چاپ سه‌بعدی به عنوان ابزاری برای آموزش آناتومی طبیعی انسان: یک بررسی سیستماتیک | آموزش پزشکی BMC

مدل‌های آناتومیکی چاپ سه‌بعدی (3DPAM) به دلیل ارزش آموزشی و امکان‌سنجی‌شان، ابزاری مناسب به نظر می‌رسند. هدف از این بررسی، توصیف و تحلیل روش‌های مورد استفاده برای ایجاد 3DPAM برای آموزش آناتومی انسان و ارزیابی سهم آموزشی آن است.
جستجوی الکترونیکی در PubMed با استفاده از اصطلاحات زیر انجام شد: آموزش، مدرسه، یادگیری، تدریس، آموزش، آموزش، سه‌بعدی، سه‌بعدی، چاپ، چاپ، آناتومی، آناتومی، آناتومی و آناتومی. یافته‌ها شامل ویژگی‌های مطالعه، طراحی مدل، ارزیابی مورفولوژیکی، عملکرد آموزشی، نقاط قوت و ضعف بود.
در میان ۶۸ مقاله انتخاب شده، بیشترین تعداد مطالعات بر روی ناحیه جمجمه (۳۳ مقاله) متمرکز بودند؛ ۵۱ مقاله به چاپ استخوان اشاره دارند. در ۴۷ مقاله، 3DPAM بر اساس توموگرافی کامپیوتری توسعه داده شد. پنج فرآیند چاپ فهرست شده‌اند. در ۴۸ مطالعه از پلاستیک و مشتقات آنها استفاده شده است. قیمت هر طرح از ۱.۲۵ تا ۲۸۰۰ دلار متغیر است. سی و هفت مطالعه 3DPAM را با مدل‌های مرجع مقایسه کردند. سی و سه مقاله فعالیت‌های آموزشی را بررسی کردند. مزایای اصلی عبارتند از کیفیت بصری و لمسی، کارایی یادگیری، تکرارپذیری، قابلیت سفارشی‌سازی و چابکی، صرفه‌جویی در زمان، ادغام آناتومی عملکردی، قابلیت‌های چرخش ذهنی بهتر، حفظ دانش و رضایت معلم/دانش‌آموز. معایب اصلی مربوط به طراحی است: ثبات، کمبود جزئیات یا شفافیت، رنگ‌های خیلی روشن، زمان چاپ طولانی و هزینه بالا.
این بررسی سیستماتیک نشان می‌دهد که 3DPAM برای آموزش آناتومی مقرون به صرفه و مؤثر است. مدل‌های واقع‌گرایانه‌تر نیاز به استفاده از فناوری‌های چاپ سه‌بعدی گران‌تر و زمان طراحی طولانی‌تر دارند که هزینه کلی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. نکته کلیدی، انتخاب روش تصویربرداری مناسب است. از دیدگاه آموزشی، 3DPAM ابزاری مؤثر برای آموزش آناتومی است که تأثیر مثبتی بر نتایج یادگیری و رضایت دارد. تأثیر آموزشی 3DPAM زمانی بهترین است که نواحی آناتومیک پیچیده را بازتولید کند و دانشجویان در اوایل آموزش پزشکی خود از آن استفاده کنند.
تشریح اجساد حیوانات از زمان یونان باستان انجام می‌شده و یکی از روش‌های اصلی آموزش آناتومی است. تشریح اجساد که در طول آموزش عملی انجام می‌شود، در برنامه درسی نظری دانشجویان پزشکی دانشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و در حال حاضر استاندارد طلایی برای مطالعه آناتومی محسوب می‌شود [1،2،3،4،5]. با این حال، موانع زیادی برای استفاده از نمونه‌های جسد انسان وجود دارد که باعث جستجو برای ابزارهای آموزشی جدید شده است [6، 7]. برخی از این ابزارهای جدید شامل واقعیت افزوده، ابزارهای دیجیتال و چاپ سه بعدی هستند. طبق بررسی اخیر متون توسط سانتوس و همکاران [8] از نظر ارزش این فناوری‌های جدید برای آموزش آناتومی، به نظر می‌رسد چاپ سه بعدی یکی از مهمترین منابع باشد، هم از نظر ارزش آموزشی برای دانشجویان و هم از نظر امکان سنجی اجرا [4،9،10].
چاپ سه‌بعدی چیز جدیدی نیست. اولین اختراعات مربوط به این فناوری به سال 1984 برمی‌گردد: A Le Méhauté، O De Witte و JC André در فرانسه و سه هفته بعد C Hull در ایالات متحده. از آن زمان، این فناوری به تکامل خود ادامه داده و کاربرد آن در بسیاری از زمینه‌ها گسترش یافته است. به عنوان مثال، ناسا اولین شیء فراتر از زمین را در سال 2014 چاپ کرد [11]. حوزه پزشکی نیز این ابزار جدید را پذیرفته است و در نتیجه تمایل به توسعه پزشکی شخصی افزایش یافته است [12].
بسیاری از نویسندگان مزایای استفاده از مدل‌های آناتومیکی چاپ سه‌بعدی (3DPAM) را در آموزش پزشکی نشان داده‌اند [10، 13، 14، 15، 16، 17، 18، 19]. هنگام آموزش آناتومی انسان، به مدل‌های غیر پاتولوژیک و از نظر آناتومیکی طبیعی نیاز است. برخی از بررسی‌ها، مدل‌های آموزشی پاتولوژیک یا پزشکی/جراحی را بررسی کرده‌اند [8، 20، 21]. برای توسعه یک مدل ترکیبی برای آموزش آناتومی انسان که ابزارهای جدیدی مانند چاپ سه‌بعدی را در خود جای داده باشد، ما یک بررسی سیستماتیک انجام دادیم تا نحوه ایجاد اشیاء چاپ سه‌بعدی برای آموزش آناتومی انسان و نحوه ارزیابی اثربخشی یادگیری دانشجویان با استفاده از این اشیاء سه‌بعدی را توصیف و تحلیل کنیم.
