibrido per l'insegnamento dell'anatomia umana che incorpora nuovi strumenti come la stampa 3D, abbiamo condotto una revisione sistematica per descrivere e analizzare come vengono creati oggetti stampati in 3D per insegnare l'anatomia umana e come gli studenti valutano l'efficacia dell'apprendimento usando questi oggetti 3D.
Questa revisione sistematica della letteratura è stata condotta nel giugno 2022 senza restrizioni di tempo utilizzando le linee guida PRISMA (Preferred Reporting Articoli per revisioni sistematiche e meta-analisi) [22].
I criteri di inclusione erano tutti documenti di ricerca che utilizzavano 3DPAM nell'insegnamento/apprendimento dell'anatomia. Sono state escluse recensioni di letteratura, lettere o articoli incentrati su modelli patologici, modelli animali, modelli archeologici e modelli di formazione medica/chirurgica. Sono stati selezionati solo articoli pubblicati in inglese. Gli articoli senza abstract online sono stati esclusi. Sono stati inclusi articoli che includevano più modelli, almeno uno dei quali anatomicamente normali o che avevano una patologia minore che non influisce sul valore dell'insegnamento.
Una ricerca in letteratura è stata condotta nel database elettronico PubMed (National Library of Medicine, NCBI) per identificare studi pertinenti pubblicati fino a giugno 2022. Usa i seguenti termini di ricerca: istruzione, scuola, insegnamento, insegnamento, insegnamento, istruzione, tre- dimensionale, 3D, 3D, stampa, stampa, stampa, anatomia, anatomia, anatomia e anatomia. È stata eseguita una singola query: (((Education [Titolo/Abstract] o School [Titolo/Abstract] Orlearning [Titolo/Abstract] o insegnamento [Titolo/Abstract] o Formazione [Titolo/Abstract] Oreach [Titolo/Abstract]] o Educazione [titolo/Abstract]) e (tre dimensioni [titolo] o 3d [titolo] o 3d [titolo])) e (stampa [title] o stampa [title] o stampa [title]) e (anatomia) [titolo ]]/Abstract] o Anatomy [Titolo/Abstract] o Anatomy [Titolo/Abstract] o Anatomy [Titolo/Abstract]). Ulteriori articoli sono stati identificati cercando manualmente nel database PubMed e rivedendo i riferimenti di altri articoli scientifici. Non sono state applicate restrizioni alla data, ma è stato utilizzato il filtro "persona".
Tutti i titoli e gli abstract recuperati sono stati sottoposti a screening contro i criteri di inclusione ed esclusione da parte di due autori (EBR e AL) e qualsiasi studio che non soddisfa tutti i criteri di ammissibilità è stato escluso. Le pubblicazioni full-text degli studi rimanenti sono state recuperate e riviste da tre autori (EBR, EBE e AL). Se necessario, i disaccordi nella selezione di articoli sono stati risolti da una quarta persona (LT). In questa recensione sono state incluse pubblicazioni che soddisfacevano tutti i criteri di inclusione.
L'estrazione dei dati è stata eseguita indipendentemente da due autori (EBR e AL) sotto la supervisione di un terzo autore (LT).
- Dati di progettazione del modello: regioni anatomiche, parti anatomiche specifiche, modello iniziale per stampa 3D, metodo di acquisizione, software di segmentazione e modellazione, tipo di stampante 3D, tipo di materiale e quantità, scala di stampa, colore, costo di stampa.
- Valutazione morfologica dei modelli: modelli utilizzati per il confronto, valutazione medica di esperti/insegnanti, numero di valutatori, tipo di valutazione.
- Insegnamento del modello 3D: valutazione della conoscenza degli studenti, metodo di valutazione, numero di studenti, numero di gruppi di confronto, randomizzazione degli studenti, istruzione/tipo di studente.
