Dreidimensional gedruckte anatomische Modelle (3DPAMs) scheinen aufgrund ihres pädagogischen Werts und ihrer Machbarkeit ein geeignetes Werkzeug zu sein.Der Zweck dieser Überprüfung besteht darin, die Methoden zu beschreiben und zu analysieren, die zur Erstellung von 3DPAM für den Unterricht der menschlichen Anatomie verwendet werden, und ihren pädagogischen Beitrag zu bewerten.
In PubMed wurde eine elektronische Suche mit den folgenden Begriffen durchgeführt: Bildung, Schule, Lernen, Lehren, Training, Lehren, Bildung, dreidimensional, 3D, 3-dimensional, Drucken, Drucken, Drucken, Anatomie, Anatomie, Anatomie und Anatomie ..Zu den Ergebnissen gehörten Studienmerkmale, Modelldesign, morphologische Beurteilung, Bildungsleistung sowie Stärken und Schwächen.
Unter den 68 ausgewählten Artikeln konzentrierten sich die meisten Studien auf die Schädelregion (33 Artikel);51 Artikel erwähnen den Knochendruck.In 47 Artikeln wurde 3DPAM auf Basis der Computertomographie entwickelt.Fünf Druckverfahren werden aufgeführt.In 48 Studien wurden Kunststoffe und deren Derivate verwendet.Der Preis für jedes Design liegt zwischen 1,25 und 2.800 US-Dollar.In 37 Studien wurde 3DPAM mit Referenzmodellen verglichen.In 33 Artikeln wurden Bildungsaktivitäten untersucht.Die Hauptvorteile sind visuelle und taktile Qualität, Lerneffizienz, Wiederholbarkeit, Anpassbarkeit und Agilität, Zeitersparnis, Integration der funktionellen Anatomie, bessere mentale Rotationsfähigkeiten, Wissenserhaltung und Lehrer-/Schülerzufriedenheit.Die Hauptnachteile hängen mit dem Design zusammen: Konsistenz, fehlende Details oder Transparenz, zu helle Farben, lange Druckzeiten und hohe Kosten.
Diese systematische Überprüfung zeigt, dass 3DPAM kostengünstig und effektiv für den Anatomieunterricht ist.Realistischere Modelle erfordern den Einsatz teurerer 3D-Drucktechnologien und längere Entwurfszeiten, was die Gesamtkosten deutlich erhöht.Der Schlüssel liegt in der Auswahl der geeigneten Bildgebungsmethode.Aus pädagogischer Sicht ist 3DPAM ein wirksames Instrument für den Anatomieunterricht, das sich positiv auf Lernergebnisse und Zufriedenheit auswirkt.Der Lehreffekt von 3DPAM ist am besten, wenn es komplexe anatomische Regionen abbildet und Studenten es schon früh in ihrer medizinischen Ausbildung nutzen.
Die Sektion von Tierkadavern wird seit dem antiken Griechenland durchgeführt und ist eine der wichtigsten Methoden im Anatomieunterricht.Im Rahmen der praktischen Ausbildung durchgeführte Leichenpräparationen werden im theoretischen Lehrplan von Universitätsmedizinstudenten verwendet und gelten derzeit als Goldstandard für das Studium der Anatomie [1,2,3,4,5].Es gibt jedoch viele Hindernisse für die Verwendung menschlicher Leichenproben, was die Suche nach neuen Trainingsinstrumenten veranlasst [6, 7].Zu diesen neuen Tools gehören Augmented Reality, digitale Tools und 3D-Druck.Laut einer aktuellen Literaturübersicht von Santos et al.[8] Im Hinblick auf den Wert dieser neuen Technologien für den Anatomieunterricht scheint der 3D-Druck eine der wichtigsten Ressourcen zu sein, sowohl im Hinblick auf den pädagogischen Wert für Studierende als auch im Hinblick auf die Durchführbarkeit der Umsetzung [4,9,10] .
3D-Druck ist nicht neu.Die ersten Patente im Zusammenhang mit dieser Technologie stammen aus dem Jahr 1984: A Le Méhauté, O De Witte und JC André in Frankreich und drei Wochen später C Hull in den USA.Seitdem hat sich die Technologie weiterentwickelt und ihr Einsatz hat sich auf viele Bereiche ausgeweitet.Beispielsweise hat die NASA 2014 das erste Objekt jenseits der Erde gedruckt [11].Auch der medizinische Bereich hat dieses neue Instrument übernommen und damit den Wunsch nach der Entwicklung personalisierter Medizin verstärkt [12].
Viele Autoren haben die Vorteile der Verwendung 3D-gedruckter anatomischer Modelle (3DPAM) in der medizinischen Ausbildung aufgezeigt [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].Beim Unterrichten der menschlichen Anatomie werden nicht-pathologische und anatomisch normale Modelle benötigt.Einige Übersichtsarbeiten haben pathologische oder medizinisch-chirurgische Trainingsmodelle untersucht [8, 20, 21].Um ein Hybridmodell für den Unterricht der menschlichen Anatomie zu entwickeln, das neue Werkzeuge wie den 3D-Druck einbezieht, haben wir eine systematische Überprüfung durchgeführt, um zu beschreiben und zu analysieren, wie 3D-gedruckte Objekte für den Unterricht der menschlichen Anatomie erstellt werden und wie Schüler die Wirksamkeit des Lernens mit diesen 3D-Objekten bewerten.
