الطباعة ثلاثية الأبعاد كأداة تعليمية للتشريح البشري الطبيعي: مراجعة منهجية |التعليم الطبي BMC

يبدو أن النماذج التشريحية المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3DPAMs) هي أداة مناسبة نظرًا لقيمتها التعليمية وجدواها.الغرض من هذه المراجعة هو وصف وتحليل الطرق المستخدمة لإنشاء 3DPAM لتدريس علم التشريح البشري وتقييم مساهمتها التربوية.
تم إجراء بحث إلكتروني في PubMed باستخدام المصطلحات التالية: التعليم، المدرسة، التعلم، التدريس، التدريب، التدريس، التعليم ثلاثي الأبعاد، ثلاثي الأبعاد، ثلاثي الأبعاد، الطباعة، الطباعة، الطباعة، التشريح، التشريح، التشريح، التشريح. ..وتضمنت النتائج خصائص الدراسة، وتصميم النموذج، والتقييم الصرفي، والأداء التعليمي، ونقاط القوة والضعف.
من بين 68 مقالة مختارة، ركز أكبر عدد من الدراسات على منطقة الجمجمة (33 مقالة)؛51 مقالة تذكر طباعة العظام.في 47 مقالة، تم تطوير 3DPAM على أساس التصوير المقطعي المحوسب.يتم سرد خمس عمليات الطباعة.تم استخدام البلاستيك ومشتقاته في 48 دراسة.ويتراوح سعر كل تصميم من 1.25 دولار إلى 2800 دولار.قارنت سبعة وثلاثون دراسة 3DPAM مع النماذج المرجعية.تناولت ثلاثة وثلاثون مقالة الأنشطة التعليمية.وتتمثل الفوائد الرئيسية في الجودة البصرية واللمسية، وكفاءة التعلم، والتكرار، وقابلية التخصيص وخفة الحركة، وتوفير الوقت، وتكامل التشريح الوظيفي، وقدرات دوران عقلي أفضل، والاحتفاظ بالمعرفة ورضا المعلم/الطالب.تتعلق العيوب الرئيسية بالتصميم: الاتساق، الافتقار إلى التفاصيل أو الشفافية، الألوان الزاهية للغاية، أوقات الطباعة الطويلة والتكلفة العالية.
توضح هذه المراجعة المنهجية أن 3DPAM فعال من حيث التكلفة وفعال في تدريس علم التشريح.تتطلب النماذج الأكثر واقعية استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر تكلفة وأوقات تصميم أطول، مما سيؤدي إلى زيادة التكلفة الإجمالية بشكل كبير.والمفتاح هو اختيار طريقة التصوير المناسبة.من وجهة نظر تربوية، يعد برنامج 3DPAM أداة فعالة لتدريس علم التشريح، مع تأثير إيجابي على نتائج التعلم والرضا.يكون تأثير التدريس لـ 3DPAM هو الأفضل عندما يقوم بإعادة إنتاج مناطق تشريحية معقدة ويستخدمها الطلاب في وقت مبكر من تدريبهم الطبي.
تم إجراء تشريح جثث الحيوانات منذ اليونان القديمة وهو إحدى الطرق الرئيسية لتدريس علم التشريح.تُستخدم عمليات تشريح الجثث التي يتم إجراؤها أثناء التدريب العملي في المنهج النظري لطلاب الطب بالجامعات وتعتبر حاليًا المعيار الذهبي لدراسة علم التشريح [1،2،3،4،5].ومع ذلك، هناك العديد من العوائق التي تحول دون استخدام عينات الجثث البشرية، مما دفع إلى البحث عن أدوات تدريب جديدة [6، 7].تتضمن بعض هذه الأدوات الجديدة الواقع المعزز والأدوات الرقمية والطباعة ثلاثية الأبعاد.وفقا لمراجعة الأدبيات الأخيرة التي أجراها سانتوس وآخرون.[8] ومن حيث قيمة هذه التقنيات الجديدة لتدريس علم التشريح، يبدو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي واحدة من أهم الموارد، سواء من حيث القيمة التعليمية للطلاب ومن حيث جدوى التنفيذ [4،9،10] .
الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست جديدة.تعود أولى براءات الاختراع المتعلقة بهذه التكنولوجيا إلى عام 1984: A Le Méhauté وO De Witte وJC André في فرنسا، وبعد ثلاثة أسابيع C Hull في الولايات المتحدة الأمريكية.ومنذ ذلك الحين، استمرت التكنولوجيا في التطور وتوسع استخدامها في العديد من المجالات.على سبيل المثال، طبعت وكالة ناسا أول جسم خارج الأرض في عام 2014[11].وقد اعتمد المجال الطبي أيضًا هذه الأداة الجديدة، مما أدى إلى زيادة الرغبة في تطوير الطب الشخصي [12].
أظهر العديد من المؤلفين فوائد استخدام النماذج التشريحية المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3DPAM) في التعليم الطبي [10، 13، 14، 15، 16، 17، 18، 19].عند تدريس علم التشريح البشري، هناك حاجة إلى نماذج غير مرضية وطبيعية تشريحيًا.قامت بعض المراجعات بفحص نماذج التدريب المرضية أو الطبية/الجراحية [8، 20، 21].لتطوير نموذج هجين لتدريس التشريح البشري يتضمن أدوات جديدة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، أجرينا مراجعة منهجية لوصف وتحليل كيفية إنشاء الكائنات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتدريس التشريح البشري وكيفية تقييم الطلاب لفعالية التعلم باستخدام هذه الكائنات ثلاثية الأبعاد.
