三次元プリント解剖学的モデル (3DPAM) は、その教育的価値と実現可能性により、適切なツールであると思われます。このレビューの目的は、人体解剖学を教えるための 3DPAM を作成するために使用される方法を説明および分析し、その教育的貢献を評価することです。
電子検索は、次の用語を使用して PubMed で実施されました: 教育、学校、学習、指導、トレーニング、指導、教育、三次元、3D、3 次元、印刷、印刷、印刷、解剖学、解剖学、解剖学、および解剖学。。調査結果には、研究の特徴、モデル設計、形態学的評価、教育成績、長所と短所が含まれます。
選択された 68 件の論文の中で、頭蓋領域に焦点を当てた研究が最も多かった (33 件)。51 件の記事で骨の印刷について言及しています。47 の論文では、3DPAM がコンピューター断層撮影に基づいて開発されました。5つの印刷プロセスがリストされています。プラスチックとその派生物は 48 件の研究で使用されました。各デザインの価格は 1.25 ドルから 2,800 ドルです。37 件の研究で 3DPAM と参照モデルが比較されました。33 の記事で教育活動について考察しました。主な利点は、視覚と触覚の品質、学習効率、再現性、カスタマイズ性と機敏性、時間の節約、機能解剖学の統合、頭の回転能力の向上、知識の保持、教師/生徒の満足度です。主な欠点はデザインに関係しており、一貫性、ディテールや透明性の欠如、明るすぎる色、長い印刷時間、高コストです。
この系統的レビューは、3DPAM が解剖学の教育に費用対効果が高く、効果的であることを示しています。より現実的なモデルには、より高価な 3D プリント技術の使用とより長い設計時間が必要となり、全体のコストが大幅に増加します。重要なのは、適切なイメージング方法を選択することです。教育学的観点から見ると、3DPAM は解剖学を教えるための効果的なツールであり、学習成果と満足度にプラスの影響を与えます。3DPAM の教育効果は、複雑な解剖学的領域を再現し、学生が医療訓練の早い段階で使用するときに最も効果的です。
動物の死体の解剖は古代ギリシャから行われており、解剖学を教える主要な方法の 1 つです。実習中に行われる死体解剖は、大学の医学生の理論カリキュラムで使用されており、現在、解剖学研究のゴールドスタンダードとみなされています[1、2、3、4、5]。しかし、人間の死体標本の使用には多くの障壁があり、新しいトレーニングツールの探索が促されています[6、7]。これらの新しいツールには、拡張現実、デジタル ツール、3D プリントなどがあります。Santosらによる最近の文献レビューによると、[8] 解剖学教育におけるこれらの新しいテクノロジーの価値という観点から見ると、3D プリンティングは、学生にとっての教育的価値と実装の実現可能性の両方の観点から、最も重要なリソースの 1 つであると思われます [4,9,10] 。
3D プリントは新しいものではありません。この技術に関連する最初の特許は 1984 年に遡ります。フランスの A Le Méhauté、O De Witte、JC André が取得し、その 3 週間後には米国の C Hull が取得しました。それ以来、このテクノロジーは進化を続け、その使用は多くの分野に拡大しました。たとえば、NASA は 2014 年に地球を越えた最初の物体を印刷しました [11]。医療分野でもこの新しいツールが採用され、個別化医療を開発する意欲が高まっています [12]。
多くの著者が、医学教育における 3D プリント解剖学的モデル (3DPAM) の使用の利点を実証しています [10、13、14、15、16、17、18、19]。人体解剖学を教える場合、非病理学的で解剖学的に正常なモデルが必要です。いくつかのレビューでは、病理学的または医学/外科のトレーニング モデルを検討しています [8、20、21]。3D プリントなどの新しいツールを組み込んだ人体解剖学教育用のハイブリッド モデルを開発するために、人体解剖学を教えるために 3D プリントされたオブジェクトがどのように作成されるか、および学生がこれらの 3D オブジェクトを使用した学習の効果をどのように評価するかを説明および分析するための系統的レビューを実施しました。
この体系的な文献レビューは、PRISMA (系統的レビューおよびメタ分析のための優先報告項目) ガイドラインを使用して、時間制限なしで 2022 年 6 月に実施されました [22]。
