چاپ سه بعدی به عنوان یک ابزار آموزشی برای آناتومی طبیعی انسان: یک بررسی سیستماتیک |آموزش پزشکی BMC

مدل های آناتومیک چاپی سه بعدی (3DPAM) به دلیل ارزش آموزشی و امکان سنجی، ابزار مناسبی به نظر می رسد.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 عبارات زیر انجام شد: آموزش، مدرسه، یادگیری، تدریس، آموزش، تدریس، آموزش، سه بعدی، سه بعدی، سه بعدی، چاپ، چاپ، چاپ، آناتومی، آناتومی، آناتومی و آناتومی. ..یافته ها شامل ویژگی های مطالعه، طراحی مدل، ارزیابی ریخت شناسی، عملکرد آموزشی، نقاط قوت و ضعف بود.
در میان 68 مقاله انتخاب شده، بیشترین تعداد مطالعات بر روی ناحیه جمجمه متمرکز شده است (33 مقاله).در 51 مقاله به چاپ استخوان اشاره شده است.در 47 مقاله، 3DPAM بر اساس توموگرافی کامپیوتری توسعه داده شد.پنج فرآیند چاپ فهرست شده است.پلاستیک و مشتقات آنها در 48 مطالعه استفاده شد.قیمت هر طرح از 1.25 تا 2800 دلار متغیر است.سی و هفت مطالعه 3DPAM را با مدل های مرجع مقایسه کردند.سی و سه مقاله به بررسی فعالیت های آموزشی پرداختند.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: سازگاری، عدم وجود جزئیات یا شفافیت، رنگ های بیش از حد روشن، زمان چاپ طولانی و هزینه بالا.
این بررسی سیستماتیک نشان می دهد که 3DPAM برای آموزش آناتومی مقرون به صرفه و موثر است.مدل‌های واقعی‌تر نیاز به استفاده از فناوری‌های پرینت سه بعدی گران‌تر و زمان‌های 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 موثر برای آموزش آناتومی است که تأثیر مثبتی بر نتایج یادگیری و رضایت دارد.اثر آموزشی 3DPAM زمانی بهترین است که نواحی پیچیده تشریحی را بازتولید کند و دانش آموزان در اوایل آموزش پزشکی از آن استفاده کنند.
تشریح اجساد حیوانات از یونان باستان انجام می شده و یکی از روش های اصلی آموزش آناتومی است.تشریح جسد انجام شده در طول آموزش عملی در برنامه درسی نظری دانشجویان پزشکی استفاده می شود و در حال حاضر استاندارد طلایی برای مطالعه آناتومی در نظر گرفته می شود [1،2،3،4،5].با این حال، موانع زیادی برای استفاده از نمونه‌های جسد انسان وجود دارد که باعث جستجوی ابزارهای آموزشی جدید می‌شود [6، 7].برخی از این ابزارهای جدید عبارتند از واقعیت افزوده، ابزارهای دیجیتال و چاپ سه بعدی.طبق بررسی ادبیات اخیر توسط سانتوس و همکاران.[8] از نظر ارزش این فناوری‌های جدید برای آموزش آناتومی، به نظر می‌رسد پرینت سه بعدی یکی از مهم‌ترین منابع باشد، هم از نظر ارزش آموزشی برای دانش‌آموزان و هم از نظر امکان‌سنجی [4،9،10]. .
چاپ سه بعدی چیز جدیدی نیست.اولین اختراعات مربوط به این فناوری به سال 1984 باز می گردد: A Le Méhauté، O De Witte و JC André در فرانسه و سه هفته بعد C Hull در ایالات متحده آمریکا.از آن زمان، این فناوری به پیشرفت خود ادامه داده و استفاده از آن در بسیاری از زمینه ها 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 را افزایش داده است [12].
بسیاری از نویسندگان مزایای استفاده از مدل‌های آناتومیک پرینت سه بعدی (3DPAM) را در آموزش پزشکی نشان داده‌اند [10، 13، 14، 15، 16، 17، 18، 19].هنگام آموزش آناتومی انسان، مدل‌های غیر پاتولوژیک و از نظر آناتومیک طبیعی نیاز است.برخی از مرورها 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 سه بعدی را در بر می گیرد، ما یک بررسی سیستماتیک برای توصیف و تجزیه و تحلیل نحوه ایجاد اشیاء چاپ شده سه بعدی برای آموزش آناتومی انسان و نحوه ارزیابی دانش آموزان اثربخشی یادگیری با استفاده از این اشیاء سه بعدی انجام دادیم.
این مرور ادبیات سیستماتیک در ژوئن 2022 بدون محدودیت زمانی با استفاده از دستورالعمل‌های PRISMA (موارد گزارش ترجیحی برای بررسی‌های سیستماتیک و متاآنالیز) انجام شد [22].
