Mô hình giải phẫu in 3D (3DPAM) dường như là một công cụ phù hợp nhờ giá trị giáo dục và tính khả thi của chúng. Mục đích của bài đánh giá này là mô tả và phân tích các phương pháp được sử dụng để tạo ra 3DPAM phục vụ việc giảng dạy giải phẫu người và đánh giá đóng góp sư phạm của chúng.
Một cuộc tìm kiếm điện tử đã được tiến hành trên PubMed bằng cách sử dụng các thuật ngữ sau: giáo dục, trường học, học tập, giảng dạy, đào tạo, dạy học, giáo dục, ba chiều, 3D, 3 chiều, in ấn, in, in ấn, giải phẫu học, giải phẫu học, và giải phẫu học. Kết quả bao gồm đặc điểm nghiên cứu, thiết kế mô hình, đánh giá hình thái học, hiệu quả giáo dục, điểm mạnh và điểm yếu.
Trong số 68 bài báo được chọn, số lượng nghiên cứu tập trung vào vùng sọ nhiều nhất (33 bài); 51 bài đề cập đến việc in xương. Trong 47 bài báo, công nghệ in 3D kỹ thuật số (3DPAM) được phát triển dựa trên chụp cắt lớp vi tính. Có năm quy trình in được liệt kê. Nhựa và các dẫn xuất của chúng được sử dụng trong 48 nghiên cứu. Mỗi thiết kế có giá từ 1,25 đô la đến 2.800 đô la. Ba mươi bảy nghiên cứu so sánh 3DPAM với các mô hình tham chiếu. Ba mươi ba bài báo đã xem xét các hoạt động giáo dục. Những lợi ích chính là chất lượng hình ảnh và xúc giác, hiệu quả học tập, khả năng lặp lại, khả năng tùy chỉnh và linh hoạt, tiết kiệm thời gian, tích hợp giải phẫu chức năng, khả năng xoay hình ảnh trong đầu tốt hơn, khả năng ghi nhớ kiến thức và sự hài lòng của giáo viên/học sinh. Những nhược điểm chính liên quan đến thiết kế: tính nhất quán, thiếu chi tiết hoặc độ trong suốt, màu sắc quá sáng, thời gian in lâu và chi phí cao.
Bài đánh giá có hệ thống này cho thấy 3DPAM (3D Imaging Description - Mô hình 3D) tiết kiệm chi phí và hiệu quả trong giảng dạy giải phẫu. Các mô hình thực tế hơn đòi hỏi sử dụng công nghệ in 3D đắt tiền hơn và thời gian thiết kế dài hơn, điều này sẽ làm tăng đáng kể tổng chi phí. Mấu chốt là lựa chọn phương pháp tạo ảnh phù hợp. Từ góc độ sư phạm, 3DPAM là một công cụ hiệu quả để giảng dạy giải phẫu, có tác động tích cực đến kết quả học tập và sự hài lòng của sinh viên. Hiệu quả giảng dạy của 3DPAM tốt nhất khi nó tái tạo các vùng giải phẫu phức tạp và sinh viên sử dụng nó ngay từ giai đoạn đầu của quá trình đào tạo y khoa.
Việc mổ xẻ xác động vật đã được thực hiện từ thời Hy Lạp cổ đại và là một trong những phương pháp chính để giảng dạy giải phẫu. Việc mổ xẻ xác người được thực hiện trong quá trình đào tạo thực hành được sử dụng trong chương trình giảng dạy lý thuyết của sinh viên y khoa đại học và hiện được coi là tiêu chuẩn vàng cho việc nghiên cứu giải phẫu [1,2,3,4,5]. Tuy nhiên, có nhiều rào cản đối với việc sử dụng mẫu vật xác người, thúc đẩy việc tìm kiếm các công cụ đào tạo mới [6, 7]. Một số công cụ mới này bao gồm thực tế tăng cường, công cụ kỹ thuật số và in 3D. Theo một đánh giá tài liệu gần đây của Santos et al. [8], xét về giá trị của các công nghệ mới này trong việc giảng dạy giải phẫu, in 3D dường như là một trong những nguồn lực quan trọng nhất, cả về giá trị giáo dục cho sinh viên và về tính khả thi của việc triển khai [4,9,10].
Công nghệ in 3D không phải là mới. Những bằng sáng chế đầu tiên liên quan đến công nghệ này có từ năm 1984: A Le Méhauté, O De Witte và JC André ở Pháp, và ba tuần sau đó là C Hull ở Hoa Kỳ. Kể từ đó, công nghệ này tiếp tục phát triển và việc sử dụng nó đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực. Ví dụ, NASA đã in vật thể đầu tiên ngoài Trái đất vào năm 2014 [11]. Lĩnh vực y tế cũng đã áp dụng công cụ mới này, do đó làm tăng mong muốn phát triển y học cá nhân hóa [12].
Nhiều tác giả đã chứng minh lợi ích của việc sử dụng mô hình giải phẫu in 3D (3DPAM) trong giáo dục y khoa [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Khi giảng dạy giải phẫu người, cần có các mô hình không bệnh lý và có cấu trúc giải phẫu bình thường. Một số bài đánh giá đã xem xét các mô hình đào tạo bệnh lý hoặc y tế/phẫu thuật [8, 20, 21]. Để phát triển một mô hình lai cho việc giảng dạy giải phẫu người kết hợp các công cụ mới như in 3D, chúng tôi đã tiến hành một đánh giá hệ thống để mô tả và phân tích cách tạo ra các vật thể in 3D để giảng dạy giải phẫu người và cách sinh viên đánh giá hiệu quả học tập khi sử dụng các vật thể 3D này.