対象となる基準は、解剖学の教育/学習に 3DPAM を使用したすべての研究論文でした。病理学的モデル、動物モデル、考古学モデル、医学/外科訓練モデルに焦点を当てた文献レビュー、手紙、記事は除外されました。英語で出版された論文のみが選ばれました。オンライン抄録が利用できない論文は除外されました。複数のモデルを含む記事が含まれており、そのうちの少なくとも 1 つは解剖学的に正常であるか、教育価値に影響を及ぼさない軽度の病理を有していた。
電子データベース PubMed (国立医学図書館、NCBI) で文献検索を実施し、2022 年 6 月までに発表された関連研究を特定しました。次の検索用語を使用します: 教育、学校、教育、教育、学習、教育、教育、三-次元、3D、3D、印刷、印刷、印刷、解剖学、解剖学、解剖学、解剖学。単一のクエリが実行されました: (((education[タイトル/要約] OR school[タイトル/要約] ORlearning[タイトル/要約] OR Teaching[タイトル/要約] OR training[タイトル/要約] OReach[タイトル/要約] ] OR教育 [タイトル/要約]) AND (3 次元 [タイトル] OR 3D [タイトル] OR 3D [タイトル])) AND (印刷 [タイトル] OR 印刷 [タイトル] OR 印刷 [タイトル])) AND (解剖学) [タイトル] ]/要約] または解剖学 [タイトル/要約] または解剖学 [タイトル/要約] または解剖学 [タイトル/要約])。追加の論文は、PubMed データベースを手動で検索し、他の科学論文の参考文献をレビューすることによって特定されました。日付制限は適用されませんでしたが、「人物」フィルターが使用されました。
取得されたすべてのタイトルと要約は、2 人の著者 (EBR と AL) によって包含基準と除外基準に照らしてスクリーニングされ、すべての適格基準を満たさない研究は除外されました。残りの研究の全文出版物が検索され、3 人の著者 (EBR、EBE、AL) によってレビューされました。必要に応じて、論文の選択における意見の相違は第 4 者 (LT) によって解決されました。すべての包含基準を満たした出版物がこのレビューに含まれました。
データ抽出は、3 人目の著者 (LT) の監督の下、2 人の著者 (EBR と AL) によって独立して実行されました。
- モデル設計データ: 解剖学的領域、特定の解剖学的部位、3D プリント用の初期モデル、取得方法、セグメンテーションおよびモデリング ソフトウェア、3D プリンターの種類、材料の種類と数量、印刷スケール、色、印刷コスト。
- モデルの形態学的評価: 比較に使用したモデル、専門家/教師の医学的評価、評価者の数、評価の種類。
- 教育 3D モデル: 生徒の知識の評価、評価方法、生徒の数、比較グループの数、生徒のランダム化、教育/生徒の種類。
MEDLINE では 418 件の研究が特定され、139 件の論文が「ヒト」フィルターによって除外されました。タイトルと要約をレビューした後、全文を読むために 103 件の研究が選択されました。34 件の論文は、病理モデル (9 件)、医学/外科トレーニング モデル (4 件)、動物モデル (4 件)、3D 放射線モデル (1 件) であるか、オリジナルの科学論文ではない (16 章) ため除外されました。）。レビューには合計 68 件の記事が含まれていました。図 1 は、選択プロセスをフローチャートとして示しています。
この系統的レビューにおける論文の特定、スクリーニング、および組み込みをまとめたフローチャート
すべての研究は 2014 年から 2022 年の間に出版され、平均出版年は 2019 年でした。収録された 68 件の論文のうち、33 件 (49%) の研究は記述的かつ実験的で、17 件 (25%) は純粋に実験的で、18 件 (26%) は実験的でした。実験的な。純粋に説明的です。50 件 (73%) の実験研究のうち、21 件 (31%) でランダム化が使用されました。統計分析を含む研究は 34 件 (50%) のみでした。表 1 は、各研究の特徴をまとめたものです。
33 件 (48%) の記事が頭部、19 件 (28%) の記事が胸部、17 件の記事 (25%) が腹部骨盤部、15 件の記事 (22%) が四肢を調査しました。51 件の記事 (75%) で、3D プリントされた骨が解剖学的モデルまたはマルチスライス解剖学的モデルとして言及されていました。