معیار ورود کلیه مقالات پژوهشی با استفاده از 3DPAM در آموزش/یادگیری آناتومی بود.بررسی‌های ادبیات، نامه‌ها یا مقالاتی که بر مدل‌های پاتولوژیک، مدل‌های حیوانی، مدل‌های باستان‌شناسی، و مدل‌های آموزشی پزشکی/جراحی تمرکز دارند، حذف شدند.فقط مقالات منتشر شده به زبان انگلیسی انتخاب شدند.مقالات بدون چکیده آنلاین در دسترس حذف شدند.مقالاتی که شامل چندین مدل بودند، که حداقل یکی از آنها از نظر تشریحی نرمال بود یا آسیب شناسی جزئی داشت که بر ارزش آموزشی تأثیر نمی گذاشت، وارد شدند.
جستجوی ادبیات در پایگاه 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، آموزش، یادگیری، تدریس، آموزش، سه- بعدی، سه بعدی، سه بعدی، چاپ، چاپ، چاپ، آناتومی، آناتومی، آناتومی و آناتومی.یک پرسش واحد اجرا شد: (((آموزش[عنوان/چکیده] یا مدرسه[عنوان/چکیده] یا یادگیری[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] یا آموزش[عنوان/چکیده] OR آموزش [عنوان/ چکیده]) و (سه بعدی [عنوان] یا سه بعدی [عنوان] یا سه بعدی [عنوان])) و (چاپ [عنوان] یا چاپ [عنوان] یا چاپ [عنوان])) و (آناتومی) [عنوان] ] ]/abstract] یا آناتومی [عنوان/ چکیده] یا آناتومی [عنوان/چکیده] یا آناتومی [عنوان/چکیده]).مقالات اضافی با جستجوی دستی پایگاه داده PubMed و بررسی مراجع سایر مقالات علمی شناسایی شدند.هیچ محدودیت تاریخی اعمال نشد، اما از فیلتر "Person" استفاده شد.
تمام عناوین و چکیده های بازیابی شده بر اساس معیارهای ورود و خروج توسط دو نویسنده (EBR و AL) غربالگری شدند و هر مطالعه ای که تمام معیارهای واجد شرایط بودن را نداشت از مطالعه خارج شد.انتشارات متن کامل مطالعات باقی مانده توسط سه نویسنده (EBR، EBE و AL) بازیابی و بررسی شدند.در صورت لزوم، اختلاف نظر در انتخاب مقالات توسط نفر چهارم (LT) حل شد.انتشاراتی که همه معیارهای ورود را داشتند در این بررسی گنجانده شدند.
استخراج داده ها به طور مستقل توسط دو نویسنده (EBR و AL) تحت نظارت نویسنده سوم (LT) انجام شد.
- داده های طراحی مدل: مناطق تشریحی، قطعات آناتومیکی خاص، مدل اولیه برای چاپ سه بعدی، روش اکتساب، نرم افزار تقسیم بندی و مدل سازی، نوع چاپگر سه بعدی، 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.
- آموزش مدل سه بعدی: سنجش دانش دانش آموز، روش ارزشیابی، تعداد دانش آموزان، تعداد گروه های مقایسه، تصادفی سازی دانش آموزان، تحصیلات/نوع دانش آموز.
418 مطالعه در MEDLINE شناسایی شد و 139 مقاله توسط فیلتر "انسان" حذف شدند.پس از بررسی عناوین و چکیده ها، 103 مطالعه برای خواندن متن کامل انتخاب شدند.34 مقاله حذف شدند زیرا یا مدل‌های پاتولوژیک (9 مقاله)، مدل‌های آموزشی پزشکی/جراحی (4 مقاله)، مدل‌های حیوانی (4 مقاله)، مدل‌های رادیولوژیکی سه بعدی (1 مقاله) بودند یا مقاله علمی اصلی نبودند (16 فصل).).در مجموع 68 مقاله در بررسی گنجانده شد.شکل 1 فرآیند انتخاب را به صورت نمودار جریان نشان می دهد.
نمودار جریان خلاصه‌ای از شناسایی، غربالگری و گنجاندن مقالات در این بررسی سیستماتیک
همه مطالعات بین سال‌های 2014 تا 2022 با میانگین سال انتشار 2019 منتشر شده‌اند. از بین 68 مقاله وارد شده، 33 (49٪) مطالعه توصیفی و تجربی، 17 (25٪) صرفا تجربی و 18 مقاله (26٪) بودند. تجربیصرفاً توصیفی.از 50 مطالعه تجربی (73%)، 21 (31%) از روش تصادفی سازی استفاده کردند.تنها 34 مطالعه (50%) شامل تجزیه و تحلیل های آماری بودند.جدول 1 ویژگی های هر مطالعه را خلاصه می کند.
33 مقاله (48%) ناحیه سر، 19 مقاله (28%) ناحیه قفسه سینه، 17 مقاله (25%) ناحیه شکم لگنی و 15 مقاله (22%) اندام‌ها را بررسی کردند.51 مقاله (75%) از استخوان‌های پرینت‌شده سه بعدی 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%) استفاده از داده‌های بیمار، 20 مقاله (29%) استفاده از داده‌های جسد و 17 مقاله (25%) استفاده از پایگاه‌های داده را ذکر کرده‌اند.استفاده شد و 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 microCT را گزارش کردند.7 مقاله (10%) اشیاء سه بعدی را با استفاده از اسکنرهای نوری، 4 مقاله (6%) با استفاده از MRI ​​و 1 مقاله (1%) با استفاده از دوربین ها و میکروسکوپ ها نمایش دادند.14 مقاله (21%) منبع فایل های منبع طراحی مدل سه بعدی را ذکر نکرده اند.فایل های سه بعدی با وضوح مکانی متوسط ​​کمتر از 0.5 میلی متر ایجاد می شوند.وضوح بهینه 30 میکرومتر [80] و حداکثر وضوح 1.5 میلی متر [32] است.