Đánh giá tài liệu có hệ thống này được thực hiện vào tháng 6 năm 2022 mà không có giới hạn thời gian bằng cách sử dụng hướng dẫn PRISMA (Các mục báo cáo ưu tiên cho đánh giá có hệ thống và phân tích tổng hợp) [22].
Tiêu chí lựa chọn bao gồm tất cả các bài báo nghiên cứu sử dụng mô hình 3D kỹ thuật số (3DPAM) trong giảng dạy/học tập giải phẫu. Các bài tổng quan tài liệu, thư từ hoặc bài báo tập trung vào các mô hình bệnh lý, mô hình động vật, mô hình khảo cổ học và mô hình huấn luyện y tế/phẫu thuật đã bị loại trừ. Chỉ những bài báo được xuất bản bằng tiếng Anh mới được chọn. Các bài báo không có tóm tắt trực tuyến đã bị loại trừ. Các bài báo bao gồm nhiều mô hình, trong đó ít nhất một mô hình có cấu trúc giải phẫu bình thường hoặc có bệnh lý nhỏ không ảnh hưởng đến giá trị giảng dạy, đã được đưa vào.
Chúng tôi đã tiến hành tìm kiếm tài liệu trong cơ sở dữ liệu điện tử PubMed (Thư viện Y khoa Quốc gia, NCBI) để xác định các nghiên cứu liên quan được công bố cho đến tháng 6 năm 2022. Sử dụng các từ khóa tìm kiếm sau: giáo dục, trường học, giảng dạy, dạy học, học tập, giảng dạy, giáo dục, ba chiều, 3D, 3D, in ấn, in ấn, in ấn, giải phẫu học, giải phẫu học, giải phẫu học và giải phẫu học. Một truy vấn duy nhất đã được thực thi: (((education[Title/Abstract] OR school[Title/Abstract] ORlearning[Title/Abstract] OR teaching[Title/Abstract] OR training[Title/Abstract] ORreach[Title/Abstract] ] OR Education [Title/Abstract]) AND (Three Dimensions [Title] OR 3D [Title] OR 3D [Title])) AND (Print [Title] OR Print [Title] OR Print [Title])) AND (Anatomy) [Title] ]/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract] or anatomy [title/abstract]). Các bài báo bổ sung được xác định bằng cách tìm kiếm thủ công trong cơ sở dữ liệu PubMed và xem xét các tài liệu tham khảo của các bài báo khoa học khác. Không có hạn chế về ngày tháng nào được áp dụng, nhưng bộ lọc “Person” đã được sử dụng.
Tất cả các tiêu đề và tóm tắt được tìm thấy đều được hai tác giả (EBR và AL) sàng lọc dựa trên các tiêu chí bao gồm và loại trừ, và bất kỳ nghiên cứu nào không đáp ứng tất cả các tiêu chí đủ điều kiện đều bị loại bỏ. Các bài báo toàn văn của các nghiên cứu còn lại được ba tác giả (EBR, EBE và AL) thu thập và xem xét. Khi cần thiết, những bất đồng trong việc lựa chọn bài báo được giải quyết bởi người thứ tư (LT). Các ấn phẩm đáp ứng tất cả các tiêu chí bao gồm đều được đưa vào bài đánh giá này.
Việc trích xuất dữ liệu được thực hiện độc lập bởi hai tác giả (EBR và AL) dưới sự giám sát của tác giả thứ ba (LT).
- Dữ liệu thiết kế mô hình: các vùng giải phẫu, các bộ phận giải phẫu cụ thể, mô hình ban đầu để in 3D, phương pháp thu thập dữ liệu, phần mềm phân đoạn và tạo mô hình, loại máy in 3D, loại và số lượng vật liệu, tỷ lệ in, màu sắc, chi phí in.
- Đánh giá hình thái học của các mô hình: các mô hình được sử dụng để so sánh, đánh giá y khoa của các chuyên gia/giáo viên, số lượng người đánh giá, loại hình đánh giá.
- Dạy mô hình 3D: đánh giá kiến thức của sinh viên, phương pháp đánh giá, số lượng sinh viên, số lượng nhóm so sánh, phân bổ ngẫu nhiên sinh viên, trình độ học vấn/loại hình sinh viên.
418 nghiên cứu đã được xác định trong MEDLINE, và 139 bài báo đã bị loại trừ bởi bộ lọc “con người”. Sau khi xem xét tiêu đề và tóm tắt, 103 nghiên cứu đã được chọn để đọc toàn văn. 34 bài báo đã bị loại trừ vì chúng là mô hình bệnh lý (9 bài), mô hình huấn luyện y tế/phẫu thuật (4 bài), mô hình động vật (4 bài), mô hình X quang 3D (1 bài) hoặc không phải là bài báo khoa học gốc (16 chương). Tổng cộng có 68 bài báo được đưa vào đánh giá. Hình 1 trình bày quy trình lựa chọn dưới dạng sơ đồ.
Sơ đồ tóm tắt quy trình xác định, sàng lọc và lựa chọn bài báo trong đánh giá hệ thống này.
Tất cả các nghiên cứu được công bố từ năm 2014 đến năm 2022, với năm xuất bản trung bình là năm 2019. Trong số 68 bài báo được đưa vào, 33 (49%) nghiên cứu là mô tả và thực nghiệm, 17 (25%) là thực nghiệm thuần túy, và 18 (26%) là thực nghiệm thuần túy mô tả. Trong số 50 (73%) nghiên cứu thực nghiệm, 21 (31%) sử dụng phương pháp ngẫu nhiên hóa. Chỉ có 34 nghiên cứu (50%) bao gồm phân tích thống kê. Bảng 1 tóm tắt các đặc điểm của từng nghiên cứu.