3DPAM の開発に使用されるソース モデルまたはファイルに関しては、23 件 (34%) の記事 (34%) が患者データの使用に言及し、20 件の記事 (29%) が死体データの使用に言及し、17 件の記事 (25%) がデータベースの使用に言及しました。7 つの研究 (10%) は使用された文書の出典を開示していませんでした。
47 件の研究 (69%) がコンピューター断層撮影に基づいた 3DPAM を開発し、3 件の研究 (4%) がマイクロ CT の使用を報告しました。7 つの記事 (10%) は光学スキャナーを使用して 3D オブジェクトを投影し、4 つの記事 (6%) は MRI を使用し、1 つの記事 (1%) はカメラと顕微鏡を使用しました。14 件 (21%) の記事では、3D モデル設計のソース ファイルのソースについて言及していませんでした。3D ファイルは、平均空間解像度 0.5 mm 未満で作成されます。最適な解像度は 30 μm [80]、最大解像度は 1.5 mm [32] です。
60 の異なるソフトウェア アプリケーション (セグメンテーション、モデリング、デザイン、または印刷) が使用されました。Mimics (ベルギー、ルーベン、マテリアライズ) が最も頻繁に使用され (14 件の研究、21%)、次に MeshMixer (Autodesk、カリフォルニア州サンラファエル) (13 件の研究、19%)、Geomagic (3D System、ミズーリ州、ノースカロライナ州リーズビル) が続きました。 。(10 件の研究、15%)、3D スライサー (マサチューセッツ州ボストンのスライサー開発者トレーニング) (9 件の研究、13%)、Blender (オランダ、アムステルダムの Blender Foundation) (8 件の研究、12%)、および CURA (オランダ、ゲルデマルセン) (7 研究、10%)。
67 の異なるプリンタ モデルと 5 つの印刷プロセスについて説明します。FDM (溶融堆積モデリング) テクノロジーは 26 製品 (38%) に使用され、マテリアル ブラストは 13 製品 (19%)、最後にバインダー ブラスト (11 製品、16%) に使用されました。最も使用されていない技術は、ステレオリソグラフィー (SLA) (5 件、7%) と選択的レーザー焼結 (SLS) (4 件、6%) です。最も一般的に使用されているプリンタ (7 件、10%) は Connex 500 (Stratasys、レホヴォト、イスラエル) です [27、30、32、36、45、62、65]。
3DPAM の製造に使用される材料を特定する際 (51 件の論文、75%)、48 件の研究 (71%) でプラスチックとその派生品が使用されました。主な使用素材は、PLA（ポリ乳酸）（n=20、29％）、樹脂（n=9、13％）、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）（7種、10％）でした。23 件 (34%) の論文 (34%) は複数の材料から作られた 3DPAM を検討し、36 件 (53%) の記事は 1 つの材料のみから作られた 3DPAM を提示し、9 件の記事 (13%) は材料を特定していませんでした。
29 件 (43%) の記事で、印刷比率が 0.25:1 ～ 2:1 の範囲であり、平均は 1:1 であると報告しました。25 の記事 (37%) では 1:1 の比率が使用されていました。28 個の 3DPAM (41%) は複数の色で構成され、9 個 (13%) は印刷後に染色されました [43、46、49、54、58、59、65、69、75]。
34 の記事 (50%) でコストについて言及しました。9 件 (13%) の記事で 3D プリンターと原材料のコストについて言及しました。プリンターの価格は 302 ドルから 65,000 ドルです。指定した場合、モデルの価格は 1.25 ドルから 2,800 ドルの範囲になります。これらの極端な値は、骨格標本 [47] および高忠実度の後腹膜モデル [48] に対応します。表 2 は、含まれる各研究のモデル データをまとめたものです。