این مرور سیستماتیک متون در ژوئن 2022 بدون محدودیت زمانی و با استفاده از دستورالعمل‌های PRISMA (موارد گزارش‌دهی ترجیحی برای بررسی‌های سیستماتیک و متاآنالیزها) [22] انجام شد.
معیارهای ورود به مطالعه، تمام مقالات پژوهشی بودند که از 3DPAM در آموزش/یادگیری آناتومی استفاده می‌کردند. مرور ادبیات، نامه‌ها یا مقالاتی که بر مدل‌های پاتولوژیک، مدل‌های حیوانی، مدل‌های باستان‌شناسی و مدل‌های آموزش پزشکی/جراحی تمرکز داشتند، حذف شدند. فقط مقالات منتشر شده به زبان انگلیسی انتخاب شدند. مقالاتی که چکیده آنلاین آنها در دسترس نبود، حذف شدند. مقالاتی که شامل چندین مدل بودند، حداقل یکی از آنها از نظر آناتومیکی طبیعی بود یا پاتولوژی جزئی داشت که بر ارزش آموزشی تأثیر نمی‌گذاشت، گنجانده شدند.
جستجوی متون در پایگاه داده الکترونیکی PubMed (کتابخانه ملی پزشکی، NCBI) برای شناسایی مطالعات مرتبط منتشر شده تا ژوئن 2022 انجام شد. از عبارات جستجوی زیر استفاده کنید: آموزش، مدرسه، تدریس، تدریس، یادگیری، آموزش، آموزش، سه بعدی، سه بعدی، چاپ، چاپ، چاپ، آناتومی، آناتومی، آناتومی و کالبدشناسی. یک پرس‌وجوی واحد اجرا شد: (((آموزش[عنوان/چکیده] یا مدرسه[عنوان/چکیده] یا یادگیری[عنوان/چکیده] یا تدریس[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] ] یا آموزش [عنوان/چکیده]) و (سه‌بعدی [عنوان] یا سه‌بعدی [عنوان] یا سه‌بعدی [عنوان])) و (چاپ [عنوان] یا چاپ [عنوان] یا چاپ [عنوان])) و (آناتومی) [عنوان] ]/چکیده] یا آناتومی [عنوان/چکیده] یا آناتومی [عنوان/چکیده] یا آناتومی [عنوان/چکیده]). مقالات اضافی با جستجوی دستی در پایگاه داده PubMed و بررسی منابع سایر مقالات علمی شناسایی شدند. هیچ محدودیتی در تاریخ اعمال نشد، اما از فیلتر «شخص» استفاده شد.
تمام عناوین و چکیده‌های بازیابی‌شده توسط دو نویسنده (EBR و AL) از نظر معیارهای ورود و خروج بررسی شدند و هر مطالعه‌ای که تمام معیارهای واجد شرایط بودن را نداشت، حذف شد. انتشارات متن کامل مطالعات باقی‌مانده توسط سه نویسنده (EBR، EBE و AL) بازیابی و بررسی شدند. در صورت لزوم، اختلاف‌نظرها در انتخاب مقالات توسط نفر چهارم (LT) حل و فصل شد. انتشاراتی که تمام معیارهای ورود را داشتند، در این بررسی گنجانده شدند.
استخراج داده‌ها به‌طور مستقل توسط دو نویسنده (EBR و AL) تحت نظارت نویسنده سوم (LT) انجام شد.
- داده‌های طراحی مدل: نواحی آناتومیک، بخش‌های آناتومیک خاص، مدل اولیه برای چاپ سه‌بعدی، روش تهیه، نرم‌افزار قطعه‌بندی و مدل‌سازی، نوع چاپگر سه‌بعدی، نوع و مقدار مواد، مقیاس چاپ، رنگ، هزینه چاپ.
- ارزیابی ریخت‌شناسی مدل‌ها: مدل‌های مورد استفاده برای مقایسه، ارزیابی پزشکی متخصصان/معلمان، تعداد ارزیابان، نوع ارزیابی.
- مدل سه بعدی تدریس: ارزیابی دانش دانش‌آموز، روش ارزیابی، تعداد دانش‌آموزان، تعداد گروه‌های مقایسه، تصادفی‌سازی دانش‌آموزان، تحصیلات/نوع دانش‌آموز.
۴۱۸ مطالعه در مدلاین شناسایی شد و ۱۳۹ مقاله توسط فیلتر «انسانی» حذف شدند. پس از بررسی عناوین و چکیده‌ها، ۱۰۳ مطالعه برای مطالعه متن کامل انتخاب شدند. ۳۴ مقاله به دلیل اینکه یا مدل‌های پاتولوژیک (۹ مقاله)، مدل‌های آموزشی پزشکی/جراحی (۴ مقاله)، مدل‌های حیوانی (۴ مقاله)، مدل‌های رادیولوژی سه‌بعدی (۱ مقاله) یا مقالات علمی اصیل نبودند (۱۶ فصل) حذف شدند. در مجموع ۶۸ مقاله در این بررسی گنجانده شد. شکل ۱ فرآیند انتخاب را به صورت نمودار جریان نشان می‌دهد.
نمودار جریان خلاصه شناسایی، غربالگری و گنجاندن مقالات در این مرور سیستماتیک
تمام مطالعات بین سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۲۲ منتشر شده‌اند و میانگین سال انتشار آنها ۲۰۱۹ بوده است. از میان ۶۸ مقاله مورد بررسی، ۳۳ مطالعه (۴۹٪) توصیفی و تجربی، ۱۷ مطالعه (۲۵٪) صرفاً تجربی و ۱۸ مطالعه (۲۶٪) صرفاً توصیفی بودند. از ۵۰ مطالعه تجربی (۷۳٪)، ۲۱ مطالعه (۳۱٪) از تصادفی‌سازی استفاده کردند. تنها ۳۴ مطالعه (۵۰٪) شامل تحلیل‌های آماری بودند. جدول ۱ خلاصه‌ای از ویژگی‌های هر مطالعه را نشان می‌دهد.