Diese systematische Literaturrecherche wurde im Juni 2022 ohne zeitliche Einschränkungen unter Verwendung der PRISMA-Richtlinien (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) durchgeführt [22].
Einschlusskriterien waren alle Forschungsarbeiten, die 3DPAM beim Lehren/Lernen der Anatomie verwenden.Literaturrecherchen, Briefe oder Artikel mit Schwerpunkt auf pathologischen Modellen, Tiermodellen, archäologischen Modellen und medizinischen/chirurgischen Trainingsmodellen wurden ausgeschlossen.Es wurden nur Artikel ausgewählt, die auf Englisch veröffentlicht wurden.Artikel ohne verfügbare Online-Abstracts wurden ausgeschlossen.Eingeschlossen wurden Artikel, die mehrere Modelle enthielten, von denen mindestens eines anatomisch normal war oder geringfügige Pathologien aufwies, die den Lehrwert nicht beeinträchtigten.
In der elektronischen Datenbank PubMed (National Library of Medicine, NCBI) wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um relevante Studien zu identifizieren, die bis Juni 2022 veröffentlicht wurden. Verwenden Sie die folgenden Suchbegriffe: Bildung, Schule, Lehren, Lehren, Lernen, Lehren, Bildung, drei- dimensional, 3D, 3D, Drucken, Drucken, Drucken, Anatomie, Anatomie, Anatomie und Anatomie.Eine einzelne Abfrage wurde ausgeführt: (((bildung[Titel/Zusammenfassung] ODER Schule[Titel/Zusammenfassung] ODERLernen[Titel/Zusammenfassung] ODER Unterricht[Titel/Zusammenfassung] ODER Ausbildung[Titel/Zusammenfassung] ODEReach[Titel/Zusammenfassung] ] ODER Bildung [Titel/Zusammenfassung]) UND (Drei Dimensionen [Titel] ODER 3D [Titel] ODER 3D [Titel])) UND (Drucken [Titel] ODER Drucken [Titel] ODER Drucken [Titel])) UND (Anatomie) [Titel ] ]/Abstract] oder Anatomie [Titel/Abstract] oder Anatomie [Titel/Abstract] oder Anatomie [Titel/Abstract]).Weitere Artikel wurden durch manuelle Suche in der PubMed-Datenbank und Durchsicht von Referenzen anderer wissenschaftlicher Artikel identifiziert.Es wurden keine Datumsbeschränkungen angewendet, sondern der Filter „Person“ verwendet.
Alle abgerufenen Titel und Abstracts wurden von zwei Autoren (EBR und AL) anhand von Einschluss- und Ausschlusskriterien überprüft und alle Studien, die nicht alle Zulassungskriterien erfüllten, wurden ausgeschlossen.Volltextpublikationen der verbleibenden Studien wurden von drei Autoren (EBR, EBE und AL) abgerufen und überprüft.Bei Unstimmigkeiten bei der Auswahl der Artikel wurden bei Bedarf eine vierte Person (LT) beigelegt.Publikationen, die alle Einschlusskriterien erfüllten, wurden in diese Überprüfung einbezogen.
Die Datenextraktion wurde unabhängig von zwei Autoren (EBR und AL) unter der Aufsicht eines dritten Autors (LT) durchgeführt.
- Modellentwurfsdaten: anatomische Regionen, spezifische anatomische Teile, Ausgangsmodell für den 3D-Druck, Erfassungsmethode, Segmentierungs- und Modellierungssoftware, 3D-Druckertyp, Materialtyp und -menge, Druckmaßstab, Farbe, Druckkosten.
- Morphologische Bewertung von Modellen: zum Vergleich verwendete Modelle, medizinische Bewertung von Experten/Lehrern, Anzahl der Bewerter, Art der Bewertung.
- Lehr-3D-Modell: Bewertung des Wissens der Studierenden, Bewertungsmethode, Anzahl der Studierenden, Anzahl der Vergleichsgruppen, Randomisierung der Studierenden, Ausbildung/Typ der Studierenden.
In MEDLINE wurden 418 Studien identifiziert und 139 Artikel durch den „menschlichen“ Filter ausgeschlossen.Nach Durchsicht von Titeln und Abstracts wurden 103 Studien für die Volltextlektüre ausgewählt.34 Artikel wurden ausgeschlossen, weil es sich entweder um pathologische Modelle (9 Artikel), medizinische/chirurgische Trainingsmodelle (4 Artikel), Tiermodelle (4 Artikel), 3D-radiologische Modelle (1 Artikel) handelte oder es sich nicht um originale wissenschaftliche Artikel handelte (16 Kapitel).).Insgesamt wurden 68 Artikel in die Rezension einbezogen.Abbildung 1 stellt den Auswahlprozess als Flussdiagramm dar.
Flussdiagramm, das die Identifizierung, Überprüfung und Einbeziehung von Artikeln in diese systematische Überprüfung zusammenfasst
Alle Studien wurden zwischen 2014 und 2022 veröffentlicht, mit einem durchschnittlichen Veröffentlichungsjahr von 2019. Von den 68 eingeschlossenen Artikeln waren 33 (49 %) Studien deskriptiv und experimentell, 17 (25 %) rein experimentell und 18 (26 %) waren rein experimentell Experimental.Rein beschreibend.Von den 50 (73 %) experimentellen Studien verwendeten 21 (31 %) eine Randomisierung.Nur 34 Studien (50 %) enthielten statistische Analysen.Tabelle 1 fasst die Merkmale jeder Studie zusammen.
