Þrívíddarprentaðar líffærafræðilíkön (e. þrívíddarprentaðar líffærafræðilíkön (e. þrívíddarprentaðar líffærafræðilíkön) virðast vera hentugt verkfæri vegna fræðslugildis þeirra og hagkvæmni. Tilgangur þessarar yfirlitsgreinar er að lýsa og greina aðferðirnar sem notaðar eru til að búa til þrívíddarprentaðar líffærafræðilíkön til kennslu í líffærafræði mannsins og meta framlag þeirra í kennslufræði.
Rafræn leit var gerð í PubMed með eftirfarandi hugtökum: menntun, skóli, nám, kennslu, þjálfun, kennslu, menntun, þrívídd, 3D, 3-vídd, prentun, prentun, prentun, líffærafræði, líffærafræði, líffærafræði og líffærafræði. Niðurstöður voru meðal annars einkenni rannsóknar, líkanhönnun, formfræðilegt mat, námsárangur, styrkleikar og veikleikar.
Af þeim 68 greinum sem valdar voru einbeittar flestar rannsóknir sér að höfuðkúpusvæðinu (33 greinar); 51 grein nefnir beinprentun. Í 47 greinum var 3DPAM þróað út frá tölvusneiðmyndatöku. Fimm prentunaraðferðir eru taldar upp. Plast og afleiður þeirra voru notuð í 48 rannsóknum. Verð hverrar hönnunar er á bilinu $1,25 til $2.800. Þrjátíu og sjö rannsóknir báru 3DPAM saman við viðmiðunarlíkön. Þrjátíu og þrjár greinar skoðuðu fræðslustarfsemi. Helstu kostirnir eru sjónræn og áþreifanleg gæði, námshagkvæmni, endurtekningarhæfni, sérsniðinleiki og lipurð, tímasparnaður, samþætting virkni líffærafræði, betri hæfni til að snúa hugsunum, þekkingarminnkun og ánægja kennara/nemenda. Helstu ókostirnir tengjast hönnuninni: samræmi, skortur á smáatriðum eða gegnsæi, of bjartir litir, langur prenttími og hár kostnaður.
Þessi kerfisbundna yfirlitsgrein sýnir að 3DPAM er hagkvæmt og árangursríkt til kennslu í líffærafræði. Raunhæfari líkön krefjast notkunar dýrari 3D prenttækni og lengri hönnunartíma, sem mun auka heildarkostnaðinn verulega. Lykilatriðið er að velja viðeigandi myndgreiningaraðferð. Frá kennslufræðilegu sjónarmiði er 3DPAM áhrifaríkt tæki til kennslu í líffærafræði, með jákvæð áhrif á námsárangur og ánægju. Kennsluáhrif 3DPAM eru mest þegar það endurskapar flókin líffærafræðileg svæði og nemendur nota það snemma í læknisfræðinámi sínu.
Krufning á dýrahræjum hefur verið framkvæmd allt frá Grikklandi til forna og er ein helsta aðferðin við kennslu í líffærafræði. Krufningar á líkum sem framkvæmdar eru í verklegu námi eru notaðar í fræðilegu námi læknanema í háskóla og eru nú taldar gullstaðallinn í líffærafræðinámi [1,2,3,4,5]. Hins vegar eru margar hindranir við notkun sýna úr líkum manna, sem hvetur til leit að nýjum þjálfunartólum [6, 7]. Meðal þessara nýju tækja eru aukin veruleiki, stafræn verkfæri og þrívíddarprentun. Samkvæmt nýlegri yfirlitsgrein eftir Santos o.fl. [8] Hvað varðar gildi þessarar nýju tækni fyrir kennslu í líffærafræði virðist þrívíddarprentun vera ein mikilvægasta auðlindin, bæði hvað varðar fræðslugildi fyrir nemendur og hvað varðar hagkvæmni framkvæmdar [4,9,10].
Þrívíddarprentun er ekki ný af nálinni. Fyrstu einkaleyfin sem tengjast þessari tækni eru frá árinu 1984: A Le Méhauté, O De Witte og JC André í Frakklandi, og þremur vikum síðar C Hull í Bandaríkjunum. Síðan þá hefur tæknin haldið áfram að þróast og notkun hennar hefur breiðst út á mörg svið. Til dæmis prentaði NASA fyrsta hlutinn handan jarðar árið 2014 [11]. Læknisfræðin hefur einnig tekið upp þetta nýja tól og þar með aukið löngunina til að þróa sérsniðna læknisfræði [12].
Margir höfundar hafa sýnt fram á ávinninginn af því að nota þrívíddarprentaðar líffærafræðilíkön (3DPAM) í læknisfræðikennslu [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Þegar kennsla er á líffærafræði mannsins þarf að nota bæði sjúkdómslaus og líffærafræðilega eðlileg líkön. Sumar yfirlitsgreinar hafa skoðað sjúkdómsfræðileg eða læknisfræðileg/skurðlækningaleg þjálfunarlíkön [8, 20, 21]. Til að þróa blönduð líkan fyrir kennslu á líffærafræði mannsins sem felur í sér ný verkfæri eins og þrívíddarprentun, framkvæmdum við kerfisbundna yfirlitsgrein til að lýsa og greina hvernig þrívíddarprentaðar hlutir eru búnir til til kennslu á líffærafræði mannsins og hvernig nemendur meta árangur náms með því að nota þessa þrívíddar hluti.
