I modelli anatomici stampati in 3D (3DPAM) sembrano essere uno strumento adatto per il loro valore didattico e la loro fattibilità. Lo scopo di questa revisione è descrivere e analizzare i metodi utilizzati per creare 3DPAM per l'insegnamento dell'anatomia umana e valutarne il contributo pedagogico.
È stata condotta una ricerca elettronica su PubMed utilizzando i seguenti termini: education, school, learning, teaching, training, teaching, education, three-dimensional, 3D, 3-dimensional, printing, printing, printing, printing, anatomy, anatomy, e anatomy. . I risultati includevano le caratteristiche dello studio, la progettazione del modello, la valutazione morfologica, le prestazioni didattiche, i punti di forza e di debolezza.
Tra i 68 articoli selezionati, il maggior numero di studi si è concentrato sulla regione cranica (33 articoli); 51 articoli menzionano la stampa ossea. In 47 articoli, la stampa 3D AM è stata sviluppata sulla base della tomografia computerizzata. Sono elencati cinque processi di stampa. In 48 studi sono stati utilizzati materiali plastici e loro derivati. Il prezzo di ciascun modello varia da 1,25 a 2.800 dollari. Trentasette studi hanno confrontato la stampa 3D AM con modelli di riferimento. Trentatré articoli hanno esaminato attività didattiche. 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, migliori capacità di rotazione mentale, la memorizzazione delle conoscenze e la soddisfazione di insegnanti e studenti. I principali svantaggi sono legati al design: uniformità, mancanza di dettagli o trasparenza, colori troppo brillanti, tempi di stampa lunghi e costi elevati.
Questa revisione sistematica dimostra che la stampa 3D assistita da computer (3DPAM) è economicamente vantaggiosa ed efficace per l'insegnamento dell'anatomia. Modelli più realistici richiedono l'utilizzo di tecnologie di stampa 3D più costose e tempi di progettazione più lunghi, il che aumenterà significativamente il costo complessivo. La chiave sta nella scelta del metodo di imaging appropriato. Dal punto di vista pedagogico, la 3DPAM è uno strumento efficace per l'insegnamento dell'anatomia, con un impatto positivo sui risultati di apprendimento e sulla soddisfazione degli studenti. L'effetto didattico della 3DPAM è massimo quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti la utilizzano fin dalle prime fasi del loro percorso di studi in medicina.
La dissezione di cadaveri animali viene eseguita fin dall'antica Grecia ed è uno dei principali metodi di insegnamento dell'anatomia. Le dissezioni di cadaveri eseguite durante la formazione pratica sono utilizzate nel curriculum teorico degli studenti di medicina universitari e sono attualmente considerate il gold standard per lo studio dell'anatomia [1,2,3,4,5]. Tuttavia, esistono molti ostacoli all'uso di campioni di cadaveri umani, il che spinge alla ricerca di nuovi strumenti di formazione [6, 7]. Alcuni di questi nuovi strumenti includono la realtà aumentata, gli strumenti digitali e la 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 che in termini di fattibilità di implementazione [4,9,10].
La stampa 3D non è una novità. I primi brevetti relativi a questa tecnologia risalgono al 1984: A. Le Méhauté, O. De Witte e J.C. André in Francia, e tre settimane dopo C. Hull negli Stati Uniti. Da allora, la tecnologia ha continuato ad evolversi e il suo utilizzo si è esteso a molti settori. Ad esempio, la NASA ha stampato il primo oggetto al di fuori della Terra nel 2014 [11]. Anche il settore medico ha adottato questo nuovo strumento, aumentando così il desiderio di sviluppare la medicina personalizzata [12].