شصت نرم افزار کاربردی مختلف (بخش بندی، مدل سازی، طراحی یا چاپ) مورد استفاده قرار گرفت.Mimics (Materialise، Leuven، Belgium) بیشتر مورد استفاده قرار گرفت (14 مطالعه، 21%)، پس از MeshMixer (Autodesk، San Rafael، CA) (13 مطالعه، 19%)، Geomagic (3D System، MO، NC، Leesville) .(10 مطالعه، 15%)، 3D Slicer (آموزش توسعه دهندگان Slicer، بوستون، MA) (9 مطالعه، 13%)، Blender (بنیاد Blender، آمستردام، هلند) (8 مطالعه، 12%) و CURA (Geldemarsen، هلند) (7 مطالعه، 10%).
شصت و هفت مدل چاپگر مختلف و پنج فرآیند چاپ ذکر شده است.فناوری FDM (Fused Deposition Modeling) در 26 محصول (38 درصد)، انفجار مواد در 13 محصول (19 درصد) و در نهایت انفجار بایندر (11 محصول، 16 درصد) استفاده شد.کم‌ترین فناوری‌های مورد استفاده استریولیتوگرافی (SLA) (5 مقاله، 7٪) و تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) (4 مقاله، 6٪) است.رایج ترین چاپگر مورد استفاده (7 مقاله، 10%) Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) 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 (اسید پلی لاکتیک) (n = 20، 29٪)، رزین (n = 9، 13٪) و ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) (7 نوع، 10٪) بودند.23 مقاله (34%) 3DPAM ساخته شده از مواد متعدد را بررسی کردند، 36 مقاله (53%) 3DPAM ساخته شده از تنها یک ماده را ارائه کردند و 9 مقاله (13%) یک ماده 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 3DPAM (41٪) از چندین رنگ تشکیل شده بود و 9 (13٪) پس از چاپ رنگ شدند [43، 46، 49، 54، 58، 59، 65، 69، 75].
سی و چهار مقاله (50%) هزینه ها را ذکر کردند.9 مقاله (13%) هزینه چاپگرهای سه بعدی و مواد اولیه را ذکر کردند.قیمت پرینترها از 302 دلار تا 65000 دلار است.در صورت مشخص شدن، قیمت مدل از 1.25 تا 2800 دلار متغیر است.این افراط با نمونه های اسکلتی [47] و مدل های خلفی صفاقی با وفاداری بالا [48] مطابقت دارد.جدول 2 داده های مدل را برای هر مطالعه شامل خلاصه می کند.
سی و هفت مطالعه (54%) 3DAPM را با یک مدل مرجع مقایسه کردند.در میان این مطالعات، رایج ترین مقایسه کننده یک مدل مرجع تشریحی بود که در 14 مقاله (38%)، آماده سازی پلاستینه در 6 مقاله (16%)، آماده سازی پلاستینه 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%)، بازی های جدی در 1 مقاله (3%)، رادیوگرافی در 1 مقاله (3%)، مدل های 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 ارزیاب ها را به تفصیل شرح دادند (جدول 3).3DPAM توسط جراحان یا پزشکان در 7 مطالعه (47%)، متخصصان تشریحی در 6 مطالعه (40%)، دانشجویان در 3 مطالعه (20%)، معلمان (رشته مشخص نشده) در 3 مطالعه (20%) برای ارزیابی انجام شد. و یک ارزیاب دیگر در مقاله (7%).میانگین تعداد ارزیابان 14 نفر (حداقل 2، حداکثر 30) 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 مطالعه ای که از ارزیابی کیفی استفاده کردند، 16 مطالعه از ارزشیابی صرفاً توصیفی (48٪)، 9 مورد از آزمون ها / رتبه بندی / نظرسنجی (27٪) و 8 مورد از مقیاس لیکرت (24٪) استفاده کردند.جدول 3 ارزیابی های مورفولوژیکی مدل ها را در هر مطالعه شامل خلاصه می کند.