Þessi kerfisbundna yfirlitsgrein var framkvæmd í júní 2022 án tímatakmarkana samkvæmt PRISMA leiðbeiningunum (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Skilyrði fyrir þátttöku voru allar rannsóknargreinar sem notuðu 3DPAM í kennslu/námi líffærafræði. Heimildaryfirlit, bréf eða greinar sem fjalla um sjúkdómsfræðileg líkön, dýralíkön, fornleifafræðileg líkön og læknisfræðileg/skurðlækningaleg þjálfunarlíkön voru útilokuð. Aðeins greinar sem birtar voru á ensku voru valdar. Greinar án tiltækra ágripa á netinu voru útilokaðar. Greinar sem innihéldu mörg líkön, þar sem að minnsta kosti eitt þeirra var líffærafræðilega eðlilegt eða hafði minniháttar sjúkdómsvald sem hafði ekki áhrif á kennslugildi, voru teknar með.
Leit var gerð í rafræna gagnagrunninum PubMed (National Library of Medicine, NCBI) til að finna viðeigandi rannsóknir sem birtar voru fram til júní 2022. Notið eftirfarandi leitarorð: menntun, skóli, kennsla, kennslu, nám, kennslu, menntun, þrívídd, 3D, 3D, prentun, prentun, prentun, anatomy, anatomy, anatomy og anatomy. Ein fyrirspurn var framkvæmd: (((education[Title/Abstract] OR school[Title/Abstract] ORlearning[Title/Abstract] OR teaching[Title/Abstract] OR training[Title/Abstract] OReach[Title/Abstract] ] OR Education [Title/Abstract]) AND (Three Dimensions [Title] OR 3D [Title] OR 3D [Title])) AND (Prenta [Title] OR Prenta [Title] OR Prenta [Title])) AND (Anatomy) [Title] ]/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract]). Viðbótar greinar voru fundnar með því að leita handvirkt í PubMed gagnagrunninum og fara yfir heimildir í aðrar vísindagreinar. Engar dagsetningartakmarkanir voru notaðar, en „Persóna“ sían var notuð.
Öllum titlum og ágripum sem sótt voru var matað út frá inntöku- og útilokunarviðmiðum af tveimur höfundum (EBR og AL) og öllum rannsóknum sem uppfylltu ekki öll skilyrði var útilokað. Fulltextaútgáfur af hinum rannsóknunum voru sóttar og yfirfarnar af þremur höfundum (EBR, EBE og AL). Þegar nauðsyn krefði leysti fjórði aðilinn (LT) úr ágreiningi um val greina. Útgáfur sem uppfylltu öll skilyrði voru teknar með í þessa úttekt.
Gagnaútdráttur var framkvæmdur sjálfstætt af tveimur höfundum (EBR og AL) undir eftirliti þriðja höfundar (LT).
- Hönnunargögn líkansins: líffærafræðileg svæði, sértækir líffærafræðilegir hlutar, upphafslíkan fyrir þrívíddarprentun, öflunaraðferð, hugbúnaður fyrir skiptingu og líkanagerð, gerð þrívíddarprentara, efnisgerð og magn, prentstærð, litur, prentkostnaður.
- Formfræðilegt mat á líkönum: líkön sem notuð eru til samanburðar, læknisfræðilegt mat sérfræðinga/kennara, fjöldi matsmanna, tegund mats.
- Þrívíddarkennslulíkan: mat á þekkingu nemenda, matsaðferð, fjöldi nemenda, fjöldi samanburðarhópa, slembival nemenda, menntun/tegund nemanda.
418 rannsóknir voru greindar í MEDLINE og 139 greinar voru útilokaðar með síunni „mannleg“. Eftir að hafa farið yfir titla og ágrip voru 103 rannsóknir valdar til lesturs í fullum texta. 34 greinar voru útilokaðar vegna þess að þær voru annað hvort meinafræðileg líkön (9 greinar), læknisfræðileg/skurðlækningaleg þjálfunarlíkön (4 greinar), dýralíkön (4 greinar), þrívíddar geislafræðilíkön (1 grein) eða voru ekki frumsamin vísindagrein (16 kaflar). Alls voru 68 greinar teknar með í yfirlitsrannsókninni. Mynd 1 sýnir valferlið sem flæðirit.
Flæðirit sem dregur saman greiningu, skimun og meðtöku greina í þessari kerfisbundnu yfirlitsgrein.
Allar rannsóknirnar voru birtar á árunum 2014 til 2022, með meðalútgáfuári árið 2019. Af þeim 68 greinum sem teknar voru með voru 33 (49%) rannsóknir lýsandi og tilraunakenndar, 17 (25%) voru eingöngu tilraunakenndar og 18 (26%) voru tilraunakenndar. Eingöngu lýsandi. Af þeim 50 (73%) tilraunarannsóknum notaði 21 (31%) slembival. Aðeins 34 rannsóknir (50%) innihéldu tölfræðilegar greiningar. Tafla 1 sýnir yfirlit yfir einkenni hverrar rannsóknar.
