I modelli anatomici stampati tridimensionali (3DPAM) sembrano essere uno strumento adatto per il loro valore educativo 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 in PubMed utilizzando i seguenti termini: istruzione, scuola, apprendimento, 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 si è concentrato sulla regione cranica (33 articoli);51 articoli menzionano la stampa di ossa.In 47 articoli, 3DPAM è stato sviluppato sulla base della tomografia computerizzata.Sono elencati cinque processi di stampa.Le materie plastiche e i loro derivati sono stati utilizzati in 48 studi.Ogni modello ha un prezzo compreso tra $ 1,25 e $ 2.800.Trentasette studi hanno confrontato 3DPAM con modelli di riferimento.Trentatré 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, migliori capacità di rotazione mentale, conservazione della conoscenza e soddisfazione dell’insegnante/studente.I principali svantaggi sono legati al design: consistenza, mancanza di dettaglio o trasparenza, colori troppo brillanti, tempi di stampa lunghi e costi elevati.
Questa revisione sistematica mostra che 3DPAM è conveniente 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 significativamente il costo complessivo.La chiave è selezionare il metodo di imaging appropriato.Da un punto di vista pedagogico, 3DPAM è uno strumento efficace per insegnare l’anatomia, con un impatto positivo sui risultati di apprendimento e sulla soddisfazione.L'effetto didattico di 3DPAM è migliore quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti lo utilizzano nelle prime fasi della loro formazione medica.
La dissezione dei cadaveri di animali veniva eseguita fin dall'antica Grecia ed è uno dei principali metodi di insegnamento dell'anatomia.Le dissezioni cadaveriche eseguite durante il tirocinio pratico sono utilizzate nel curriculum teorico degli studenti universitari di medicina 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 campioni cadaverici umani, che spingono 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 didattico per gli studenti che in termini di fattibilità di implementazione [4,9,10] .
La stampa 3D non è una novità.I primi brevetti legati a questa tecnologia risalgono al 1984: A Le Méhauté, O De Witte e JC André in Francia, e tre settimane dopo C Hull negli USA.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 oltre la Terra nel 2014 [11].Anche il campo medico ha adottato questo nuovo strumento, aumentando così il desiderio di sviluppare una medicina personalizzata [12].
Molti autori hanno dimostrato i vantaggi dell’utilizzo di modelli anatomici stampati in 3D (3DPAM) nella formazione medica [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].Quando si insegna l'anatomia umana, sono necessari modelli non patologici e anatomicamente normali.Alcune revisioni hanno esaminato modelli di formazione patologici o medico/chirurgici [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 insegnare l’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 limiti di tempo utilizzando le linee guida PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
I criteri di inclusione erano tutti i documenti di ricerca che utilizzavano 3DPAM nell'insegnamento/apprendimento dell'anatomia.Sono state escluse revisioni della letteratura, lettere o articoli incentrati su modelli patologici, modelli animali, modelli archeologici e modelli di formazione medico/chirurgica.Sono stati selezionati solo gli articoli pubblicati in inglese.Sono stati esclusi gli articoli senza abstract disponibili online.Sono stati inclusi articoli che includevano più modelli, almeno uno dei quali era anatomicamente normale o presentava patologie minori che non influivano sul valore didattico.
È stata condotta una ricerca bibliografica nel database elettronico PubMed (Biblioteca nazionale di medicina, NCBI) per identificare gli studi pertinenti pubblicati fino a giugno 2022. Utilizzare i seguenti termini di ricerca: istruzione, scuola, insegnamento, insegnamento, apprendimento, insegnamento, istruzione, tre- dimensionale, 3D, 3D, stampa, stampa, stampa, anatomia, anatomia, anatomia e anatomia.È stata eseguita una singola query: (((istruzione[Titolo/Abstract] OR scuola[Titolo/Abstract] ORlearning[Titolo/Abstract] OR insegnamento[Titolo/Abstract] OR training[Titolo/Abstract] OReach[Titolo/Abstract] ] OR Istruzione [Titolo/Abstract]) AND (Tre dimensioni [Titolo] O 3D [Titolo] O 3D [Titolo])) AND (Stampa [Titolo] O Stampa [Titolo] O Stampa [Titolo])) AND (Anatomia) [Titolo ] ]/abstract] o anatomia [titolo/abstract] o anatomia [titolo/abstract] o anatomia [titolo/abstract]).Ulteriori articoli sono stati identificati effettuando una ricerca manuale nel database PubMed e rivedendo i riferimenti di altri articoli scientifici.Non è stata applicata alcuna restrizione sulla data, ma è stato utilizzato il filtro "Persona".