تم إجراء هذه المراجعة المنهجية للأدبيات في يونيو 2022 باستخدام إرشادات PRISMA (عناصر إعداد التقارير المفضلة للمراجعات المنهجية والتحليلات الوصفية) دون قيود زمنية [22].
وكانت معايير الاشتمال جميع الأوراق البحثية باستخدام 3DPAM في تدريس / تعلم علم التشريح.تم استبعاد مراجعات الأدبيات أو الرسائل أو المقالات التي تركز على النماذج المرضية، والنماذج الحيوانية، والنماذج الأثرية، ونماذج التدريب الطبي / الجراحي.تم اختيار المقالات المنشورة باللغة الإنجليزية فقط.تم استبعاد المقالات التي لا تحتوي على ملخصات متاحة على الإنترنت.تم تضمين المقالات التي تضمنت نماذج متعددة، واحدة منها على الأقل كانت طبيعية من الناحية التشريحية أو بها أمراض بسيطة لا تؤثر على قيمة التدريس.
تم إجراء بحث في الأدبيات في قاعدة البيانات الإلكترونية PubMed (المكتبة الوطنية للطب، NCBI) لتحديد الدراسات ذات الصلة المنشورة حتى يونيو 2022. استخدم مصطلحات البحث التالية: التعليم، المدرسة، التدريس، التدريس، التعلم، التدريس، التعليم، ثلاثة- الأبعاد، 3D، 3D، الطباعة، الطباعة، الطباعة، التشريح، التشريح، التشريح والتشريح.تم تنفيذ استعلام واحد: (((التعليم[العنوان/الملخص] أو المدرسة[العنوان/الملخص] أو التعلم[العنوان/الملخص] أو التدريس[العنوان/الملخص] أو التدريب[العنوان/الملخص] OReach[العنوان/الملخص] ] أو التعليم [عنوان/ملخص]) و (ثلاثة أبعاد [عنوان] أو ثلاثي الأبعاد [عنوان] أو ثلاثي الأبعاد [عنوان])) و (طباعة [عنوان] أو طباعة [عنوان] أو طباعة [عنوان])) و (تشريح) [عنوان] ] ]/الملخص] أو التشريح [عنوان/الملخص] أو التشريح [عنوان/الملخص] أو التشريح [عنوان/الملخص]).تم تحديد المقالات الإضافية من خلال البحث يدويًا في قاعدة بيانات PubMed ومراجعة مراجع المقالات العلمية الأخرى.لم يتم تطبيق أي قيود على التاريخ، ولكن تم استخدام مرشح "الشخص".
تم فحص جميع العناوين والملخصات المستردة مقابل معايير الاشتمال والاستبعاد من قبل مؤلفين (EBR وAL)، وتم استبعاد أي دراسة لا تستوفي جميع معايير الأهلية.تم استرجاع منشورات النص الكامل للدراسات المتبقية ومراجعتها من قبل ثلاثة مؤلفين (EBR، EBE وAL).عند الضرورة، يتم حل الخلافات في اختيار المقالات من قبل شخص رابع (LT).تم تضمين المنشورات التي استوفت جميع معايير الاشتمال في هذه المراجعة.
تم إجراء استخراج البيانات بشكل مستقل من قبل مؤلفين (EBR وAL) تحت إشراف مؤلف ثالث (LT).
- بيانات تصميم النموذج: المناطق التشريحية، الأجزاء التشريحية المحددة، النموذج الأولي للطباعة ثلاثية الأبعاد، طريقة الاقتناء، برنامج التجزئة والنمذجة، نوع الطابعة ثلاثية الأبعاد، نوع المادة وكميتها، مقياس الطباعة، اللون، تكلفة الطباعة.
- التقييم المورفولوجي للنماذج: النماذج المستخدمة للمقارنة، التقييم الطبي للخبراء/المعلمين، عدد المقيمين، نوع التقييم.
- نموذج التدريس ثلاثي الأبعاد: تقييم معرفة الطالب، طريقة التقييم، عدد الطلاب، عدد مجموعات المقارنة، التوزيع العشوائي للطلاب، التعليم / نوع الطالب.
تم تحديد 418 دراسة في MEDLINE، وتم استبعاد 139 مقالة بواسطة مرشح "البشر".وبعد مراجعة العناوين والملخصات، تم اختيار 103 دراسات لقراءة النص الكامل.تم استبعاد 34 مقالة لأنها إما نماذج مرضية (9 مقالات)، نماذج تدريب طبية/جراحية (4 مقالات)، نماذج حيوانية (4 مقالات)، نماذج إشعاعية ثلاثية الأبعاد (مقال واحد) أو لم تكن مقالات علمية أصلية (16 فصلاً).).تم تضمين ما مجموعه 68 مقالة في المراجعة.يعرض الشكل 1 عملية الاختيار كمخطط انسيابي.
مخطط انسيابي يلخص تحديد وفحص وإدراج المقالات في هذه المراجعة المنهجية
نُشرت جميع الدراسات بين عامي 2014 و2022، بمتوسط ​​سنة نشر 2019. ومن بين المقالات الـ 68 المشمولة، كانت 33 (49%) دراسة وصفية وتجريبية، و17 (25%) تجريبية بحتة، و18 (26%) كانت دراسة تجريبية بحتة. تجريبي.وصفي بحت.من بين 50 دراسة تجريبية (73%)، استخدمت 21 دراسة (31%) التوزيع العشوائي.وشملت 34 دراسة فقط (50٪) التحليلات الإحصائية.يلخص الجدول 1 خصائص كل دراسة.