33 greinar (48%) skoðuðu höfuðsvæðið, 19 greinar (28%) brjóstsvæðið, 17 greinar (25%) kvið- og mjaðmagrindarsvæðið og 15 greinar (22%) útlimi. Fimmtíu og ein grein (75%) nefndi þrívíddarprentuð bein sem líffærafræðileg líkön eða fjölsneiða líffærafræðileg líkön.
Hvað varðar upprunalíkön eða skrár sem notaðar voru til að þróa 3DPAM, þá nefndu 23 greinar (34%) notkun sjúklingagagna, 20 greinar (29%) nefndu notkun líkgagna og 17 greinar (25%) nefndu notkun gagnagrunna. Í 7 rannsóknum (10%) var ekki greint frá uppruna skjalanna sem notuð voru.
47 rannsóknir (69%) þróuðu 3DPAM byggt á tölvusneiðmyndatöku og 3 rannsóknir (4%) greindu frá notkun ör-CT. 7 greinar (10%) vörpuðu 3D hluti með ljósleiðaraskanna, 4 greinar (6%) með segulómun og 1 grein (1%) með myndavélum og smásjám. 14 greinar (21%) nefndu ekki uppruna frumskrár 3D líkansins. 3D skrár eru búnar til með meðalupplausn minni en 0,5 mm. Besta upplausnin er 30 μm [80] og hámarksupplausnin er 1,5 mm [32].
Sextíu mismunandi hugbúnaðarforrit (segmentering, líkanagerð, hönnun eða prentun) voru notuð. Mimics (Materialise, Leuven, Belgía) var oftast notað (14 rannsóknir, 21%), þar á eftir kom MeshMixer (Autodesk, San Rafael, Kalifornía) (13 rannsóknir, 19%), Geomagic (3D System, Missouri, Norður-Karólína, Leesville). (10 rannsóknir, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, Massachusetts) (9 rannsóknir, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Holland) (8 rannsóknir, 12%) og CURA (Geldemarsen, Holland) (7 rannsóknir, 10%).
Sextíu og sjö mismunandi prentaragerðir og fimm prentferli eru nefnd. FDM (Fused Deposition Modeling) tækni var notuð í 26 vörum (38%), efnisblástur í 13 vörum (19%) og að lokum bindiefniblástur (11 vörur, 16%). Minnst notaðar tæknir eru stereólitografía (SLA) (5 vörur, 7%) og sértæk leysigeislasintering (SLS) (4 vörur, 6%). Algengasta prentarinn (7 vörur, 10%) er Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Ísrael) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Þegar efnin sem notuð voru til að framleiða 3DPAM voru tilgreind (51 vara, 75%) og 48 rannsóknir (71%) notuðu plast og afleiður þeirra. Helstu efnin sem notuð voru voru PLA (fjölmjólkursýra) (n = 20, 29%), plastefni (n = 9, 13%) og ABS (akrýlnítríl bútadíen stýren) (7 gerðir, 10%). 23 vörur (34%) skoðuðu 3DPAM úr mörgum efnum, 36 vörur (53%) kynntu 3DPAM úr aðeins einu efni og 9 vörur (13%) tilgreindu ekkert efni.
Tuttugu og níu greinar (43%) sýndu prenthlutföll á bilinu 0,25:1 til 2:1, með meðaltali 1:1. Tuttugu og fimm greinar (37%) notuðu hlutfallið 1:1. 28 3DPAM-prentanir (41%) voru í mörgum litum og 9 (13%) voru litaðar eftir prentun [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Þrjátíu og fjórar greinar (50%) nefndu kostnað. Níu greinar (13%) nefndu kostnað við þrívíddarprentara og hráefni. Prentarar eru á bilinu $302 til $65.000. Þegar tilgreint er verð á líkönum er það á bilinu $1,25 til $2.800; þessir öfgar samsvara beinagrindarsýnum [47] og hágæða aftari kviðarholslíkönum [48]. Tafla 2 sýnir samantekt á líkönum fyrir hverja rannsókn sem var tekin með.