سی و سه مقاله (48%) اثربخشی آموزش 3DPAM را به دانش‌آموزان بررسی و مقایسه کردند.از این پژوهش‌ها، 23 مقاله (70%) رضایت دانشجویان را ارزیابی کردند، 17 مقاله (51%) از مقیاس لیکرت و 6 مقاله (18%) از روش‌های دیگر استفاده کردند.بیست و دو مقاله (67٪) یادگیری دانش آموزان را از طریق آزمون دانش ارزیابی کردند که 10 (30٪) از پیش آزمون و / یا پس آزمون استفاده کردند.یازده مطالعه (33 درصد) از سؤالات و آزمون‌های چند گزینه‌ای برای ارزیابی دانش دانش‌آموزان و پنج مطالعه (15 درصد) از برچسب‌گذاری تصویر/شناسایی تشریحی استفاده کردند.به طور متوسط ​​76 دانش آموز در هر مطالعه شرکت کردند (حداقل 8، حداکثر 319).بیست و چهار مطالعه (72%) دارای یک گروه کنترل بودند که 20 مورد (60%) از روش تصادفی سازی استفاده کردند.در مقابل، یک مطالعه (3%) به طور تصادفی مدل های تشریحی را به 10 دانش آموز مختلف اختصاص داد.به طور متوسط ​​2.6 گروه (حداقل 2، حداکثر 10) با هم مقایسه شدند.بیست و سه مطالعه (70%) شامل دانشجویان پزشکی بودند که 14 مورد (42%) دانشجویان سال اول پزشکی بودند.شش مطالعه (18%) شامل دستیاران، 4 (12%) دانشجوی دندانپزشکی و 3 (9%) دانشجوی علوم بودند.شش مطالعه (18٪) یادگیری خودگردان را با استفاده از 3DPAM اجرا و ارزیابی کردند.جدول 4 نتایج ارزیابی اثربخشی تدریس 3DPAM را برای هر مطالعه شامل خلاصه می کند.
مزایای اصلی گزارش شده توسط نویسندگان برای استفاده از 3DPAM به عنوان یک ابزار آموزشی برای آناتومی طبیعی انسان، ویژگی های بصری و لمسی، از جمله واقع گرایی [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 شخصی سازی [28، 30، 36، 45، 48، 51، 53، 59، 61، 67، 80]، توانایی دستکاری دانش آموزان [30، 49]، صرفه جویی در زمان تدریس [61، 80]، سهولت ذخیره سازی [61]، توانایی ادغام آناتومی عملکردی یا ایجاد ساختارهای خاص [51، 53]، 67] ، طراحی سریع مدل های اسکلتی [81]، توانایی ایجاد مشترک مدل ها و بردن آنها به خانه [49، 60، 71]، بهبود توانایی های چرخش ذهنی [23] و حفظ دانش [32] و همچنین معلم 25، 63] و رضایت دانش آموزان [25، 45، 46، 52، 52، 57، 63، 66، 69، 84].
معایب اصلی مربوط به طراحی است: سفتی [80]، سازگاری [28، 62]، عدم وجود جزئیات یا شفافیت [28، 30، 34، 45، 48، 62، 64، 81]، رنگ های بیش از حد روشن [45].و شکنندگی کف[71].سایر معایب عبارتند از از دست دادن اطلاعات [30، 76]، زمان طولانی مورد نیاز برای تقسیم بندی تصویر [36، 52، 57، 58، 74]، زمان چاپ [57، 63، 66، 67]، عدم تنوع آناتومیکی [25]، و هزینهبالا[48].
این بررسی سیستماتیک 68 مقاله منتشر شده در طی 9 سال را خلاصه می کند و علاقه جامعه علمی به 3DPAM را به عنوان ابزاری برای آموزش آناتومی طبیعی انسان برجسته می کند.هر ناحیه تشریحی مورد مطالعه و چاپ سه بعدی قرار گرفت.از این مقالات، 37 مقاله 3DPAM را با سایر مدل ها مقایسه کردند و 33 مقاله ارتباط آموزشی 3DPAM را برای دانش آموزان ارزیابی کردند.
با توجه به تفاوت‌هایی که در طراحی مطالعات پرینت سه بعدی آناتومیکی وجود دارد، انجام یک متاآنالیز را مناسب ندانستیم.یک متاآنالیز منتشر شده در سال 2020 عمدتاً بر روی تست‌های دانش تشریحی پس از آموزش بدون تجزیه و تحلیل جنبه‌های فنی و فناوری طراحی و تولید 3DPAM تمرکز داشت [10].
ناحیه سر بیشترین مطالعه را دارد، احتمالاً به این دلیل که پیچیدگی آناتومی آن باعث می‌شود که دانش‌آموزان نتوانند این ناحیه آناتومیکی را در فضای سه‌بعدی در مقایسه با اندام‌ها یا تنه دشوارتر نشان دهند.سی تی متداول ترین روش تصویربرداری است.این تکنیک به طور گسترده ای استفاده می شود، به ویژه در تنظیمات پزشکی، اما وضوح فضایی محدود و کنتراست بافت نرم پایینی دارد.این محدودیت ها سی تی اسکن را برای تقسیم بندی و مدل سازی سیستم عصبی نامناسب می کند.از سوی دیگر، توموگرافی کامپیوتری برای قطعه‌بندی/مدل‌سازی بافت استخوانی مناسب‌تر است.کنتراست استخوان/بافت نرم به تکمیل این مراحل قبل از پرینت سه بعدی مدل های تشریحی کمک می کند.از سوی دیگر، microCT به عنوان فناوری مرجع از نظر وضوح فضایی در تصویربرداری استخوان در نظر گرفته می شود [70].همچنین می توان از اسکنرهای نوری یا MRI برای به دست آوردن تصاویر استفاده کرد.وضوح بالاتر از صاف شدن سطوح استخوانی جلوگیری می کند و ظرافت ساختارهای آناتومیکی را حفظ می کند [59].انتخاب مدل نیز بر وضوح فضایی تأثیر می‌گذارد: برای مثال، مدل‌های پلاستیک‌سازی وضوح کمتری دارند [45].طراحان گرافیک باید مدل های سه بعدی سفارشی بسازند که هزینه ها را افزایش می دهد (25 تا 150 دلار در ساعت) [43].به دست آوردن فایل های STL با کیفیت بالا برای ایجاد مدل های آناتومیک با کیفیت بالا کافی نیست.تعیین پارامترهای چاپ، مانند جهت گیری مدل تشریحی روی صفحه چاپ ضروری است [29].برخی از نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که فن‌آوری‌های چاپ پیشرفته مانند SLS باید تا جایی که ممکن است برای بهبود دقت 3DPAM استفاده شود [38].تولید 3DPAM نیاز به کمک حرفه ای دارد.متخصصان مورد تقاضا مهندسان [72]، رادیولوژیست ها، [75]، طراحان گرافیک [43] و آناتومیست ها [25، 28، 51، 57، 76، 77] هستند.