33 Artikel (48 %) untersuchten die Kopfregion, 19 Artikel (28 %) untersuchten die Brustregion, 17 Artikel (25 %) untersuchten die Bauch-Becken-Region und 15 Artikel (22 %) untersuchten die Extremitäten.In 51 Artikeln (75 %) wurden 3D-gedruckte Knochen als anatomische Modelle oder anatomische Mehrschichtmodelle erwähnt.
In Bezug auf die Quellmodelle oder Dateien, die zur Entwicklung von 3DPAM verwendet wurden, erwähnten 23 Artikel (34 %) die Verwendung von Patientendaten, 20 Artikel (29 %) die Verwendung von Leichendaten und 17 Artikel (25 %) die Verwendung von Datenbanken.wurden verwendet, und 7 Studien (10 %) gaben die Quelle der verwendeten Dokumente nicht bekannt.
47 Studien (69 %) entwickelten 3DPAM auf Basis der Computertomographie, und 3 Studien (4 %) berichteten über den Einsatz von microCT.7 Artikel (10 %) projizierten 3D-Objekte mit optischen Scannern, 4 Artikel (6 %) mit MRT und 1 Artikel (1 %) mit Kameras und Mikroskopen.In 14 Artikeln (21 %) wurde die Quelle der 3D-Modelldesign-Quelldateien nicht erwähnt.3D-Dateien werden mit einer durchschnittlichen räumlichen Auflösung von weniger als 0,5 mm erstellt.Die optimale Auflösung beträgt 30 μm [80] und die maximale Auflösung beträgt 1,5 mm [32].
Es wurden 60 verschiedene Softwareanwendungen (Segmentierung, Modellierung, Design oder Druck) verwendet.Mimics (Materialise, Leuven, Belgien) wurde am häufigsten verwendet (14 Studien, 21 %), gefolgt von MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 Studien, 19 %), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville). .(10 Studien, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 Studien, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Niederlande) (8 Studien, 12 %) und CURA (Geldemarsen, Niederlande) (7 Studien, 10 %).
Es werden 67 verschiedene Druckermodelle und fünf Druckverfahren genannt.Die FDM-Technologie (Fused Deposition Modeling) wurde bei 26 Produkten (38 %), Materialstrahlen bei 13 Produkten (19 %) und schließlich Bindemittelstrahlen (11 Produkte, 16 %) eingesetzt.Die am wenigsten genutzten Technologien sind Stereolithographie (SLA) (5 Artikel, 7 %) und selektives Lasersintern (SLS) (4 Artikel, 6 %).Der am häufigsten verwendete Drucker (7 Artikel, 10 %) ist der Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Bei der Angabe der zur Herstellung von 3DPAM verwendeten Materialien (51 Artikel, 75 %) verwendeten 48 Studien (71 %) Kunststoffe und deren Derivate.Die wichtigsten verwendeten Materialien waren PLA (Polymilchsäure) (n = 20, 29 %), Harz (n = 9, 13 %) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) (7 Typen, 10 %).23 Artikel (34 %) untersuchten 3DPAM aus mehreren Materialien, 36 Artikel (53 %) präsentierten 3DPAM aus nur einem Material und 9 Artikel (13 %) spezifizierten kein Material.
29 Artikel (43 %) meldeten Druckverhältnisse zwischen 0,25:1 und 2:1, mit einem Durchschnitt von 1:1.25 Artikel (37 %) verwendeten ein Verhältnis von 1:1.28 3DPAMs (41 %) bestanden aus mehreren Farben und 9 (13 %) wurden nach dem Drucken eingefärbt [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
In 34 Artikeln (50 %) wurden die Kosten erwähnt.9 Artikel (13 %) erwähnten die Kosten für 3D-Drucker und Rohstoffe.Die Preise für Drucker liegen zwischen 302 und 65.000 US-Dollar.Sofern angegeben, liegen die Modellpreise zwischen 1,25 und 2.800 US-Dollar.Diese Extreme entsprechen Skelettproben [47] und hochauflösenden retroperitonealen Modellen [48].Tabelle 2 fasst die Modelldaten für jede eingeschlossene Studie zusammen.