33 bài báo (48%) nghiên cứu vùng đầu, 19 bài báo (28%) nghiên cứu vùng ngực, 17 bài báo (25%) nghiên cứu vùng bụng chậu và 15 bài báo (22%) nghiên cứu các chi. Năm mươi mốt bài báo (75%) đề cập đến xương in 3D như mô hình giải phẫu hoặc mô hình giải phẫu đa lát cắt.
Về các mô hình hoặc tệp nguồn được sử dụng để phát triển 3DPAM, 23 bài báo (34%) đề cập đến việc sử dụng dữ liệu bệnh nhân, 20 bài báo (29%) đề cập đến việc sử dụng dữ liệu xác chết và 17 bài báo (25%) đề cập đến việc sử dụng cơ sở dữ liệu, và 7 nghiên cứu (10%) không tiết lộ nguồn tài liệu được sử dụng.
47 nghiên cứu (69%) đã phát triển 3DPAM dựa trên chụp cắt lớp vi tính, và 3 nghiên cứu (4%) đã báo cáo việc sử dụng microCT. 7 bài báo (10%) đã chiếu các đối tượng 3D bằng máy quét quang học, 4 bài báo (6%) bằng MRI, và 1 bài báo (1%) bằng máy ảnh và kính hiển vi. 14 bài báo (21%) không đề cập đến nguồn gốc của các tệp nguồn thiết kế mô hình 3D. Các tệp 3D được tạo với độ phân giải không gian trung bình nhỏ hơn 0,5 mm. Độ phân giải tối ưu là 30 μm [80] và độ phân giải tối đa là 1,5 mm [32].
Sáu mươi ứng dụng phần mềm khác nhau (phân đoạn, mô hình hóa, thiết kế hoặc in ấn) đã được sử dụng. Mimics (Materialise, Leuven, Bỉ) được sử dụng thường xuyên nhất (14 nghiên cứu, 21%), tiếp theo là MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 nghiên cứu, 19%), Geomagic (3D System, MO, NC, Leesville) (10 nghiên cứu, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 nghiên cứu, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Hà Lan) (8 nghiên cứu, 12%) và CURA (Geldemarsen, Hà Lan) (7 nghiên cứu, 10%).
Sáu mươi bảy mẫu máy in khác nhau và năm quy trình in được đề cập. Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) được sử dụng trong 26 sản phẩm (38%), phun vật liệu trong 13 sản phẩm (19%) và cuối cùng là phun chất kết dính (11 sản phẩm, 16%). Các công nghệ ít được sử dụng nhất là quang khắc lập thể (SLA) (5 bài báo, 7%) và thiêu kết laser chọn lọc (SLS) (4 bài báo, 6%). Máy in được sử dụng phổ biến nhất (7 bài báo, 10%) là Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Khi đề cập đến các vật liệu được sử dụng để chế tạo 3DPAM (51 bài báo, 75%), 48 nghiên cứu (71%) đã sử dụng nhựa và các dẫn xuất của chúng. Các vật liệu chính được sử dụng là PLA (axit polylactic) (n = 20, 29%), nhựa (n = 9, 13%) và ABS (acrylonitrile butadiene styrene) (7 loại, 10%). 23 bài báo (34%) đã nghiên cứu 3DPAM được làm từ nhiều vật liệu, 36 bài báo (53%) trình bày 3DPAM được làm từ chỉ một vật liệu, và 9 bài báo (13%) không chỉ định vật liệu.
Hai mươi chín bài báo (43%) báo cáo tỷ lệ in dao động từ 0,25:1 đến 2:1, với mức trung bình là 1:1. Hai mươi lăm bài báo (37%) sử dụng tỷ lệ 1:1. 28 3DPAM (41%) bao gồm nhiều màu và 9 (13%) được nhuộm sau khi in [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Ba mươi bốn bài báo (50%) đề cập đến chi phí. 9 bài báo (13%) đề cập đến chi phí của máy in 3D và nguyên vật liệu. Giá máy in dao động từ 302 đô la đến 65.000 đô la. Khi được chỉ định, giá mô hình dao động từ 1,25 đô la đến 2.800 đô la; những mức giá cực đoan này tương ứng với các mẫu xương [47] và các mô hình sau phúc mạc có độ chính xác cao [48]. Bảng 2 tóm tắt dữ liệu mô hình cho mỗi nghiên cứu được đưa vào.