Tutti i titoli e gli abstract recuperati sono stati valutati rispetto ai criteri di inclusione ed esclusione da due autori (EBR e AL) e qualsiasi studio che non soddisfaceva 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).Quando necessario, i disaccordi nella scelta degli articoli venivano risolti da una quarta persona (LT).In questa revisione sono state incluse le pubblicazioni che soddisfacevano tutti i criteri di inclusione.
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 degli esperti/docenti, numero di valutatori, tipologia di valutazione.
- Modello 3D didattico: valutazione delle conoscenze degli studenti, metodo di valutazione, numero di studenti, numero di gruppi di confronto, randomizzazione degli studenti, istruzione/tipologia 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 del testo completo.34 articoli sono stati esclusi perché erano modelli patologici (9 articoli), modelli di formazione medico/chirurgica (4 articoli), modelli animali (4 articoli), modelli radiologici 3D (1 articolo) o non erano articoli scientifici originali (16 capitoli).).Nella revisione sono stati inclusi un totale di 68 articoli.La Figura 1 presenta il processo di selezione come un diagramma di flusso.
Diagramma di flusso che riassume l'identificazione, lo screening e l'inclusione degli articoli in questa revisione sistematica
Tutti gli studi sono stati pubblicati tra il 2014 e il 2022, con un anno di pubblicazione medio pari al 2019. Tra i 68 articoli inclusi, 33 (49%) erano studi descrittivi e sperimentali, 17 (25%) erano puramente sperimentali e 18 (26%) erano studi sperimentale.Puramente descrittivo.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 addominopelvica e 15 articoli (22%) hanno esaminato le estremità.Cinquantuno articoli (75%) menzionavano le ossa stampate in 3D come modelli anatomici o modelli anatomici multistrato.
Per quanto riguarda i modelli o i file di origine 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 basato sulla tomografia computerizzata e 3 studi (4%) hanno riportato l'uso della microCT.7 articoli (10%) proiettavano oggetti 3D utilizzando scanner ottici, 4 articoli (6%) utilizzando la risonanza magnetica e 1 articolo (1%) utilizzando fotocamere e microscopi.14 articoli (21%) non menzionano la fonte dei file di origine della progettazione del modello 3D.I file 3D vengono creati con una risoluzione spaziale media inferiore a 0,5 mm.La risoluzione ottimale è 30 μm [80] e la risoluzione massima è 1,5 mm [32].
Sono state utilizzate sessanta diverse applicazioni software (segmentazione, modellazione, progettazione o stampa).Mimics (Materialise, Leuven, Belgio) è stato utilizzato più spesso (14 studi, 21%), seguito 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 del materiale in 13 prodotti (19%) e infine la sabbiatura del 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].
Nello specificare i materiali utilizzati per realizzare 3DPAM (51 articoli, 75%), 48 studi (71%) hanno utilizzato materie plastiche e loro derivati.I principali materiali 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 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%) riportavano rapporti di stampa compresi tra 0,25:1 e 2:1, con una media di 1:1.Venticinque articoli (37%) hanno utilizzato un rapporto 1:1.28 3DPAM (41%) erano costituiti da più colori e 9 (13%) sono stati tinti dopo la stampa [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trentaquattro articoli (50%) menzionavano i costi.9 articoli (13%) menzionano il costo delle stampanti 3D e delle materie prime.Il prezzo delle stampanti varia da $ 302 a $ 65.000.Quando specificato, i prezzi dei modelli vanno da $ 1,25 a $ 2.800;questi estremi corrispondono a campioni scheletrici [47] e a modelli retroperitoneali ad alta fedeltà [48].La tabella 2 riassume i dati del modello per ciascuno studio incluso.