In 37 Studien (54 %) wurde das 3DAPM mit einem Referenzmodell verglichen.Unter diesen Studien war der häufigste Vergleich ein anatomisches Referenzmodell, das in 14 Artikeln (38 %), plastinierte Präparate in 6 Artikeln (16 %) und plastinierte Präparate in 6 Artikeln (16 %) verwendet wurde.Verwendung von virtueller Realität, Computertomographie-Bildgebung, ein 3DPAM in 5 Artikeln (14 %), ein weiteres 3DPAM in 3 Artikeln (8 %), Serious Games in 1 Artikel (3 %), Röntgenbilder in 1 Artikel (3 %), Geschäftsmodelle in 1 Artikel (3 %) und Augmented Reality in 1 Artikel (3 %).Vierunddreißig (50 %) Studien untersuchten 3DPAM.Fünfzehn (48 %) Studien beschrieben die Erfahrungen der Bewerter ausführlich (Tabelle 3).3DPAM wurde zur Beurteilung von Chirurgen oder behandelnden Ärzten in 7 Studien (47 %), Anatomiespezialisten in 6 Studien (40 %), Studenten in 3 Studien (20 %) und Lehrern (Disziplin nicht angegeben) in 3 Studien (20 %) durchgeführt und ein weiterer Bewerter im Artikel (7 %).Die durchschnittliche Anzahl der Gutachter beträgt 14 (mindestens 2, höchstens 30).Dreiunddreißig Studien (49 %) bewerteten die 3DPAM-Morphologie qualitativ und 10 Studien (15 %) bewerteten die 3DPAM-Morphologie quantitativ.Von den 33 Studien, die qualitative Bewertungen verwendeten, verwendeten 16 rein deskriptive Bewertungen (48 %), 9 verwendeten Tests/Bewertungen/Umfragen (27 %) und 8 verwendeten Likert-Skalen (24 %).Tabelle 3 fasst die morphologischen Bewertungen der Modelle in jeder eingeschlossenen Studie zusammen.
Dreiunddreißig (48 %) Artikel untersuchten und verglichen die Wirksamkeit des 3DPAM-Unterrichts für Studenten.Von diesen Studien bewerteten 23 (70 %) Artikel die Zufriedenheit der Studierenden, 17 (51 %) verwendeten Likert-Skalen und 6 (18 %) verwendeten andere Methoden.In 22 Artikeln (67 %) wurde das Lernen von Schülern durch Wissenstests bewertet, wobei 10 (30 %) Vortests und/oder Nachtests verwendeten.Elf Studien (33 %) verwendeten Multiple-Choice-Fragen und Tests, um das Wissen der Studierenden zu beurteilen, und fünf Studien (15 %) nutzten Bildbeschriftung/anatomische Identifizierung.An jeder Studie nahmen durchschnittlich 76 Studierende teil (mindestens 8, maximal 319).Vierundzwanzig Studien (72 %) hatten eine Kontrollgruppe, von denen 20 (60 %) eine Randomisierung verwendeten.Im Gegensatz dazu wurden in einer Studie (3 %) anatomische Modelle nach dem Zufallsprinzip zehn verschiedenen Studenten zugewiesen.Im Durchschnitt wurden 2,6 Gruppen verglichen (mindestens 2, maximal 10).An 23 Studien (70 %) waren Medizinstudierende beteiligt, davon waren 14 (42 %) Medizinstudierende im ersten Studienjahr.Sechs (18 %) Studien umfassten Assistenzärzte, 4 (12 %) Studenten der Zahnmedizin und 3 (9 %) Studenten der Naturwissenschaften.Sechs Studien (18 %) implementierten und bewerteten autonomes Lernen mithilfe von 3DPAM.Tabelle 4 fasst die Ergebnisse der 3DPAM-Lehreffektivitätsbewertung für jede eingeschlossene Studie zusammen.
Die von den Autoren berichteten Hauptvorteile für die Verwendung von 3DPAM als Lehrmittel für die normale menschliche Anatomie sind visuelle und taktile Eigenschaften, einschließlich Realismus [55, 67], Genauigkeit [44, 50, 72, 85] und Konsistenzvariabilität [34, 45]. ]., 48, 64], Farbe und Transparenz [28, 45], Haltbarkeit [24, 56, 73], pädagogische Wirkung [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], Kosten [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], Reproduzierbarkeit [80], Möglichkeit der Verbesserung oder Personalisierung [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], die Fähigkeit, Schüler zu manipulieren [30, 49], Unterrichtszeit zu sparen [61, 80], einfache Lagerung [61], die Fähigkeit, funktionelle Anatomie zu integrieren oder spezifische Strukturen zu schaffen [51, 53], 67] , schnelles Design von Skelettmodellen [81], die Fähigkeit, Modelle gemeinsam zu erstellen und mit nach Hause zu nehmen [49, 60, 71], Verbesserung der mentalen Rotationsfähigkeiten [23] und Wissensspeicherung [32] sowie auf den Lehrer [ 25, 63] und Studentenzufriedenheit [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Die Hauptnachteile hängen mit dem Design zusammen: Starrheit [80], Konsistenz [28, 62], Mangel an Details oder Transparenz [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], zu helle Farben [45].und die Zerbrechlichkeit des Bodens[71].Weitere Nachteile sind Informationsverlust [30, 76], lange Zeit für die Bildsegmentierung [36, 52, 57, 58, 74], Druckzeit [57, 63, 66, 67], mangelnde anatomische Variabilität [25]. und Kosten.Hoch[48].
Diese systematische Übersicht fasst 68 über 9 Jahre veröffentlichte Artikel zusammen und unterstreicht das Interesse der wissenschaftlichen Gemeinschaft an 3DPAM als Werkzeug zum Unterrichten der normalen menschlichen Anatomie.Jede anatomische Region wurde untersucht und 3D-gedruckt.Von diesen Artikeln verglichen 37 Artikel 3DPAM mit anderen Modellen und 33 Artikel bewerteten die pädagogische Relevanz von 3DPAM für Studierende.