Numerosi autori hanno dimostrato i benefici dell'utilizzo di modelli anatomici stampati in 3D (3DPAM) nella formazione medica [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Nell'insegnamento dell'anatomia umana, sono necessari modelli non patologici e anatomicamente normali. Alcune revisioni hanno esaminato modelli patologici o di formazione medico-chirurgica [8, 20, 21]. Per sviluppare un modello ibrido per l'insegnamento dell'anatomia umana che incorpori nuovi strumenti come la stampa 3D, abbiamo condotto una revisione sistematica per descrivere e analizzare come vengono creati gli oggetti stampati in 3D per l'insegnamento dell'anatomia umana e come gli studenti valutano l'efficacia dell'apprendimento utilizzando 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 Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
I criteri di inclusione prevedevano tutti gli articoli di ricerca che utilizzavano la modellazione 3D (3DPAM) nell'insegnamento/apprendimento dell'anatomia. Sono state escluse le revisioni della letteratura, le lettere o gli articoli incentrati su modelli patologici, modelli animali, modelli archeologici e modelli per la formazione medica/chirurgica. Sono stati selezionati solo gli articoli pubblicati in inglese. Sono stati esclusi gli articoli privi di abstract online. Sono stati inclusi gli articoli che includevano più modelli, di cui almeno uno anatomicamente normale o con patologie minori che non compromettevano il valore didattico.
È stata condotta una ricerca bibliografica nel database elettronico PubMed (National Library of Medicine, NCBI) per identificare gli studi pertinenti pubblicati fino a giugno 2022. Utilizzare i seguenti termini di ricerca: education, school, teaching, teaching, learning, teaching, education, three-dimensional, 3D, 3D, printing, printing, printing, printing, anatomy, anatomy and anatomy. È stata eseguita una singola query: (((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]). Ulteriori articoli sono stati identificati tramite una ricerca manuale nel database PubMed e la revisione dei riferimenti di altri articoli scientifici. Non sono state applicate restrizioni di data, ma è stato utilizzato il filtro "Persona".
Tutti i titoli e gli abstract recuperati sono stati esaminati da due autori (EBR e AL) in base ai criteri di inclusione ed esclusione, e qualsiasi studio che non soddisfacesse tutti i criteri di ammissibilità è stato escluso. Le pubblicazioni complete degli studi rimanenti sono state recuperate e revisionate da tre autori (EBR, EBE e AL). Se necessario, i disaccordi nella selezione degli articoli sono stati risolti da una quarta persona (LT). Le pubblicazioni che soddisfacevano tutti i criteri di inclusione sono state incluse in questa revisione.
L'estrazione dei dati è stata eseguita in modo indipendente 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 la stampa 3D, metodo di acquisizione, software di segmentazione e modellazione, tipo di stampante 3D, tipo e quantità di materiale, scala di stampa, colore, costo di stampa.
- Valutazione morfologica dei modelli: modelli utilizzati per il confronto, valutazione medica da parte di esperti/insegnanti, numero di valutatori, tipo di valutazione.
- Insegnamento del modello 3D: valutazione delle conoscenze degli studenti, metodo di valutazione, numero di studenti, numero di gruppi di confronto, randomizzazione degli studenti, istruzione/tipologia dello studente.
Sono stati identificati 418 studi in MEDLINE e 139 articoli sono stati esclusi tramite il filtro "umano". Dopo aver esaminato titoli e abstract, 103 studi sono stati selezionati per la lettura integrale. 34 articoli sono stati esclusi perché si trattava di modelli patologici (9 articoli), modelli di addestramento medico/chirurgico (4 articoli), modelli animali (4 articoli), modelli radiologici 3D (1 articolo) o non erano articoli scientifici originali (16 capitoli). In totale, 68 articoli sono stati inclusi nella revisione. La Figura 1 presenta il processo di selezione sotto forma di diagramma di flusso.
Diagramma di flusso che riassume l'identificazione, la selezione e l'inclusione degli articoli in questa revisione sistematica.