37 の研究 (54%) では 3DAPM を参照モデルと比較しました。これらの研究の中で、最も一般的な比較対象は解剖学的参照モデルで、14 件の論文 (38%) で使用され、6 件の論文 (16%) でプラスティネート製剤、6 件の論文 (16%) でプラスティネート製剤が使用されました。仮想現実の使用、コンピューター断層撮影イメージング 5 つの記事に 1 つの 3DPAM (14%)、3 つの記事に別の 3DPAM (8%)、1 つの記事に真剣なゲーム (3%)、1 つの記事に X 線写真 (3%)、ビジネス モデル1 つの記事 (3%) と 1 つの記事内の拡張現実 (3%)。34件（50％）の研究が3DPAMを評価した。15 名 (48%) が評価者の経験を詳細に研究しています (表 3)。3DPAMは、評価のために7件の研究（47％）で外科医または主治医、6件の研究（40％）で解剖学専門家、3件の研究（20％）で学生、3件の研究（20％）で教師（専門分野は特定されていない）によって実施された。そして記事内の評価者がもう 1 人 (7%)。評価者の平均数は 14 人 (最小 2 人、最大 30 人) です。33 件の研究 (49%) は 3DPAM 形態を定性的に評価し、10 件の研究 (15%) は 3DPAM 形態を定量的に評価しました。定性的評価を使用した 33 件の研究のうち、16 件は純粋に記述的な評価を使用し (48%)、9 件はテスト/評価/アンケートを使用し (27%)、8 件はリッカート尺度を使用しました (24%)。表 3 は、含まれた各研究におけるモデルの形態学的評価をまとめたものです。
33 件 (48%) の記事が、学生に 3DPAM を教えることの有効性を調査および比較しました。これらの研究のうち、23 件 (70%) の論文が学生の満足度を評価し、17 件 (51%) の論文がリッカート尺度を使用し、6 件 (18%) が他の方法を使用しました。22 の論文 (67%) は知識テストを通じて学生の学習を評価し、そのうち 10 論文 (30%) は事前テストおよび/または事後テストを使用しました。11 件の研究 (33%) では学生の知識を評価するために多肢選択式の質問とテストが使用され、5 件の研究 (15%) では画像ラベル付け/解剖学的識別が使用されました。各研究には平均 76 人の学生が参加しました (最小 8 人、最大 319 人)。24 件の研究 (72%) に対照群があり、そのうち 20 件 (60%) ではランダム化が使用されました。対照的に、ある研究 (3%) では、解剖学的モデルを 10 人の異なる学生にランダムに割り当てました。平均して、2.6 グループが比較されました (最小 2、最大 10)。23件（70％）の研究には医学生が関与しており、そのうち14件（42％）は医学生1年生でした。6 件 (18%) の研究には住民、4 名 (12%) の歯学部学生、および 3 名 (9%) の科学学生が参加しました。6 つの研究 (18%) が 3DPAM を使用した自律学習を実装し、評価しました。表 4 は、含まれた各研究に対する 3DPAM 教育効果評価の結果をまとめたものです。
著者らによって報告された、正常な人体構造を教えるための教育ツールとして 3DPAM を使用する主な利点は、リアリズム [55、67]、精度 [44、50、72、85]、一貫性の変動性 [34] などの視覚的および触覚的特性です。 。、45、48、64]、色と透明度[28、45]、信頼性[24、56、73]、教育効果[16、32、35、39、52、57、63、69、79]、コスト[ 27、41、44、45、48、51、60、64、80、81、83]、再現性[80]、改善または個別化の可能性[28、30、36、45、48、51、53、59、 61、67、80]、生徒を操作する能力 [30、49]、教育時間の節約 [61、80]、保管の容易さ [61]、機能解剖学を統合したり特定の構造を作成したりする能力 [51、53]、 67]、モデルのスケルトンの迅速な設計[81]、家のモデルを共同で作成して使用する能力[49、60、71]、精神回転能力の向上[23]、知識の保持[32]、教師[ 25、63] および学生の満足度 [25、63]。45、46、52、52、57、63、66、69、84]。
主な欠点はデザインに関連しています: 剛性 [80]、一貫性 [28、62]、詳細または透明性の欠如 [28、30、34、45、48、62、64、81]、色が明るすぎる [45]。そして床のもろさ[71]。その他の欠点としては、情報の損失 [30, 76]、画像のセグメンテーションに要する長時間 [36, 52, 57, 58, 74]、印刷時間 [57, 63, 66, 67]、解剖学的多様性の欠如 [25]、そして費用も。高い[48]。
この系統的レビューは、9 年間にわたって発表された 68 件の論文を要約しており、正常な人体構造を教えるためのツールとしての 3DPAM に対する科学界の関心を強調しています。各解剖学的領域が研究され、3D プリントされました。これらの記事のうち、37 件の記事は 3DPAM を他のモデルと比較し、33 件の記事は学生に対する 3DPAM の教育的関連性を評価しました。