Angesichts der Unterschiede im Design anatomischer 3D-Druckstudien hielten wir es nicht für angemessen, eine Metaanalyse durchzuführen.Eine im Jahr 2020 veröffentlichte Metaanalyse konzentrierte sich hauptsächlich auf anatomische Wissenstests nach dem Training, ohne die technischen und technologischen Aspekte des 3DPAM-Designs und der Produktion zu analysieren [10].
Der Kopfbereich wird am meisten untersucht, wahrscheinlich weil die Komplexität seiner Anatomie es für Studenten schwieriger macht, diesen anatomischen Bereich im dreidimensionalen Raum darzustellen als die Gliedmaßen oder den Rumpf.Die CT ist mit Abstand die am häufigsten verwendete Bildgebungsmodalität.Diese Technik wird vor allem im medizinischen Bereich häufig eingesetzt, weist jedoch eine begrenzte räumliche Auflösung und einen geringen Weichteilkontrast auf.Aufgrund dieser Einschränkungen sind CT-Scans für die Segmentierung und Modellierung des Nervensystems ungeeignet.Andererseits eignet sich die Computertomographie besser für die Segmentierung/Modellierung von Knochengewebe;Der Knochen-/Weichteilkontrast hilft dabei, diese Schritte vor dem 3D-Druck anatomischer Modelle durchzuführen.Andererseits gilt die Mikro-CT als Referenztechnologie hinsichtlich der räumlichen Auflösung in der Knochenbildgebung [70].Zur Bildgewinnung können auch optische Scanner oder MRT eingesetzt werden.Eine höhere Auflösung verhindert eine Glättung der Knochenoberflächen und bewahrt die Feinheit anatomischer Strukturen [59].Auch die Wahl des Modells beeinflusst die räumliche Auflösung: Beispielsweise haben Plastifizierungsmodelle eine geringere Auflösung [45].Grafikdesigner müssen benutzerdefinierte 3D-Modelle erstellen, was die Kosten erhöht (25 bis 150 US-Dollar pro Stunde) [43].Für die Erstellung hochwertiger anatomischer Modelle reicht es nicht aus, hochwertige .STL-Dateien zu erhalten.Es ist notwendig, Druckparameter zu bestimmen, beispielsweise die Ausrichtung des anatomischen Modells auf der Druckplatte [29].Einige Autoren schlagen vor, dass fortschrittliche Drucktechnologien wie SLS wo immer möglich eingesetzt werden sollten, um die Genauigkeit von 3DPAM zu verbessern [38].Die Produktion von 3DPAM erfordert professionelle Unterstützung;Die gefragtesten Spezialisten sind Ingenieure [72], Radiologen [75], Grafikdesigner [43] und Anatomen [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Segmentierungs- und Modellierungssoftware sind wichtige Faktoren bei der Erstellung genauer anatomischer Modelle, doch die Kosten dieser Softwarepakete und ihre Komplexität behindern ihre Verwendung.Mehrere Studien haben den Einsatz verschiedener Softwarepakete und Drucktechnologien verglichen und dabei die Vor- und Nachteile jeder Technologie hervorgehoben [68].Neben der Modellierungssoftware ist auch eine mit dem ausgewählten Drucker kompatible Drucksoftware erforderlich.Einige Autoren bevorzugen den Online-3D-Druck [75].Wenn genügend 3D-Objekte gedruckt werden, kann die Investition zu finanziellen Erträgen führen [72].
Kunststoff ist mit Abstand das am häufigsten verwendete Material.Seine große Auswahl an Texturen und Farben machen es zum Material der Wahl für 3DPAM.Einige Autoren loben seine hohe Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Leichen- oder plastinierten Modellen [24, 56, 73].Manche Kunststoffe weisen sogar Biege- oder Dehneigenschaften auf.Beispielsweise lässt sich Filaflex mit FDM-Technologie bis zu 700 % dehnen.Einige Autoren halten es für das Material der Wahl für die Replikation von Muskeln, Sehnen und Bändern [63].Andererseits haben zwei Studien Fragen zur Faserorientierung beim Drucken aufgeworfen.Tatsächlich sind die Ausrichtung, der Ansatz, die Innervation und die Funktion der Muskelfasern bei der Muskelmodellierung von entscheidender Bedeutung [33].
Überraschenderweise erwähnen nur wenige Studien den Umfang des Drucks.Da viele Menschen das Verhältnis 1:1 für Standard halten, hat der Autor möglicherweise beschlossen, es nicht zu erwähnen.Obwohl eine Skalierung für gezieltes Lernen in großen Gruppen nützlich wäre, wurde die Machbarkeit einer Skalierung noch nicht untersucht, insbesondere angesichts wachsender Klassengrößen und der physischen Größe des Modells, die ein wichtiger Faktor sind.Natürlich erleichtern Skalen in Originalgröße das Auffinden verschiedener anatomischer Elemente und deren Vermittlung an den Patienten, was möglicherweise erklärt, warum sie häufig verwendet werden.