Þrjátíu og sjö rannsóknir (54%) báru 3DAPM saman við viðmiðunarlíkan. Meðal þessara rannsókna var algengasta samanburðarlíkanið líffærafræðilegt viðmiðunarlíkan, notað í 14 greinum (38%), plastunarblöndur í 6 greinum (16%), plastunarblöndur í 6 greinum (16%). Notkun sýndarveruleika, tölvusneiðmyndatöku, eitt 3DPAM í 5 greinum (14%), annað 3DPAM í 3 greinum (8%), alvarlegra leikja í 1 grein (3%), röntgenmyndatöku í 1 grein (3%), viðskiptamódela í 1 grein (3%) og viðbótarveruleika í 1 grein (3%). Þrjátíu og fjórar (50%) rannsóknir mátu 3DPAM. Fimmtán (48%) rannsóknir lýstu reynslu matsaðila í smáatriðum (Tafla 3). 3DPAM var framkvæmt af skurðlæknum eða meðferðarlæknum í 7 rannsóknum (47%), líffærafræðingum í 6 rannsóknum (40%), nemendum í 3 rannsóknum (20%), kennurum (fræðigrein ekki tilgreind) í 3 rannsóknum (20%) fyrir mat og einum matsaðila til viðbótar í greininni (7%). Meðalfjöldi matsmanna er 14 (lágmark 2, hámark 30). Þrjátíu og þrjár rannsóknir (49%) mátu formgerð 3DPAM eigindlega og 10 rannsóknir (15%) mátu formgerð 3DPAM megindlega. Af þeim 33 rannsóknum sem notuðu eigindlegt mat notuðu 16 eingöngu lýsandi mat (48%), 9 notuðu próf/einkunnir/kannanir (27%) og 8 notuðu Likert-kvarða (24%). Tafla 3 sýnir samantekt á formgerðarmati líkananna í hverri rannsókn sem var tekin með.
Þrjátíu og þrjár (48%) greinar skoðuðu og báru saman árangur þess að kenna nemendum þrívíddar- og hefðbundna aðferðafræði (3DPAM). Af þessum rannsóknum mátu 23 (70%) greinar ánægju nemenda, 17 (51%) notuðu Likert-kvarða og 6 (18%) notuðu aðrar aðferðir. Tuttugu og tvær greinar (67%) mátu nám nemenda með þekkingarprófum, þar af notuðu 10 (30%) forpróf og/eða eftirpróf. Ellefu rannsóknir (33%) notuðu fjölvalsspurningar og próf til að meta þekkingu nemenda og fimm rannsóknir (15%) notuðu myndmerkingar/líffærafræðilega auðkenningu. Að meðaltali tóku 76 nemendur þátt í hverri rannsókn (lágmark 8, hámark 319). Tuttugu og fjórar rannsóknir (72%) höfðu samanburðarhóp, þar af notuðu 20 (60%) slembival. Aftur á móti úthlutaði ein rannsókn (3%) slembiúthlutun líffærafræðilegra líkönum til 10 mismunandi nemenda. Að meðaltali voru 2,6 hópar bornir saman (lágmark 2, hámark 10). Tuttugu og þrjár rannsóknir (70%) tóku þátt í læknanemum, þar af voru 14 (42%) læknanemar á fyrsta ári. Sex (18%) rannsóknir tóku þátt í læknadeild, 4 (12%) tannlæknanemum og 3 (9%) raunvísindanemum. Sex rannsóknir (18%) innleiddu og mátu sjálfstætt nám með því að nota 3DPAM. Tafla 4 sýnir saman niðurstöður 3DPAM matsins á kennsluáranguri fyrir hverja rannsókn sem var tekin með.
Helstu kostir þess að nota 3DPAM sem kennslutæki fyrir eðlilega líffærafræði manna sem höfundarnir greina frá eru sjónrænir og áþreifanlegir eiginleikar, þar á meðal raunsæi [55, 67], nákvæmni [44, 50, 72, 85] og breytileiki í samræmi [34, 45]. , 48, 64], litur og gegnsæi [28, 45], ending [24, 56, 73], fræðsluáhrif [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], kostnaður [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], endurtekningarhæfni [80], möguleiki á úrbótum eða persónugerð [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], hæfni til að stjórna nemendum [30, 49], sparnaður í kennslutíma [61, 80], auðveld geymslu [61], hæfni til að samþætta starfræna líffærafræði eða búa til sértækar byggingar [51, 53], 67], hröð hönnun beinagrindarlíkana [81], hæfni til að skapa saman fyrirmyndir og taka þær með heim [49, 60, 71], bæta hæfni í hugrænni snúningi [23] og minni á þekkingu [32], sem og á kennarann [25, 63] og ánægju nemenda [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Helstu ókostirnir tengjast hönnun: stífleiki [80], samræmi [28, 62], skortur á smáatriðum eða gegnsæi [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], of bjartir litir [45] og viðkvæmni gólfsins [71]. Aðrir ókostir eru meðal annars upplýsingatap [30, 76], langur tími sem þarf til myndgreiningar [36, 52, 57, 58, 74], prenttími [57, 63, 66, 67], skortur á líffærafræðilegum breytileika [25] og hár kostnaður [48].
Þessi kerfisbundna yfirlitsgrein dregur saman 68 greinar sem birtar hafa verið á níu árum og varpar ljósi á áhuga vísindasamfélagsins á 3DPAM sem verkfæri til að kenna eðlilega líffærafræði mannsins. Hvert líffærafræðilegt svæði var rannsakað og þrívíddarprentað. Af þessum greinum báru 37 greinar 3DPAM saman við aðrar gerðir og 33 greinar mátu kennslufræðilegt mikilvægi 3DPAM fyrir nemendur.