۳۳ مقاله (۴۸٪) ناحیه سر، ۱۹ مقاله (۲۸٪) ناحیه قفسه سینه، ۱۷ مقاله (۲۵٪) ناحیه شکم و لگن و ۱۵ مقاله (۲۲٪) اندام‌ها را بررسی کردند. پنجاه و یک مقاله (۷۵٪) از استخوان‌های چاپ سه‌بعدی به عنوان مدل‌های آناتومیک یا مدل‌های آناتومیک چند برشی نام بردند.
در مورد مدل‌های منبع یا فایل‌های مورد استفاده برای توسعه 3DPAM، 23 مقاله (34٪) به استفاده از داده‌های بیمار، 20 مقاله (29٪) به استفاده از داده‌های جسد و 17 مقاله (25٪) به استفاده از پایگاه‌های داده اشاره کردند. 7 مطالعه (10٪) منبع اسناد مورد استفاده را فاش نکردند.
47 مطالعه (69٪) 3DPAM را بر اساس توموگرافی کامپیوتری توسعه دادند و 3 مطالعه (4٪) استفاده از میکروسی‌تی را گزارش کردند. 7 مقاله (10٪) اشیاء سه‌بعدی را با استفاده از اسکنرهای نوری، 4 مقاله (6٪) با استفاده از MRI ​​و 1 مقاله (1٪) با استفاده از دوربین‌ها و میکروسکوپ‌ها تصویرسازی کردند. 14 مقاله (21٪) منبع فایل‌های منبع طراحی مدل سه‌بعدی را ذکر نکردند. فایل‌های سه‌بعدی با وضوح مکانی متوسط ​​کمتر از 0.5 میلی‌متر ایجاد می‌شوند. وضوح بهینه 30 میکرومتر [80] و حداکثر وضوح 1.5 میلی‌متر [32] است.
شصت نرم‌افزار مختلف (قطعه‌بندی، مدل‌سازی، طراحی یا چاپ) مورد استفاده قرار گرفتند. نرم‌افزار Mimics (Materialise، لوون، بلژیک) بیشترین استفاده را داشت (14 مطالعه، 21٪)، و پس از آن MeshMixer (Autodesk، سن رافائل، کالیفرنیا) (13 مطالعه، 19٪)، Geomagic (3D System، میسوری، کارولینای شمالی، لیسویل). (10 مطالعه، 15٪)، 3D Slicer (Slicer Developer Training، بوستون، ماساچوست) (9 مطالعه، 13٪)، Blender (Blender Foundation، آمستردام، هلند) (8 مطالعه، 12٪) و CURA (Geldemarsen، هلند) (7 مطالعه، 10٪) قرار داشتند.
شصت و هفت مدل چاپگر مختلف و پنج فرآیند چاپ ذکر شده است. فناوری FDM (مدل‌سازی رسوب ذوبی) در 26 محصول (38٪)، انفجار مواد در 13 محصول (19٪) و در نهایت انفجار چسب (11 محصول، 16٪) استفاده شده است. کم‌ترین فناوری‌های مورد استفاده عبارتند از استریولیتوگرافی (SLA) (5 مقاله، 7٪) و پخت لیزری انتخابی (SLS) (4 مقاله، 6٪). رایج‌ترین چاپگر مورد استفاده (7 مقاله، 10٪) Connex 500 (Stratasys، Rehovot، اسرائیل) است [27، 30، 32، 36، 45، 62، 65].
هنگام مشخص کردن مواد مورد استفاده برای ساخت 3DPAM (51 مقاله، 75٪)، 48 مطالعه (71٪) از پلاستیک و مشتقات آنها استفاده کردند. مواد اصلی مورد استفاده PLA (پلی لاکتیک اسید) (n = 20، 29٪)، رزین (n = 9، 13٪) و ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) (7 نوع، 10٪) بودند. 23 مقاله (34٪) 3DPAM ساخته شده از چندین ماده را بررسی کردند، 36 مقاله (53٪) 3DPAM ساخته شده از تنها یک ماده را ارائه کردند و 9 مقاله (13٪) ماده‌ای را مشخص نکردند.
بیست و نه مقاله (43%) نسبت چاپ را از 0.25:1 تا 2:1 با میانگین 1:1 گزارش کردند. بیست و پنج مقاله (37%) از نسبت 1:1 استفاده کردند. 28 مورد از 3DPAM ها (41%) شامل چندین رنگ بودند و 9 مورد (13%) پس از چاپ رنگرزی شدند [43، 46، 49، 54، 58، 59، 65، 69، 75].
سی و چهار مقاله (50٪) به هزینه‌ها اشاره کردند. 9 مقاله (13٪) به هزینه چاپگرهای سه‌بعدی و مواد اولیه اشاره کردند. قیمت چاپگرها از 302 تا 65000 دلار متغیر است. در صورت مشخص شدن، قیمت مدل‌ها از 1.25 تا 2800 دلار متغیر است. این مقادیر نهایی مربوط به نمونه‌های اسکلتی [47] و مدل‌های خلف صفاقی با دقت بالا [48] است. جدول 2 داده‌های مدل را برای هر مطالعه گنجانده شده خلاصه می‌کند.
سی و هفت مطالعه (54٪) 3DAPM را با یک مدل مرجع مقایسه کردند. در میان این مطالعات، رایج‌ترین مقایسه‌کننده، یک مدل مرجع آناتومیکی بود که در 14 مقاله (38٪)، آماده‌سازی‌های پلاستینه شده در 6 مقاله (16٪) و آماده‌سازی‌های پلاستینه شده در 6 مقاله (16٪) استفاده شد. استفاده از واقعیت مجازی، تصویربرداری توموگرافی کامپیوتری یک 3DPAM در 5 مقاله (14٪)، 3DPAM دیگر در 3 مقاله (8٪)، بازی‌های جدی در 1 مقاله (3٪)، رادیوگرافی در 1 مقاله (3٪)، مدل‌های تجاری در 1 مقاله (3٪) و واقعیت افزوده در 1 مقاله (3٪). سی و چهار مطالعه (50٪) 3DPAM را ارزیابی کردند. پانزده مطالعه (48٪) تجربیات ارزیابان را با جزئیات شرح دادند (جدول 3). 3DPAM در 7 مطالعه (47%) توسط جراحان یا پزشکان معالج، در 6 مطالعه (40%) توسط متخصصان آناتومی، در 3 مطالعه (20%) توسط دانشجویان، در 3 مطالعه (20%) توسط معلمان (رشته تحصیلی مشخص نشده) برای ارزیابی و در مقاله (7%) توسط یک ارزیاب دیگر انجام شد. میانگین تعداد ارزیابان 14 نفر (حداقل 2، حداکثر 30 نفر) است. سی و سه مطالعه (49%) مورفولوژی 3DPAM را به صورت کیفی و 10 مطالعه (15%) مورفولوژی 3DPAM را به صورت کمی ارزیابی کردند. از 33 مطالعه‌ای که از ارزیابی‌های کیفی استفاده کردند، 16 مطالعه از ارزیابی‌های صرفاً توصیفی (48%)، 9 مطالعه از آزمون‌ها/رتبه‌بندی‌ها/نظرسنجی‌ها (27%) و 8 مطالعه از مقیاس لیکرت (24%) استفاده کردند. جدول 3 خلاصه‌ای از ارزیابی‌های مورفولوژیکی مدل‌ها در هر مطالعه گنجانده شده را نشان می‌دهد.
