Os modelos anatômicos impressos em três dimensões (MA3D) parecem ser uma ferramenta adequada devido ao seu valor educacional e viabilidade. O objetivo desta revisão é descrever e analisar os métodos utilizados para criar MA3D para o ensino de anatomia humana e avaliar sua contribuição pedagógica.
Foi realizada uma busca eletrônica no PubMed utilizando os seguintes termos: educação, escola, aprendizagem, ensino, treinamento, ensino, educação, tridimensional, 3D, impressão tridimensional, impressão, impressão, anatomia, anatomia, anatomia e anatomia. Os resultados incluíram características do estudo, projeto do modelo, avaliação morfológica, desempenho educacional, pontos fortes e pontos fracos.
Entre os 68 artigos selecionados, a maioria dos estudos focou na região craniana (33 artigos); 51 artigos mencionam a impressão óssea. Em 47 artigos, a impressão 3D de modelos aditivos (3DPAM) foi desenvolvida com base em tomografia computadorizada. Cinco processos de impressão são listados. Plásticos e seus derivados foram utilizados em 48 estudos. O preço de cada modelo varia de US$ 1,25 a US$ 2.800. Trinta e sete estudos compararam a 3DPAM com modelos de referência. Trinta e três artigos examinaram atividades educacionais. Os principais benefícios são a qualidade visual e tátil, a eficiência da aprendizagem, a repetibilidade, a personalização e a agilidade, a economia de tempo, a integração da anatomia funcional, melhores capacidades de rotação mental, a retenção de conhecimento e a satisfação de professores e alunos. As principais desvantagens estão relacionadas ao design: consistência, falta de detalhes ou transparência, cores muito vibrantes, longos tempos de impressão e alto custo.
Esta revisão sistemática demonstra que a impressão 3D de anatomia (3DPAM) é eficaz e tem um bom custo-benefício para o ensino de anatomia. Modelos mais realistas exigem o uso de tecnologias de impressão 3D mais caras e tempos de projeto mais longos, o que aumenta significativamente o custo total. A chave é selecionar o método de imagem apropriado. Do ponto de vista pedagógico, a 3DPAM é uma ferramenta eficaz para o ensino de anatomia, com impacto positivo nos resultados de aprendizagem e na satisfação dos alunos. O efeito didático da 3DPAM é melhor quando ela reproduz regiões anatômicas complexas e os alunos a utilizam desde o início de sua formação médica.
A dissecação de cadáveres de animais é praticada desde a Grécia Antiga e é um dos principais métodos de ensino de anatomia. Dissecações cadavéricas realizadas durante o treinamento prático são utilizadas no currículo teórico de estudantes de medicina universitários e são atualmente consideradas o padrão ouro para o estudo da anatomia [1,2,3,4,5]. No entanto, existem muitas barreiras ao uso de espécimes cadavéricos humanos, o que motiva a busca por novas ferramentas de ensino [6, 7]. Algumas dessas novas ferramentas incluem realidade aumentada, ferramentas digitais e impressão 3D. De acordo com uma revisão bibliográfica recente de Santos et al. [8], em termos do valor dessas novas tecnologias para o ensino de anatomia, a impressão 3D se apresenta como um dos recursos mais importantes, tanto em termos de valor educacional para os estudantes quanto em termos de viabilidade de implementação [4,9,10].
A impressão 3D não é nova. As primeiras patentes relacionadas a essa tecnologia datam de 1984: A Le Méhauté, O De Witte e JC André na França, e três semanas depois C Hull nos EUA. Desde então, a tecnologia continuou a evoluir e seu uso se expandiu para muitas áreas. Por exemplo, a NASA imprimiu o primeiro objeto além da Terra em 2014 [11]. A área médica também adotou essa nova ferramenta, aumentando assim o desejo de desenvolver medicina personalizada [12].
Diversos autores demonstraram os benefícios do uso de modelos anatômicos impressos em 3D (MAI-3D) no ensino médico [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. No ensino de anatomia humana, são necessários modelos não patológicos e anatomicamente normais. Algumas revisões examinaram modelos patológicos ou de treinamento médico/cirúrgico [8, 20, 21]. Para desenvolver um modelo híbrido para o ensino de anatomia humana que incorpore novas ferramentas, como a impressão 3D, realizamos uma revisão sistemática para descrever e analisar como os objetos impressos em 3D são criados para o ensino de anatomia humana e como os alunos avaliam a eficácia da aprendizagem com o uso desses objetos 3D.
Esta revisão sistemática da literatura foi realizada em junho de 2022 usando as diretrizes PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) sem restrições de tempo [22].