Ba mươi bảy nghiên cứu (54%) đã so sánh 3DAPM với một mô hình tham chiếu. Trong số các nghiên cứu này, mô hình tham chiếu giải phẫu được sử dụng phổ biến nhất trong 14 bài báo (38%), các mẫu vật được bảo quản bằng nhựa trong 6 bài báo (16%). Việc sử dụng thực tế ảo, chụp cắt lớp vi tính (CT) trong 5 bài báo (14%), một 3DAPM khác trong 3 bài báo (8%), trò chơi nghiêm túc trong 1 bài báo (3%), ảnh chụp X-quang trong 1 bài báo (3%), mô hình kinh doanh trong 1 bài báo (3%) và thực tế tăng cường trong 1 bài báo (3%). Ba mươi bốn (50%) nghiên cứu đã đánh giá 3DAPM. Mười lăm (48%) nghiên cứu mô tả chi tiết kinh nghiệm của người đánh giá (Bảng 3). Việc đánh giá 3DPAM được thực hiện bởi các bác sĩ phẫu thuật hoặc bác sĩ điều trị trong 7 nghiên cứu (47%), các chuyên gia giải phẫu trong 6 nghiên cứu (40%), sinh viên trong 3 nghiên cứu (20%), giáo viên (không xác định chuyên ngành) trong 3 nghiên cứu (20%) và một người đánh giá khác trong bài báo (7%). Số lượng người đánh giá trung bình là 14 (tối thiểu 2, tối đa 30). Ba mươi ba nghiên cứu (49%) đánh giá hình thái 3DPAM định tính, và 10 nghiên cứu (15%) đánh giá hình thái 3DPAM định lượng. Trong số 33 nghiên cứu sử dụng đánh giá định tính, 16 nghiên cứu sử dụng đánh giá mô tả thuần túy (48%), 9 nghiên cứu sử dụng các bài kiểm tra/xếp hạng/khảo sát (27%), và 8 nghiên cứu sử dụng thang đo Likert (24%). Bảng 3 tóm tắt các đánh giá hình thái của các mô hình trong mỗi nghiên cứu được đưa vào.
Ba mươi ba (48%) bài báo đã nghiên cứu và so sánh hiệu quả của việc giảng dạy mô hình 3D cho sinh viên. Trong số các nghiên cứu này, 23 (70%) bài báo đánh giá sự hài lòng của sinh viên, 17 (51%) sử dụng thang đo Likert và 6 (18%) sử dụng các phương pháp khác. Hai mươi hai bài báo (67%) đánh giá việc học của sinh viên thông qua kiểm tra kiến thức, trong đó 10 (30%) sử dụng bài kiểm tra trước và/hoặc sau khóa học. Mười một nghiên cứu (33%) sử dụng câu hỏi trắc nghiệm và bài kiểm tra để đánh giá kiến thức của sinh viên, và năm nghiên cứu (15%) sử dụng phương pháp dán nhãn hình ảnh/nhận dạng giải phẫu. Trung bình có 76 sinh viên tham gia vào mỗi nghiên cứu (tối thiểu 8, tối đa 319). Hai mươi bốn nghiên cứu (72%) có nhóm đối chứng, trong đó 20 (60%) sử dụng phương pháp ngẫu nhiên hóa. Ngược lại, một nghiên cứu (3%) đã phân bổ ngẫu nhiên các mô hình giải phẫu cho 10 sinh viên khác nhau. Trung bình, có 2,6 nhóm được so sánh (tối thiểu 2, tối đa 10). Hai mươi ba nghiên cứu (70%) liên quan đến sinh viên y khoa, trong đó 14 nghiên cứu (42%) là sinh viên y khoa năm nhất. Sáu nghiên cứu (18%) liên quan đến bác sĩ nội trú, 4 nghiên cứu (12%) liên quan đến sinh viên nha khoa và 3 nghiên cứu (9%) liên quan đến sinh viên khoa học. Sáu nghiên cứu (18%) đã triển khai và đánh giá việc học tập tự chủ bằng cách sử dụng 3DPAM. Bảng 4 tóm tắt kết quả đánh giá hiệu quả giảng dạy của 3DPAM cho mỗi nghiên cứu được đưa vào.
Những ưu điểm chính được các tác giả báo cáo khi sử dụng 3DPAM làm công cụ giảng dạy về giải phẫu người bình thường là các đặc điểm trực quan và xúc giác, bao gồm tính chân thực [55, 67], độ chính xác [44, 50, 72, 85] và tính biến đổi nhất quán [34, 45]. [48, 64], màu sắc và độ trong suốt [28, 45], độ bền [24, 56, 73], hiệu quả giáo dục [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], chi phí [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], khả năng tái tạo [80], khả năng cải tiến hoặc cá nhân hóa [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], khả năng hướng dẫn sinh viên [30, 49], tiết kiệm thời gian giảng dạy [61, 80], dễ bảo quản [61], khả năng tích hợp giải phẫu chức năng hoặc tạo cấu trúc cụ thể [51, 53, 67], thiết kế nhanh các mô hình xương [ 81], khả năng cùng tạo ra các mô hình và mang chúng về nhà [49, 60, 71], cải thiện khả năng xoay hình ảnh trong tâm trí [23] và khả năng ghi nhớ kiến thức [32], cũng như về sự hài lòng của giáo viên [25, 63] và học sinh [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Những nhược điểm chính liên quan đến thiết kế: độ cứng [80], tính nhất quán [28, 62], thiếu chi tiết hoặc độ trong suốt [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], màu sắc quá sáng [45] và độ dễ vỡ của sàn [71]. Các nhược điểm khác bao gồm mất thông tin [30, 76], thời gian dài cần thiết cho việc phân đoạn hình ảnh [36, 52, 57, 58, 74], thời gian in [57, 63, 66, 67], thiếu tính đa dạng về giải phẫu [25] và chi phí cao [48].
Bài tổng quan có hệ thống này tóm tắt 68 bài báo được xuất bản trong vòng 9 năm và nêu bật sự quan tâm của cộng đồng khoa học đối với công nghệ in 3D (3DPAM) như một công cụ để giảng dạy giải phẫu học bình thường của con người. Mỗi vùng giải phẫu đều được nghiên cứu và in 3D. Trong số các bài báo này, 37 bài báo so sánh 3DPAM với các mô hình khác, và 33 bài báo đánh giá tính phù hợp về mặt sư phạm của 3DPAM đối với sinh viên.