سی و سه مقاله (48%) اثربخشی آموزش 3DPAM به دانشجویان را بررسی و مقایسه کردند. از این مطالعات، 23 مقاله (70%) رضایت دانشجویان، 17 مقاله (51%) از مقیاس لیکرت و 6 مقاله (18%) از روش‌های دیگر استفاده کردند. بیست و دو مقاله (67%) یادگیری دانشجویان را از طریق آزمون دانش ارزیابی کردند که از این تعداد، 10 مقاله (30%) از پیش‌آزمون و/یا پس‌آزمون استفاده کردند. یازده مطالعه (33%) از سوالات و آزمون‌های چندگزینه‌ای برای ارزیابی دانش دانشجویان استفاده کردند و پنج مطالعه (15%) از برچسب‌گذاری تصویر/شناسایی آناتومیک استفاده کردند. به طور متوسط ​​76 دانشجو در هر مطالعه شرکت کردند (حداقل 8، حداکثر 319). بیست و چهار مطالعه (72%) دارای گروه کنترل بودند که 20 مطالعه (60%) از تصادفی‌سازی استفاده کردند. در مقابل، یک مطالعه (3%) مدل‌های آناتومیک را به طور تصادفی به 10 دانشجوی مختلف اختصاص داد. به طور متوسط، 2.6 گروه با هم مقایسه شدند (حداقل 2، حداکثر 10). بیست و سه مطالعه (70٪) شامل دانشجویان پزشکی بود که از این تعداد، 14 مطالعه (42٪) دانشجویان سال اول پزشکی بودند. شش مطالعه (18٪) شامل رزیدنت‌ها، 4 مطالعه (12٪) دانشجویان دندانپزشکی و 3 مطالعه (9٪) دانشجویان علوم پایه بود. شش مطالعه (18٪) یادگیری مستقل را با استفاده از 3DPAM اجرا و ارزیابی کردند. جدول 4 نتایج ارزیابی اثربخشی آموزش 3DPAM را برای هر مطالعه خلاصه می‌کند.
مزایای اصلی گزارش شده توسط نویسندگان برای استفاده از 3DPAM به عنوان ابزاری برای آموزش آناتومی طبیعی انسان، ویژگی‌های بصری و لمسی، از جمله واقع‌گرایی [55، 67]، دقت [44، 50، 72، 85] و تنوع سازگاری [34، 45] است. ، 48، 64]، رنگ و شفافیت [28، 45]، دوام [24، 56، 73]، اثر آموزشی [16، 32، 35، 39، 52، 57، 63، 69، 79]، هزینه [27، 41، 44، 45، 48، 51، 60، 64، 80، 81، 83]، تکرارپذیری [80]، امکان بهبود یا شخصی‌سازی [28، 30، 36، 45، 48، 51، 53، 59، 61، 67، 80]، توانایی دستکاری دانش‌آموزان [30، 49]، صرفه‌جویی در زمان تدریس [61، 80]، سهولت ذخیره‌سازی [61]، توانایی ادغام آناتومی عملکردی یا ایجاد ساختارهای خاص [51، 53]، 67]، طراحی سریع مدل‌های اسکلتی [81]، توانایی خلق مشترک مدل‌ها و بردن آنها به خانه [49، 60، 71]، بهبود توانایی‌های چرخش ذهنی [23] و حفظ دانش [32]، و همچنین بر معلم [25، 63] و رضایت دانش‌آموز [25، 45، 46، 52، 52، 57، 63، 66، 69، 84].
معایب اصلی مربوط به طراحی هستند: سفتی [80]، ثبات [28، 62]، کمبود جزئیات یا شفافیت [28، 30، 34، 45، 48، 62، 64، 81]، رنگ‌های خیلی روشن [45]. و شکنندگی کف [71]. سایر معایب شامل از دست دادن اطلاعات [30، 76]، زمان طولانی مورد نیاز برای تقسیم‌بندی تصویر [36، 52، 57، 58، 74]، زمان چاپ [57، 63، 66، 67]، کمبود تنوع آناتومیکی [25] و هزینه بالا [48].
این بررسی سیستماتیک، خلاصه‌ای از ۶۸ مقاله منتشر شده در طول ۹ سال را ارائه می‌دهد و علاقه جامعه علمی به ۳DPAM را به عنوان ابزاری برای آموزش آناتومی طبیعی انسان برجسته می‌کند. هر ناحیه آناتومیکی مورد مطالعه و چاپ سه‌بعدی قرار گرفت. از این مقالات، ۳۷ مقاله ۳DPAM را با سایر مدل‌ها مقایسه کردند و ۳۳ مقاله اهمیت آموزشی ۳DPAM را برای دانش‌آموزان ارزیابی کردند.
با توجه به تفاوت‌های موجود در طراحی مطالعات چاپ سه‌بعدی آناتومیک، انجام متاآنالیز را مناسب ندانستیم. متاآنالیزی که در سال 2020 منتشر شد، عمدتاً بر آزمون‌های دانش آناتومیک پس از آموزش تمرکز داشت، بدون اینکه جنبه‌های فنی و فناوری طراحی و تولید 3DPAM را تجزیه و تحلیل کند [10].