418 studi sono stati identificati in Medline e 139 articoli sono stati esclusi dal filtro "umano". Dopo aver esaminato titoli e abstract, sono stati selezionati 103 studi per la lettura full-text. 34 articoli sono stati esclusi perché erano modelli patologici (9 articoli), modelli di formazione medica/chirurgica (4 articoli), modelli animali (4 articoli), modelli radiologici 3D (1 articolo) o non erano articoli scientifici originali (16 capitoli). ). Nel recensione sono stati inclusi un totale di 68 articoli. La Figura 1 presenta il processo di selezione come diagramma di flusso.
Il diagramma di flusso riassumi l'identificazione, lo screening e l'inclusione di articoli in questa revisione sistematica
Tutti gli studi sono stati pubblicati tra il 2014 e il 2022, con un anno di pubblicazione medio del 2019. Tra i 68 articoli inclusi, 33 (49%) studi erano descrittivi e sperimentali, 17 (25%) erano puramente sperimentali e 18 (26%) sperimentale. Puramente descrittivo. Dei 50 (73%) studi sperimentali, 21 (31%) hanno usato la randomizzazione. Solo 34 studi (50%) includevano analisi statistiche. La tabella 1 riassume le caratteristiche di ogni studio.
33 articoli (48%) hanno esaminato la regione principale, 19 articoli (28%) hanno esaminato la regione toracica, 17 articoli (25%) hanno esaminato la regione addominopelvica e 15 articoli (22%) hanno esaminato le estremità. Cinquantuno articoli (75%) menzionavano ossa stampate in 3D come modelli anatomici o modelli anatomici a più slitte.
Per quanto riguarda i modelli di origine o i file utilizzati per sviluppare 3DPAM, 23 articoli (34%) hanno menzionato l'uso dei dati dei pazienti, 20 articoli (29%) hanno menzionato l'uso di dati cadaverici e 17 articoli (25%) hanno menzionato l'uso di database. sono stati utilizzati e 7 studi (10%) non hanno rivelato la fonte dei documenti utilizzati.
47 studi (69%) hanno sviluppato 3DPAM in base alla tomografia computerizzata e 3 studi (4%) hanno riportato l'uso di microct. 7 articoli (10%) hanno proiettato oggetti 3D utilizzando scanner ottici, 4 articoli (6%) utilizzando la risonanza magnetica e 1 articolo (1%) utilizzando telecamere e microscopi. 14 articoli (21%) non hanno menzionato la fonte dei file di origine del modello 3D. I file 3D vengono creati con una risoluzione spaziale media inferiore a 0,5 mm. La risoluzione ottimale è di 30 μm [80] e la risoluzione massima è di 1,5 mm [32].
Sono state utilizzate sessanta diverse applicazioni software (segmentazione, modellazione, design o stampa). I mimici (materializzano, mangimi, Belgio) sono stati usati più spesso (14 studi, 21%), seguiti da Meshmixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 studi, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) . (10 studi, 15%), Slicer 3D (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 studi, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Paesi Bassi) (8 studi, 12%) e Cura (Geldemarsen, Paesi Bassi) (7 studi, 10%).
Vengono menzionati sessantasette modelli di stampanti diversi e cinque processi di stampa. La tecnologia FDM (Fususe Deposition Modeling) è stata utilizzata in 26 prodotti (38%), esplosione di materiale in 13 prodotti (19%) e infine in raccogarsi (11 prodotti, 16%). Le tecnologie meno usate sono la stereolitografia (SLA) (5 articoli, il 7%) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS) (4 articoli, 6%). La stampante più comunemente usata (7 articoli, 10%) è il Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israele) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Quando si specificano i materiali utilizzati per realizzare 3DPAM (51 articoli, 75%), 48 studi (71%) hanno usato la plastica e i loro derivati. I materiali principali utilizzati erano PLA (acido polilattico) (n = 20, 29%), resina (n = 9, 13%) e ABS (acrilonitrile butadiene stirene) (7 tipi, 10%). 23 articoli (34%) hanno esaminato 3DPAM realizzato con più materiali, 36 articoli (53%) hanno presentato 3DPAM realizzato con un solo materiale e 9 articoli (13%) non hanno specificato un materiale.