Í ljósi mismunandi hönnunar á rannsóknum á þrívíddarprentun í líffærafræði töldum við ekki viðeigandi að framkvæma safngreiningu. Safngreining sem birt var árið 2020 beindi aðallega sjónum að líffærafræðilegum þekkingarprófum eftir þjálfun án þess að greina tæknilega þætti hönnunar og framleiðslu á þrívíddarprentun [10].
Höfuðsvæðið er mest rannsakað, líklega vegna þess að flækjustig líffærafræðinnar gerir það erfiðara fyrir nemendur að sýna þetta líffærafræðilega svæði í þrívíddarrými samanborið við útlimi eða búk. Tölvusneiðmyndataka er langalgengasta myndgreiningaraðferðin. Þessi tækni er mikið notuð, sérstaklega í læknisfræðilegum aðstæðum, en hefur takmarkaða rúmfræðilega upplausn og lágt mjúkvefjaskil. Þessar takmarkanir gera tölvusneiðmyndatökur óhentugar til að skipta og líkja eftir taugakerfinu. Á hinn bóginn hentar tölvusneiðmyndataka betur til að skipta/líkja beinvef; Bein-/mjúkvefjaskiljun hjálpar til við að ljúka þessum skrefum áður en líffærafræðileg líkön eru prentuð í þrívídd. Á hinn bóginn er ör-tölvusneiðmyndataka talin viðmiðunartækni hvað varðar rúmfræðilega upplausn í beinamyndgreiningu [70]. Einnig er hægt að nota sjónræna skanna eða segulómun til að fá myndir. Hærri upplausn kemur í veg fyrir sléttun á beinyfirborði og varðveitir fínleika líffærafræðilegra uppbygginga [59]. Val á líkani hefur einnig áhrif á rúmfræðilega upplausn: til dæmis hafa mýkingarlíkön lægri upplausn [45]. Grafískir hönnuðir verða að búa til sérsniðin þrívíddarlíkön, sem eykur kostnað ($25 til $150 á klukkustund) [43]. Það er ekki nóg að fá hágæða .STL skrár til að búa til hágæða líffærafræðileg líkön. Nauðsynlegt er að ákvarða prentunarbreytur, eins og stefnu líffærafræðilegs líkans á prentplötunni [29]. Sumir höfundar leggja til að nota ætti háþróaða prenttækni eins og SLS eftir því sem kostur er til að bæta nákvæmni 3DPAM [38]. Framleiðsla 3DPAM krefst faglegrar aðstoðar; eftirsóttustu sérfræðingarnir eru verkfræðingar [72], geislafræðingar [75], grafískir hönnuðir [43] og líffærafræðingar [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Hugbúnaður til greiningar og líkanagerðar eru mikilvægir þættir í að fá nákvæmar líffærafræðilegar líkön, en kostnaður við þessa hugbúnaðarpakka og flækjustig þeirra hindrar notkun þeirra. Nokkrar rannsóknir hafa borið saman notkun mismunandi hugbúnaðarpakka og prenttækni og dregið fram kosti og galla hverrar tækni [68]. Auk líkanagerðarhugbúnaðar er einnig nauðsynlegur prenthugbúnaður sem er samhæfur við valinn prentara; sumir höfundar kjósa að nota þrívíddarprentun á netinu [75]. Ef nægilega margir þrívíddarhlutir eru prentaðir getur fjárfestingin leitt til fjárhagslegs ávinnings [72].
Plast er langalgengasta efnið sem notað er. Fjölbreytt úrval áferðar og lita gerir það að kjörefni fyrir 3DPAM. Sumir höfundar hafa lofað mikinn styrk þess samanborið við hefðbundnar lík- eða plastgerðarlíkön [24, 56, 73]. Sum plast hafa jafnvel beygju- eða teygjueiginleika. Til dæmis getur Filaflex með FDM tækni teygst allt að 700%. Sumir höfundar telja það kjörefnið fyrir eftirmyndun vöðva, sinar og liðbanda [63]. Hins vegar hafa tvær rannsóknir vakið upp spurningar um stefnu trefja við prentun. Reyndar eru stefnur, innsetning, taugun og virkni vöðvatrefja mikilvæg í vöðvalíkönum [33].
Það kemur á óvart að fáar rannsóknir nefna prentstærðina. Þar sem margir telja 1:1 hlutfallið vera staðlað gæti höfundurinn hafa kosið að nefna það ekki. Þó að stækkun væri gagnleg fyrir stýrt nám í stórum hópum, hefur möguleikann á stækkun ekki enn verið kannaður, sérstaklega þar sem bekkjastærðir eru vaxandi og stærð líkansins er mikilvægur þáttur. Að sjálfsögðu auðvelda mælikvarðar í fullri stærð að staðsetja og miðla ýmsum líffærafræðilegum þáttum til sjúklingsins, sem gæti skýrt hvers vegna þeir eru oft notaðir.