ناحیه سر بیشترین مطالعه را دارد، احتمالاً به این دلیل که پیچیدگی آناتومی آن، تصویرسازی این ناحیه آناتومیکی را در فضای سه‌بعدی در مقایسه با اندام‌ها یا تنه برای دانشجویان دشوارتر می‌کند. سی‌تی‌اسکن تاکنون رایج‌ترین روش تصویربرداری بوده است. این تکنیک به طور گسترده، به ویژه در محیط‌های پزشکی، مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما وضوح مکانی محدود و کنتراست بافت نرم پایینی دارد. این محدودیت‌ها، اسکن‌های سی‌تی را برای قطعه‌بندی و مدل‌سازی سیستم عصبی نامناسب می‌کند. از سوی دیگر، توموگرافی کامپیوتری برای قطعه‌بندی/مدل‌سازی بافت استخوان مناسب‌تر است. کنتراست استخوان/بافت نرم به تکمیل این مراحل قبل از چاپ سه‌بعدی مدل‌های آناتومیکی کمک می‌کند. از سوی دیگر، میکروسی‌تی از نظر وضوح مکانی در تصویربرداری استخوان، فناوری مرجع محسوب می‌شود [70]. اسکنرهای نوری یا MRI نیز می‌توانند برای به دست آوردن تصاویر استفاده شوند. وضوح بالاتر از صاف شدن سطوح استخوان جلوگیری می‌کند و ظرافت ساختارهای آناتومیکی را حفظ می‌کند [59]. انتخاب مدل نیز بر وضوح مکانی تأثیر می‌گذارد: به عنوان مثال، مدل‌های پلاستیکی‌سازی وضوح کمتری دارند [45]. طراحان گرافیک باید مدل‌های سه‌بعدی سفارشی ایجاد کنند که این امر هزینه‌ها را افزایش می‌دهد (25 تا 150 دلار در ساعت) [43]. به دست آوردن فایل‌های .STL با کیفیت بالا برای ایجاد مدل‌های آناتومیکی با کیفیت بالا کافی نیست. تعیین پارامترهای چاپ، مانند جهت‌گیری مدل آناتومیکی روی صفحه چاپ، ضروری است [29]. برخی از نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که در هر کجا که ممکن است، از فناوری‌های چاپ پیشرفته مانند SLS برای بهبود دقت 3DPAM استفاده شود [38]. تولید 3DPAM نیاز به کمک حرفه‌ای دارد؛ متخصصانی که بیشترین تقاضا را دارند، مهندسان [72]، رادیولوژیست‌ها [75]، طراحان گرافیک [43] و آناتومیست‌ها [25، 28، 51، 57، 76، 77] هستند.
نرم‌افزارهای قطعه‌بندی و مدل‌سازی از عوامل مهم در به دست آوردن مدل‌های آناتومی دقیق هستند، اما هزینه این بسته‌های نرم‌افزاری و پیچیدگی آنها مانع از استفاده از آنها می‌شود. مطالعات متعددی استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری و فناوری‌های چاپ مختلف را مقایسه کرده و مزایا و معایب هر فناوری را برجسته کرده‌اند [68]. علاوه بر نرم‌افزار مدل‌سازی، نرم‌افزار چاپ سازگار با چاپگر انتخاب شده نیز مورد نیاز است؛ برخی از نویسندگان ترجیح می‌دهند از چاپ سه‌بعدی آنلاین استفاده کنند [75]. اگر اشیاء سه‌بعدی به اندازه کافی چاپ شوند، سرمایه‌گذاری می‌تواند منجر به بازگشت مالی شود [72].
پلاستیک تاکنون رایج‌ترین ماده مورد استفاده بوده است. طیف گسترده بافت‌ها و رنگ‌های آن، آن را به ماده انتخابی برای 3DPAM تبدیل کرده است. برخی از نویسندگان، استحکام بالای آن را در مقایسه با مدل‌های سنتی جسد یا پلاستینه شده ستوده‌اند [24، 56، 73]. برخی از پلاستیک‌ها حتی دارای خواص خمشی یا کششی هستند. به عنوان مثال، فیلافلکس با فناوری FDM می‌تواند تا 700٪ کش بیاید. برخی از نویسندگان آن را ماده انتخابی برای تکثیر عضله، تاندون و رباط می‌دانند [63]. از سوی دیگر، دو مطالعه، سوالاتی را در مورد جهت‌گیری فیبر در طول چاپ مطرح کرده‌اند. در واقع، جهت‌گیری فیبر عضلانی، محل اتصال، عصب‌دهی و عملکرد آن در مدل‌سازی عضله بسیار مهم است [33].
جای تعجب است که مطالعات کمی به مقیاس چاپ اشاره می‌کنند. از آنجایی که بسیاری از افراد نسبت ۱:۱ را استاندارد می‌دانند، ممکن است نویسنده تصمیم گرفته باشد که به آن اشاره‌ای نکند. اگرچه افزایش مقیاس برای یادگیری هدایت‌شده در گروه‌های بزرگ مفید خواهد بود، اما امکان‌سنجی مقیاس‌بندی هنوز بررسی نشده است، به خصوص با توجه به افزایش اندازه کلاس‌ها و اندازه فیزیکی مدل که یک عامل مهم است. البته، مقیاس‌های با اندازه کامل، مکان‌یابی و انتقال عناصر آناتومیکی مختلف به بیمار را آسان‌تر می‌کنند، که ممکن است توضیح دهد که چرا اغلب از آنها استفاده می‌شود.