Ventinove articoli (43%) hanno riportato rapporti di stampa che vanno da 0,25: 1 a 2: 1, con una media di 1: 1. Venticinque articoli (37%) hanno usato un rapporto 1: 1. 28 3DPAM (41%) consistevano in colori multipli e 9 (13%) sono stati tinti dopo la stampa [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trentaquattro articoli (50%) hanno menzionato i costi. 9 articoli (13%) hanno menzionato il costo delle stampanti 3D e delle materie prime. Le stampanti variano da $ 302 a $ 65.000. Se specificato, i prezzi del modello vanno da $ 1,25 a $ 2.800; Questi estremi corrispondono a campioni scheletrici [47] e modelli retroperitoneali ad alta fedeltà [48]. La tabella 2 riassume i dati del modello per ogni studio incluso.
Trentasette studi (54%) hanno confrontato il 3DAPM con un modello di riferimento. Tra questi studi, il comparatore più comune era un modello di riferimento anatomico, usato in 14 articoli (38%), preparati plastinati in 6 articoli (16%), preparati plastinati in 6 articoli (16%). Uso della realtà virtuale, imaging tomografia computerizzata One 3DPAM in 5 articoli (14%), un altro 3DPAM in 3 articoli (8%), giochi seri in 1 articolo (3%), radiografie in 1 articolo (3%), modelli di business in 1 articolo (3%) e realtà aumentata in 1 articolo (3%). Trentaquattro studi (50%) hanno valutato 3DPAM. Quindici (48%) studi hanno descritto le esperienze dei valutatori in dettaglio (Tabella 3). La 3DPAM è stata eseguita da chirurghi o frequentando medici in 7 studi (47%), specialisti anatomici in 6 studi (40%), studenti in 3 studi (20%), insegnanti (disciplina non specificati) in 3 studi (20%) per la valutazione e un altro valutatore nell'articolo (7%). Il numero medio di valutatori è 14 (minimo 2, massimo 30). Trentatre studi (49%) hanno valutato qualitativamente la morfologia 3DPAM e 10 studi (15%) hanno valutato quantitativamente la morfologia 3DPAM. Dei 33 studi che hanno utilizzato valutazioni qualitative, 16 hanno utilizzato valutazioni puramente descrittive (48%), 9 test/valutazioni/sondaggi hanno utilizzato (27%) e 8 scale Likert utilizzate (24%). La tabella 3 riassume le valutazioni morfologiche dei modelli in ciascuno studio incluso.
Trentatré (48%) articoli hanno esaminato e confrontato l'efficacia dell'insegnamento di 3DPAM agli studenti. Di questi studi, 23 (70%) articoli hanno valutato la soddisfazione degli studenti, 17 (51%) hanno utilizzato scale Likert e 6 (18%) hanno utilizzato altri metodi. Ventidue articoli (67%) hanno valutato l'apprendimento degli studenti attraverso test di conoscenza, di cui 10 (30%) hanno utilizzato pretest e/o posttest. Undici studi (33%) hanno utilizzato domande e test a scelta multipla per valutare le conoscenze degli studenti e cinque studi (15%) hanno utilizzato l'etichettatura delle immagini/identificazione anatomica. Una media di 76 studenti ha partecipato a ogni studio (minimo 8, massimo 319). Ventiquattro studi (72%) avevano un gruppo di controllo, di cui 20 (60%) ha usato la randomizzazione. Al contrario, uno studio (3%) ha assegnato casualmente modelli anatomici a 10 studenti diversi. In media, sono stati confrontati 2,6 gruppi (minimo 2, massimo 10). Ventitre studi (70%) hanno coinvolto studenti di medicina, di cui 14 (42%) studenti di medicina del primo anno. Sei (18%) studi hanno coinvolto residenti, 4 (12%) studenti dentali e 3 (9%) studenti di scienze. Sei studi (18%) hanno implementato e valutato l'apprendimento autonomo usando 3DPAM. La tabella 4 riassume i risultati della valutazione dell'efficacia dell'insegnamento 3DPAM per ciascuno studio incluso.