نرم افزارهای تقسیم بندی و مدل سازی از عوامل مهم در دستیابی به مدل های تشریحی دقیق هستند، اما هزینه این بسته های نرم افزاری و پیچیدگی آنها مانع استفاده از آنها می شود.مطالعات متعددی استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری مختلف و فناوری‌های چاپ را مقایسه کرده‌اند و مزایا و معایب هر فناوری را برجسته کرده‌اند [68].علاوه بر نرم افزار مدل سازی، نرم افزار چاپ سازگار با چاپگر انتخابی نیز مورد نیاز است.برخی از نویسندگان ترجیح می دهند از پرینت سه بعدی آنلاین استفاده کنند [75].اگر اشیاء سه بعدی به اندازه کافی چاپ شوند، سرمایه گذاری می تواند منجر به بازده مالی شود [72].
پلاستیک تا حد زیادی متداول ترین ماده مورد استفاده است.طیف گسترده ای از بافت ها و رنگ ها آن را به ماده انتخابی برای 3DPAM تبدیل می کند.برخی از نویسندگان استحکام بالای آن را در مقایسه با مدل‌های سنتی جسد یا پلاستین تمجید کرده‌اند [24، 56، 73].برخی از پلاستیک ها حتی خاصیت خمشی یا کششی دارند.به عنوان مثال، Filaflex با فناوری FDM می تواند تا 700٪ کشش داشته باشد.برخی از نویسندگان آن را ماده انتخابی برای تکثیر عضلات، تاندون و رباط می دانند [63].از سوی دیگر، دو مطالعه سوالاتی را در مورد جهت گیری فیبر در حین چاپ مطرح کرده اند.در واقع، جهت گیری فیبر عضلانی، درج، عصب دهی و عملکرد در مدل سازی عضله بسیار مهم است [33].
با کمال تعجب، تعداد کمی از مطالعات به مقیاس چاپ اشاره می کنند.از آنجایی که بسیاری از مردم نسبت 1:1 را استاندارد می دانند، ممکن است نویسنده ترجیح داده باشد به آن اشاره نکند.اگرچه افزایش مقیاس برای یادگیری مستقیم در گروه‌های بزرگ مفید است، امکان‌سنجی مقیاس‌بندی هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است، به‌ویژه با افزایش اندازه کلاس‌ها و اندازه فیزیکی مدل که عامل مهمی است.البته، ترازوهای اندازه کامل، مکان یابی و انتقال عناصر مختلف تشریحی به بیمار را آسان تر می کند، که ممکن است توضیح دهد که چرا اغلب از آنها استفاده می شود.
از میان بسیاری از چاپگرهای موجود در بازار، پرینترهایی که از فناوری PolyJet (مواد یا بایندر جوهرافشان) برای ارائه چاپ رنگی و چند لایه (و در نتیجه چند بافت) با کیفیت بالا استفاده می کنند، بین 20000 تا 250000 دلار آمریکا هزینه دارند (https: //www. aniwaa.com/).این هزینه بالا ممکن است ترویج 3DPAM را در دانشکده های 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 صرفه تر است و در مقالات فهرست شده در این بررسی از 576 یورو تا 4999 یورو متغیر است.طبق گفته Tripodi و همکارانش، هر قسمت اسکلتی را می توان با 1.25 دلار آمریکا چاپ کرد [47].یازده مطالعه به این نتیجه رسیدند که چاپ سه بعدی ارزان تر از مدل های 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 مدل های تجاری نسبت به 3DPAM [44] پایین تر در نظر گرفته می شوند.شایان ذکر است که علاوه بر فناوری چاپ مورد استفاده، هزینه نهایی متناسب با مقیاس و در نتیجه اندازه نهایی 3DPAM است [48].به این دلایل، مقیاس کامل ترجیح داده می شود [37].