Tutti gli studi sono stati pubblicati tra il 2014 e il 2022, con un anno medio di pubblicazione del 2019. Dei 68 articoli inclusi, 33 (49%) studi erano descrittivi e sperimentali, 17 (25%) erano puramente sperimentali e 18 (26%) erano sperimentali. Puramente descrittivi. Dei 50 (73%) studi sperimentali, 21 (31%) hanno utilizzato la randomizzazione. Solo 34 studi (50%) includevano analisi statistiche. La Tabella 1 riassume le caratteristiche di ciascuno studio.
33 articoli (48%) hanno esaminato la regione della testa, 19 articoli (28%) hanno esaminato la regione toracica, 17 articoli (25%) hanno esaminato la regione addomino-pelvica e 15 articoli (22%) hanno esaminato le estremità. Cinquantuno articoli (75%) hanno menzionato ossa stampate in 3D come modelli anatomici o modelli anatomici multi-slice.
Per quanto riguarda i modelli o i file sorgente utilizzati per sviluppare 3DPAM, 23 articoli (34%) hanno menzionato l'uso di dati di pazienti, 20 articoli (29%) hanno menzionato l'uso di dati di cadaveri e 17 articoli (25%) hanno menzionato l'uso di database, mentre 7 studi (10%) non hanno rivelato la fonte dei documenti utilizzati.
47 studi (69%) hanno sviluppato 3DPAM basandosi sulla tomografia computerizzata e 3 studi (4%) hanno riportato l'uso della 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 sorgente 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 (per segmentazione, modellazione, progettazione o stampa). Mimics (Materialise, Lovanio, Belgio) è stata la più utilizzata (14 studi, 21%), seguita da MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 studi, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 studi, 15%), 3D Slicer (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 diversi modelli di stampante e cinque processi di stampa. La tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) è stata utilizzata in 26 prodotti (38%), la sabbiatura in 13 prodotti (19%) e infine la sabbiatura con legante (11 prodotti, 16%). Le tecnologie meno utilizzate sono la stereolitografia (SLA) (5 articoli, 7%) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS) (4 articoli, 6%). La stampante più comunemente utilizzata (7 articoli, 10%) è la Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israele) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Quando si specificano i materiali utilizzati per realizzare la stampa 3D AM (51 articoli, 75%), 48 studi (71%) hanno utilizzato materie plastiche e loro derivati. I materiali principali utilizzati sono stati PLA (acido polilattico) (n = 20, 29%), resina (n = 9, 13%) e ABS (acrilonitrile butadiene stirene) (7 tipi, 10%). 23 articoli (34%) hanno esaminato la stampa 3D AM realizzata con materiali multipli, 36 articoli (53%) hanno presentato la stampa 3D AM realizzata con un solo materiale e 9 articoli (13%) non hanno specificato un materiale.
Ventinove articoli (43%) riportavano rapporti di stampa compresi tra 0,25:1 e 2:1, con una media di 1:1. Venticinque articoli (37%) utilizzavano un rapporto 1:1. 28 3DPAM (41%) erano costituiti da più colori e 9 (13%) erano 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. Il prezzo delle stampanti varia da $302 a $65.000. Quando specificato, il prezzo dei modelli varia 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 ciascuno studio incluso.