I principali vantaggi riportati dagli autori per l'utilizzo di 3DPAM come strumento di insegnamento per la normale anatomia umana sono caratteristiche visive e tattili, incluso il realismo [55, 67], l'accuratezza [44, 50, 72, 85] e la variabilità di coerenza [34, 45 ]. , 48, 64], colore e trasparenza [28, 45], durata [24, 56, 73], effetto educativo [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], costo [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], riproducibilità [80], possibilità di miglioramento o personalizzazione [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], la capacità di manipolare gli studenti [30, 49], risparmiare tempo di insegnamento [61, 80], facilità di archiviazione [61], la capacità di integrare l'anatomia funzionale o creare strutture specifiche [51, 53], 67] , Progettazione rapida dei modelli scheletrici [81], la capacità di co-creare modelli e portarli a casa [49, 60, 71], migliorare le capacità di rotazione mentale [23] e la conservazione della conoscenza [32], nonché sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [sull'insegnante [ 25, 63] e soddisfazione degli studenti [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Gli svantaggi principali sono correlati al design: rigidità [80], coerenza [28, 62], mancanza di dettaglio o trasparenza [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], colori troppo luminosi [45]. e la fragilità del pavimento [71]. Altri svantaggi includono la perdita di informazioni [30, 76], lunga durata per la segmentazione delle immagini [36, 52, 57, 58, 74], tempo di stampa [57, 63, 66, 67], mancanza di variabilità anatomica [25], e costo. Alto [48].
Questa revisione sistematica riassume 68 articoli pubblicati in 9 anni e mette in evidenza l'interesse della comunità scientifica per il 3DPAM come strumento per insegnare la normale anatomia umana. Ogni regione anatomica è stata studiata e stampata in 3D. Di questi articoli, 37 articoli hanno confrontato 3DPAM con altri modelli e 33 articoli hanno valutato la rilevanza pedagogica di 3DPAM per gli studenti.
Date le differenze nella progettazione di studi di stampa 3D anatomici, non abbiamo considerato appropriato condurre una meta-analisi. Una meta-analisi pubblicata nel 2020 si è concentrata principalmente sui test di conoscenza anatomica dopo la formazione senza analizzare gli aspetti tecnici e tecnologici della progettazione e produzione di 3DPAM [10].
La regione della testa è la più studiata, probabilmente perché la complessità della sua anatomia rende più difficile per gli studenti rappresentare questa regione anatomica nello spazio tridimensionale rispetto agli arti o al busto. La CT è di gran lunga la modalità di imaging più comunemente usata. Questa tecnica è ampiamente utilizzata, specialmente in contesti medici, ma ha una risoluzione spaziale limitata e un basso contrasto di tessuto molle. Queste limitazioni rendono scansioni CT inadatte alla segmentazione e alla modellizzazione del sistema nervoso. D'altra parte, la tomografia computerizzata è più adatta alla segmentazione/modellazione dei tessuti ossei; Il contrasto di tessuto osseo/molle aiuta a completare questi passaggi prima dei modelli anatomici di stampa 3D. D'altra parte, il microct è considerato la tecnologia di riferimento in termini di risoluzione spaziale nell'imaging osseo [70]. Gli scanner ottici o la risonanza magnetica possono anche essere utilizzati per ottenere immagini. La risoluzione più elevata impedisce il lisciatura delle superfici ossee e conserva la sottigliezza delle strutture anatomiche [59]. La scelta del modello influisce anche sulla risoluzione spaziale: ad esempio, i modelli di plasticalizzazione hanno una risoluzione inferiore [45]. I grafici devono creare modelli 3D personalizzati, che aumenta i costi (da $ 25 a $ 150 l'ora) [43]. Ottenere file .stl di alta qualità non è sufficiente per creare modelli anatomici di alta qualità. È necessario determinare i parametri di stampa, come l'orientamento del modello anatomico sulla piastra di stampa [29]. Alcuni autori suggeriscono che le tecnologie di stampa avanzate come SLS dovrebbero essere utilizzate ove possibile per migliorare l'accuratezza della 3DPAM [38]. La produzione di 3DPAM richiede assistenza professionale; Gli specialisti più ricercati sono ingegneri [72], radiologi, [75], grafici [43] e anatomisti [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Il software di segmentazione e modellazione sono fattori importanti per ottenere modelli anatomici accurati, ma il costo di questi pacchetti software e la loro complessità ne ostacolano l'uso. Diversi studi hanno confrontato l'uso di diversi pacchetti software e tecnologie di stampa, evidenziando i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna tecnologia [68]. Oltre alla modellazione del software, è richiesto anche il software di stampa compatibile con la stampante selezionata; Alcuni autori preferiscono utilizzare la stampa 3D online [75]. Se vengono stampati sufficienti oggetti 3D, l'investimento può portare a rendimenti finanziari [72].