Von den vielen auf dem Markt erhältlichen Druckern kosten diejenigen, die die PolyJet-Technologie (Material- oder Binder-Tintenstrahl) verwenden, um Farb- und mehrschichtigen (und daher mehrtexturigen) hochauflösenden Druck zu ermöglichen, zwischen 20.000 und 250.000 US-Dollar (https://www .aniwaa.com/).Diese hohen Kosten können die Förderung von 3DPAM an medizinischen Fakultäten einschränken.Zusätzlich zu den Kosten für den Drucker sind die Materialkosten beim Tintenstrahldruck höher als bei SLA- oder FDM-Druckern [68].Auch die Preise für SLA- oder FDM-Drucker sind günstiger und liegen in den in diesem Testbericht aufgeführten Artikeln zwischen 576 und 4.999 Euro.Laut Tripodi und Kollegen kann jedes Skelettteil für 1,25 US-Dollar gedruckt werden [47].Elf Studien kamen zu dem Schluss, dass der 3D-Druck kostengünstiger ist als Plastifizierung oder kommerzielle Modelle [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83].Darüber hinaus sind diese kommerziellen Modelle darauf ausgelegt, Patienteninformationen bereitzustellen, ohne dass sie für den Anatomieunterricht ausreichend detailliert sind [80].Diese kommerziellen Modelle gelten als 3DPAM unterlegen [44].Es ist erwähnenswert, dass die endgültigen Kosten zusätzlich zur verwendeten Drucktechnologie proportional zum Maßstab und damit zur endgültigen Größe des 3DPAM sind [48].Aus diesen Gründen wird der Vollmaßstab bevorzugt [37].
Nur eine Studie verglich 3DPAM mit kommerziell erhältlichen anatomischen Modellen [72].Leichenproben sind der am häufigsten verwendete Komparator für 3DPAM.Trotz ihrer Einschränkungen bleiben Leichenmodelle ein wertvolles Werkzeug für den Anatomieunterricht.Es muss zwischen Autopsie, Präparation und trockenem Knochen unterschieden werden.Basierend auf Trainingstests zeigten zwei Studien, dass 3DPAM deutlich wirksamer war als eine plastinierte Dissektion [16, 27].In einer Studie wurde eine Stunde Training mit 3DPAM (untere Extremität) mit einer Stunde Präparation derselben anatomischen Region verglichen [78].Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Lehrmethoden.Es ist wahrscheinlich, dass es zu diesem Thema nur wenig Forschung gibt, da solche Vergleiche schwierig sind.Das Präparieren ist für Studierende eine zeitaufwändige Vorbereitung.Manchmal sind Dutzende Stunden Vorbereitungszeit erforderlich, je nachdem, was zubereitet wird.Ein dritter Vergleich kann mit trockenen Knochen durchgeführt werden.Eine Studie von Tsai und Smith ergab, dass die Testergebnisse in der Gruppe, die 3DPAM verwendete, deutlich besser waren [51, 63].Chen und Kollegen stellten fest, dass Schüler, die 3D-Modelle verwendeten, bei der Identifizierung von Strukturen (Schädeln) bessere Ergebnisse erzielten, es jedoch keinen Unterschied bei den MCQ-Ergebnissen gab [69].Schließlich zeigten Tanner und Kollegen in dieser Gruppe mit 3DPAM der Fossa pterygopalatina bessere Ergebnisse nach dem Test [46].In dieser Literaturrecherche wurden weitere neue Lehrmittel identifiziert.Die häufigsten davon sind Augmented Reality, Virtual Reality und Serious Games [43].Laut Mahrous und Kollegen hängt die Präferenz für anatomische Modelle von der Anzahl der Stunden ab, die Schüler Videospiele spielen [31].Andererseits ist ein großer Nachteil neuer Anatomie-Lehrmittel das haptische Feedback, insbesondere bei rein virtuellen Werkzeugen [48].
In den meisten Studien zur Bewertung des neuen 3DPAM wurden Vortests des Wissens durchgeführt.Diese Vortests tragen dazu bei, Verzerrungen bei der Beurteilung zu vermeiden.Einige Autoren schließen vor der Durchführung experimenteller Studien alle Schüler aus, die im Vortest über dem Durchschnitt lagen [40].Zu den Vorurteilen, die Garas und Kollegen erwähnten, gehörten die Farbe des Modells und die Auswahl der Freiwilligen in der Schülerklasse [61].Die Färbung erleichtert die Identifizierung anatomischer Strukturen.Chen und Kollegen legten strenge experimentelle Bedingungen fest, ohne anfängliche Unterschiede zwischen den Gruppen, und die Studie war so weit wie möglich verblindet [69].Lim und Kollegen empfehlen, dass die Bewertung nach dem Test von einem Dritten durchgeführt wird, um Verzerrungen bei der Bewertung zu vermeiden [16].In einigen Studien wurden Likert-Skalen verwendet, um die Machbarkeit von 3DPAM zu bewerten.Dieses Instrument eignet sich zur Messung der Zufriedenheit, dennoch sind wichtige Verzerrungen zu beachten [86].