Trentasette studi (54%) hanno confrontato il 3DPAM con un modello di riferimento. Tra questi studi, il comparatore più comune era un modello di riferimento anatomico, utilizzato in 14 articoli (38%), preparati plastinati in 6 articoli (16%), preparati plastinati in 6 articoli (16%). L'uso della realtà virtuale, della tomografia computerizzata ha confrontato un 3DPAM in 5 articoli (14%), un altro 3DPAM in 3 articoli (8%), serious game in 1 articolo (3%), radiografie in 1 articolo (3%), modelli aziendali in 1 articolo (3%) e realtà aumentata in 1 articolo (3%). Trentaquattro studi (50%) hanno valutato il 3DPAM. Quindici studi (48%) hanno descritto in dettaglio le esperienze dei valutatori (Tabella 3). La 3DPAM è stata eseguita da chirurghi o medici curanti in 7 studi (47%), da specialisti in anatomia in 6 studi (40%), da studenti in 3 studi (20%), da insegnanti (disciplina non specificata) in 3 studi (20%) per la valutazione e da un ulteriore valutatore nell'articolo (7%). Il numero medio di valutatori è 14 (minimo 2, massimo 30). Trentatré studi (49%) hanno valutato la morfologia della 3DPAM qualitativamente e 10 studi (15%) l'hanno valutata quantitativamente. Dei 33 studi che hanno utilizzato valutazioni qualitative, 16 hanno utilizzato valutazioni puramente descrittive (48%), 9 hanno utilizzato test/valutazioni/sondaggi (27%) e 8 hanno utilizzato scale Likert (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 della modellazione 3D 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 pre-test e/o post-test. Undici studi (33%) hanno utilizzato domande a risposta multipla e test per valutare la conoscenza degli studenti e cinque studi (15%) hanno utilizzato l'etichettatura delle immagini/l'identificazione anatomica. In media, 76 studenti hanno partecipato a ciascuno studio (minimo 8, massimo 319). Ventiquattro studi (72%) avevano un gruppo di controllo, di cui 20 (60%) hanno utilizzato la randomizzazione. Al contrario, uno studio (3%) ha assegnato casualmente i modelli anatomici a 10 studenti diversi. In media, sono stati confrontati 2,6 gruppi (minimo 2, massimo 10). Ventitré studi (70%) hanno coinvolto studenti di medicina, di cui 14 (42%) erano studenti del primo anno. Sei studi (18%) hanno coinvolto specializzandi, 4 (12%) studenti di odontoiatria e 3 (9%) studenti di scienze. Sei studi (18%) hanno implementato e valutato l'apprendimento autonomo utilizzando 3DPAM. La Tabella 4 riassume i risultati della valutazione dell'efficacia didattica di 3DPAM per ciascuno studio incluso.
I principali vantaggi riportati dagli autori per l'utilizzo di 3DPAM come strumento didattico per l'anatomia umana normale sono le caratteristiche visive e tattili, tra cui il realismo [55, 67], l'accuratezza [44, 50, 72, 85] e la variabilità della 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], capacità di manipolare gli studenti [30, 49], risparmio di tempo di insegnamento [61, 80], facilità di conservazione [61], capacità di integrare l'anatomia funzionale o creare strutture specifiche [51, 53], 67], progettazione rapida di modelli scheletrici [81], la capacità di co-creare modelli e portarli a casa [49, 60, 71], migliorano le capacità di rotazione mentale [23] e la ritenzione delle conoscenze [32], così come sulla soddisfazione dell'insegnante [25, 63] e dello studente [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
I principali svantaggi sono legati al design: rigidità [80], coerenza [28, 62], mancanza di dettagli o trasparenza [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], colori troppo brillanti [45] e fragilità del pavimento [71]. Altri svantaggi includono la perdita di informazioni [30, 76], il lungo tempo richiesto per la segmentazione dell'immagine [36, 52, 57, 58, 74], il tempo di stampa [57, 63, 66, 67], la mancanza di variabilità anatomica [25] e il costo elevato [48].
Questa revisione sistematica riassume 68 articoli pubblicati in 9 anni e mette in evidenza l'interesse della comunità scientifica per la stampa 3D di modelli anatomici (3DPAM) come strumento per l'insegnamento dell'anatomia umana normale. Ogni regione anatomica è stata studiata e stampata in 3D. Di questi articoli, 37 hanno confrontato la 3DPAM con altri modelli e 33 hanno valutato la rilevanza pedagogica della 3DPAM per gli studenti.
Date le differenze nella progettazione degli studi sulla stampa 3D anatomica, non abbiamo ritenuto opportuno condurre una meta-analisi. Una meta-analisi pubblicata nel 2020 si è concentrata principalmente sui test di conoscenza anatomica dopo l'addestramento senza analizzare gli aspetti tecnici e tecnologici della progettazione e produzione 3DPAM [10].