Af þeim fjölmörgu prenturum sem eru fáanlegir á markaðnum kosta þeir sem nota PolyJet (efnis- eða bindiefnisblekspraututækni) til að veita lit- og fjöllaga (og þar með fjöláferðar) háskerpuprentun á bilinu 20.000 til 250.000 Bandaríkjadali (https://www.aniwaa.com/). Þessi mikli kostnaður gæti takmarkað kynningu á 3DPAM í læknaskólum. Auk kostnaðar við prentarann er kostnaður við efni sem þarf til bleksprautuprentunar hærri en fyrir SLA- eða FDM-prentara [68]. Verð á SLA- eða FDM-prenturum er einnig hagkvæmara, á bilinu 576 til 4.999 evrur í greinunum sem taldar eru upp í þessari umsögn. Samkvæmt Tripodi og samstarfsmönnum er hægt að prenta hvern beinagrindarhluta fyrir 1,25 Bandaríkjadali [47]. Ellefu rannsóknir komust að þeirri niðurstöðu að 3D-prentun sé ódýrari en plastun eða viðskiptalíkön [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Þar að auki eru þessar viðskiptalíkön hönnuð til að veita upplýsingar fyrir sjúklinga án nægilegra upplýsinga til kennslu í líffærafræði [80]. Þessar viðskiptalíkön eru talin lakari en 3DPAM [44]. Það er vert að taka fram að auk prenttækninnar sem notuð er er lokakostnaðurinn í réttu hlutfalli við mælikvarðann og þar með lokastærð 3DPAM [48]. Af þessum ástæðum er full stærð æskilegri [37].
Aðeins ein rannsókn bar saman 3DPAM við hefðbundnar líffærafræðilegar líkön [72]. Líklíkön eru algengasta samanburðartækið fyrir 3DPAM. Þrátt fyrir takmarkanir sínar eru líklíkön enn verðmætt verkfæri til kennslu í líffærafræði. Gera verður greinarmun á krufningu, krufningu og þurrum beinum. Byggt á þjálfunarprófum sýndu tvær rannsóknir að 3DPAM var marktækt árangursríkara en plastísk krufning [16, 27]. Ein rannsókn bar saman eina klukkustund af þjálfun með 3DPAM (neðri útlimum) við eina klukkustund af krufningu á sama líffærafræðilega svæði [78]. Enginn marktækur munur var á kennsluaðferðunum tveimur. Líklegt er að litlar rannsóknir séu til um þetta efni þar sem slíkur samanburður er erfiður í framkvæmd. Krufning er tímafrek undirbúningur fyrir nemendur. Stundum þarf tugi klukkustunda undirbúnings, allt eftir því hvað er verið að undirbúa. Þriðja samanburðinn er hægt að gera með þurrum beinum. Rannsókn eftir Tsai og Smith leiddi í ljós að prófniðurstöður voru marktækt betri í hópnum sem notaði 3DPAM [51, 63]. Chen og samstarfsmenn hans tóku fram að nemendur sem notuðu þrívíddarlíkön stóðu sig betur í að bera kennsl á mannvirki (höfuðkúpur), en enginn munur var á fjölvalsspurningum [69]. Að lokum sýndu Tanner og samstarfsmenn hans betri niðurstöður eftir próf í þessum hópi með því að nota þrívíddar- og höfuðkúpumælingar á höfði [46]. Önnur ný kennslutæki voru greind í þessari yfirlitsgrein. Algengustu þeirra eru aukin veruleiki, sýndarveruleiki og alvarlegir leikir [43]. Samkvæmt Mahrous og samstarfsmönnum fer val á líffærafræðilegum líkönum eftir fjölda klukkustunda sem nemendur spila tölvuleiki [31]. Hins vegar er helsti galli nýrra líffærafræðikennslutækja snertiviðbrögð, sérstaklega fyrir eingöngu sýndartæki [48].
Flestar rannsóknir sem meta nýja 3DPAM aðferðina hafa notað forprófanir á þekkingu. Þessi forpróf hjálpa til við að forðast skekkju í matinu. Sumir höfundar útiloka, áður en þeir framkvæma tilraunir, alla nemendur sem fengu hærri einkunn á forprófinu [40]. Meðal skekkjanna sem Garas og samstarfsmenn nefndu voru litur líkansins og val sjálfboðaliða í nemendahópnum [61]. Litun auðveldar greiningu á líffærafræðilegum uppbyggingum. Chen og samstarfsmenn settu strangar tilraunaaðstæður án upphafsmunar milli hópa og rannsóknin var blinduð eins mikið og mögulegt var [69]. Lim og samstarfsmenn mæla með því að þriðji aðili framkvæmi matið eftir prófið til að forðast skekkju í matinu [16]. Sumar rannsóknir hafa notað Likert-kvarða til að meta hagkvæmni 3DPAM. Þetta tæki hentar til að meta ánægju, en það eru samt mikilvægar skekkjur sem þarf að hafa í huga [86].