Trentasette studi (54%) hanno confrontato il 3DAPM con un modello di riferimento.Tra questi studi, il comparatore più comune era un modello anatomico di riferimento, utilizzato in 14 articoli (38%), preparati plastinati in 6 articoli (16%), preparati plastinati in 6 articoli (16%).Utilizzo della realtà virtuale, tomografia computerizzata, una 3DPAM in 5 articoli (14%), un'altra 3DPAM in 3 articoli (8%), serious games 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 in dettaglio le esperienze dei valutatori (Tabella 3).Il 3DPAM è stato eseguito da chirurghi o medici curanti in 7 studi (47%), specialisti anatomici in 6 studi (40%), studenti in 3 studi (20%), insegnanti (disciplina non specificata) in 3 studi (20%) per la valutazione e un altro valutatore nell'articolo (7%).Il numero medio dei valutatori è 14 (minimo 2, massimo 30).Trentatré 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 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 del 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/l'identificazione anatomica.A ciascuno studio hanno partecipato in media 76 studenti (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 in modo casuale 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 di medicina del primo anno.Sei studi (18%) hanno coinvolto residenti, 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 dell'insegnamento 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 realismo [55, 67], accuratezza [44, 50, 72, 85] e variabilità di consistenza [34, 45 ]., 48, 64], colore e trasparenza [28, 45], durabilità [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], il risparmio di tempo di insegnamento [61, 80], la facilità di conservazione [61], la capacità di integrare l'anatomia funzionale o creare strutture specifiche [51, 53], 67] , progettazione rapida di modelli scheletrici [ 81], capacità di co-creare modelli e portarli a casa [49, 60, 71], migliorare le capacità di rotazione mentale [23] e di conservazione delle conoscenze [32], nonché sull'insegnante [ 25, 63] e soddisfazione degli studenti [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
I principali svantaggi sono legati al design: rigidità [80], coerenza [28, 62], mancanza di dettaglio o trasparenza [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], colori troppo brillanti [45].e la 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 costo.Alto[48].
Questa revisione sistematica riassume 68 articoli pubblicati in 9 anni ed evidenzia l'interesse della comunità scientifica per 3DPAM come strumento per insegnare l'anatomia umana normale.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 degli studi anatomici sulla stampa 3D, 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’allenamento 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 TC è di gran lunga la modalità di imaging più comunemente utilizzata.Questa tecnica è ampiamente utilizzata, soprattutto in ambito medico, ma ha 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'altro canto, la tomografia computerizzata è più adatta per la segmentazione/modellazione del tessuto osseo;Il contrasto osso/tessuto molle aiuta a completare questi passaggi prima della stampa 3D dei modelli anatomici.D’altra parte, la microCT è considerata la tecnologia di riferimento in termini di risoluzione spaziale nell’imaging osseo [70].Per ottenere immagini è possibile utilizzare anche scanner ottici o risonanza magnetica.Una risoluzione più elevata previene la levigatura delle superfici ossee e preserva la sottigliezza delle strutture anatomiche [59].La scelta del modello influenza anche la risoluzione spaziale: ad esempio, i modelli di plasticizzazione hanno una risoluzione inferiore [45].I grafici devono creare modelli 3D personalizzati, il 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 lastra di stampa [29].Alcuni autori suggeriscono che tecnologie di stampa avanzate come SLS dovrebbero essere utilizzate ove possibile per migliorare la precisione del 3DPAM [38].La produzione di 3DPAM richiede assistenza professionale;gli specialisti più ricercati sono gli ingegneri [72], i radiologi, [75], i grafici [43] e gli 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 vantaggi e 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 abbastanza oggetti 3D, l’investimento può portare a ritorni finanziari [72].