解剖学的 3D プリンティング研究のデザインの違いを考慮すると、メタ分析を行うのは適切ではないと考えました。2020年に発表されたメタ分析では、3DPAMの設計と製造の技術的側面は分析されず、主にトレーニング後の解剖学的知識テストに焦点が当てられていました[10]。
頭部領域は最も研究されています。これはおそらく、その解剖学的構造が複雑であるため、学生が手足や胴体と比較してこの解剖学的領域を 3 次元空間で描写することがより困難であるためです。CT は、これまでのところ最も一般的に使用されている画像モダリティです。この技術は、特に医療現場で広く使用されていますが、空間分解能が限られており、軟部組織のコントラストが低いという欠点があります。これらの制限により、CT スキャンは神経系のセグメンテーションやモデリングには不向きになります。一方、コンピュータ断層撮影法は、骨組織のセグメンテーション/モデリングに適しています。骨/軟組織のコントラストは、解剖学的モデルを 3D プリントする前にこれらの手順を完了するのに役立ちます。一方、microCT は骨イメージングにおける空間分解能の観点から参照技術と考えられています [70]。光学スキャナーまたは MRI を使用して画像を取得することもできます。解像度が高くなると、骨表面の滑らかさが妨げられ、解剖学的構造の繊細さが維持されます [59]。モデルの選択は空間解像度にも影響します。たとえば、可塑化モデルの解像度は低くなります [45]。グラフィック デザイナーはカスタム 3D モデルを作成する必要があるため、コストが増加します (1 時間あたり 25 ドルから 150 ドル) [43]。高品質の .STL ファイルを入手するだけでは、高品質の解剖学的モデルを作成するのに十分ではありません。印刷版上の解剖学的モデルの向きなどの印刷パラメータを決定する必要があります [29]。一部の著者は、3DPAM の精度を向上させるために、可能な限り SLS などの高度な印刷技術を使用する必要があると提案しています [38]。3DPAM の作成には専門家の支援が必要です。最も人気のある専門家は、技師 [72]、放射線科医 [75]、グラフィックデザイナー [43]、解剖学者 [25、28、51、57、76、77] です。
セグメンテーションおよびモデリング ソフトウェアは、正確な解剖学的モデルを取得する上で重要な要素ですが、これらのソフトウェア パッケージのコストと複雑さが使用の妨げになっています。いくつかの研究では、さまざまなソフトウェア パッケージと印刷技術の使用を比較し、各技術の長所と短所を強調しています [68]。モデリング ソフトウェアに加えて、選択したプリンターと互換性のある印刷ソフトウェアも必要です。一部の著者はオンライン 3D プリントの使用を好みます [75]。十分な 3D オブジェクトが印刷されれば、投資は金銭的利益につながる可能性があります [72]。
プラスチックは最も一般的に使用される材料です。幅広いテクスチャーとカラーにより、3DPAM に最適な素材となっています。一部の著者は、従来の死体モデルやメッキモデルと比較してその高い強度を賞賛しています[24、56、73]。プラスチックの中には、曲げたり伸ばしたりする特性を持つものもあります。たとえば、FDM テクノロジーを備えた Filaflex は、最大 700% まで伸縮できます。一部の著者は、これが筋肉、腱、靱帯の複製に最適な材料であると考えています[63]。一方で、2 つの研究により、印刷中の繊維配向について疑問が生じています。実際、筋線維の配向、挿入、神経支配、および機能は筋肉のモデリングにおいて重要です[33]。
驚くべきことに、印刷の規模について言及している研究はほとんどありません。多くの人が 1:1 の比率を標準と考えているため、著者はそれについて言及しないことを選択したのかもしれません。アップスケーリングは大規模なグループでの直接学習には役立ちますが、特にクラスサイズの拡大とモデルの物理的サイズが重要な要素となる場合、スケーリングの実現可能性はまだ十分に検討されていません。もちろん、フルサイズのスケールを使用すると、さまざまな解剖学的要素の位置を特定したり、患者に伝達したりすることが容易になるため、これらのスケールが頻繁に使用される理由が説明される可能性があります。