Menntunarlegt mikilvægi 3DPAM var fyrst og fremst metið meðal læknanema, þar á meðal læknanema á fyrsta ári, í 14 af 33 rannsóknum. Í tilraunarannsókn sinni greindu Wilk og samstarfsmenn frá því að læknanemar töldu að 3D prentun ætti að vera hluti af líffærafræðinámi þeirra [87]. 87% nemenda sem tóku þátt í Cercenelli rannsókninni töldu að annað námsárið væri besti tíminn til að nota 3DPAM [84]. Niðurstöður Tanner og samstarfsmanna sýndu einnig að nemendur stóðu sig betur ef þeir hefðu aldrei stundað nám á þessu sviði [46]. Þessi gögn benda til þess að fyrsta árið í læknanámi sé besti tíminn til að fella 3DPAM inn í líffærafræðikennslu. Safngreining Ye studdi þessa hugmynd [18]. Í þeim 27 greinum sem teknar voru með í rannsókninni var marktækur munur á prófskorum milli 3DPAM og hefðbundinna líkana fyrir læknanema, en ekki fyrir læknanema.
3DPAM sem námstæki bætir námsárangur [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], langtíma þekkingargeymslu [32] og ánægju nemenda [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66], 69, 84]. Sérfræðingahópar fundu einnig þessi líkön gagnleg [37, 42, 49, 81, 82] og tvær rannsóknir fundu ánægju kennara með 3DPAM [25, 63]. Af öllum heimildum telja Backhouse og samstarfsmenn 3DPAM vera besta kostinn við hefðbundin líffærafræðileg líkön [49]. Í fyrstu safngreiningu sinni staðfestu Ye og samstarfsmenn að nemendur sem fengu 3DPAM leiðbeiningar höfðu betri einkunnir eftir próf en nemendur sem fengu 2D eða líkleiðingar [10]. Hins vegar aðgreindu þeir 3DPAM ekki eftir flækjustigi, heldur einfaldlega eftir hjarta, taugakerfi og kviðarholi. Í sjö rannsóknum skilaði 3DPAM ekki betri árangri en aðrar gerðir byggðar á þekkingarprófum sem lögð voru fyrir nemendur [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Í safngreiningu sinni komust Salazar og samstarfsmenn að þeirri niðurstöðu að notkun 3DPAM bæti sérstaklega skilning á flókinni líffærafræði [17]. Þessi hugmynd er í samræmi við bréf Hitas til ritstjórans [88]. Sum líffærafræðileg svæði sem talin eru minna flókin þurfa ekki notkun 3DPAM, en flóknari líffærafræðileg svæði (eins og hálsinn eða taugakerfið) væru rökrétt val fyrir 3DPAM. Þessi hugmynd gæti skýrt hvers vegna sum 3DPAM eru ekki talin betri en hefðbundin líkön, sérstaklega þegar nemendur skortir þekkingu á því sviði þar sem frammistaða líkansins er talin betri. Því er það ekki gagnlegt að kynna einfalt líkan fyrir nemendum sem þegar hafa einhverja þekkingu á viðfangsefninu (læknanema eða sérnámslækna) til að bæta frammistöðu nemenda.
Af öllum þeim fræðsluávinningi sem talinn er upp lögðu 11 rannsóknir áherslu á sjónræna eða áþreifanlega eiginleika líkana [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85] og 3 rannsóknir bættu styrk og endingu (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Aðrir kostir eru að nemendur geta meðhöndlað mannvirkin, kennarar geta sparað tíma, þau eru auðveldari í varðveislu en lík, verkefninu er hægt að ljúka innan sólarhrings, það er hægt að nota það sem heimanámsverkfæri og það er hægt að nota það til að kenna mikið magn upplýsinga. Endurtekin 3D prentun fyrir kennslu í líffærafræði í miklu magni gerir 3D prentun líkana hagkvæmari [26]. Notkun 3DPAM getur bætt getu til hugrænnar snúnings [23] og bætt túlkun á þversniðsmyndum [23, 32]. Tvær rannsóknir komust að því að nemendur sem höfðu verið útsettir fyrir 3DPAM voru líklegri til að gangast undir skurðaðgerð [40, 74]. Hægt er að fella inn málmtengi til að skapa þá hreyfingu sem þarf til að rannsaka starfræna líffærafræði [51, 53], eða prenta líkön með kveikjuhönnun [67].