33 مقالة (48٪) فحصت منطقة الرأس، 19 مقالة (28٪) فحصت المنطقة الصدرية، 17 مقالة (25٪) فحصت منطقة البطن، و 15 مقالة (22٪) فحصت الأطراف.ذكرت إحدى وخمسون مقالة (75%) العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد كنماذج تشريحية أو نماذج تشريحية متعددة الشرائح.
فيما يتعلق بنماذج المصدر أو الملفات المستخدمة لتطوير 3DPAM، ذكرت 23 مقالة (34٪) استخدام بيانات المريض، وذكرت 20 مقالة (29٪) استخدام بيانات الجثث، وذكرت 17 مقالة (25٪) استخدام قواعد البيانات.الاستخدام، و7 دراسات (10%) لم تكشف عن مصدر الوثائق المستخدمة.
قامت 47 دراسة (69%) بتطوير 3DPAM استنادًا إلى التصوير المقطعي المحوسب، وذكرت 3 دراسات (4%) استخدام التصوير المقطعي المصغر.7 مقالات (10%) عرضت كائنات ثلاثية الأبعاد باستخدام الماسحات الضوئية، 4 مقالات (6%) باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، ومقال واحد (1%) باستخدام الكاميرات والمجاهر.14 مقالة (21%) لم تذكر مصدر الملفات المصدرية لتصميم النموذج ثلاثي الأبعاد.يتم إنشاء ملفات ثلاثية الأبعاد بدقة مكانية متوسطة أقل من 0.5 مم.الدقة المثلى هي 30 ميكرومتر [80] والحد الأقصى للدقة هو 1.5 مم [32].
تم استخدام ستين تطبيقًا برمجيًا مختلفًا (التجزئة أو النمذجة أو التصميم أو الطباعة).تم استخدام المحاكيات (Materialise، Leuven، بلجيكا) في أغلب الأحيان (14 دراسة، 21٪)، تليها MeshMixer (Autodesk، San Rafael، CA) (13 دراسة، 19٪)، Geomagic (3D System، MO، NC، Leesville) .(10 دراسات، 15%)، 3D Slicer (تدريب مطوري Slicer، بوسطن، ماساتشوستس) (9 دراسات، 13%)، Blender (Blender Foundation، أمستردام، هولندا) (8 دراسات، 12%) وCURA (جيلديمارسين، هولندا) (7 دراسات، 10%).
تم ذكر سبعة وستين نموذجًا مختلفًا للطابعة وخمس عمليات طباعة.تم استخدام تقنية FDM (نمذجة الترسيب المنصهر) في 26 منتجًا (38%)، وتفجير المواد في 13 منتجًا (19%)، وأخيرًا تفجير المواد الرابطة (11 منتجًا، 16%).التقنيات الأقل استخدامًا هي الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) (5 مقالات، 7%) والتلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) (4 مقالات، 6%).الطابعة الأكثر استخدامًا (7 مقالات، 10%) هي Connex 500 (ستراتاسيس، ريهوفوت، إسرائيل) [27، 30، 32، 36، 45، 62، 65].
عند تحديد المواد المستخدمة لصنع 3DPAM (51 مادة، 75%)، استخدمت 48 دراسة (71%) المواد البلاستيكية ومشتقاتها.كانت المواد الرئيسية المستخدمة هي PLA (حمض البوليلاكتيك) (العدد = 20، 29%)، والراتنج (العدد = 9، 13%) وABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين) (7 أنواع، 10%).تناولت 23 مقالة (34%) مادة 3DPAM المصنوعة من مواد متعددة، وعرضت 36 مقالة (53%) مادة 3DPAM مصنوعة من مادة واحدة فقط، و9 مقالات (13%) لم تحدد مادة ما.
أفادت تسعة وعشرون مقالة (43%) أن نسب الطباعة تتراوح بين 0.25:1 إلى 2:1، بمتوسط ​​1:1.استخدمت خمس وعشرون مقالة (37%) نسبة 1:1.28 3DPAMs (41٪) تتكون من ألوان متعددة، وتم صبغ 9 (13٪) بعد الطباعة [43، 46، 49، 54، 58، 59، 65، 69، 75].
ذكرت أربع وثلاثون مقالة (50%) التكاليف.ذكرت 9 مقالات (13%) تكلفة الطابعات ثلاثية الأبعاد والمواد الخام.تتراوح أسعار الطابعات من 302 دولارًا إلى 65000 دولارًا.عند تحديدها، تتراوح أسعار النماذج من 1.25 دولارًا إلى 2800 دولار؛تتوافق هذه الحالات المتطرفة مع عينات الهيكل العظمي [47] ونماذج خلف الصفاق عالية الدقة [48].يلخص الجدول 2 البيانات النموذجية لكل دراسة مشمولة.