از میان چاپگرهای متعدد موجود در بازار، آن‌هایی که از فناوری PolyJet (جوهر افشان ماده یا چسب) برای ارائه چاپ رنگی و چند لایه (و بنابراین چند بافتی) با کیفیت بالا استفاده می‌کنند، بین 20،000 تا 250،000 دلار آمریکا هزینه دارند (https: //www.aniwaa.com/). این هزینه بالا ممکن است تبلیغ 3DPAM را در دانشکده‌های پزشکی محدود کند. علاوه بر هزینه چاپگر، هزینه مواد مورد نیاز برای چاپ جوهرافشان بیشتر از چاپگرهای SLA یا FDM است [68]. قیمت چاپگرهای SLA یا FDM نیز مقرون به صرفه‌تر است و در مقالات ذکر شده در این بررسی از 576 تا 4999 یورو متغیر است. طبق گفته Tripodi و همکارانش، هر قطعه اسکلتی را می‌توان با 1.25 دلار آمریکا چاپ کرد [47]. یازده مطالعه نتیجه گرفتند که چاپ سه‌بعدی ارزان‌تر از مدل‌های پلاستیکی یا تجاری است [24، 27، 41، 44، 45، 48، 51، 60، 63، 80، 81، 83]. علاوه بر این، این مدل‌های تجاری برای ارائه اطلاعات بیمار بدون جزئیات کافی برای آموزش آناتومی طراحی شده‌اند [80]. این مدل‌های تجاری نسبت به 3DPAM [44] پایین‌تر در نظر گرفته می‌شوند. شایان ذکر است که علاوه بر فناوری چاپ مورد استفاده، هزینه نهایی متناسب با مقیاس و بنابراین اندازه نهایی 3DPAM است [48]. به همین دلایل، مقیاس کامل ترجیح داده می‌شود [37].
تنها یک مطالعه، 3DPAM را با مدل‌های آناتومیکی موجود در بازار مقایسه کرد [72]. نمونه‌های جسد رایج‌ترین مقایسه‌کننده برای 3DPAM هستند. با وجود محدودیت‌هایشان، مدل‌های جسد همچنان ابزاری ارزشمند برای آموزش آناتومی هستند. باید بین کالبدشکافی، تشریح و استخوان خشک تمایز قائل شد. بر اساس آزمایش‌های آموزشی، دو مطالعه نشان دادند که 3DPAM به طور قابل توجهی مؤثرتر از تشریح پلاستینه شده است [16، 27]. یک مطالعه یک ساعت آموزش با استفاده از 3DPAM (اندام تحتانی) را با یک ساعت تشریح همان ناحیه آناتومیکی مقایسه کرد [78]. هیچ تفاوت معنی‌داری بین این دو روش آموزشی وجود نداشت. احتمالاً تحقیقات کمی در مورد این موضوع وجود دارد زیرا انجام چنین مقایسه‌هایی دشوار است. تشریح یک آماده‌سازی زمان‌بر برای دانشجویان است. گاهی اوقات ده‌ها ساعت آماده‌سازی لازم است، بسته به آنچه آماده می‌شود. مقایسه سوم را می‌توان با استخوان‌های خشک انجام داد. مطالعه‌ای توسط تسای و اسمیت نشان داد که نمرات آزمون در گروهی که از 3DPAM استفاده می‌کردند به طور قابل توجهی بهتر بود [51، 63]. چن و همکارانش خاطرنشان کردند که دانش‌آموزانی که از مدل‌های سه‌بعدی استفاده می‌کردند، در شناسایی ساختارها (جمجمه‌ها) عملکرد بهتری داشتند، اما هیچ تفاوتی در نمرات MCQ وجود نداشت [69]. در نهایت، تانر و همکارانش نتایج پس‌آزمون بهتری را در این گروه با استفاده از 3DPAM حفره پتریگوپالاتین نشان دادند [46]. ابزارهای آموزشی جدید دیگری نیز در این بررسی ادبیات شناسایی شدند. رایج‌ترین آنها واقعیت افزوده، واقعیت مجازی و بازی‌های جدی هستند [43]. به گفته ماهروس و همکارانش، ترجیح مدل‌های آناتومی به تعداد ساعاتی که دانش‌آموزان بازی‌های ویدیویی انجام می‌دهند بستگی دارد [31]. از سوی دیگر، یک اشکال عمده ابزارهای جدید آموزش آناتومی، بازخورد لمسی، به ویژه برای ابزارهای کاملاً مجازی است [48].
بیشتر مطالعاتی که 3DPAM جدید را ارزیابی می‌کنند، از پیش‌آزمون‌های دانش استفاده کرده‌اند. این پیش‌آزمون‌ها به جلوگیری از سوگیری در ارزیابی کمک می‌کنند. برخی از نویسندگان، قبل از انجام مطالعات تجربی، تمام دانش‌آموزانی را که در آزمون مقدماتی بالاتر از میانگین نمره گرفته‌اند، حذف می‌کنند [40]. از جمله سوگیری‌هایی که گاراس و همکارانش ذکر کردند، رنگ مدل و انتخاب داوطلبان در کلاس دانش‌آموزان بود [61]. رنگ‌آمیزی، شناسایی ساختارهای آناتومیکی را تسهیل می‌کند. چن و همکارانش شرایط آزمایشی دقیقی را بدون هیچ تفاوت اولیه‌ای بین گروه‌ها ایجاد کردند و مطالعه تا حد امکان کور بود [69]. لیم و همکارانش توصیه می‌کنند که ارزیابی پس‌آزمون توسط شخص ثالث انجام شود تا از سوگیری در ارزیابی جلوگیری شود [16]. برخی از مطالعات از مقیاس لیکرت برای ارزیابی امکان‌سنجی 3DPAM استفاده کرده‌اند. این ابزار برای ارزیابی رضایت مناسب است، اما هنوز سوگیری‌های مهمی وجود دارد که باید از آنها آگاه بود [86].