Die pädagogische Relevanz von 3DPAM wurde in 14 von 33 Studien vor allem bei Medizinstudierenden, einschließlich Medizinstudierenden im ersten Studienjahr, erhoben.In ihrer Pilotstudie berichteten Wilk und Kollegen, dass Medizinstudenten der Meinung waren, dass der 3D-Druck in ihr Anatomielernen einbezogen werden sollte [87].87 % der in der Cercenelli-Studie befragten Studierenden glaubten, dass das zweite Studienjahr der beste Zeitpunkt für den Einsatz von 3DPAM sei [84].Die Ergebnisse von Tanner und Kollegen zeigten auch, dass Studierende bessere Leistungen erbrachten, wenn sie sich nie mit dem Fachgebiet befasst hatten [46].Diese Daten legen nahe, dass das erste Jahr des Medizinstudiums der optimale Zeitpunkt ist, 3DPAM in den Anatomieunterricht zu integrieren.Die Metaanalyse von Yes unterstützte diese Idee [18].In den 27 in die Studie einbezogenen Artikeln gab es signifikante Unterschiede in den Testergebnissen zwischen 3DPAM und herkömmlichen Modellen für Medizinstudenten, nicht jedoch für Assistenzärzte.
3DPAM als Lernwerkzeug verbessert die akademischen Leistungen [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], den langfristigen Wissenserhalt [32] und die Zufriedenheit der Studierenden [25, 45, 46, 52, 57, 63]. , 66]., 69 , 84].Expertengremien fanden diese Modelle ebenfalls nützlich [37, 42, 49, 81, 82], und zwei Studien ergaben, dass Lehrer mit 3DPAM zufrieden sind [25, 63].Backhouse und Kollegen halten den 3D-Druck aus allen Quellen für die beste Alternative zu herkömmlichen anatomischen Modellen [49].In ihrer ersten Metaanalyse bestätigten Ye und Kollegen, dass Schüler, die 3DPAM-Anweisungen erhielten, nach dem Test bessere Ergebnisse erzielten als Schüler, die 2D- oder Leichenanweisungen erhielten [10].Allerdings unterschieden sie 3DPAM nicht nach Komplexität, sondern lediglich nach Herz, Nervensystem und Bauchhöhle.In sieben Studien übertraf 3DPAM andere Modelle nicht, die auf Wissenstests für Studierende basierten [32, 66, 69, 77, 78, 84].In ihrer Metaanalyse kamen Salazar und Kollegen zu dem Schluss, dass der Einsatz von 3DPAM das Verständnis komplexer Anatomie gezielt verbessert [17].Dieses Konzept steht im Einklang mit Hitas‘ Leserbrief [88].Einige als weniger komplex geltende anatomische Bereiche erfordern keinen Einsatz von 3DPAM, wohingegen komplexere anatomische Bereiche (wie der Hals oder das Nervensystem) eine logische Wahl für 3DPAM wären.Dieses Konzept könnte erklären, warum einige 3DPAMs nicht als überlegen gegenüber herkömmlichen Modellen angesehen werden, insbesondere wenn den Studierenden Kenntnisse in dem Bereich fehlen, in dem die Modellleistung als überlegen erachtet wird.Daher ist die Präsentation eines einfachen Modells für Studierende, die bereits über gewisse Kenntnisse des Fachs verfügen (Medizinstudenten oder Assistenzärzte), nicht hilfreich für die Verbesserung der Studierendenleistungen.
Von allen aufgeführten pädagogischen Vorteilen betonten 11 Studien die visuellen oder taktilen Qualitäten der Modelle [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85] und 3 Studien verbesserten die Festigkeit und Haltbarkeit (33). , 50 -52, 63, 79, 85, 86).Weitere Vorteile sind, dass Schüler die Strukturen manipulieren können, Lehrer Zeit sparen können, sie einfacher zu konservieren sind als Leichen, das Projekt innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen werden kann, es als Homeschooling-Tool verwendet werden kann und zum Unterrichten großer Mengen verwendet werden kann von Informationen.Gruppen [30, 49, 60, 61, 80, 81].Wiederholter 3D-Druck für großvolumigen Anatomieunterricht macht den 3D-Druck von Modellen kostengünstiger [26].Der Einsatz von 3DPAM kann die mentale Rotationsfähigkeit verbessern [23] und die Interpretation von Querschnittsbildern verbessern [23, 32].Zwei Studien ergaben, dass bei Studenten, die 3DPAM ausgesetzt waren, die Wahrscheinlichkeit größer war, dass sie sich einer Operation unterziehen mussten [40, 74].Metallverbinder können eingebettet werden, um die Bewegung zu erzeugen, die zum Studium der funktionellen Anatomie erforderlich ist [51, 53], oder Modelle können mithilfe von Triggerdesigns gedruckt werden [67].