قارنت سبعة وثلاثون دراسة (54%) 3DAPM بنموذج مرجعي.من بين هذه الدراسات، كان المقارن الأكثر شيوعًا هو النموذج المرجعي التشريحي، المستخدم في 14 مقالة (38%)، والمستحضرات الملدنة في 6 مقالات (16%)، والمستحضرات الملدنة في 6 مقالات (16%).استخدام الواقع الافتراضي، والتصوير المقطعي المحوسب، و3DPAM واحد في 5 مقالات (14%)، و3DPAM آخر في 3 مقالات (8%)، والألعاب الجادة في مقال واحد (3%)، والصور الشعاعية في مقال واحد (3%)، ونماذج الأعمال في مقال واحد (3%) والواقع المعزز في مقال واحد (3%).أربعة وثلاثون (50٪) دراسات تقييم 3DPAM.خمسة عشر (48٪) يدرسون تجارب المُقيّمين بالتفصيل (الجدول 3).تم إجراء 3DPAM من قبل الجراحين أو الأطباء الحاضرين في 7 دراسات (47٪)، وأخصائيي التشريح في 6 دراسات (40٪)، والطلاب في 3 دراسات (20٪)، والمدرسين (التخصص غير محدد) في 3 دراسات (20٪) للتقييم ومقيم آخر في المقالة (7%).متوسط ​​عدد المقيمين هو 14 (الحد الأدنى 2 والحد الأقصى 30).قامت ثلاث وثلاثون دراسة (49٪) بتقييم مورفولوجيا 3DPAM من الناحية النوعية، وقامت 10 دراسات (15٪) بتقييم مورفولوجيا 3DPAM كميًا.من بين 33 دراسة استخدمت التقييمات النوعية، استخدمت 16 دراسة تقييمات وصفية بحتة (48%)، واستخدمت 9 اختبارات/تقييمات/استطلاعات (27%)، واستخدمت 8 مقاييس ليكرت (24%).يلخص الجدول 3 التقييمات المورفولوجية للنماذج في كل دراسة مشمولة.
تم فحص ومقارنة ثلاثة وثلاثين (48٪) من المقالات فعالية تدريس 3DPAM للطلاب.من بين هذه الدراسات، قامت 23 (70%) مقالة بتقييم رضا الطلاب، واستخدمت 17 (51%) مقياس ليكرت، واستخدمت 6 (18%) طرقًا أخرى.قامت اثنان وعشرون مقالة (67%) بتقييم تعلم الطلاب من خلال اختبار المعرفة، منها 10 (30%) استخدمت الاختبارات القبلية و/أو الاختبارات البعدية.استخدمت إحدى عشرة دراسة (33%) أسئلة واختبارات متعددة الخيارات لتقييم معرفة الطلاب، واستخدمت خمس دراسات (15%) وسم الصور/التعريف التشريحي.شارك في كل دراسة ما معدله 76 طالبًا (الحد الأدنى 8 والحد الأقصى 319).كانت أربع وعشرون دراسة (72٪) مجموعة مراقبة، منها 20 (60٪) استخدمت التوزيع العشوائي.في المقابل، قامت إحدى الدراسات (3٪) بتعيين نماذج تشريحية عشوائيًا لـ 10 طلاب مختلفين.في المتوسط، تمت مقارنة 2.6 مجموعة (الحد الأدنى 2، الحد الأقصى 10).وشملت ثلاث وعشرون دراسة (70٪) طلاب الطب، منهم 14 (42٪) كانوا طلاب الطب في السنة الأولى.شملت ست دراسات (18٪) المقيمين، و4 (12٪) طلاب طب الأسنان، و3 (9٪) طلاب العلوم.قامت ست دراسات (18%) بتنفيذ وتقييم التعلم المستقل باستخدام 3DPAM.يلخص الجدول 4 نتائج تقييم فعالية التدريس 3DPAM لكل دراسة مشمولة.
الفوائد الرئيسية لاستخدام 3DPAM كأداة تعليمية لتدريس التشريح البشري الطبيعي التي أبلغ عنها المؤلفون هي الخصائص البصرية واللمسية، بما في ذلك الواقعية [55، 67]، والدقة [44، 50، 72، 85]، وتقلب الاتساق [34] .، 45، 48، 64]، اللون والشفافية [28، 45]، الموثوقية [24، 56، 73]، التأثير التعليمي [16، 32، 35، 39، 52، 57، 63، 69، 79]، التكلفة [ 27، 41، 44، 45، 48، 51، 60، 64، 80، 81، 83]، إمكانية التكرار [80]، إمكانية التحسين أو التخصيص [28، 30، 36، 45، 48، 51، 53، 59، 61، 67، 80]، القدرة على التعامل مع الطلاب [30، 49]، توفير وقت التدريس [61، 80]، سهولة التخزين [61]، القدرة على دمج التشريح الوظيفي أو إنشاء هياكل محددة [51، 53]، 67]، التصميم السريع لنماذج الهيكل العظمي [81]، والقدرة على إنشاء واستخدام النماذج المنزلية بشكل تعاوني [49، 60، 71]، وتحسين قدرات التدوير العقلي [23] والاحتفاظ بالمعرفة [32]، وكذلك في المعلم [ 25، 63] ورضا الطلاب [25، 63].45، 46، 52، 52، 57، 63، 66، 69، 84].
تتعلق العيوب الرئيسية بالتصميم: الصلابة [80]، الاتساق [28، 62]، نقص التفاصيل أو الشفافية [28، 30، 34، 45، 48، 62، 64، 81]، الألوان الزاهية جدًا [45].وهشاشة الأرضية[71].تشمل العيوب الأخرى فقدان المعلومات [30، 76]، الوقت الطويل المطلوب لتجزئة الصورة [36، 52، 57، 58، 74]، وقت الطباعة [57، 63، 66، 67]، نقص التباين التشريحي [25]، والتكلفة .عالية[48].
تلخص هذه المراجعة المنهجية 68 مقالة منشورة على مدى 9 سنوات وتسلط الضوء على اهتمام المجتمع العلمي بـ 3DPAM كأداة لتدريس التشريح البشري الطبيعي.تمت دراسة كل منطقة تشريحية وطباعتها ثلاثية الأبعاد.من بين هذه المقالات، قارنت 37 مقالة 3DPAM مع النماذج الأخرى، وقامت 33 مقالة بتقييم الأهمية التربوية لـ 3DPAM للطلاب.