La plastica è di gran lunga il materiale più comunemente usato. La sua vasta gamma di trame e colori lo rende il materiale preferito per 3DPAM. Alcuni autori hanno elogiato la sua alta resistenza rispetto ai tradizionali modelli cadaverici o plastinati [24, 56, 73]. Alcune materie plastiche hanno persino proprietà di piegatura o allungamento. Ad esempio, Filaflex con la tecnologia FDM può allungare fino al 700%. Alcuni autori lo considerano il materiale di scelta per la replicazione muscolare, tendine e legamento [63]. D'altra parte, due studi hanno sollevato domande sull'orientamento delle fibre durante la stampa. In effetti, l'orientamento della fibra muscolare, l'inserimento, l'innervazione e la funzione sono fondamentali nella modellazione muscolare [33].
Sorprendentemente, pochi studi menzionano la scala della stampa. Poiché molte persone considerano il rapporto 1: 1 standard, l'autore potrebbe aver scelto di non menzionarlo. Sebbene il ridimensionamento sarebbe utile per l'apprendimento diretto in grandi gruppi, la fattibilità del ridimensionamento non è stata ancora esplorata, specialmente con le dimensioni delle classi in crescita e le dimensioni fisiche del modello sono un fattore importante. Naturalmente, le scale a grandezza naturale rendono più facile individuare e comunicare vari elementi anatomici al paziente, il che può spiegare perché vengono spesso utilizzati.
Delle molte stampanti disponibili sul mercato, quelle che utilizzano la tecnologia poligia (materiale o legante a getto d'inchiostro) per fornire un costo di stampa ad alta definizione di colore e multi-livello (e quindi multi-texture) tra $ 20.000 e $ 250.000 (https: // www .aniwaa.com/). Questo alto costo può limitare la promozione di 3DPAM nelle scuole di medicina. Oltre al costo della stampante, il costo dei materiali richiesti per la stampa a getto d'inchiostro è superiore rispetto alle stampanti SLA o FDM [68]. Anche i prezzi per le stampanti SLA o FDM sono più convenienti, che vanno da € 576 a € 4.999 negli articoli elencati in questa recensione. Secondo Tripodi e colleghi, ogni parte scheletrica può essere stampata per US $ 1,25 [47]. Undici studi hanno concluso che la stampa 3D è più economica della plastificazione o dei modelli commerciali [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Inoltre, questi modelli commerciali sono progettati per fornire informazioni sul paziente senza dettagli sufficienti per l'insegnamento di anatomia [80]. Questi modelli commerciali sono considerati inferiori a 3DPAM [44]. Vale la pena notare che, oltre alla tecnologia di stampa utilizzata, il costo finale è proporzionale alla scala e quindi alla dimensione finale della 3DPAM [48]. Per questi motivi, è preferita la scala a grandezza naturale [37].