ارتباط آموزشی 3DPAM در درجه اول در بین دانشجویان پزشکی، از جمله دانشجویان سال اول پزشکی، در 14 مورد از 33 مطالعه ارزیابی شد. ویلک و همکارانش در مطالعه آزمایشی خود گزارش دادند که دانشجویان پزشکی معتقدند که چاپ سه بعدی باید در یادگیری آناتومی آنها گنجانده شود [87]. 87٪ از دانشجویان مورد بررسی در مطالعه سرسنلی معتقد بودند که سال دوم تحصیل بهترین زمان برای استفاده از 3DPAM است [84]. نتایج تانر و همکارانش همچنین نشان داد که دانشجویانی که هرگز در این زمینه تحصیل نکرده‌اند، عملکرد بهتری دارند [46]. این داده‌ها نشان می‌دهد که سال اول دانشکده پزشکی زمان بهینه برای گنجاندن 3DPAM در آموزش آناتومی است. متاآنالیز یی از این ایده پشتیبانی کرد [18]. در 27 مقاله موجود در مطالعه، تفاوت‌های معناداری در نمرات آزمون بین 3DPAM و مدل‌های سنتی برای دانشجویان پزشکی وجود داشت، اما برای رزیدنت‌ها اینطور نبود.
3DPAM به عنوان یک ابزار یادگیری، پیشرفت تحصیلی [16، 35، 39، 52، 57، 63، 69، 79]، حفظ دانش در درازمدت [32] و رضایت دانش‌آموزان [25، 45، 46، 52، 57، 63، 66] را بهبود می‌بخشد. ، 69، 84. هیئت‌هایی از متخصصان نیز این مدل‌ها را مفید دانستند [37، 42، 49، 81، 82] و دو مطالعه رضایت معلمان از 3DPAM را نشان دادند [25، 63]. از بین تمام منابع، بک‌هاوس و همکارانش چاپ سه‌بعدی را بهترین جایگزین برای مدل‌های آناتومیک سنتی می‌دانند [49]. یی و همکارانش در اولین متاآنالیز خود تأیید کردند که دانش‌آموزانی که دستورالعمل‌های 3DPAM را دریافت کردند، نمرات پس از آزمون بهتری نسبت به دانش‌آموزانی که دستورالعمل‌های 2D یا جسد را دریافت کردند، داشتند [10]. با این حال، آنها 3DPAM را نه بر اساس پیچیدگی، بلکه صرفاً بر اساس قلب، سیستم عصبی و حفره شکمی متمایز کردند. در هفت مطالعه، 3DPAM بر اساس آزمون‌های دانش اجرا شده روی دانشجویان، عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‌ها نداشت [32، 66، 69، 77، 78، 84]. سالازار و همکارانش در متاآنالیز خود به این نتیجه رسیدند که استفاده از 3DPAM به طور خاص درک آناتومی پیچیده را بهبود می‌بخشد [17]. این مفهوم با نامه هیتاس به سردبیر [88] سازگار است. برخی از حوزه‌های آناتومیکی که کمتر پیچیده در نظر گرفته می‌شوند، نیازی به استفاده از 3DPAM ندارند، در حالی که حوزه‌های آناتومیکی پیچیده‌تر (مانند گردن یا سیستم عصبی) یک انتخاب منطقی برای 3DPAM خواهند بود. این مفهوم ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از 3DPAMها نسبت به مدل‌های سنتی برتر در نظر گرفته نمی‌شوند، به خصوص زمانی که دانشجویان در حوزه‌ای که عملکرد مدل برتر است، فاقد دانش هستند. بنابراین، ارائه یک مدل ساده به دانشجویانی که از قبل دانشی در مورد موضوع دارند (دانشجویان پزشکی یا رزیدنت‌ها) در بهبود عملکرد دانشجویان مفید نیست.
از بین تمام مزایای آموزشی ذکر شده، 11 مطالعه بر کیفیت بصری یا لمسی مدل‌ها تأکید داشتند [27،34،44،45،48،50،55،63،67،72،85] و 3 مطالعه بر بهبود استحکام و دوام آنها تأکید داشتند (33، 50 -52، 63، 79، 85، 86). از دیگر مزایای آن می‌توان به این موارد اشاره کرد: دانش‌آموزان می‌توانند ساختارها را دستکاری کنند، معلمان می‌توانند در زمان صرفه‌جویی کنند، نگهداری آنها نسبت به اجساد آسان‌تر است، پروژه می‌تواند ظرف 24 ساعت تکمیل شود، می‌توان از آن به عنوان ابزاری برای آموزش در خانه استفاده کرد و می‌توان از آن برای آموزش حجم زیادی از اطلاعات استفاده کرد. گروه‌ها [30، 49، 60، 61، 80، 81]. چاپ سه بعدی مکرر برای آموزش آناتومی با حجم بالا، مدل‌های چاپ سه بعدی را مقرون به صرفه‌تر می‌کند [26]. استفاده از 3DPAM می‌تواند قابلیت‌های چرخش ذهنی [23] را بهبود بخشد و تفسیر تصاویر مقطعی [23، 32] را بهبود بخشد. دو مطالعه نشان داد که دانش‌آموزانی که در معرض 3DPAM قرار داشتند، بیشتر احتمال داشت که تحت عمل جراحی قرار گیرند [40، 74]. می‌توان رابط‌های فلزی را برای ایجاد حرکت مورد نیاز برای مطالعه آناتومی عملکردی تعبیه کرد [51، 53]، یا می‌توان مدل‌ها را با استفاده از طرح‌های ماشه چاپ کرد [67].
چاپ سه‌بعدی با بهبود برخی جنبه‌ها در طول مرحله مدل‌سازی، [48، 80] ایجاد یک پایه مناسب، [59] ترکیب چندین مدل، [36] استفاده از شفافیت، (49) رنگ، [45] یا قابل مشاهده کردن برخی ساختارهای داخلی [30]، امکان ایجاد مدل‌های آناتومیکی قابل تنظیم را فراهم می‌کند. تریپودی و همکارانش از خاک رس مجسمه‌سازی برای تکمیل مدل‌های استخوانی چاپ سه‌بعدی خود استفاده کردند و بر ارزش مدل‌های ساخته‌شده مشترک به عنوان ابزار آموزشی تأکید کردند [47]. در 9 مطالعه، رنگ پس از چاپ اعمال شد [43، 46، 49، 54، 58، 59، 65، 69، 75]، اما دانشجویان فقط یک بار آن را اعمال کردند [49]. متأسفانه، این مطالعه کیفیت آموزش مدل یا توالی آموزش را ارزیابی نکرد. این موضوع باید در زمینه آموزش آناتومی در نظر گرفته شود، زیرا مزایای یادگیری ترکیبی و خلق مشترک به خوبی اثبات شده است [89]. برای مقابله با رشد فعالیت‌های تبلیغاتی، خودآموزی بارها برای ارزیابی مدل‌ها مورد استفاده قرار گرفته است [24، 26، 27، 32، 46، 69، 82].