ونظرا للاختلافات في تصميم دراسات الطباعة ثلاثية الأبعاد التشريحية، فإننا لم نعتبر أنه من المناسب إجراء التحليل التلوي.ركز التحليل التلوي الذي نُشر في عام 2020 بشكل أساسي على اختبارات المعرفة التشريحية بعد التدريب دون تحليل الجوانب الفنية والتكنولوجية لتصميم وإنتاج 3DPAM [10].
منطقة الرأس هي الأكثر دراسة، ربما لأن تعقيد تشريحها يجعل من الصعب على الطلاب تصوير هذه المنطقة التشريحية في مساحة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالأطراف أو الجذع.يعد التصوير المقطعي طريقة التصوير الأكثر استخدامًا إلى حد بعيد.تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع، خاصة في البيئات الطبية، ولكنها ذات دقة مكانية محدودة وتباين منخفض للأنسجة الرخوة.هذه القيود تجعل الأشعة المقطعية غير مناسبة لتجزئة ونمذجة الجهاز العصبي.من ناحية أخرى، يعتبر التصوير المقطعي المحوسب أكثر ملاءمة لتجزئة/نمذجة الأنسجة العظمية؛يساعد تباين الأنسجة العظمية/الرخوة على إكمال هذه الخطوات قبل طباعة النماذج التشريحية ثلاثية الأبعاد.من ناحية أخرى، يعتبر microCT التكنولوجيا المرجعية من حيث الدقة المكانية في تصوير العظام [70].يمكن أيضًا استخدام الماسحات الضوئية أو التصوير بالرنين المغناطيسي للحصول على الصور.الدقة العالية تمنع تنعيم أسطح العظام وتحافظ على دقة الهياكل التشريحية [59].يؤثر اختيار النموذج أيضًا على الدقة المكانية: على سبيل المثال، نماذج التلدين لها دقة أقل [45].يتعين على مصممي الجرافيك إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد مخصصة، مما يزيد التكاليف (من 25 إلى 150 دولارًا في الساعة) [43].الحصول على ملفات .STL عالية الجودة لا يكفي لإنشاء نماذج تشريحية عالية الجودة.من الضروري تحديد معلمات الطباعة، مثل اتجاه النموذج التشريحي على لوحة الطباعة [29].يقترح بعض المؤلفين أنه ينبغي استخدام تقنيات الطباعة المتقدمة مثل SLS حيثما أمكن ذلك لتحسين دقة 3DPAM [38].يتطلب إنتاج 3DPAM مساعدة مهنية؛المتخصصين الأكثر طلبًا هم المهندسون [72]، وأخصائيو الأشعة، [75]، ومصممو الجرافيك [43] وعلماء التشريح [25، 28، 51، 57، 76، 77].
تعد برامج التجزئة والنمذجة من العوامل المهمة في الحصول على نماذج تشريحية دقيقة، ولكن تكلفة حزم البرامج هذه وتعقيدها يعيق استخدامها.قامت العديد من الدراسات بمقارنة استخدام حزم البرامج المختلفة وتقنيات الطباعة، مع تسليط الضوء على مزايا وعيوب كل تقنية [68].بالإضافة إلى برامج النمذجة، يلزم أيضًا وجود برامج طباعة متوافقة مع الطابعة المحددة؛يفضل بعض المؤلفين استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر الإنترنت [75].إذا تمت طباعة ما يكفي من الكائنات ثلاثية الأبعاد، فيمكن أن يؤدي الاستثمار إلى عوائد مالية [72].
البلاستيك هو المادة الأكثر استخدامًا على الإطلاق.إن مجموعتها الواسعة من القوام والألوان تجعلها المادة المفضلة لـ 3DPAM.وقد أشاد بعض المؤلفين بقوتها العالية مقارنة بنماذج الجثث التقليدية أو المطلية [24، 56، 73].حتى أن بعض المواد البلاستيكية لها خصائص الانحناء أو التمدد.على سبيل المثال، يمكن أن يمتد Filaflex بتقنية FDM حتى 700%.يعتبره بعض المؤلفين المادة المفضلة لتكرار العضلات والأوتار والأربطة [63].من ناحية أخرى، أثارت دراستان تساؤلات حول اتجاه الألياف أثناء الطباعة.في الواقع، يعد توجيه الألياف العضلية وإدخالها وتعصيبها ووظيفتها أمرًا بالغ الأهمية في نمذجة العضلات [33].
والمثير للدهشة أن القليل من الدراسات تشير إلى حجم الطباعة.نظرًا لأن العديد من الأشخاص يعتبرون نسبة 1:1 معيارًا، فربما اختار المؤلف عدم ذكرها.على الرغم من أن التوسع سيكون مفيدًا للتعلم الموجه في مجموعات كبيرة، إلا أن جدوى التوسع لم يتم استكشافها بعد، خاصة مع تزايد أحجام الفصول الدراسية والحجم المادي للنموذج باعتباره عاملاً مهمًا.وبطبيعة الحال، فإن المقاييس ذات الحجم الكامل تجعل من السهل تحديد موقع العناصر التشريحية المختلفة وتوصيلها إلى المريض، وهو ما قد يفسر سبب استخدامها كثيرًا.