Solo uno studio ha confrontato 3DPAM con modelli anatomici disponibili in commercio [72]. I campioni di cadavere sono il comparatore più comunemente usato per 3DPAM. Nonostante i loro limiti, i modelli cadaverici rimangono uno strumento prezioso per l'insegnamento dell'anatomia. Una distinzione deve essere fatta tra autopsia, dissezione e osso secco. Sulla base dei test di allenamento, due studi hanno dimostrato che la 3DPAM era significativamente più efficace della dissezione plastinata [16, 27]. Uno studio ha confrontato un'ora di allenamento usando 3DPAM (arti inferiori) con un'ora di dissezione della stessa regione anatomica [78]. Non ci sono state differenze significative tra i due metodi di insegnamento. È probabile che ci siano poche ricerche su questo argomento perché tali confronti sono difficili da fare. La dissezione è una preparazione che richiede tempo per gli studenti. A volte sono necessarie dozzine di ore di preparazione, a seconda di ciò che viene preparato. Un terzo confronto può essere effettuato con ossa secche. Uno studio di Tsai e Smith ha scoperto che i punteggi dei test erano significativamente migliori nel gruppo usando 3DPAM [51, 63]. Chen e colleghi hanno notato che gli studenti che utilizzavano modelli 3D hanno ottenuto risultati migliori per identificare le strutture (teschi), ma non vi era alcuna differenza nei punteggi MCQ [69]. Infine, Tanner e colleghi hanno dimostrato migliori risultati post-test in questo gruppo usando 3DPAM della fossa pterygopalatina [46]. Altri nuovi strumenti di insegnamento sono stati identificati in questa revisione della letteratura. I più comuni tra loro sono la realtà aumentata, la realtà virtuale e i giochi seri [43]. Secondo Mahrous e colleghi, la preferenza per i modelli anatomici dipende dal numero di ore che gli studenti giocano ai videogiochi [31]. D'altra parte, un grave svantaggio di nuovi strumenti di insegnamento anatomia è il feedback tattile, in particolare per strumenti puramente virtuali [48].
La maggior parte degli studi che valutano il nuovo 3DPAM ha utilizzato pretest di conoscenza. Questi pretest aiutano a evitare pregiudizi nella valutazione. Alcuni autori, prima di condurre studi sperimentali, escludono tutti gli studenti che hanno segnato al di sopra della media nel test preliminare [40]. Tra i pregiudizi Garas e colleghi citati c'erano il colore del modello e la selezione di volontari nella classe studentesca [61]. La colorazione facilita l'identificazione di strutture anatomiche. Chen e colleghi hanno stabilito rigide condizioni sperimentali senza differenze iniziali tra i gruppi e lo studio è stato accecato nella misura massima possibile [69]. Lim e colleghi raccomandano che la valutazione post-test sia completata da una terza parte per evitare pregiudizi nella valutazione [16]. Alcuni studi hanno utilizzato scale Likert per valutare la fattibilità della 3DPAM. Questo strumento è adatto alla valutazione della soddisfazione, ma ci sono ancora pregiudizi importanti di cui essere consapevoli [86].
La rilevanza educativa della 3DPAM è stata valutata principalmente tra gli studenti di medicina, compresi gli studenti di medicina del primo anno, in 14 su 33 studi. Nel loro studio pilota, Wilk e colleghi hanno riferito che gli studenti di medicina credevano che la stampa 3D dovesse essere inclusa nel loro apprendimento di anatomia [87]. L'87% degli studenti intervistati nello studio di Cercenelli credeva che il secondo anno di studio fosse il momento migliore per usare 3DPAM [84]. I risultati di Tanner e colleghi hanno anche mostrato che gli studenti si sono comportati meglio se non avevano mai studiato il campo [46]. Questi dati suggeriscono che il primo anno di scuola di medicina è il momento ottimale per incorporare 3DPAM nell'insegnamento di anatomia. La meta-analisi di Ye ha supportato questa idea [18]. Nei 27 articoli inclusi nello studio, c'erano differenze significative nei punteggi dei test tra 3DPAM e modelli tradizionali per gli studenti di medicina, ma non per i residenti.