La plastica è di gran lunga il materiale più comunemente usato.La sua vasta gamma di texture e colori lo rendono il materiale preferito per 3DPAM.Alcuni autori ne hanno elogiato l'elevata resistenza rispetto ai tradizionali modelli cadaverici o plastinati [24, 56, 73].Alcune plastiche hanno anche proprietà di flessione o allungamento.Ad esempio Filaflex con tecnologia FDM può allungarsi fino al 700%.Alcuni autori lo considerano il materiale di scelta 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 portata della stampa.Poiché molte persone considerano il rapporto 1:1 uno standard, l'autore potrebbe aver scelto di non menzionarlo.Sebbene l’ampliamento sarebbe utile per l’apprendimento diretto in grandi gruppi, la fattibilità dell’ampliamento non è stata ancora esplorata, soprattutto con l’aumento delle dimensioni delle classi e la dimensione fisica del modello che rappresenta un fattore importante.Naturalmente, le scale a grandezza naturale facilitano l’individuazione e la comunicazione dei vari elementi anatomici al paziente, il che potrebbe spiegare il motivo per cui vengono spesso utilizzate.
Tra le numerose stampanti disponibili sul mercato, quelle che utilizzano la tecnologia PolyJet (materiale o getto d'inchiostro legante) per fornire stampe ad alta definizione a colori e multistrato (e quindi multi-texture) costano tra i 20.000 e i 250.000 dollari (https: //www .aniwaa.com/).Questo costo elevato può limitare la promozione di 3DPAM nelle scuole 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].Anche i prezzi per le stampanti SLA o FDM sono più convenienti e vanno da € 576 a € 4.999 negli articoli elencati in questa recensione.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 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 del 3DPAM [48].Per questi motivi si preferisce la scala a grandezza naturale [37].
Solo uno studio ha confrontato il 3DPAM con i 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.È necessario fare una distinzione tra autopsia, dissezione e osso secco.Sulla base dei test di formazione, due studi hanno dimostrato che la 3DPAM era significativamente più efficace della dissezione plastinata [16, 27].Uno studio ha confrontato un’ora di allenamento utilizzando 3DPAM (estremità inferiori) con un’ora di dissezione della stessa regione anatomica [78].Non sono emerse 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 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 (teschi), ma non c’era alcuna differenza nei punteggi MCQ [69].Infine, Tanner e colleghi hanno dimostrato risultati post-test migliori 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 games [43].Secondo Mahrous e colleghi, la preferenza per i modelli anatomici dipende dal numero di ore in cui gli studenti giocano ai videogiochi [31].D’altra parte, uno dei principali svantaggi dei nuovi strumenti di insegnamento dell’anatomia è il feedback tattile, soprattutto per gli strumenti puramente virtuali [48].
La maggior parte degli studi che valutano il nuovo 3DPAM hanno utilizzato test preliminari di conoscenza.Questi test preliminari aiutano a evitare errori 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 i pregiudizi citati da Garas e colleghi c'erano il colore del modello e la selezione dei volontari nella classe studentesca [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 venga completata da una terza parte per evitare errori nella valutazione [16].Alcuni studi hanno utilizzato le scale Likert per valutare la fattibilità del 3DPAM.Questo strumento è adatto per valutare la soddisfazione, ma ci sono ancora importanti pregiudizi di cui essere consapevoli [86].
La rilevanza educativa del 3DPAM è stata valutata principalmente tra gli studenti di medicina, compresi gli studenti di medicina del primo anno, in 14 studi su 33.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 Cercenelli ritiene che il secondo anno di studio sia il momento migliore per utilizzare 3DPAM [84].I risultati di Tanner e colleghi hanno anche 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 il 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 3DPAM e i modelli tradizionali per gli studenti di medicina, ma non per gli specializzandi.