Do sự khác biệt trong thiết kế của các nghiên cứu in 3D giải phẫu, chúng tôi không cho rằng việc tiến hành phân tích tổng hợp là phù hợp. Một phân tích tổng hợp được công bố vào năm 2020 chủ yếu tập trung vào các bài kiểm tra kiến thức giải phẫu sau đào tạo mà không phân tích các khía cạnh kỹ thuật và công nghệ của thiết kế và sản xuất 3DPAM [10].
Vùng đầu là vùng được nghiên cứu nhiều nhất, có lẽ vì sự phức tạp về giải phẫu của nó khiến sinh viên khó mô tả vùng giải phẫu này trong không gian ba chiều hơn so với các chi hoặc thân. CT là phương thức hình ảnh được sử dụng phổ biến nhất. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong môi trường y tế, nhưng có độ phân giải không gian hạn chế và độ tương phản mô mềm thấp. Những hạn chế này khiến các bản quét CT không phù hợp cho việc phân đoạn và mô hình hóa hệ thần kinh. Mặt khác, chụp cắt lớp vi tính phù hợp hơn cho việc phân đoạn/mô hình hóa mô xương; độ tương phản xương/mô mềm giúp hoàn thành các bước này trước khi in 3D các mô hình giải phẫu. Mặt khác, microCT được coi là công nghệ tham chiếu về độ phân giải không gian trong hình ảnh xương [70]. Máy quét quang học hoặc MRI cũng có thể được sử dụng để thu được hình ảnh. Độ phân giải cao hơn ngăn ngừa việc làm mịn bề mặt xương và bảo tồn sự tinh tế của các cấu trúc giải phẫu [59]. Việc lựa chọn mô hình cũng ảnh hưởng đến độ phân giải không gian: ví dụ, các mô hình dẻo có độ phân giải thấp hơn [45]. Các nhà thiết kế đồ họa phải tạo ra các mô hình 3D tùy chỉnh, điều này làm tăng chi phí (25 đến 150 đô la mỗi giờ) [43]. Việc có được các tệp .STL chất lượng cao là chưa đủ để tạo ra các mô hình giải phẫu chất lượng cao. Cần phải xác định các thông số in, chẳng hạn như hướng của mô hình giải phẫu trên tấm in [29]. Một số tác giả đề xuất rằng nên sử dụng các công nghệ in tiên tiến như SLS bất cứ khi nào có thể để cải thiện độ chính xác của 3DPAM [38]. Việc sản xuất 3DPAM đòi hỏi sự hỗ trợ chuyên nghiệp; các chuyên gia được săn đón nhất là các kỹ sư [72], bác sĩ X quang [75], nhà thiết kế đồ họa [43] và nhà giải phẫu học [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Phần mềm phân đoạn và mô hình hóa là những yếu tố quan trọng để có được các mô hình giải phẫu chính xác, nhưng chi phí của các gói phần mềm này và độ phức tạp của chúng cản trở việc sử dụng. Một số nghiên cứu đã so sánh việc sử dụng các gói phần mềm và công nghệ in khác nhau, nêu bật những ưu điểm và nhược điểm của từng công nghệ [68]. Ngoài phần mềm mô hình hóa, phần mềm in tương thích với máy in đã chọn cũng cần thiết; một số tác giả thích sử dụng in 3D trực tuyến [75]. Nếu in đủ số lượng vật thể 3D, khoản đầu tư có thể mang lại lợi nhuận tài chính [72].
Nhựa là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất. Phạm vi kết cấu và màu sắc rộng lớn của nó khiến nó trở thành vật liệu được lựa chọn cho 3DPAM. Một số tác giả đã ca ngợi độ bền cao của nó so với các mô hình xác chết hoặc mô hình plastination truyền thống [24, 56, 73]. Một số loại nhựa thậm chí còn có đặc tính uốn cong hoặc kéo giãn. Ví dụ, Filaflex với công nghệ FDM có thể kéo giãn tới 700%. Một số tác giả coi nó là vật liệu được lựa chọn để sao chép cơ, gân và dây chằng [63]. Mặt khác, hai nghiên cứu đã đặt ra câu hỏi về hướng sợi trong quá trình in. Trên thực tế, hướng sợi cơ, điểm bám, sự chi phối thần kinh và chức năng là rất quan trọng trong việc tạo mô hình cơ [33].
Điều đáng ngạc nhiên là rất ít nghiên cứu đề cập đến tỷ lệ in ấn. Vì nhiều người coi tỷ lệ 1:1 là tiêu chuẩn, nên tác giả có thể đã chọn không đề cập đến nó. Mặc dù việc phóng to sẽ hữu ích cho việc học tập có định hướng trong các nhóm lớn, nhưng tính khả thi của việc phóng to vẫn chưa được khám phá, đặc biệt là khi quy mô lớp học ngày càng tăng và kích thước vật lý của mô hình là một yếu tố quan trọng. Tất nhiên, tỷ lệ kích thước thật giúp dễ dàng xác định và truyền đạt các yếu tố giải phẫu khác nhau cho bệnh nhân, điều này có thể giải thích tại sao chúng thường được sử dụng.