تنها یک مطالعه 3DPAM را با مدل های آناتومیکی موجود در بازار مقایسه کرد [72].نمونه های جسد رایج ترین مقایسه کننده برای 3DPAM هستند.با وجود محدودیت‌هایشان، مدل‌های جسد همچنان ابزاری ارزشمند برای آموزش آناتومی هستند.باید بین کالبد شکافی، تشریح و خشکی استخوان تمایز قائل شد.بر اساس تست های آموزشی، دو مطالعه نشان داد که 3DPAM به طور قابل توجهی موثرتر از تشریح پلاستینه است [16، 27].یک مطالعه یک ساعت تمرین با استفاده از 3DPAM (اندام تحتانی) را با یک ساعت تشریح همان ناحیه تشریحی مقایسه کرد [78].تفاوت معنی داری بین دو روش تدریس وجود نداشت.به احتمال زیاد تحقیقات کمی در مورد این موضوع وجود دارد زیرا انجام چنین مقایسه‌هایی دشوار است.تشریح یک آماده سازی زمان بر برای دانش آموزان است.گاهی اوقات ده ها ساعت آماده سازی نیاز است، بسته به آنچه در حال آماده شدن است.مقایسه سوم را می توان با استخوان های خشک انجام داد.مطالعه ای توسط تسای و اسمیت نشان داد که نمرات آزمون در گروهی که از 3DPAM استفاده می کردند به طور قابل توجهی بهتر بود [51، 63].چن و همکارانش خاطرنشان کردند که دانش‌آموزانی که از مدل‌های سه بعدی استفاده می‌کنند در شناسایی ساختارها (جمجمه) عملکرد بهتری داشتند، اما تفاوتی در امتیازات MCQ وجود نداشت [69].در نهایت، تانر و همکارانش نتایج پس از آزمون بهتری را در این گروه با استفاده از 3DPAM حفره pterygopalatine [46] نشان دادند.سایر ابزارهای آموزشی جدید در این بررسی ادبیات شناسایی شدند.رایج ترین آنها واقعیت افزوده، واقعیت مجازی و بازی های جدی است [43].به گفته ماهروس و همکاران، ترجیح مدل‌های آناتومیک به تعداد ساعت‌هایی که دانش‌آموزان بازی‌های ویدیویی انجام می‌دهند بستگی دارد [31].از سوی دیگر، یک اشکال عمده ابزارهای آموزش آناتومی جدید، بازخورد لمسی است، به ویژه برای ابزارهای صرفا مجازی [48].
اکثر مطالعاتی که 3DPAM جدید را ارزیابی می‌کنند، از پیش‌آزمون‌های دانش استفاده کرده‌اند.این پیش آزمون ها به جلوگیری از سوگیری در ارزیابی کمک می کند.برخی از نویسندگان، قبل از انجام مطالعات تجربی، تمام دانش‌آموزانی را که در آزمون مقدماتی نمره بالاتر از میانگین کسب کرده‌اند، حذف می‌کنند [40].از جمله سوگیری هایی که گاراس و همکاران ذکر کردند، رنگ مدل و انتخاب داوطلبان در کلاس دانش آموزی بود [61].رنگ آمیزی شناسایی ساختارهای تشریحی را تسهیل می کند.چن و همکارانش شرایط آزمایشی سختی را بدون هیچ تفاوت اولیه بین گروه ها ایجاد کردند و مطالعه تا حد ممکن کور شد [69].لیم و همکارانش توصیه می کنند که ارزیابی پس آزمون توسط شخص ثالث تکمیل شود تا از سوگیری در ارزیابی جلوگیری شود [16].برخی از مطالعات از مقیاس لیکرت برای ارزیابی امکان سنجی 3DPAM استفاده کرده اند.این ابزار برای ارزیابی رضایت مناسب است، اما هنوز سوگیری های مهمی وجود دارد که باید از آنها آگاه بود [86].
ارتباط آموزشی 3DPAM اساساً در بین دانشجویان پزشکی، از جمله دانشجویان سال اول پزشکی، در 14 مطالعه از 33 مطالعه ارزیابی شد.ویلک و همکارانش در مطالعه آزمایشی خود گزارش دادند که دانشجویان پزشکی معتقد بودند که چاپ سه بعدی باید در یادگیری آناتومی آنها گنجانده شود [87].87% از دانشجویان مورد بررسی در مطالعه Cercenelli معتقد بودند که سال دوم مطالعه بهترین زمان برای استفاده از 3DPAM است [84].نتایج تانر و همکارانش همچنین نشان داد که اگر دانش‌آموزان هرگز در این زمینه مطالعه نکرده باشند، عملکرد بهتری داشتند [46].این داده ها نشان می دهد که سال اول دانشکده پزشکی بهترین زمان برای گنجاندن 3DPAM در آموزش آناتومی است.متاآنالیز Ye's از این ایده حمایت کرد [18].در 27 مقاله موجود در مطالعه، تفاوت قابل توجهی در نمرات آزمون بین 3DPAM و مدل‌های سنتی برای دانشجویان پزشکی وجود داشت، اما برای دستیاران این تفاوت وجود نداشت.