3DPAM come strumento di apprendimento migliora i risultati accademici [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], la conservazione 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 3DPAM [25, 63].Di 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 3DPAM avevano punteggi post-test migliori rispetto agli studenti che hanno ricevuto istruzioni 2D o su cadavere [10].Tuttavia, hanno differenziato 3DPAM non per complessità, ma semplicemente per cuore, sistema nervoso e cavità addominale.In sette studi, 3DPAM non ha sovraperformato altri modelli basati su test di conoscenza somministrati 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 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 agli studenti che hanno già una certa conoscenza della materia (studenti di medicina o specializzandi) non è utile per migliorare il rendimento degli studenti.
Di 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 preservare 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 materiale. di informazione.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 di 3DPAM può migliorare le capacità di rotazione mentale [23] e migliorare l'interpretazione delle immagini in sezione trasversale [23, 32].Due studi hanno rilevato 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], oppure i modelli possono essere stampati utilizzando disegni di trigger [67].
La stampa 3D consente la creazione di modelli anatomici adattabili 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 rendere visibili alcune strutture interne [30].Tripodi e colleghi hanno utilizzato l’argilla per scolpire 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 dell'addestramento del modello o la sequenza dell'addestramento.Ciò dovrebbe essere considerato nel contesto dell’educazione anatomica, poiché i vantaggi dell’apprendimento misto e della co-creazione sono ben consolidati [89].Per far fronte alla crescente attività pubblicitaria, l'autoapprendimento 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 dei singoli modelli[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 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 2000 dollari) [27, 48].Hojo e colleghi hanno affermato nel loro studio che sono state necessarie 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 di vie aeree pediatriche [36].In nove studi, la segmentazione e il tempo di stampa erano considerati svantaggi [36, 42, 57, 58, 74].Tuttavia, 12 studi hanno criticato le proprietà fisiche dei loro modelli, in particolare la loro consistenza, [28, 62] mancanza di trasparenza, [30] fragilità e monocromaticità, [71] mancanza di tessuti molli, [66] o 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 le segnalazioni dei pazienti, i mezzi di contrasto iodati non fornivano una visibilità vascolare ottimale a causa delle limitazioni della 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 mezzo di contrasto iniettata.
Sfortunatamente, molti articoli non menzionano alcune funzionalità chiave di 3DPAM.Meno della metà degli articoli dichiarava esplicitamente se il loro 3DPAM fosse colorato.La copertura dell'ambito della stampa era incoerente (43% degli articoli) e solo il 34% menzionava 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 sulle complessità legate all'ottenimento di 3DPAM (tempi di progettazione, qualifiche del personale, costi del software, costi di stampa, ecc.).Queste informazioni sono fondamentali e dovrebbero essere prese in considerazione prima di prendere in considerazione l'avvio di un progetto per sviluppare un nuovo 3DPAM.
Questa revisione sistematica mostra che la progettazione e la stampa 3D di modelli anatomici normali è fattibile a basso costo, soprattutto quando si utilizzano stampanti FDM o SLA e materiali plastici monocolore economici.Tuttavia, questi disegni di base possono essere migliorati aggiungendo colore o aggiungendo disegni in materiali diversi.Modelli più realistici (stampati utilizzando più materiali di diversi colori e trame per replicare fedelmente le qualità tattili di un modello di riferimento di cadavere) richiedono tecnologie di stampa 3D più costose e tempi di progettazione più lunghi.Ciò aumenterà notevolmente il costo complessivo.Indipendentemente dal processo di stampa 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.Dal punto di vista pedagogico, 3DPAM è uno strumento efficace per l’insegnamento dell’anatomia, come testimoniano le prove conoscitive somministrate agli studenti e la loro soddisfazione.L'effetto didattico di 3DPAM è migliore quando riproduce regioni anatomiche complesse e gli studenti lo utilizzano nelle prime fasi della loro formazione medica.
I set di dati generati e/o analizzati nel presente studio non sono disponibili al pubblico a causa delle barriere linguistiche, ma sono disponibili presso l'autore corrispondente su ragionevole richiesta.
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Orario di pubblicazione: 09-apr-2024