من بين العديد من الطابعات المتوفرة في السوق، تكلف تلك التي تستخدم تقنية PolyJet (نفث حبر المواد أو نفث الحبر الموثق) لتوفير طباعة ملونة عالية الوضوح ومواد متعددة (وبالتالي متعددة الأنسجة) ما بين 20000 دولار أمريكي و250000 دولار أمريكي ( https:/ /www.aniwaa.com/).هذه التكلفة العالية قد تحد من الترويج لـ 3DPAM في كليات الطب.بالإضافة إلى تكلفة الطابعة، فإن تكلفة المواد المطلوبة للطباعة النافثة للحبر أعلى من تكلفة طابعات SLA أو FDM [68].تعد أسعار طابعات SLA أو FDM أيضًا ميسورة التكلفة، وتتراوح من 576 يورو إلى 4999 يورو في المقالات المدرجة في هذه المراجعة.وفقًا لتريبودي وزملائه، يمكن طباعة كل جزء من الهيكل العظمي مقابل 1.25 دولارًا أمريكيًا [47].خلصت إحدى عشرة دراسة إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد أرخص من التلدين أو النماذج التجارية [24، 27، 41، 44، 45، 48، 51، 60، 63، 80، 81، 83].علاوة على ذلك، تم تصميم هذه النماذج التجارية لتوفير معلومات للمريض دون تفاصيل كافية لتدريس علم التشريح [80].تعتبر هذه النماذج التجارية أدنى من 3DPAM [44].ومن الجدير بالذكر أنه، بالإضافة إلى تكنولوجيا الطباعة المستخدمة، فإن التكلفة النهائية تتناسب مع الحجم وبالتالي الحجم النهائي لـ 3DPAM [48].ولهذه الأسباب، يُفضل المقياس بالحجم الكامل [37].
قامت دراسة واحدة فقط بمقارنة 3DPAM مع النماذج التشريحية المتاحة تجاريًا [72].تعتبر عينات الجثث هي المقارنة الأكثر استخدامًا لـ 3DPAM.على الرغم من القيود المفروضة عليها، تظل نماذج الجثث أداة قيمة لتدريس علم التشريح.ويجب التمييز بين التشريح والتشريح والعظام الجافة.بناءً على اختبارات التدريب، أظهرت دراستان أن 3DPAM كان أكثر فعالية بشكل ملحوظ من تشريح التبليسات [16، 27].قارنت إحدى الدراسات ساعة واحدة من التدريب باستخدام 3DPAM (الطرف السفلي) مع ساعة واحدة من تشريح نفس المنطقة التشريحية [78].ولم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية بين طريقتي التدريس.من المحتمل أن يكون هناك القليل من الأبحاث حول هذا الموضوع بسبب صعوبة إجراء مثل هذه المقارنات.التشريح هو إعداد يستغرق وقتا طويلا للطلاب.في بعض الأحيان، يتطلب الأمر عشرات الساعات من التحضير، اعتمادًا على ما يتم إعداده.ويمكن إجراء مقارنة ثالثة مع العظام الجافة.وجدت دراسة أجراها تساي وسميث أن درجات الاختبار كانت أفضل بكثير في المجموعة التي تستخدم 3DPAM [51، 63].لاحظ تشن وزملاؤه أن الطلاب الذين يستخدمون النماذج ثلاثية الأبعاد كان أداؤهم أفضل في تحديد الهياكل (الجماجم)، ولكن لم يكن هناك اختلاف في درجات MCQ [69].أخيرًا، أظهر تانر وزملاؤه نتائج أفضل بعد الاختبار في هذه المجموعة باستخدام 3DPAM للحفرة الجناحية الحنكية [46].تم تحديد أدوات تعليمية جديدة أخرى في مراجعة الأدبيات هذه.وأكثرها شيوعًا هو الواقع المعزز والواقع الافتراضي والألعاب الجادة [43].وبحسب محروس وزملائه، فإن تفضيل النماذج التشريحية يعتمد على عدد الساعات التي يلعب فيها الطلاب ألعاب الفيديو [31].من ناحية أخرى، فإن العيب الرئيسي لأدوات تدريس التشريح الجديدة هو ردود الفعل اللمسية، خاصة بالنسبة للأدوات الافتراضية البحتة [48].
استخدمت معظم الدراسات التي تقيم 3DPAM الجديد الاختبارات المسبقة للمعرفة.تساعد هذه الاختبارات المسبقة على تجنب التحيز في التقييم.بعض المؤلفين، قبل إجراء الدراسات التجريبية، يستبعدون جميع الطلاب الذين حصلوا على درجات أعلى من المتوسط ​​في الاختبار التمهيدي [40].ومن بين التحيزات التي ذكرها جاراس وزملاؤه لون النموذج واختيار المتطوعين في فصل الطلاب [61].تلطيخ يسهل تحديد الهياكل التشريحية.أنشأ تشن وزملاؤه ظروفًا تجريبية صارمة مع عدم وجود فروق أولية بين المجموعات وتم تعمية الدراسة إلى أقصى حد ممكن [69].يوصي ليم وزملاؤه بإكمال التقييم اللاحق للاختبار من قبل طرف ثالث لتجنب التحيز في التقييم [16].استخدمت بعض الدراسات مقياس ليكرت لتقييم جدوى 3DPAM.هذه الأداة مناسبة لتقييم الرضا، ولكن لا تزال هناك تحيزات مهمة يجب الانتباه إليها [86].