La regione della testa è la più studiata, probabilmente perché la complessità della sua anatomia rende più difficile per gli studenti rappresentarla nello spazio tridimensionale rispetto agli arti o al tronco. La TC è di gran lunga la modalità di imaging più comunemente utilizzata. Questa tecnica è ampiamente impiegata, soprattutto in ambito medico, ma presenta una risoluzione spaziale limitata e un basso contrasto dei tessuti molli. Queste limitazioni rendono le scansioni TC inadatte alla segmentazione e alla modellazione del sistema nervoso. D'altra parte, la tomografia computerizzata è più adatta alla segmentazione/modellazione del tessuto osseo; il contrasto osso/tessuto molle aiuta a completare queste fasi prima della stampa 3D dei modelli anatomici. D'altra parte, la micro-TC è considerata la tecnologia di riferimento in termini di risoluzione spaziale nell'imaging osseo [70]. Anche gli scanner ottici o la risonanza magnetica possono essere utilizzati per ottenere immagini. Una risoluzione più elevata previene l'appiattimento delle superfici ossee e preserva la sottigliezza delle strutture anatomiche [59]. Anche la scelta del modello influisce sulla risoluzione spaziale: ad esempio, i modelli di plastificazione hanno una risoluzione inferiore [45]. I progettisti grafici devono creare modelli 3D personalizzati, il che aumenta i costi (da 25 a 150 dollari all'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, ove possibile, si dovrebbero utilizzare tecnologie di stampa avanzate come la SLS per migliorare la precisione del 3DPAM [38]. La produzione di 3DPAM richiede assistenza professionale; gli specialisti più ricercati sono ingegneri [72], radiologi [75], progettisti grafici [43] e anatomisti [25, 28, 51, 57, 76, 77].
I 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'utilizzo. 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 al software di modellazione, è necessario anche un software di stampa compatibile con la stampante selezionata; alcuni autori preferiscono utilizzare la stampa 3D online [75]. Se vengono stampati un numero sufficiente di oggetti 3D, l'investimento può portare a ritorni finanziari [72].
La plastica è di gran lunga il materiale più comunemente utilizzato. La sua vasta gamma di texture e colori la rende il materiale di elezione per la stampa 3D. Alcuni autori ne hanno elogiato l'elevata resistenza rispetto ai modelli tradizionali cadaverici o plastinati [24, 56, 73]. Alcune plastiche hanno persino proprietà di flessione o allungamento. Ad esempio, Filaflex con tecnologia FDM può allungarsi fino al 700%. Alcuni autori la considerano il materiale di elezione per la replicazione di muscoli, tendini e legamenti [63]. D'altra parte, due studi hanno sollevato dubbi sull'orientamento delle fibre durante la stampa. Infatti, l'orientamento, l'inserzione, l'innervazione e la funzione delle fibre muscolari sono fondamentali nella modellazione muscolare [33].
Sorprendentemente, pochi studi menzionano la scala di stampa. Poiché molti considerano il rapporto 1:1 come standard, l'autore potrebbe aver scelto di non menzionarlo. Sebbene l'ingrandimento sarebbe utile per l'apprendimento guidato in gruppi numerosi, la fattibilità di tale pratica non è stata ancora esplorata, soprattutto considerando l'aumento del numero di studenti per classe e l'importanza delle dimensioni fisiche del modello. Naturalmente, i modelli a grandezza naturale facilitano l'individuazione e la comunicazione al paziente di vari elementi anatomici, il che potrebbe spiegare il loro frequente utilizzo.