Os critérios de inclusão foram todos os artigos de pesquisa que utilizaram modelagem analógica tridimensional (3DPAM) no ensino/aprendizagem de anatomia. Revisões de literatura, cartas ou artigos com foco em modelos patológicos, modelos animais, modelos arqueológicos e modelos de treinamento médico/cirúrgico foram excluídos. Apenas artigos publicados em inglês foram selecionados. Artigos sem resumos online disponíveis foram excluídos. Artigos que incluíam múltiplos modelos, sendo pelo menos um deles anatomicamente normal ou com patologias menores que não afetassem o valor didático, foram incluídos.
Foi realizada uma busca bibliográfica na base de dados eletrônica PubMed (Biblioteca Nacional de Medicina, NCBI) para identificar estudos relevantes publicados até junho de 2022. Utilize os seguintes termos de busca: educação, escola, ensino, aprendizagem, tridimensional, 3D, impressão, anatomia. Foi executada uma única consulta: (((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]). Artigos adicionais foram identificados por meio de busca manual na base de dados PubMed e revisão das referências de outros artigos científicos. Não foram aplicadas restrições de data, mas o filtro “Pessoa” foi utilizado.
Todos os títulos e resumos recuperados foram analisados de acordo com os critérios de inclusão e exclusão por dois autores (EBR e AL), e qualquer estudo que não atendesse a todos os critérios de elegibilidade foi excluído. As publicações completas dos estudos restantes foram recuperadas e revisadas por três autores (EBR, EBE e AL). Quando necessário, as divergências na seleção dos artigos foram resolvidas por uma quarta pessoa (LT). As publicações que atenderam a todos os critérios de inclusão foram incluídas nesta revisão.
A extração de dados foi realizada de forma independente por dois autores (EBR e AL) sob a supervisão de um terceiro autor (LT).
- Dados do projeto do modelo: regiões anatômicas, partes anatômicas específicas, modelo inicial para impressão 3D, método de aquisição, software de segmentação e modelagem, tipo de impressora 3D, tipo e quantidade de material, escala de impressão, cor, custo de impressão.
- Avaliação morfológica dos modelos: modelos utilizados para comparação, avaliação médica de especialistas/professores, número de avaliadores, tipo de avaliação.
- Ensino do modelo 3D: avaliação do conhecimento do aluno, método de avaliação, número de alunos, número de grupos de comparação, randomização dos alunos, nível de escolaridade/tipo de aluno.
Foram identificados 418 estudos no MEDLINE, dos quais 139 foram excluídos pelo filtro “humanos”. Após a revisão dos títulos e resumos, 103 estudos foram selecionados para leitura completa. Trinta e quatro artigos foram excluídos por se tratarem de modelos patológicos (9 artigos), modelos de treinamento médico/cirúrgico (4 artigos), modelos animais (4 artigos), modelos radiológicos 3D (1 artigo) ou por não serem artigos científicos originais (16 capítulos). Um total de 68 artigos foram incluídos na revisão. A Figura 1 apresenta o processo de seleção em forma de fluxograma.
Fluxograma que resume a identificação, triagem e inclusão de artigos nesta revisão sistemática.
Todos os estudos foram publicados entre 2014 e 2022, com ano médio de publicação de 2019. Dos 68 artigos incluídos, 33 (49%) eram estudos descritivos e experimentais, 17 (25%) eram puramente experimentais e 18 (26%) eram puramente descritivos. Dos 50 (73%) estudos experimentais, 21 (31%) utilizaram randomização. Apenas 34 estudos (50%) incluíram análises estatísticas. A Tabela 1 resume as características de cada estudo.
Trinta e três artigos (48%) examinaram a região da cabeça, 19 artigos (28%) examinaram a região torácica, 17 artigos (25%) examinaram a região abdominopélvica e 15 artigos (22%) examinaram as extremidades. Cinquenta e um artigos (75%) mencionaram ossos impressos em 3D como modelos anatômicos ou modelos anatômicos multislice.
Em relação aos modelos ou arquivos de origem usados para desenvolver o 3DPAM, 23 artigos (34%) mencionaram o uso de dados de pacientes, 20 artigos (29%) mencionaram o uso de dados de cadáveres e 17 artigos (25%) mencionaram o uso de bancos de dados, enquanto 7 estudos (10%) não divulgaram a fonte dos documentos utilizados.
Quarenta e sete estudos (69%) desenvolveram 3DPAM com base em tomografia computadorizada e três estudos (4%) relataram o uso de microCT. Sete artigos (10%) projetaram objetos 3D usando scanners ópticos, quatro artigos (6%) usando ressonância magnética e um artigo (1%) usando câmeras e microscópios. Quatorze artigos (21%) não mencionaram a fonte dos arquivos de projeto do modelo 3D. Os arquivos 3D são criados com uma resolução espacial média inferior a 0,5 mm. A resolução ideal é de 30 μm [80] e a resolução máxima é de 1,5 mm [32].