3DPAM come strumento di apprendimento migliora i risultati accademici [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], conservazione della conoscenza a lungo termine [32] e soddisfazione degli studenti [25, 45, 46, 52, 57, 63 , 66]. , 69, 84]. Pannelli di esperti hanno anche trovato utili questi modelli [37, 42, 49, 81, 82] e due studi hanno riscontrato la soddisfazione degli insegnanti con 3DPAM [25, 63]. Di tutte le fonti, i backhouse e i colleghi considerano la stampa 3D come la migliore alternativa ai tradizionali modelli anatomici [49]. Nella loro prima meta-analisi, Ye e colleghi hanno confermato che gli studenti che hanno ricevuto istruzioni in 3DPAM avevano punteggi post-test migliori rispetto agli studenti che hanno ricevuto istruzioni 2D o di cadavere [10]. Tuttavia, hanno differenziato 3DPAM non per complessità, ma semplicemente a memoria, sistema nervoso e cavità addominale. In sette studi, 3DPAM non ha sovraperformato altri modelli in base ai test di conoscenza amministrati agli studenti [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Nella loro meta-analisi, Salazar e colleghi hanno concluso che l'uso di 3DPAM migliora specificamente la comprensione dell'anatomia complessa [17]. Questo concetto è coerente con la lettera di Hitas all'editore [88]. Alcune aree anatomiche considerate meno complesse non richiedono l'uso di 3DPAM, mentre le aree anatomiche più complesse (come il collo o il sistema nervoso) sarebbero una scelta logica per 3DPAM. Questo concetto può spiegare perché alcuni 3DPAM non sono considerati superiori ai modelli tradizionali, specialmente quando gli studenti non hanno conoscenza nel dominio in cui le prestazioni del modello sono risultate superiori. Pertanto, presentare un semplice modello agli studenti che hanno già una certa conoscenza della materia (studenti di medicina o residenti) non è utile per migliorare le prestazioni degli studenti.
Di tutti i benefici educativi elencati, 11 studi hanno sottolineato le qualità visive o tattili dei modelli [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85] e 3 studi hanno migliorato la forza e la durata (33 (33 , 50-52, 63, 79, 85, 86). Altri vantaggi sono che gli studenti possono manipolare le strutture, gli insegnanti possono risparmiare tempo, sono più facili da preservare rispetto ai cadaveri, il progetto può essere completato entro 24 ore, può essere utilizzato come strumento di scuola a casa e può essere utilizzato per insegnare grandi quantità di informazioni. Gruppi [30, 49, 60, 61, 80, 81]. La stampa 3D ripetuta per l'insegnamento di anatomia ad alto volume rende i modelli di stampa 3D più convenienti [26]. L'uso di 3DPAM può migliorare le capacità di rotazione mentale [23] e migliorare l'interpretazione delle immagini trasversali [23, 32]. Due studi hanno scoperto che gli studenti esposti a 3DPAM avevano maggiori probabilità di sottoporsi a un intervento chirurgico [40, 74]. I connettori metallici possono essere incorporati per creare il movimento necessario per studiare l'anatomia funzionale [51, 53] o i modelli possono essere stampati utilizzando progetti di trigger [67].