Tra le numerose stampanti disponibili sul mercato, quelle che utilizzano la tecnologia PolyJet (getto d'inchiostro di materiale o legante) per fornire stampe a colori e multistrato (e quindi multi-texture) ad alta definizione hanno un costo compreso tra 20.000 e 250.000 dollari (https://www.aniwaa.com/). Questo costo elevato potrebbe limitare la promozione della stampa 3D nelle facoltà di medicina. Oltre al costo della stampante, il costo dei materiali necessari per la stampa a getto d'inchiostro è superiore a quello delle stampanti SLA o FDM [68]. I prezzi delle stampanti SLA o FDM sono inoltre più accessibili, variando da 576 a 4.999 euro negli articoli elencati in questa revisione. Secondo Tripodi e colleghi, ogni parte scheletrica può essere stampata per 1,25 dollari [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 al paziente senza dettagli sufficienti per l'insegnamento dell'anatomia [80]. Questi modelli commerciali sono considerati inferiori alla stampa 3D [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 stampa 3D [48]. Per questi motivi, si preferisce la scala reale [37].
Solo uno studio ha confrontato 3DPAM con modelli anatomici disponibili in commercio [72]. I campioni cadaverici sono il comparatore più comunemente utilizzato per 3DPAM. Nonostante i loro limiti, i modelli cadaverici rimangono uno strumento prezioso per l'insegnamento dell'anatomia. Occorre fare una distinzione tra autopsia, dissezione e ossa secche. Sulla base di test di addestramento, due studi hanno dimostrato che 3DPAM era significativamente più efficace della dissezione plastinata [16, 27]. Uno studio ha confrontato un'ora di addestramento con 3DPAM (arto inferiore) con un'ora di dissezione della stessa regione anatomica [78]. Non sono state riscontrate 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 molto tempo per gli studenti. A volte sono necessarie decine di ore di preparazione, a seconda di cosa si sta preparando. Un terzo confronto può essere fatto con le ossa secche. Uno studio di Tsai e Smith ha rilevato che i punteggi dei test erano significativamente migliori nel gruppo che utilizzava 3DPAM [51, 63]. Chen e colleghi hanno notato che gli studenti che utilizzavano modelli 3D ottenevano risultati migliori nell'identificazione delle strutture (crani), ma non c'era alcuna differenza nei punteggi MCQ [69]. Infine, Tanner e colleghi hanno dimostrato migliori risultati post-test in questo gruppo utilizzando 3DPAM della fossa pterigopalatina [46]. Altri nuovi strumenti didattici sono stati identificati in questa revisione della letteratura. I più comuni tra questi sono la realtà aumentata, la realtà virtuale e i serious game [43]. Secondo Mahrous e colleghi, la preferenza per i modelli anatomici dipende dal numero di ore che gli studenti trascorrono giocando ai videogiochi [31]. D'altra parte, un grosso svantaggio dei nuovi strumenti didattici di anatomia è il feedback aptico, soprattutto per gli strumenti puramente virtuali [48].
La maggior parte degli studi che valutano il nuovo 3DPAM hanno utilizzato pre-test di conoscenza. Questi pre-test aiutano a evitare distorsioni nella valutazione. Alcuni autori, prima di condurre studi sperimentali, escludono tutti gli studenti che hanno ottenuto un punteggio superiore alla media nel test preliminare [40]. Tra le distorsioni menzionate da Garas e colleghi figurano il colore del modello e la selezione dei volontari nella classe di studenti [61]. La colorazione facilita l'identificazione delle strutture anatomiche. Chen e colleghi hanno stabilito condizioni sperimentali rigorose senza differenze iniziali tra i gruppi e lo studio è stato condotto in cieco nella massima misura possibile [69]. Lim e colleghi raccomandano che la valutazione post-test sia completata da una terza parte per evitare distorsioni nella valutazione [16]. Alcuni studi hanno utilizzato scale Likert per valutare la fattibilità del 3DPAM. Questo strumento è adatto per valutare la soddisfazione, ma ci sono ancora importanti distorsioni di cui essere consapevoli [86].