Trong số nhiều máy in có sẵn trên thị trường, những máy sử dụng công nghệ PolyJet (in phun vật liệu hoặc chất kết dính) để cung cấp khả năng in màu và in nhiều lớp (và do đó nhiều kết cấu) độ phân giải cao có giá từ 20.000 USD đến 250.000 USD (https://www.aniwaa.com/). Chi phí cao này có thể hạn chế việc quảng bá 3DPAM trong các trường y. Ngoài chi phí của máy in, chi phí vật liệu cần thiết cho việc in phun cao hơn so với máy in SLA hoặc FDM [68]. Giá của máy in SLA hoặc FDM cũng phải chăng hơn, dao động từ 576 € đến 4.999 € trong các bài báo được liệt kê trong bài đánh giá này. Theo Tripodi và các đồng nghiệp, mỗi bộ phận xương có thể được in với giá 1,25 USD [47]. Mười một nghiên cứu đã kết luận rằng in 3D rẻ hơn so với nhựa hóa hoặc các mô hình thương mại [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Hơn nữa, các mô hình thương mại này được thiết kế để cung cấp thông tin cho bệnh nhân mà không có đủ chi tiết cho việc giảng dạy giải phẫu [80]. Các mô hình thương mại này được coi là kém hơn so với 3DPAM [44]. Điều đáng chú ý là, ngoài công nghệ in được sử dụng, chi phí cuối cùng tỷ lệ thuận với quy mô và do đó là kích thước cuối cùng của 3DPAM [48]. Vì những lý do này, quy mô kích thước thật được ưu tiên [37].
Chỉ có một nghiên cứu so sánh 3DPAM với các mô hình giải phẫu có sẵn trên thị trường [72]. Mẫu xác chết là phương pháp so sánh phổ biến nhất được sử dụng cho 3DPAM. Mặc dù có những hạn chế, mô hình xác chết vẫn là một công cụ có giá trị để giảng dạy giải phẫu. Cần phải phân biệt giữa khám nghiệm tử thi, mổ xẻ và xương khô. Dựa trên các bài kiểm tra đào tạo, hai nghiên cứu cho thấy 3DPAM hiệu quả hơn đáng kể so với mổ xẻ bằng nhựa [16, 27]. Một nghiên cứu đã so sánh một giờ đào tạo bằng 3DPAM (chi dưới) với một giờ mổ xẻ cùng vùng giải phẫu đó [78]. Không có sự khác biệt đáng kể giữa hai phương pháp giảng dạy. Có khả năng là có rất ít nghiên cứu về chủ đề này vì việc so sánh như vậy rất khó thực hiện. Mổ xẻ là một quá trình chuẩn bị tốn thời gian đối với sinh viên. Đôi khi cần hàng chục giờ chuẩn bị, tùy thuộc vào những gì đang được chuẩn bị. Một so sánh thứ ba có thể được thực hiện với xương khô. Một nghiên cứu của Tsai và Smith cho thấy điểm kiểm tra tốt hơn đáng kể ở nhóm sử dụng 3DPAM [51, 63]. Chen và các đồng nghiệp lưu ý rằng sinh viên sử dụng mô hình 3D thực hiện tốt hơn trong việc xác định các cấu trúc (sọ), nhưng không có sự khác biệt về điểm số MCQ [69]. Cuối cùng, Tanner và các đồng nghiệp đã chứng minh kết quả kiểm tra sau tốt hơn ở nhóm này bằng cách sử dụng 3DPAM của hố cánh khẩu [46]. Các công cụ giảng dạy mới khác đã được xác định trong đánh giá tài liệu này. Phổ biến nhất trong số đó là thực tế tăng cường, thực tế ảo và trò chơi nghiêm túc [43]. Theo Mahrous và các đồng nghiệp, sở thích đối với các mô hình giải phẫu phụ thuộc vào số giờ sinh viên chơi trò chơi điện tử [31]. Mặt khác, một nhược điểm chính của các công cụ giảng dạy giải phẫu mới là phản hồi xúc giác, đặc biệt là đối với các công cụ hoàn toàn ảo [48].
Hầu hết các nghiên cứu đánh giá 3DPAM mới đều sử dụng các bài kiểm tra kiến thức trước đó. Những bài kiểm tra trước này giúp tránh thiên vị trong đánh giá. Một số tác giả, trước khi tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm, đã loại trừ tất cả những sinh viên đạt điểm trên mức trung bình trong bài kiểm tra sơ bộ [40]. Trong số những thiên vị mà Garas và các đồng nghiệp đề cập đến là màu sắc của mô hình và việc lựa chọn tình nguyện viên trong lớp học [61]. Việc nhuộm màu tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các cấu trúc giải phẫu. Chen và các đồng nghiệp đã thiết lập các điều kiện thử nghiệm nghiêm ngặt mà không có sự khác biệt ban đầu giữa các nhóm và nghiên cứu được che giấu ở mức tối đa có thể [69]. Lim và các đồng nghiệp khuyến nghị rằng việc đánh giá sau thử nghiệm nên được hoàn thành bởi bên thứ ba để tránh thiên vị trong đánh giá [16]. Một số nghiên cứu đã sử dụng thang đo Likert để đánh giá tính khả thi của 3DPAM. Công cụ này phù hợp để đánh giá sự hài lòng, nhưng vẫn còn những thiên vị quan trọng cần lưu ý [86].