Der 3D-Druck ermöglicht die Erstellung anpassbarer anatomischer Modelle durch die Verbesserung bestimmter Aspekte während der Modellierungsphase, [48, 80] die Schaffung einer geeigneten Basis, [59] die Kombination mehrerer Modelle, [36] die Verwendung von Transparenz, (49) Farbe, [45] oder bestimmte innere Strukturen sichtbar machen [30].Tripodi und Kollegen verwendeten Modelliermasse als Ergänzung zu ihren 3D-gedruckten Knochenmodellen und betonten den Wert gemeinsam erstellter Modelle als Lehrmittel [47].In 9 Studien wurde die Farbe nach dem Drucken aufgetragen [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], die Studierenden trugen sie jedoch nur einmal auf [49].Leider wurde in der Studie weder die Qualität des Modelltrainings noch die Trainingssequenz bewertet.Dies sollte im Kontext der Anatomieausbildung berücksichtigt werden, da die Vorteile von Blended Learning und Co-Creation wohlbekannt sind [89].Um der wachsenden Werbeaktivität gerecht zu werden, wurde Selbstlernen vielfach zur Bewertung von Modellen eingesetzt [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Eine Studie kam zu dem Schluss, dass die Farbe des Kunststoffmaterials zu hell sei[45], eine andere Studie kam zu dem Schluss, dass das Modell zu zerbrechlich sei[71] und zwei weitere Studien wiesen auf einen Mangel an anatomischer Variabilität bei der Gestaltung einzelner Modelle hin[25, 45 ]..Sieben Studien kamen zu dem Schluss, dass die anatomischen Details von 3DPAM unzureichend sind [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Für detailliertere anatomische Modelle großer und komplexer Regionen wie des Retroperitoneums oder der Halswirbelsäule gilt die Segmentierungs- und Modellierungszeit als sehr lang und die Kosten sind sehr hoch (ca. 2.000 US-Dollar) [27, 48].Hojo und Kollegen gaben in ihrer Studie an, dass die Erstellung des anatomischen Modells des Beckens 40 Stunden gedauert habe [42].Die längste Segmentierungszeit betrug 380 Stunden in einer Studie von Weatherall und Kollegen, in der mehrere Modelle kombiniert wurden, um ein vollständiges pädiatrisches Atemwegsmodell zu erstellen [36].In neun Studien wurden Segmentierung und Druckzeit als Nachteile angesehen [36, 42, 57, 58, 74].Allerdings kritisierten 12 Studien die physikalischen Eigenschaften ihrer Modelle, insbesondere ihre Konsistenz, [28, 62] mangelnde Transparenz, [30] Zerbrechlichkeit und Monochromatizität, [71] fehlendes Weichgewebe [66] oder mangelnde Detailgenauigkeit [28, 34]., 45, 48, 62, 63, 81].Diese Nachteile können durch eine Erhöhung der Segmentierungs- oder Simulationszeit überwunden werden.Der Verlust und das Abrufen relevanter Informationen war ein Problem, mit dem drei Teams konfrontiert waren [30, 74, 77].Patientenberichten zufolge sorgten jodhaltige Kontrastmittel aufgrund von Dosisbeschränkungen nicht für eine optimale Gefäßsichtbarkeit [74].Die Injektion eines Leichenmodells scheint eine ideale Methode zu sein, die vom Grundsatz „so wenig wie möglich“ und den Beschränkungen der injizierten Kontrastmitteldosis abweicht.
Leider werden in vielen Artikeln einige wichtige Funktionen von 3DPAM nicht erwähnt.Weniger als die Hälfte der Artikel gaben explizit an, ob ihr 3DPAM getönt war.Die Berichterstattung über den Bereich Print war uneinheitlich (43 % der Artikel), und nur 34 % erwähnten die Verwendung mehrerer Medien.Diese Druckparameter sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Lerneigenschaften von 3DPAM beeinflussen.Die meisten Artikel bieten keine ausreichenden Informationen über die Komplexität der Beschaffung von 3DPAM (Entwurfszeit, Personalqualifikationen, Softwarekosten, Druckkosten usw.).Diese Informationen sind von entscheidender Bedeutung und sollten berücksichtigt werden, bevor der Start eines Projekts zur Entwicklung eines neuen 3DPAM in Betracht gezogen wird.
Diese systematische Überprüfung zeigt, dass das Entwerfen und 3D-Drucken normaler anatomischer Modelle zu geringen Kosten möglich ist, insbesondere bei Verwendung von FDM- oder SLA-Druckern und kostengünstigen einfarbigen Kunststoffmaterialien.Diese Grunddesigns können jedoch durch das Hinzufügen von Farbe oder Designs aus anderen Materialien aufgewertet werden.Realistischere Modelle (gedruckt unter Verwendung mehrerer Materialien unterschiedlicher Farben und Texturen, um die taktilen Eigenschaften eines Kadaver-Referenzmodells genau nachzubilden) erfordern teurere 3D-Drucktechnologien und längere Entwurfszeiten.Dadurch werden die Gesamtkosten deutlich steigen.Unabhängig davon, welches Druckverfahren gewählt wird, ist die Wahl der geeigneten Bildgebungsmethode der Schlüssel zum Erfolg von 3DPAM.Je höher die räumliche Auflösung, desto realistischer wird das Modell und kann für weiterführende Forschungen verwendet werden.Aus pädagogischer Sicht ist 3DPAM ein wirksames Instrument für den Anatomieunterricht, wie die bei den Studierenden durchgeführten Wissenstests und ihre Zufriedenheit belegen.Der Lehreffekt von 3DPAM ist am besten, wenn es komplexe anatomische Regionen nachbildet und Studenten es schon früh in ihrer medizinischen Ausbildung nutzen.
Die in der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind aufgrund von Sprachbarrieren nicht öffentlich verfügbar, können aber auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor angefordert werden.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM.Ein Überblick über die Kurse in makroskopischer Anatomie, Mikroanatomie, Neurobiologie und Embryologie in den Lehrplänen der US-amerikanischen medizinischen Fakultäten.Anat Rec.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Leichenpräparation als Lehrmittel für die Anatomie im 21. Jahrhundert: Präparation als Lehrmittel.Analyse des naturwissenschaftlichen Unterrichts.2017;10(3):286–99.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.04.2024