3DPAM به عنوان یک ابزار یادگیری پیشرفت تحصیلی [16، 35، 39، 52، 57، 63، 69، 79]، حفظ دانش بلند مدت [32] و رضایت دانش آموزان را بهبود می بخشد [25، 45، 46، 52، 57، 63. ، 66].، 69، 84].گروه‌های متخصص نیز این مدل‌ها را مفید یافتند [37، 42، 49، 81، 82]، و دو مطالعه رضایت معلم را از 3DPAM نشان دادند [25، 63].از بین همه منابع، بک هاوس و همکارانش پرینت سه بعدی را بهترین جایگزین برای مدل های تشریحی سنتی می دانند [49].در اولین متاآنالیز، Ye و همکارانشان تأیید کردند که دانش‌آموزانی که دستورالعمل‌های 3DPAM را دریافت کرده‌اند، نمرات پس‌آزمون بهتری نسبت به دانش‌آموزانی که دستورالعمل‌های دو بعدی یا جسد دریافت کرده‌اند، دارند [10].با این حال، آنها 3DPAM را نه از نظر پیچیدگی، بلکه صرفاً با قلب، سیستم عصبی و حفره شکمی متمایز کردند.در هفت مطالعه، 3DPAM بر اساس آزمون‌های دانشی که برای دانش‌آموزان انجام می‌شود، بهتر از سایر مدل‌ها عمل نکرد [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 می بخشد [17].این مفهوم با نامه هیتاس به سردبیر مطابقت دارد [88].برخی از نواحی تشریحی که کمتر پیچیده در نظر گرفته می شوند نیازی به استفاده از 3DPAM ندارند، در حالی که مناطق تشریحی پیچیده تر (مانند گردن یا سیستم عصبی) یک انتخاب منطقی برای 3DPAM خواهد بود.این مفهوم ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از 3DPAM ها نسبت به مدل های سنتی برتر در نظر گرفته نمی شوند، به ویژه زمانی که دانش آموزان در حوزه ای که عملکرد مدل برتر است، دانش کافی ندارند.بنابراین، ارائه یک مدل ساده برای دانشجویانی که قبلاً اطلاعاتی در مورد موضوع دارند (دانشجویان پزشکی یا دستیاران) در بهبود عملکرد دانشجو مفید نیست.
از میان تمام مزایای آموزشی ذکر شده، 11 مطالعه بر کیفیت بصری یا لمسی مدل ها تأکید کردند [27،34،44،45،48،50،55،63،67،72،85]، و 3 مطالعه استحکام و دوام را بهبود بخشیدند (33). ، 50 -52، 63، 79، 85، 86).مزیت های دیگر این است که دانش آموزان می توانند ساختارها را دستکاری کنند، معلمان می توانند در زمان صرفه جویی کنند، نگهداری آنها از اجساد آسان تر است، پروژه می تواند در عرض 24 ساعت تکمیل شود، می توان از آن به عنوان یک ابزار آموزش خانگی استفاده کرد، و می توان از آن برای آموزش مقادیر زیادی استفاده کرد. از اطلاعاتگروه ها [30، 49، 60، 61، 80، 81].پرینت سه بعدی مکرر برای آموزش آناتومی با حجم بالا، مدل های پرینت سه بعدی را مقرون به صرفه تر می کند [26].استفاده از 3DPAM می تواند قابلیت های چرخش ذهنی [23] را بهبود بخشد و تفسیر تصاویر مقطعی را بهبود بخشد [23، 32].دو مطالعه نشان داد که دانش‌آموزانی که در معرض 3DPAM قرار داشتند بیشتر تحت عمل جراحی قرار می‌گیرند [40، 74].اتصالات فلزی را می توان برای ایجاد حرکت مورد نیاز برای مطالعه آناتومی عملکردی تعبیه کرد [51، 53]، یا مدل ها را می توان با استفاده از طرح های ماشه چاپ کرد [67].
چاپ سه بعدی امکان ایجاد مدل های تشریحی قابل تنظیم را با بهبود جنبه های خاص در مرحله مدل سازی، [48، 80] ایجاد یک پایه مناسب، [59] ترکیب چندین مدل، [36] با استفاده از شفافیت، (49) رنگ، [45] یا ایجاد ساختارهای داخلی مشخص [30].Tripodi و همکارانش از خاک رس مجسمه سازی برای تکمیل مدل های استخوانی پرینت سه بعدی خود استفاده کردند و بر ارزش مدل های ایجاد شده 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 دانش آموزان تنها یک بار آن را اعمال کردند [49].متأسفانه، این مطالعه کیفیت آموزش مدل یا توالی آموزش را ارزیابی نکرد.این باید در زمینه آموزش آناتومی در نظر گرفته شود، زیرا مزایای یادگیری ترکیبی و خلق مشترک به خوبی تثبیت شده است [89].برای مقابله با فعالیت رو به رشد تبلیغات، خودآموزی بارها برای ارزیابی مدل ها استفاده شده است [24، 26، 27، 32، 46، 69، 82].
یک مطالعه به این نتیجه رسید که رنگ مواد پلاستیکی بیش از حد روشن است [45]، مطالعه دیگری به این نتیجه رسید که مدل بسیار شکننده است [71]، و دو مطالعه دیگر عدم تنوع آناتومیکی را در طراحی تک تک مدل ها نشان دادند [25، 45] ]..هفت مطالعه به این نتیجه رسیدند که جزئیات تشریحی 3DPAM کافی نیست [28، 34، 45، 48، 62، 63، 81].