Tính phù hợp về mặt giáo dục của 3DPAM chủ yếu được đánh giá trong số sinh viên y khoa, bao gồm cả sinh viên y khoa năm nhất, trong 14 trên 33 nghiên cứu. Trong nghiên cứu thí điểm của mình, Wilk và các đồng nghiệp báo cáo rằng sinh viên y khoa tin rằng in 3D nên được đưa vào việc học giải phẫu của họ [87]. 87% sinh viên được khảo sát trong nghiên cứu của Cercenelli tin rằng năm thứ hai là thời điểm tốt nhất để sử dụng 3DPAM [84]. Kết quả của Tanner và các đồng nghiệp cũng cho thấy sinh viên đạt kết quả tốt hơn nếu họ chưa từng học lĩnh vực này [46]. Những dữ liệu này cho thấy năm đầu tiên của trường y là thời điểm tối ưu để kết hợp 3DPAM vào giảng dạy giải phẫu. Phân tích tổng hợp của Ye đã ủng hộ ý tưởng này [18]. Trong 27 bài báo được đưa vào nghiên cứu, có sự khác biệt đáng kể về điểm số bài kiểm tra giữa 3DPAM và các mô hình truyền thống đối với sinh viên y khoa, nhưng không có sự khác biệt đối với bác sĩ nội trú.
3DPAM như một công cụ học tập cải thiện thành tích học tập [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], khả năng ghi nhớ kiến thức lâu dài [32] và sự hài lòng của sinh viên [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66]. , 69 , 84]. Các nhóm chuyên gia cũng nhận thấy những mô hình này hữu ích [37, 42, 49, 81, 82], và hai nghiên cứu cho thấy giáo viên hài lòng với 3DPAM [25, 63]. Trong tất cả các nguồn, Backhouse và các đồng nghiệp coi in 3D là lựa chọn thay thế tốt nhất cho các mô hình giải phẫu truyền thống [49]. Trong phân tích tổng hợp đầu tiên của họ, Ye và các đồng nghiệp đã xác nhận rằng sinh viên được hướng dẫn bằng 3DPAM có điểm kiểm tra sau tốt hơn so với sinh viên được hướng dẫn bằng 2D hoặc xác chết [10]. Tuy nhiên, họ phân biệt 3DPAM không phải theo độ phức tạp, mà chỉ đơn giản là theo tim, hệ thần kinh và khoang bụng. Trong bảy nghiên cứu, 3DPAM không vượt trội hơn các mô hình khác dựa trên các bài kiểm tra kiến thức được thực hiện cho sinh viên [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Trong phân tích tổng hợp của họ, Salazar và các đồng nghiệp kết luận rằng việc sử dụng 3DPAM đặc biệt cải thiện sự hiểu biết về giải phẫu phức tạp [17]. Khái niệm này phù hợp với thư của Hitas gửi biên tập viên [88]. Một số vùng giải phẫu được coi là ít phức tạp hơn không yêu cầu sử dụng 3DPAM, trong khi các vùng giải phẫu phức tạp hơn (chẳng hạn như cổ hoặc hệ thần kinh) sẽ là lựa chọn hợp lý cho 3DPAM. Khái niệm này có thể giải thích tại sao một số 3DPAM không được coi là vượt trội hơn các mô hình truyền thống, đặc biệt là khi sinh viên thiếu kiến thức trong lĩnh vực mà hiệu suất của mô hình được cho là vượt trội. Do đó, việc trình bày một mô hình đơn giản cho những sinh viên đã có một số kiến thức về chủ đề này (sinh viên y khoa hoặc bác sĩ nội trú) không giúp cải thiện hiệu suất của sinh viên.
Trong số tất cả các lợi ích giáo dục được liệt kê, 11 nghiên cứu nhấn mạnh đến chất lượng hình ảnh hoặc xúc giác của các mô hình [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], và 3 nghiên cứu cải thiện độ bền và độ chắc chắn (33, 50 -52, 63, 79, 85, 86). Các ưu điểm khác là sinh viên có thể thao tác với các cấu trúc, giáo viên có thể tiết kiệm thời gian, chúng dễ bảo quản hơn so với xác chết, dự án có thể hoàn thành trong vòng 24 giờ, có thể được sử dụng như một công cụ học tại nhà và có thể được sử dụng để giảng dạy một lượng lớn thông tin cho các nhóm [30, 49, 60, 61, 80, 81]. Việc in 3D lặp đi lặp lại để giảng dạy giải phẫu với số lượng lớn giúp các mô hình in 3D tiết kiệm chi phí hơn [26]. Việc sử dụng 3DPAM có thể cải thiện khả năng xoay hình ảnh trong tâm trí [23] và cải thiện khả năng diễn giải hình ảnh mặt cắt ngang [23, 32]. Hai nghiên cứu cho thấy sinh viên tiếp xúc với 3DPAM có nhiều khả năng phải phẫu thuật hơn [40, 74]. Các đầu nối kim loại có thể được nhúng vào để tạo ra chuyển động cần thiết để nghiên cứu giải phẫu chức năng [51, 53], hoặc các mô hình có thể được in bằng cách sử dụng thiết kế kích hoạt [67].