市場で入手可能な多くのプリンターのうち、PolyJet (マテリアル インクジェットまたはバインダー インクジェット) テクノロジーを使用して高解像度のカラーおよびマルチマテリアル (したがってマルチテクスチャ) 印刷を実現するプリンターの価格は 20,000 米ドルから 250,000 米ドルです ( https:/ /www.aniwaa.com/)。この高額なコストにより、医学部における 3DPAM の推進が制限される可能性があります。プリンターのコストに加えて、インクジェット印刷に必要な材料のコストも SLA または FDM プリンターよりも高くなります [68]。SLA または FDM プリンタの価格も、このレビューに記載されている記事では 576 ユーロから 4,999 ユーロと、より手頃な価格になっています。Tripodi らによると、各骨格パーツは 1.25 米ドルで印刷できるとのことです [47]。11 の研究では、3D プリンティングは可塑化モデルや商用モデルよりも安価であると結論付けています [24、27、41、44、45、48、51、60、63、80、81、83]。さらに、これらの商用モデルは、解剖学の教育に十分な詳細を持たない患者情報を提供するように設計されています [80]。これらの商用モデルは 3DPAM より劣ると考えられています [44]。使用される印刷技術に加えて、最終コストはスケール、つまり 3DPAM の最終サイズに比例することは注目に値します [48]。これらの理由から、フルサイズのスケールが推奨されます [37]。
3DPAM と市販の解剖学的モデルを比較した研究は 1 件だけです [72]。死体サンプルは、3DPAM で最も一般的に使用されるコンパレーターです。限界はあるものの、死体モデルは依然として解剖学を教えるための貴重なツールです。解剖、解剖、乾燥骨は区別しなければなりません。トレーニングテストに基づいて、2 つの研究で 3DPAM がプラスティネーション解剖よりも大幅に効果的であることが示されました [16、27]。ある研究では、3DPAM (下肢) を使用した 1 時間のトレーニングと、同じ解剖学的領域の 1 時間の解剖を比較しました [78]。2 つの教育方法の間に大きな違いはありませんでした。このような比較を行うのは難しいため、このテーマに関する研究はほとんど行われていない可能性があります。学生にとって解剖は時間のかかる準備です。準備内容によっては、数十時間の準備が必要になる場合もあります。3 番目の比較は、乾燥した骨を使用して行うことができます。Tsai と Smith による研究では、3DPAM を使用したグループでテストのスコアが大幅に優れていることがわかりました [51、63]。Chen らは、3D モデルを使用した学生の方が構造物 (頭蓋骨) を識別する成績が良かったが、MCQ スコアには差がなかったと指摘しました [69]。最後に、Tanner らは、翼口蓋窩の 3DPAM を使用して、このグループでより良い事後テスト結果を実証しました [46]。この文献レビューでは、他の新しい教育ツールも特定されました。その中で最も一般的なのは、拡張現実、仮想現実、本格的なゲームです [43]。Mahrous らによると、解剖学的モデルの好みは学生がビデオゲームをプレイする時間によって決まります [31]。一方で、新しい解剖学教育ツールの大きな欠点は、特に純粋な仮想ツールの場合、触覚フィードバックです [48]。
新しい 3DPAM を評価するほとんどの研究では、知識の事前テストが使用されています。これらの事前テストは、評価における偏りを避けるのに役立ちます。著者の中には、実験研究を行う前に、予備テストで平均以上の得点をとった生徒をすべて除外する人もいます[40]。Garas と同僚が言及した偏見の中には、モデルの色と学生クラスのボランティアの選択が含まれていました [61]。染色により解剖学的構造の識別が容易になります。Chenらは、グループ間の初期差異を持たない厳密な実験条件を確立し、研究は可能な限り盲検化された[69]。Lim らは、評価における偏りを避けるために、テスト後の評価を第三者が行うことを推奨しています [16]。いくつかの研究では、リッカート尺度を使用して 3DPAM の実現可能性を評価しています。この手段は満足度を評価するのに適していますが、注意すべき重要なバイアスがまだあります[86]。