تم تقييم الأهمية التعليمية لـ 3DPAM في المقام الأول بين طلاب الطب، بما في ذلك طلاب الطب في السنة الأولى، في 14 من 33 دراسة.في دراستهم التجريبية، أفاد ويلك وزملاؤه أن طلاب الطب يعتقدون أنه يجب تضمين الطباعة ثلاثية الأبعاد في تعلم التشريح الخاص بهم [87].يعتقد 87% من الطلاب الذين شملهم الاستطلاع في دراسة Cercenelli أن السنة الثانية من الدراسة كانت أفضل وقت لاستخدام 3DPAM [84].وأظهرت نتائج تانر وزملائه أيضًا أن أداء الطلاب كان أفضل إذا لم يدرسوا هذا المجال مطلقًا [46].تشير هذه البيانات إلى أن السنة الأولى من كلية الطب هي الوقت الأمثل لدمج 3DPAM في تدريس علم التشريح.لقد دعم التحليل التلوي الذي أجراه يي هذه الفكرة [18].عبر المقالات الـ 27 المشمولة في الدراسة، كانت هناك اختلافات كبيرة في أداء 3DPAM مقارنة بالنماذج التقليدية لدى طلاب الطب، ولكن ليس لدى المقيمين.
يعمل 3DPAM كأداة تعليمية على تحسين التحصيل الأكاديمي [16، 35، 39، 52، 57، 63، 69، 79]، والاحتفاظ بالمعرفة على المدى الطويل [32]، ورضا الطلاب [25، 45، 46، 52، 57، 63 ، 66].، 69 ، 84].كما وجدت فرق من الخبراء أن هذه النماذج مفيدة [37، 42، 49، 81، 82]، ووجدت دراستان رضا المعلمين عن 3DPAM [25، 63].ومن بين جميع المصادر، يعتبر باكهاوس وزملاؤه أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي أفضل بديل للنماذج التشريحية التقليدية [49].في التحليل التلوي الأول، أكد يي وزملاؤه أن الطلاب الذين تلقوا تعليمات 3DPAM حصلوا على درجات أفضل بعد الاختبار من الطلاب الذين تلقوا تعليمات ثنائية الأبعاد أو تعليمات الجثث [10].ومع ذلك، فقد ميزوا 3DPAM ليس من خلال التعقيد، ولكن ببساطة من خلال القلب والجهاز العصبي وتجويف البطن.في سبع دراسات، لم يتفوق 3DPAM على النماذج الأخرى بناءً على اختبارات المعرفة المقدمة للطلاب [32، 66، 69، 77، 78، 84].في تحليلهم التلوي، خلص سالازار وزملاؤه إلى أن استخدام 3DPAM على وجه التحديد يحسن فهم التشريح المعقد [17].يتوافق هذا المفهوم مع رسالة هيتاس إلى المحرر [88].بعض المناطق التشريحية التي تعتبر أقل تعقيدًا لا تتطلب استخدام 3DPAM، في حين أن المناطق التشريحية الأكثر تعقيدًا (مثل الرقبة أو الجهاز العصبي) ستكون اختيارًا منطقيًا لـ 3DPAM.قد يفسر هذا المفهوم سبب عدم اعتبار بعض نماذج 3DPAM متفوقة على النماذج التقليدية، خاصة عندما يفتقر الطلاب إلى المعرفة في المجال حيث يكون أداء النموذج متفوقًا.وبالتالي، فإن تقديم نموذج بسيط للطلاب الذين لديهم بالفعل بعض المعرفة بالموضوع (طلاب الطب أو المقيمين) لا يساعد في تحسين أداء الطلاب.
من بين جميع الفوائد التعليمية المذكورة، أكدت 11 دراسة على الصفات البصرية أو اللمسية للنماذج [27،34،44،45،48،50،55،63،67،72،85]، وحسنت 3 دراسات القوة والمتانة (33 ، 50 -52، 63، 79، 85، 86).المزايا الأخرى هي أن الطلاب يمكنهم التعامل مع الهياكل، ويمكن للمعلمين توفير الوقت، كما أن الحفاظ عليها أسهل من الجثث، ويمكن إكمال المشروع في غضون 24 ساعة، ويمكن استخدامه كأداة للتعليم المنزلي، ويمكن استخدامه لتعليم كميات كبيرة المعلومات.المجموعات [30، 49، 60، 61، 80، 81].الطباعة ثلاثية الأبعاد المتكررة لتدريس علم التشريح بكميات كبيرة تجعل نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر فعالية من حيث التكلفة [26].يمكن أن يؤدي استخدام 3DPAM إلى تحسين قدرات الدوران العقلي [23] وتحسين تفسير الصور المقطعية [23، 32].وجدت دراستان أن الطلاب الذين تعرضوا لـ 3DPAM كانوا أكثر عرضة للخضوع لعملية جراحية [40، 74].يمكن دمج الموصلات المعدنية لإنشاء الحركة اللازمة لدراسة التشريح الوظيفي [51، 53]، أو يمكن طباعة النماذج باستخدام تصميمات المشغلات [67].
تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء نماذج تشريحية قابلة للتعديل من خلال تحسين جوانب معينة أثناء مرحلة النمذجة، [48، 80] إنشاء قاعدة مناسبة، [59] الجمع بين نماذج متعددة، [36] باستخدام الشفافية، (49) اللون، [45] أو جعل بعض الهياكل الداخلية مرئية [30].استخدم تريبودي وزملاؤه طين النحت لاستكمال نماذج العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مع التركيز على قيمة النماذج التي تم إنشاؤها بشكل مشترك كأدوات تعليمية [47].في 9 دراسات، تم تطبيق اللون بعد الطباعة [43، 46، 49، 54، 58، 59، 65، 69، 75]، لكن الطلاب طبقوه مرة واحدة فقط [49].ولسوء الحظ، لم تقيم الدراسة جودة التدريب النموذجي أو تسلسل التدريب.وينبغي النظر في ذلك في سياق تعليم التشريح، حيث أن فوائد التعلم المختلط والإبداع المشترك راسخة [89].ولمواجهة النشاط الإعلاني المتزايد، تم استخدام التعلم الذاتي عدة مرات لتقييم النماذج [24، 26، 27، 32، 46، 69، 82].