In 3D cho phép tạo ra các mô hình giải phẫu có thể điều chỉnh bằng cách cải thiện một số khía cạnh trong giai đoạn tạo mô hình, [48, 80] tạo ra một nền tảng phù hợp, [59] kết hợp nhiều mô hình, [36] sử dụng độ trong suốt, (49) màu sắc, [45] hoặc làm cho một số cấu trúc bên trong có thể nhìn thấy [30]. Tripodi và các đồng nghiệp đã sử dụng đất sét điêu khắc để bổ sung cho các mô hình xương được in 3D của họ, nhấn mạnh giá trị của các mô hình được đồng sáng tạo như các công cụ giảng dạy [47]. Trong 9 nghiên cứu, màu sắc được áp dụng sau khi in [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], nhưng sinh viên chỉ áp dụng một lần [49]. Thật không may, nghiên cứu không đánh giá chất lượng đào tạo mô hình hoặc trình tự đào tạo. Điều này nên được xem xét trong bối cảnh giáo dục giải phẫu, vì lợi ích của học tập kết hợp và đồng sáng tạo đã được chứng minh rõ ràng [89]. Để đối phó với hoạt động quảng cáo ngày càng tăng, việc tự học đã được sử dụng nhiều lần để đánh giá các mô hình [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Một nghiên cứu kết luận rằng màu sắc của vật liệu nhựa quá sáng[45], một nghiên cứu khác kết luận rằng mô hình quá dễ vỡ[71], và hai nghiên cứu khác chỉ ra sự thiếu tính đa dạng về giải phẫu trong thiết kế của các mô hình riêng lẻ[25, 45]. Bảy nghiên cứu kết luận rằng chi tiết giải phẫu của 3DPAM không đủ [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Đối với các mô hình giải phẫu chi tiết hơn của các vùng lớn và phức tạp, chẳng hạn như khoang sau phúc mạc hoặc cột sống cổ, thời gian phân đoạn và tạo mô hình được coi là rất dài và chi phí rất cao (khoảng 2000 đô la Mỹ) [27, 48]. Hojo và các đồng nghiệp đã nêu trong nghiên cứu của họ rằng phải mất 40 giờ để tạo ra mô hình giải phẫu của khung chậu [42]. Thời gian phân đoạn dài nhất là 380 giờ trong một nghiên cứu của Weatherall và các đồng nghiệp, trong đó nhiều mô hình được kết hợp để tạo ra một mô hình đường thở nhi khoa hoàn chỉnh [36]. Trong chín nghiên cứu, thời gian phân đoạn và in ấn được coi là nhược điểm [36, 42, 57, 58, 74]. Tuy nhiên, 12 nghiên cứu đã chỉ trích các đặc tính vật lý của mô hình của họ, đặc biệt là tính nhất quán, [28, 62] thiếu độ trong suốt, [30] tính dễ vỡ và đơn sắc, [71] thiếu mô mềm, [66] hoặc thiếu chi tiết [28, 34]. [45, 48, 62, 63, 81]. Những nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách tăng thời gian phân đoạn hoặc mô phỏng. Việc mất và khôi phục thông tin liên quan là một vấn đề mà ba nhóm gặp phải [30, 74, 77]. Theo báo cáo của bệnh nhân, thuốc cản quang chứa iốt không mang lại khả năng hiển thị mạch máu tối ưu do hạn chế về liều lượng [74]. Tiêm vào mô hình xác chết dường như là một phương pháp lý tưởng, tránh xa nguyên tắc “càng ít càng tốt” và những hạn chế về liều lượng thuốc cản quang được tiêm.
Thật không may, nhiều bài báo không đề cập đến một số tính năng quan trọng của 3DPAM. Chưa đến một nửa số bài báo nêu rõ liệu 3DPAM của họ có được tô màu hay không. Phạm vi in ấn không nhất quán (43% bài báo), và chỉ 34% đề cập đến việc sử dụng nhiều phương tiện in. Các thông số in ấn này rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến đặc tính học tập của 3DPAM. Hầu hết các bài báo không cung cấp đủ thông tin về sự phức tạp trong việc tạo ra 3DPAM (thời gian thiết kế, trình độ nhân viên, chi phí phần mềm, chi phí in ấn, v.v.). Thông tin này rất quan trọng và cần được xem xét trước khi bắt đầu một dự án phát triển 3DPAM mới.
Bài đánh giá có hệ thống này cho thấy việc thiết kế và in 3D các mô hình giải phẫu bình thường là khả thi với chi phí thấp, đặc biệt khi sử dụng máy in FDM hoặc SLA và vật liệu nhựa đơn màu giá rẻ. Tuy nhiên, những thiết kế cơ bản này có thể được nâng cao bằng cách thêm màu sắc hoặc thêm các thiết kế bằng các vật liệu khác nhau. Các mô hình thực tế hơn (được in bằng nhiều vật liệu có màu sắc và kết cấu khác nhau để mô phỏng sát nhất các đặc tính xúc giác của mô hình tham khảo xác chết) đòi hỏi công nghệ in 3D đắt tiền hơn và thời gian thiết kế dài hơn. Điều này sẽ làm tăng đáng kể tổng chi phí. Cho dù chọn quy trình in nào, việc lựa chọn phương pháp tạo ảnh phù hợp là chìa khóa thành công của 3DPAM. Độ phân giải không gian càng cao, mô hình càng trở nên thực tế hơn và có thể được sử dụng cho nghiên cứu nâng cao. Từ góc độ sư phạm, 3DPAM là một công cụ hiệu quả để giảng dạy giải phẫu, bằng chứng là các bài kiểm tra kiến thức được thực hiện cho sinh viên và sự hài lòng của họ. Hiệu quả giảng dạy của 3DPAM tốt nhất khi nó tái tạo các vùng giải phẫu phức tạp và sinh viên sử dụng nó sớm trong quá trình đào tạo y khoa của họ.
Các bộ dữ liệu được tạo ra và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại không được công khai do rào cản ngôn ngữ, nhưng có thể được cung cấp từ tác giả liên hệ khi có yêu cầu hợp lý.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Đánh giá các khóa học giải phẫu đại cương, giải phẫu vi mô, thần kinh sinh học và phôi học trong chương trình giảng dạy của trường y khoa Hoa Kỳ. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK Giải phẫu xác chết như một công cụ giáo dục cho khoa học giải phẫu trong thế kỷ 21: Giải phẫu như một công cụ giáo dục. Phân tích giáo dục khoa học. 2017;10(3):286–99.
Thời gian đăng bài: 09/04/2024