La rilevanza educativa della stampa 3D a iniezione (3DPAM) è stata valutata principalmente tra gli studenti di medicina, compresi gli studenti del primo anno, in 14 dei 33 studi. Nel loro studio pilota, Wilk e colleghi hanno riferito che gli studenti di medicina ritenevano che la stampa 3D dovesse essere inclusa nel loro apprendimento di anatomia [87]. L'87% degli studenti intervistati nello studio di Cercenelli riteneva che il secondo anno di studi fosse il momento migliore per utilizzare la 3DPAM [84]. Anche i risultati di Tanner e colleghi hanno mostrato che gli studenti ottenevano risultati migliori se non avevano mai studiato il campo [46]. Questi dati suggeriscono che il primo anno di facoltà di medicina è il momento ottimale per incorporare la 3DPAM nell'insegnamento dell'anatomia. La meta-analisi di Ye ha supportato questa idea [18]. Nei 27 articoli inclusi nello studio, sono state riscontrate differenze significative nei punteggi dei test tra la 3DPAM e i modelli tradizionali per gli studenti di medicina, ma non per i medici specializzandi.
La stampa 3D come strumento di apprendimento migliora il rendimento scolastico [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], la ritenzione delle conoscenze a lungo termine [32] e la soddisfazione degli studenti [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69 , 84]. Anche gruppi di esperti hanno trovato utili questi modelli [37, 42, 49, 81, 82] e due studi hanno riscontrato la soddisfazione degli insegnanti con la stampa 3D [25, 63]. Tra tutte le fonti, Backhouse e colleghi considerano la stampa 3D la migliore alternativa ai modelli anatomici tradizionali [49]. Nella loro prima meta-analisi, Ye e colleghi hanno confermato che gli studenti che hanno ricevuto istruzioni sulla stampa 3D avevano punteggi post-test migliori rispetto agli studenti che hanno ricevuto istruzioni in 2D o su cadaveri [10]. Tuttavia, hanno differenziato la stampa 3D non per complessità, ma semplicemente per cuore, sistema nervoso e cavità addominale. In sette studi, il 3DPAM non ha superato altri modelli in base ai test di conoscenza somministrati agli studenti [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Nella loro meta-analisi, Salazar e colleghi hanno concluso che l'uso del 3DPAM migliora specificamente la comprensione dell'anatomia complessa [17]. Questo concetto è coerente con la lettera all'editore di Hitas [88]. Alcune aree anatomiche considerate meno complesse non richiedono l'uso del 3DPAM, mentre aree anatomiche più complesse (come il collo o il sistema nervoso) sarebbero una scelta logica per il 3DPAM. Questo concetto può spiegare perché alcuni 3DPAM non sono considerati superiori ai modelli tradizionali, soprattutto quando gli studenti non hanno conoscenze nel dominio in cui le prestazioni del modello risultano superiori. Pertanto, presentare un modello semplice a studenti che hanno già una certa conoscenza della materia (studenti di medicina o specializzandi) non è utile per migliorare le prestazioni degli studenti.
Tra tutti i benefici educativi elencati, 11 studi hanno enfatizzato le qualità visive o tattili dei modelli [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85] e 3 studi hanno migliorato la resistenza e la durata (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 conservare rispetto ai cadaveri, il progetto può essere completato entro 24 ore, può essere utilizzato come strumento di istruzione domiciliare e può essere utilizzato per insegnare grandi quantità di informazioni a gruppi [30, 49, 60, 61, 80, 81]. La stampa 3D ripetuta per l'insegnamento dell'anatomia ad alto volume rende i modelli di stampa 3D più convenienti [26]. L'uso della stampa 3D può migliorare le capacità di rotazione mentale [23] e migliorare l'interpretazione delle immagini di sezione trasversale [23, 32]. Due studi hanno scoperto che gli studenti esposti alla stampa 3D AM 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], oppure i modelli possono essere stampati utilizzando design a grilletto [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] utilizzando la trasparenza, (49) il colore, [45] o rendendo visibili alcune strutture interne [30]. Tripodi e colleghi hanno utilizzato argilla modellabile per integrare i loro modelli ossei stampati in 3D, sottolineando il valore dei modelli co-creati come strumenti didattici [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 sui modelli o la sequenza della formazione. Questo dovrebbe essere considerato nel contesto dell'educazione anatomica, poiché i benefici dell'apprendimento misto e della co-creazione sono ben consolidati [89]. Per far fronte alla crescente attività pubblicitaria, l'apprendimento automatico 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 brillante[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 modelli individuali[25, 45]. Sette studi hanno concluso che il dettaglio anatomico del 3DPAM è insufficiente[28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Per modelli anatomici più dettagliati di regioni ampie 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 2000 dollari USA) [27, 48]. Hojo e colleghi hanno affermato 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 di Weatherall e colleghi, in cui più modelli sono stati combinati per creare un modello completo delle vie aeree pediatriche [36]. In nove studi, il tempo di segmentazione e stampa è stato considerato uno svantaggio [36, 42, 57, 58, 74]. Tuttavia, 12 studi hanno criticato le proprietà fisiche dei loro modelli, in particolare la loro consistenza, [28, 62] la mancanza di trasparenza, [30] la fragilità e la monocromaticità, [71] la mancanza di tessuto molle, [66] o la mancanza di dettagli [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Questi svantaggi possono essere superati aumentando il tempo di segmentazione o di simulazione. La perdita e il recupero di informazioni rilevanti è stato un problema affrontato da tre team [30, 74, 77]. Secondo i resoconti dei pazienti, gli agenti di contrasto iodati non hanno fornito una visibilità vascolare ottimale a causa delle limitazioni di dose [74]. L'iniezione di un modello cadaverico sembra essere un metodo ideale che si allontana dal principio del "meno possibile" e dalle limitazioni della dose di agente di contrasto iniettato.
Purtroppo, molti articoli non menzionano alcune caratteristiche chiave della stampa 3D AM. Meno della metà degli articoli ha specificato esplicitamente se la stampa 3D AM fosse colorata. La copertura dell'ambito di stampa è risultata incoerente (43% degli articoli) e solo il 34% ha menzionato l'utilizzo di più supporti. Questi parametri di stampa sono fondamentali perché influenzano le proprietà di apprendimento della stampa 3D AM. La maggior parte degli articoli non fornisce informazioni sufficienti sulla complessità della realizzazione di una stampa 3D AM (tempi di progettazione, qualifiche del personale, costi del software, costi di stampa, ecc.). Queste informazioni sono cruciali e dovrebbero essere prese in considerazione prima di avviare un progetto per lo sviluppo di una nuova stampa 3D AM.
Questa revisione sistematica dimostra che la progettazione e la stampa 3D di modelli anatomici normali sono fattibili a basso costo, soprattutto utilizzando stampanti FDM o SLA e materiali plastici monocolore economici. Tuttavia, questi modelli di base possono essere migliorati aggiungendo colore o elementi decorativi realizzati con materiali diversi. Modelli più realistici (stampati utilizzando più materiali di colori e texture differenti per replicare fedelmente le qualità tattili di un modello di riferimento su cadavere) richiedono tecnologie di stampa 3D più costose e tempi di progettazione più lunghi. Ciò aumenterà significativamente il costo complessivo. Indipendentemente dal processo di stampa scelto, la selezione del metodo di imaging appropriato è fondamentale per il successo della stampa 3D analitica. Maggiore è la risoluzione spaziale, più realistico risulterà il modello e più adatto potrà essere utilizzato per ricerche avanzate. Dal punto di vista pedagogico, la stampa 3D analitica è uno strumento efficace per l'insegnamento dell'anatomia, come dimostrato dai test di conoscenza somministrati agli studenti e dal loro livello di soddisfazione. L'efficacia didattica della stampa 3D analitica è massima quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti la utilizzano fin dalle prime fasi del loro percorso di studi in medicina.
I set di dati generati e/o analizzati nel presente studio non sono disponibili pubblicamente a causa di barriere linguistiche, ma possono essere richiesti all'autore corrispondente previa motivazione.
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Data di pubblicazione: 9 aprile 2024