Þrívíddarprentun gerir kleift að búa til stillanlegar líffærafræðilegar líkön með því að bæta ákveðna þætti á módelunarstigi, [48, 80] búa til viðeigandi grunn, [59] sameina margar gerðir, [36] nota gegnsæi, (49) liti, [45] eða gera ákveðnar innri mannvirki sýnilegar [30]. Tripodi og samstarfsmenn notuðu módelleir til að bæta við þrívíddarprentaðar beinlíkön sín og undirstrikuðu gildi sameiginlegra líkana sem kennslutækja [47]. Í 9 rannsóknum var litur notaður eftir prentun [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], en nemendur notuðu hann aðeins einu sinni [49]. Því miður mat rannsóknin ekki gæði líkanaþjálfunar eða röð þjálfunar. Þetta ætti að hafa í huga í samhengi við líffærafræðimenntun, þar sem ávinningur af blönduðu námi og samsköpun er vel þekktur [89]. Til að takast á við vaxandi auglýsingastarfsemi hefur sjálfsnám verið notað oft til að meta líkön [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Ein rannsókn komst að þeirri niðurstöðu að litur plastefnisins væri of bjartur [45], önnur rannsókn komst að þeirri niðurstöðu að líkanið væri of brothætt [71] og tvær aðrar rannsóknir bentu til skorts á líffærafræðilegum breytileika í hönnun einstakra líkana [25, 45]. Sjö rannsóknir komust að þeirri niðurstöðu að líffærafræðileg smáatriði 3DPAM væru ófullnægjandi [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Fyrir ítarlegri líffærafræðileg líkön af stórum og flóknum svæðum, svo sem aftari kviðarholi eða hálshrygg, er greiningar- og módeltíminn talinn mjög langur og kostnaðurinn mjög hár (um 2000 Bandaríkjadalir) [27, 48]. Hojo og samstarfsmenn sögðu í rannsókn sinni að það tæki 40 klukkustundir að búa til líffærafræðilegt líkan af mjaðmagrindinni [42]. Lengsti greiningartíminn var 380 klukkustundir í rannsókn Weatherall og samstarfsmanna, þar sem margar gerðir voru sameinaðar til að búa til heildstæða öndunarvegslíkan fyrir börn [36]. Í níu rannsóknum var greiningar- og prentunartími talinn ókostur [36, 42, 57, 58, 74]. Hins vegar gagnrýndu 12 rannsóknir eðliseiginleika líkana sinna, sérstaklega samræmi þeirra, [28, 62] skort á gegnsæi, [30] brothættni og einlitaleika, [71] skort á mjúkvef, [66] eða skort á smáatriðum [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81]. Hægt er að vinna bug á þessum ókostum með því að auka skiptingar- eða hermunartímann. Vandamál sem þrjú teymi stóðu frammi fyrir var að tapa og endurheimta viðeigandi upplýsingar [30, 74, 77]. Samkvæmt sjúklingaskýrslum veittu joðbundin skuggaefni ekki bestu sýnileika æða vegna skammtatakmarkana [74]. Innspýting á líklíkan virðist vera kjörin aðferð sem fjarlægir meginregluna um „eins lítið og mögulegt er“ og takmarkanir á skammti skuggaefnisins sem sprautað er inn.
Því miður nefna margar greinar ekki nokkra lykileiginleika 3DPAM. Minna en helmingur greinanna nefndi sérstaklega hvort 3DPAM þeirra væri litað. Umfjöllun um umfang prentunar var ósamræmd (43% greina) og aðeins 34% nefndu notkun margra miðla. Þessir prentbreytur eru mikilvægir þar sem þeir hafa áhrif á námseiginleika 3DPAM. Flestar greinar veita ekki nægilegar upplýsingar um flækjustig þess að afla 3DPAM (hönnunartími, hæfni starfsfólks, hugbúnaðarkostnaður, prentkostnaður o.s.frv.). Þessar upplýsingar eru mikilvægar og ætti að hafa í huga áður en íhugað er að hefja verkefni til að þróa nýtt 3DPAM.
Þessi kerfisbundna yfirlitsgrein sýnir að það er mögulegt að hanna og þrívíddarprenta eðlileg líffærafræðilíkön með litlum tilkostnaði, sérstaklega þegar notaðir eru FDM- eða SLA-prentarar og ódýr einlit plastefni. Hins vegar er hægt að bæta þessar grunnhönnun með því að bæta við litum eða mynstrum úr mismunandi efnum. Raunhæfari líkön (prentuð með mörgum efnum í mismunandi litum og áferð til að líkja nákvæmlega eftir áþreifanlegum eiginleikum líklíkans) krefjast dýrari þrívíddarprentunartækni og lengri hönnunartíma. Þetta mun auka heildarkostnaðinn verulega. Sama hvaða prentunarferli er valið, þá er val á viðeigandi myndgreiningaraðferð lykillinn að árangri 3DPAM. Því hærri sem rúmfræðileg upplausnin er, því raunverulegra verður líkanið og hægt er að nota það til háþróaðra rannsókna. Frá kennslufræðilegu sjónarmiði er 3DPAM áhrifaríkt tæki til að kenna líffærafræði, eins og sést af þekkingarprófum sem lögð eru fyrir nemendur og ánægju þeirra. Kennsluáhrif 3DPAM eru mest þegar það endurskapar flókin líffærafræðileg svæði og nemendur nota það snemma í læknisfræðinámi sínu.
Gagnasöfnin sem voru búin til og/eða greind í þessari rannsókn eru ekki aðgengileg opinberlega vegna tungumálaörðugleika en eru fáanleg frá viðkomandi höfundi ef óskað er eftir þeim á sanngjarnan hátt.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Yfirlit yfir námskeið í grófgerð líffærafræði, örlíffærafræði, taugalíffræði og fósturvísindafræði í námskrá læknaskóla í Bandaríkjunum. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Líkrufning sem kennslutæki fyrir líffærafræði á 21. öldinni: Rufning sem kennslutæki. Greining á vísindamenntun. 2017;10(3):286–99.
Birtingartími: 9. apríl 2024