3DPAM の教育的関連性は、33 件の研究のうち 14 件で主に医学生 1 年生を含む医学生を対象に評価されました。Wilkらはパイロット研究で、医学生は解剖学の学習に3Dプリンティングを含めるべきだと信じていると報告した[87]。Cercenelli の調査で調査対象となった学生の 87% は、学習 2 年目が 3DPAM を使用するのに最適な時期であると信じていました [84]。Tanner らの結果では、学生がその分野を勉強したことがない場合のほうが成績が良いことも示されました [46]。これらのデータは、医学部の 1 年目が解剖学の教育に 3DPAM を組み込むのに最適な時期であることを示唆しています。Ye のメタ分析はこの考えを裏付けています [18]。研究に含まれる 27 件の論文全体で、医学生では従来のモデルと比較して 3DPAM のパフォーマンスに大きな違いがありましたが、研修医では違いがありませんでした。
学習ツールとしての 3DPAM は、学業成績 [16、35、39、52、57、63、69、79]、長期的な知識保持 [32]、および生徒の満足度 [25、45、46、52、57、63] を向上させます。 、66]。、69、84]。専門家パネルもこれらのモデルが有用であると認めており[37、42、49、81、82]、2つの研究では教師が3DPAMに満足していることが判明した[25、63]。バックハウスらは、あらゆる情報源の中で、3D プリンティングが従来の解剖学的モデルに代わる最良の方法であると考えています [49]。最初のメタ分析で、Ye らは 3DPAM の指導を受けた学生の方が 2D または死体の指導を受けた学生よりもテスト後のスコアが良いことを確認しました [10]。しかし、彼らは 3DPAM を複雑さによって区別するのではなく、単に心臓、神経系、腹腔によって区別しました。7件の研究において、学生に実施された知識テストに基づくと、3DPAMは他のモデルよりも優れた成績を収めることはできませんでした[32、66、69、77、78、84]。Salazar らはメタ分析で、3DPAM の使用により複雑な解剖学的構造の理解が特に向上すると結論付けました [17]。この概念は、編集者に宛てた Hitas の手紙と一致しています [88]。それほど複雑ではないと考えられる一部の解剖学的領域では 3DPAM の使用は必要ありませんが、より複雑な解剖学的領域 (首や神経系など) では 3DPAM を選択するのが論理的です。この概念は、特にモデルのパフォーマンスが優れていると思われる分野の知識が学生に不足している場合に、一部の 3DPAM が従来のモデルよりも優れているとみなされない理由を説明する可能性があります。したがって、すでにその主題についてある程度の知識を持っている学生（医学生や研修医）に単純なモデルを提示しても、学生の成績向上には役立ちません。
リストされているすべての教育上の利点のうち、11 件の研究ではモデルの視覚的または触覚的性質が強調されており [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85]、3 件の研究では強度と耐久性が向上しました (33 、50 -52、63、79、85、86）。その他の利点としては、生徒が構造を操作できること、教師が時間を節約できること、死体よりも保存が容易であること、プロジェクトが 24 時間以内に完了できること、家庭学習ツールとして使用できること、大量の学習を教えるのに使用できることなどが挙げられます。情報の。グループ [30、49、60、61、80、81]。大量の解剖学教育のために 3D プリントを繰り返すことで、3D プリント モデルのコスト効率が向上します [26]。3DPAM を使用すると、精神回転能力が向上し [23]、断面画像の解釈が向上します [23、32]。2つの研究では、3DPAMに曝露された学生は手術を受ける可能性が高いことが判明した[40、74]。機能解剖学の研究に必要な動きを作成するために金属コネクタを埋め込むこともできます [51、53]。トリガー設計を使用してモデルを印刷することもできます [67]。
3D プリンティングでは、モデリング段階で特定の側面を改善し、[48、80] 適切なベースを作成し、[59] 複数のモデルを組み合わせ、[36] 透明度、(49) カラー、[45] または特定の内部構造を可視化する[30]。Tripodi らは、3D プリントした骨モデルを補完するために彫刻粘土を使用し、共同作成したモデルの教育ツールとしての価値を強調しました [47]。9つの研究では、印刷後に色が適用されました[43、46、49、54、58、59、65、69、75]が、学生はそれを1回だけ適用しました[49]。残念ながら、この研究ではモデルのトレーニングの品質やトレーニングの順序は評価されませんでした。混合学習と共同創造の利点は十分に確立されているため、これは解剖学教育の文脈で考慮されるべきです[89]。増大する広告活動に対処するために、モデルを評価するために自己学習が何度も使用されてきました [24、26、27、32、46、69、82]。