La stampa 3D consente la creazione di modelli anatomici regolabili migliorando alcuni aspetti durante la fase di modellazione, [48, 80] creando una base adatta, [59] combinando più modelli, [36] usando la trasparenza, (49) colore, [45] o rendendo visibili alcune strutture interne [30]. Tripodi e colleghi hanno usato l'argilla di scultura per integrare i loro modelli ossei stampati in 3D, sottolineando il valore dei modelli co-creati come strumenti di insegnamento [47]. In 9 studi, il colore è stato applicato dopo la stampa [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], ma gli studenti lo hanno applicato solo una volta [49]. Sfortunatamente, lo studio non ha valutato la qualità della formazione del modello o la sequenza di formazione. Ciò dovrebbe essere considerato nel contesto dell'educazione anatomia, poiché i benefici dell'apprendimento e della co-creazione miscelati sono ben consolidati [89]. Per far fronte alla crescente attività pubblicitaria, l'auto-apprendimento è stato utilizzato molte volte per valutare i modelli [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Uno studio ha concluso che il colore del materiale plastico era troppo luminoso [45], un altro studio ha concluso che il modello era troppo fragile [71] e altri due studi hanno indicato una mancanza di variabilità anatomica nella progettazione di singoli modelli [25, 45 ]. . Sette studi hanno concluso che il dettaglio anatomico della 3DPAM è insufficiente [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Per modelli anatomici più dettagliati di regioni grandi e complesse, come il retroperitoneo o la colonna cervicale, il tempo di segmentazione e modellazione è considerato molto lungo e il costo è molto elevato (circa US $ 2000) [27, 48]. Hojo e colleghi hanno dichiarato nel loro studio che ci sono volute 40 ore per creare il modello anatomico del bacino [42]. Il tempo di segmentazione più lungo è stato di 380 ore in uno studio condotto da WeatherAll e colleghi, in cui sono stati combinati più modelli per creare un modello completo di vie aeree pediatriche [36]. In nove studi, la segmentazione e il tempo di stampa sono stati considerati svantaggi [36, 42, 57, 58, 74]. Tuttavia, 12 studi hanno criticato le proprietà fisiche dei loro modelli, in particolare la loro coerenza, [28, 62] mancanza di trasparenza, [30] fragilità e monocromaticità, [71] mancanza di tessuto molle, [66] o mancanza di dettagli [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Questi svantaggi possono essere superati aumentando il tempo di segmentazione o simulazione. Perdere e recuperare informazioni pertinenti è stato un problema affrontato da tre squadre [30, 74, 77]. Secondo i rapporti dei pazienti, gli agenti di contrasto iodinati non hanno fornito una visibilità vascolare ottimale a causa di limiti di dose [74]. L'iniezione di un modello cadavere sembra essere un metodo ideale che si allontana dal principio di "il meno possibile" e i limiti della dose dell'agente di contrasto iniettato.
Sfortunatamente, molti articoli non menzionano alcune caratteristiche chiave di 3DPAM. Meno della metà degli articoli ha dichiarato esplicitamente se il loro 3DPAM è stato colorato. La copertura della portata della stampa era incoerente (43% degli articoli) e solo il 34% ha menzionato l'uso di più media. Questi parametri di stampa sono fondamentali perché influenzano le proprietà di apprendimento di 3DPAM. La maggior parte degli articoli non fornisce informazioni sufficienti sulla complessità dell'ottenimento di 3DPAM (tempo di progettazione, qualifiche del personale, costi del software, costi di stampa, ecc.). Queste informazioni sono fondamentali e dovrebbero essere prese in considerazione prima di considerare di avviare un progetto per sviluppare un nuovo 3DPAM.
Questa revisione sistematica mostra che la progettazione e la stampa 3D normali modelli anatomici sono fattibili a basso costo, soprattutto quando si utilizza stampanti FDM o SLA e materiali plastici a colori economici. Tuttavia, questi design di base possono essere migliorati aggiungendo colore o aggiungendo progetti in materiali diversi. Modelli più realistici (stampati utilizzando più materiali di diversi colori e trame per replicare da vicino le qualità tattili di un modello di riferimento a cadavere) richiedono tecnologie di stampa 3D più costose e tempi di progettazione più lunghi. Ciò aumenterà in modo significativo il costo complessivo. Non importa quale processo di stampa sia scelto, la scelta del metodo di imaging appropriato è la chiave del successo di 3DPAM. Maggiore è la risoluzione spaziale, più realistico diventa il modello e può essere utilizzato per la ricerca avanzata. Da un punto di vista pedagogico, 3DPAM è uno strumento efficace per l'insegnamento di anatomia, come evidenziato dai test di conoscenza amministrati agli studenti e alla loro soddisfazione. L'effetto di insegnamento della 3DPAM è il migliore quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti lo usano all'inizio della loro formazione medica.
I set di dati generati e/o analizzati nel presente studio non sono disponibili pubblicamente a causa di barriere linguistiche ma sono disponibili dall'autore corrispondente su ragionevole richiesta.
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Tempo post: aprile-09-2024