یک مطالعه نتیجه گرفت که رنگ ماده پلاستیکی بیش از حد روشن است [45]، مطالعه دیگری نتیجه گرفت که مدل بیش از حد شکننده است [71]، و دو مطالعه دیگر نشان دهنده عدم تنوع آناتومیکی در طراحی مدل‌های منفرد بودند [25، 45]. هفت مطالعه نتیجه گرفتند که جزئیات آناتومیکی 3DPAM کافی نیست [28، 34، 45، 48، 62، 63، 81].
برای مدل‌های آناتومیک دقیق‌تر از نواحی بزرگ و پیچیده، مانند پشت صفاق یا ستون فقرات گردنی، زمان قطعه‌بندی و مدل‌سازی بسیار طولانی و هزینه آن بسیار بالا (حدود 2000 دلار آمریکا) در نظر گرفته می‌شود [27، 48]. هوجو و همکارانش در مطالعه خود اظهار داشتند که ایجاد مدل آناتومیک لگن 40 ساعت طول کشیده است [42]. طولانی‌ترین زمان قطعه‌بندی 380 ساعت در مطالعه‌ای توسط ودرال و همکارانش بود که در آن چندین مدل برای ایجاد یک مدل کامل راه هوایی کودکان ترکیب شدند [36]. در نه مطالعه، قطعه‌بندی و زمان چاپ به عنوان معایب در نظر گرفته شدند [36، 42، 57، 58، 74]. با این حال، 12 مطالعه از خواص فیزیکی مدل‌های خود، به ویژه ثبات آنها، [28، 62] عدم شفافیت، [30] شکنندگی و تک‌رنگی، [71] عدم وجود بافت نرم، [66] یا عدم جزئیات [28، 34] انتقاد کردند. ، 45، 48، 62، 63، 81]. این معایب را می‌توان با افزایش زمان قطعه‌بندی یا شبیه‌سازی برطرف کرد. از دست دادن و بازیابی اطلاعات مرتبط مشکلی بود که سه تیم با آن مواجه بودند [30، 74، 77]. طبق گزارش‌های بیماران، مواد حاجب یددار به دلیل محدودیت‌های دوز، دید عروقی بهینه را فراهم نمی‌کردند [74]. به نظر می‌رسد تزریق مدل جسد، روشی ایده‌آل است که از اصل "تا حد امکان کم" و محدودیت‌های دوز ماده حاجب تزریقی فاصله می‌گیرد.
متأسفانه، بسیاری از مقالات به برخی از ویژگی‌های کلیدی 3DPAM اشاره نمی‌کنند. کمتر از نیمی از مقالات به صراحت بیان کرده‌اند که آیا 3DPAM آنها رنگی است یا خیر. پوشش دامنه چاپ متناقض بود (۴۳٪ مقالات) و تنها ۳۴٪ به استفاده از چندین رسانه اشاره کردند. این پارامترهای چاپ بسیار مهم هستند زیرا بر ویژگی‌های یادگیری 3DPAM تأثیر می‌گذارند. اکثر مقالات اطلاعات کافی در مورد پیچیدگی‌های دستیابی به 3DPAM (زمان طراحی، صلاحیت پرسنل، هزینه‌های نرم‌افزار، هزینه‌های چاپ و غیره) ارائه نمی‌دهند. این اطلاعات بسیار مهم است و باید قبل از در نظر گرفتن شروع یک پروژه برای توسعه یک 3DPAM جدید در نظر گرفته شود.
این بررسی سیستماتیک نشان می‌دهد که طراحی و چاپ سه‌بعدی مدل‌های آناتومیک طبیعی با هزینه کم، به‌ویژه هنگام استفاده از چاپگرهای FDM یا SLA و مواد پلاستیکی تک‌رنگ ارزان‌قیمت، امکان‌پذیر است. با این حال، این طرح‌های اولیه را می‌توان با افزودن رنگ یا افزودن طرح‌هایی با مواد مختلف بهبود بخشید. مدل‌های واقع‌گرایانه‌تر (چاپ‌شده با استفاده از چندین ماده با رنگ‌ها و بافت‌های مختلف برای تکرار دقیق ویژگی‌های لمسی یک مدل مرجع جسد) به فناوری‌های چاپ سه‌بعدی گران‌تر و زمان طراحی طولانی‌تر نیاز دارند. این امر هزینه کلی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. صرف نظر از اینکه کدام فرآیند چاپ انتخاب شود، انتخاب روش تصویربرداری مناسب، کلید موفقیت 3DPAM است. هرچه وضوح فضایی بالاتر باشد، مدل واقعی‌تر می‌شود و می‌تواند برای تحقیقات پیشرفته مورد استفاده قرار گیرد. از دیدگاه آموزشی، 3DPAM ابزاری مؤثر برای آموزش آناتومی است، همانطور که در آزمون‌های دانش انجام‌شده از دانشجویان و رضایت آنها مشهود است. تأثیر آموزشی 3DPAM زمانی بهترین است که مناطق آناتومیک پیچیده را بازتولید کند و دانشجویان در اوایل آموزش پزشکی خود از آن استفاده کنند.
مجموعه داده‌های تولید شده و/یا تحلیل شده در مطالعه حاضر به دلیل موانع زبانی در دسترس عموم نیستند، اما در صورت درخواست منطقی از نویسنده مسئول در دسترس هستند.
دریک آر ال، لوری دی جی، پرویت سی ام. مروری بر دروس آناتومی کلی، میکروآناتومی، نوروبیولوژی و جنین شناسی در برنامه درسی دانشکده های پزشکی ایالات متحده. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
تشریح جسد به عنوان ابزاری آموزشی برای علوم تشریحی در قرن بیست و یکم. Ghosh SK. تشریح به عنوان ابزاری آموزشی. تحلیل آموزش علوم. 2017;10(3):286–99.