برای مدل‌های تشریحی دقیق‌تر از مناطق بزرگ و پیچیده، مانند خلف صفاق یا ستون فقرات گردنی، زمان تقسیم‌بندی و مدل‌سازی بسیار طولانی در نظر گرفته می‌شود و هزینه آن بسیار بالا است (حدود 2000 دلار آمریکا) [27، 48].هوجو و همکارانش در مطالعه خود بیان کردند که 40 ساعت طول کشید تا مدل آناتومیکی لگن ایجاد شود [42].طولانی ترین زمان تقسیم بندی 380 ساعت در مطالعه ای توسط Weatherall و همکارانش بود که در آن چندین مدل برای ایجاد یک مدل کامل راه هوایی کودکان ترکیب شدند [36].در 9 مطالعه، تقسیم بندی و زمان چاپ به عنوان معایب در نظر گرفته شد [36، 42، 57، 58، 74].با این حال، 12 مطالعه از ویژگی های فیزیکی مدل های خود، به ویژه سازگاری، [28، 62] عدم شفافیت، [30] شکنندگی و تک رنگی، [71] فقدان بافت نرم، [66] یا عدم جزئیات [28، انتقاد کردند. 34].، 45، 48، 62، 63، 81].این معایب را می توان با افزایش زمان تقسیم بندی یا شبیه سازی برطرف کرد.از دست دادن و بازیابی اطلاعات مربوطه مشکلی بود که سه تیم با آن مواجه بودند [30، 74، 77].طبق گزارشات بیماران، مواد حاجب یددار به دلیل محدودیت دوز، دید بهینه عروقی را فراهم نمی‌کنند [74].به نظر می رسد تزریق یک مدل جسد یک روش ایده آل است که از اصل "تا حد امکان کمتر" و محدودیت های دوز ماده حاجب تزریق شده دور می شود.
متأسفانه، بسیاری از مقالات به برخی از ویژگی های کلیدی 3DPAM اشاره نمی کنند.کمتر از نیمی از مقالات به صراحت بیان کردند که آیا 3DPAM آنها رنگی است یا خیر.پوشش دامنه چاپ متناقض بود (43٪ مقالات)، و تنها 34٪ استفاده از رسانه های متعدد را ذکر کردند.این پارامترهای چاپ بسیار مهم هستند زیرا بر ویژگی های یادگیری 3DPAM تأثیر می گذارند.اکثر مقالات اطلاعات کافی در مورد پیچیدگی های به دست آوردن 3DPAM (زمان طراحی، صلاحیت پرسنل، هزینه های نرم افزار، هزینه های چاپ و غیره) ارائه نمی دهند.این اطلاعات حیاتی است و باید قبل از شروع پروژه برای توسعه یک 3DPAM جدید در نظر گرفته شود.
این بررسی سیستماتیک نشان می‌دهد که طراحی و پرینت سه‌بعدی مدل‌های آناتومیک معمولی با هزینه کم امکان‌پذیر است، به‌ویژه هنگام استفاده از چاپگرهای FDM یا SLA و مواد پلاستیکی تک رنگ ارزان.با این حال، این طرح های اساسی را می توان با افزودن رنگ یا افزودن طرح ها در مواد مختلف افزایش داد.مدل‌های واقعی‌تر (چاپ با استفاده از مواد متعدد با رنگ‌ها و بافت‌های مختلف برای تکرار کیفیت لمسی یک مدل مرجع جسد) به فناوری‌های پرینت سه بعدی گران‌تر و زمان طراحی طولانی‌تر نیاز دارند.این به طور قابل توجهی هزینه کلی را افزایش می دهد.مهم نیست که کدام فرآیند چاپ انتخاب شده است، انتخاب روش تصویربرداری مناسب کلید موفقیت 3DPAM است.هرچه وضوح فضایی بالاتر باشد، مدل واقعی تر می شود و می تواند برای تحقیقات پیشرفته استفاده شود.از نقطه نظر آموزشی، 3DPAM ابزاری موثر برای آموزش آناتومی است، همانطور که توسط آزمون های دانش انجام شده برای دانش آموزان و رضایت آنها مشهود است.اثر آموزشی 3DPAM زمانی بهترین است که نواحی پیچیده تشریحی را بازتولید کند و دانش آموزان در اوایل آموزش پزشکی از آن استفاده کنند.
مجموعه داده های تولید شده و/یا تجزیه و تحلیل شده در مطالعه کنونی به دلیل موانع زبانی در دسترس عموم نیستند، اما بنا به درخواست معقول از نویسنده مربوطه در دسترس هستند.
Drake RL، Lowry DJ، Pruitt CM.مروری بر دروس آناتومی ناخالص، میکروآناتومی، نوروبیولوژی و جنین شناسی در برنامه های درسی دانشکده پزشکی ایالات متحده.آنات رک.2002؛ 269 (2): 118-22.
تشریح جسد Ghosh SK به عنوان یک ابزار آموزشی برای علوم تشریحی در قرن بیست و یکم: تشریح به عنوان یک ابزار آموزشی.تحلیل آموزش علوم.2017؛ 10 (3): 286-99.