ある研究では、プラスチック材料の色が明るすぎると結論付けられ[45]、別の研究ではモデルが脆弱すぎると結論付けられ[71]、他の2つの研究では、個々のモデルの設計に解剖学的多様性が欠如していることが示されました[25, 45]。 ]。。7件の研究は、3DPAMの解剖学的詳細は不十分であると結論付けている[28、34、45、48、62、63、81]。
後腹膜や頸部領域などの大きく複雑な領域のより詳細な解剖学的モデルの場合、セグメンテーションとモデリングにかかる時間は非常に長く、コストも非常に高額 (約 2,000 米ドル) になると考えられます [27、48]。Hojoらは研究の中で、骨盤の解剖学的モデルの作成には40時間かかったと報告した[42]。Weatherall らによる研究では、最長のセグメンテーション時間は 380 時間でした。この研究では、複数のモデルを組み合わせて完全な小児気道モデルを作成しました [36]。9件の研究では、セグメンテーションと印刷時間が欠点と考えられていました[36、42、57、58、74]。しかし、12 件の研究がモデルの物理的特性、特に一貫性、[28, 62] 透明性の欠如、[30] 脆弱性と単色性、[71] 軟組織の欠如、[66] または詳細の欠如 [28, 62] を批判しました。 34]。、45、48、62、63、81]。これらの欠点は、セグメンテーションまたはシミュレーション時間を増やすことで克服できます。関連情報の紛失と取得は 3 つのチームが直面した問題でした [30、74、77]。患者の報告によると、ヨウ素化造影剤は用量制限のため、最適な血管の可視性を提供しませんでした[74]。死体モデルの注入は、「できるだけ少なく」という原則や注入される造影剤の用量の制限から離れる理想的な方法であると思われます。
残念ながら、多くの記事では 3DPAM の主要な機能について言及していません。3DPAM に着色があるかどうかを明示的に述べている記事は半数未満でした。印刷物の範囲の報道には一貫性がなく（記事の 43%）、複数のメディアの使用について言及したのは 34% のみでした。これらの印刷パラメータは 3DPAM の学習特性に影響を与えるため、重要です。ほとんどの記事では、3DPAM 取得の複雑さ (設計時間、人材の資格、ソフトウェアのコスト、印刷コストなど) について十分な情報が提供されていません。この情報は重要であり、新しい 3DPAM を開発するプロジェクトの開始を検討する前に考慮する必要があります。
この系統的レビューは、特に FDM または SLA プリンタと安価な単色のプラスチック材料を使用する場合、通常の解剖学的モデルの設計と 3D プリントが低コストで実現可能であることを示しています。ただし、これらの基本デザインは、色を追加したり、さまざまな素材でデザインを追加したりすることで強化できます。より現実的なモデル (死体参照モデルの触感を厳密に再現するために、異なる色と質感の複数のマテリアルを使用して印刷される) には、より高価な 3D 印刷技術とより長い設計時間が必要になります。これにより、全体のコストが大幅に増加します。どの印刷プロセスを選択する場合でも、適切なイメージング方法を選択することが 3DPAM の成功の鍵となります。空間解像度が高くなるほど、モデルはより現実的になり、高度な研究に使用できるようになります。教育学的観点から見ると、3DPAM は学生に実施された知識テストと学生の満足度によって証明されているように、解剖学を教えるための効果的なツールです。3DPAM の教育効果は、複雑な解剖学的領域を再現し、学生が医療訓練の早い段階で使用するときに最も効果的です。
現在の研究で生成および/または分析されたデータセットは、言語の壁があるため一般には公開されていませんが、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。
ドレイク RL、ローリー DJ、プルイット CM。米国の医学部カリキュラムにおける肉眼解剖学、微小解剖学、神経生物学、発生学のコースのレビュー。アナト Rec.2002;269(2):118-22。
ゴーシュ SK 21 世紀の解剖学教育ツールとしての死体解剖: 教育ツールとしての解剖。科学教育の分析。2017;10(3):286–99。
投稿日時: 2023 年 11 月 1 日