خلصت إحدى الدراسات إلى أن لون المادة البلاستيكية كان مشرقًا للغاية[45]، وخلصت دراسة أخرى إلى أن النموذج كان هشًا للغاية[71]، وأشارت دراستان أخريان إلى عدم وجود تباين تشريحي في تصميم النماذج الفردية[25، 45 ]..خلصت سبع دراسات إلى أن التفاصيل التشريحية لـ 3DPAM غير كافية [28، 34، 45، 48، 62، 63، 81].
بالنسبة للنماذج التشريحية الأكثر تفصيلاً للمناطق الكبيرة والمعقدة، مثل منطقة خلف الصفاق أو منطقة عنق الرحم، يعتبر وقت التجزئة والنمذجة طويلًا جدًا والتكلفة مرتفعة جدًا (حوالي 2000 دولار أمريكي) [27، 48].أفاد هوجو وزملاؤه في دراستهم أن إنشاء نموذج تشريحي للحوض استغرق 40 ساعة [42].كان أطول وقت للتجزئة هو 380 ساعة في دراسة أجراها Weatherall وزملاؤه، حيث تم دمج نماذج متعددة لإنشاء نموذج كامل للمجرى الهوائي للأطفال [36].في تسع دراسات، اعتبر التجزئة ووقت الطباعة من العيوب [36، 42، 57، 58، 74].ومع ذلك، انتقدت 12 دراسة الخصائص الفيزيائية لنماذجها، ولا سيما اتساقها، [28، 62] نقص الشفافية، [30] الهشاشة وأحادية اللون، [71] نقص الأنسجة الرخوة، [66] أو نقص التفاصيل [28، 34].، 45، 48، 62، 63، 81].يمكن التغلب على هذه العيوب عن طريق زيادة وقت التجزئة أو المحاكاة.كان فقدان المعلومات ذات الصلة واسترجاعها مشكلة واجهتها ثلاثة فرق [30، 74، 77].وفقًا لتقارير المرضى، لم توفر عوامل التباين المعالجة باليود رؤية مثالية للأوعية الدموية بسبب قيود الجرعة [74].يبدو أن حقن نموذج الجثث هو الطريقة المثالية التي تبتعد عن مبدأ "أقل قدر ممكن" والقيود المفروضة على جرعة عامل التباين المحقون.
لسوء الحظ، العديد من المقالات لا تذكر بعض الميزات الرئيسية لبرنامج 3DPAM.أقل من نصف المقالات ذكرت صراحة ما إذا كان 3DPAM الخاص بها ملونًا أم لا.كانت تغطية نطاق الطباعة غير متسقة (43% من المقالات)، وذكر 34% فقط استخدام الوسائط المتعددة.تعتبر معلمات الطباعة هذه ضرورية لأنها تؤثر على خصائص التعلم لـ 3DPAM.لا توفر معظم المقالات معلومات كافية حول تعقيدات الحصول على 3DPAM (وقت التصميم، ومؤهلات الموظفين، وتكاليف البرامج، وتكاليف الطباعة، وما إلى ذلك).تعتبر هذه المعلومات بالغة الأهمية ويجب أخذها في الاعتبار قبل التفكير في بدء مشروع لتطوير 3DPAM جديد.
توضح هذه المراجعة المنهجية أن تصميم النماذج التشريحية العادية وطباعتها ثلاثية الأبعاد أمر ممكن بتكلفة منخفضة، خاصة عند استخدام طابعات FDM أو SLA والمواد البلاستيكية أحادية اللون غير المكلفة.ومع ذلك، يمكن تعزيز هذه التصاميم الأساسية بإضافة الألوان أو إضافة تصاميم بمواد مختلفة.تتطلب النماذج الأكثر واقعية (المطبوعة باستخدام مواد متعددة ذات ألوان ومواد مختلفة لتكرار الصفات اللمسية لنموذج مرجعي للجثث) تقنيات طباعة ثلاثية الأبعاد أكثر تكلفة وأوقات تصميم أطول.سيؤدي هذا إلى زيادة التكلفة الإجمالية بشكل كبير.بغض النظر عن عملية الطباعة التي يتم اختيارها، فإن اختيار طريقة التصوير المناسبة هو مفتاح نجاح 3DPAM.كلما زادت الدقة المكانية، أصبح النموذج أكثر واقعية ويمكن استخدامه في الأبحاث المتقدمة.من وجهة نظر تربوية، يعد برنامج 3DPAM أداة فعالة لتدريس علم التشريح، كما يتضح من اختبارات المعرفة التي يتم إجراؤها للطلاب ومدى رضاهم.يكون تأثير التدريس لـ 3DPAM هو الأفضل عندما يقوم بإعادة إنتاج مناطق تشريحية معقدة ويستخدمها الطلاب في وقت مبكر من تدريبهم الطبي.
مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها و/أو تحليلها في الدراسة الحالية ليست متاحة للجمهور بسبب الحواجز اللغوية ولكنها متاحة من المؤلف المقابل بناء على طلب معقول.
دريك رل، لوري دي جي، برويت سم.مراجعة لدورات التشريح الإجمالي، والتشريح الدقيق، وعلم الأحياء العصبي، وعلم الأجنة في مناهج كليات الطب الأمريكية.عنات التوصية.2002;269(2):118-22.
Ghosh SK تشريح الجثة كأداة تعليمية للعلوم التشريحية في القرن الحادي والعشرين: التشريح كأداة تعليمية.تحليل تعليم العلوم.2017;10(3):286–99.