Foram utilizadas sessenta aplicações de software diferentes (segmentação, modelagem, design ou impressão). O Mimics (Materialise, Leuven, Bélgica) foi o mais utilizado (14 estudos, 21%), seguido pelo MeshMixer (Autodesk, San Rafael, CA) (13 estudos, 19%), Geomagic (3D Systems, MO, NC, Leesville) (10 estudos, 15%), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, MA) (9 estudos, 13%), Blender (Blender Foundation, Amsterdã, Holanda) (8 estudos, 12%) e CURA (Geldemarsen, Holanda) (7 estudos, 10%).
São mencionados sessenta e sete modelos diferentes de impressoras e cinco processos de impressão. A tecnologia FDM (Modelagem por Deposição Fundida) foi utilizada em 26 produtos (38%), a jateamento de material em 13 produtos (19%) e, por fim, o jateamento de aglutinante (11 produtos, 16%). As tecnologias menos utilizadas são a estereolitografia (SLA) (5 artigos, 7%) e a sinterização seletiva a laser (SLS) (4 artigos, 6%). A impressora mais utilizada (7 artigos, 10%) é a Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israel) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Ao especificar os materiais utilizados para fabricar 3DPAM (51 artigos, 75%), 48 estudos (71%) utilizaram plásticos e seus derivados. Os principais materiais utilizados foram PLA (ácido polilático) (n = 20, 29%), resina (n = 9, 13%) e ABS (acrilonitrila butadieno estireno) (7 tipos, 10%). Vinte e três artigos (34%) examinaram 3DPAM fabricados com múltiplos materiais, 36 artigos (53%) apresentaram 3DPAM fabricados com apenas um material e 9 artigos (13%) não especificaram o material.
Vinte e nove artigos (43%) relataram proporções de impressão variando de 0,25:1 a 2:1, com uma média de 1:1. Vinte e cinco artigos (37%) usaram uma proporção de 1:1. 28 3DPAMs (41%) consistiam em várias cores e 9 (13%) foram tingidos após a impressão [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trinta e quatro artigos (50%) mencionaram custos. Nove artigos (13%) mencionaram o custo de impressoras 3D e matérias-primas. Os preços das impressoras variam de US$ 302 a US$ 65.000. Quando especificados, os preços dos modelos variam de US$ 1,25 a US$ 2.800; esses valores extremos correspondem a espécimes esqueléticos [47] e modelos retroperitoneais de alta fidelidade [48]. A Tabela 2 resume os dados dos modelos para cada estudo incluído.
Trinta e sete estudos (54%) compararam o 3DPAM a um modelo de referência. Entre esses estudos, o comparador mais comum foi um modelo de referência anatômico, usado em 14 artigos (38%), preparações plastinadas em 6 artigos (16%) e preparações plastinadas em 6 artigos (16%). O uso de realidade virtual, tomografia computadorizada e um 3DPAM foram comparados em 5 artigos (14%), outro 3DPAM em 3 artigos (8%), jogos sérios em 1 artigo (3%), radiografias em 1 artigo (3%), modelos de negócios em 1 artigo (3%) e realidade aumentada em 1 artigo (3%). Trinta e quatro (50%) estudos avaliaram o 3DPAM. Quinze (48%) estudos detalharam as experiências dos avaliadores (Tabela 3). A modelagem aditiva tridimensional (3DPAM) foi realizada por cirurgiões ou médicos assistentes em 7 estudos (47%), especialistas em anatomia em 6 estudos (40%), estudantes em 3 estudos (20%), professores (disciplina não especificada) em 3 estudos (20%) e um avaliador adicional no artigo (7%). O número médio de avaliadores foi de 14 (mínimo de 2, máximo de 30). Trinta e três estudos (49%) avaliaram a morfologia da 3DPAM qualitativamente e 10 estudos (15%) avaliaram quantitativamente. Dos 33 estudos que utilizaram avaliações qualitativas, 16 utilizaram avaliações puramente descritivas (48%), 9 utilizaram testes/classificações/questionários (27%) e 8 utilizaram escalas Likert (24%). A Tabela 3 resume as avaliações morfológicas dos modelos em cada estudo incluído.
Trinta e três (48%) artigos examinaram e compararam a eficácia do ensino de modelagem anatômica tridimensional (3DPAM) para estudantes. Desses estudos, 23 (70%) avaliaram a satisfação dos alunos, 17 (51%) utilizaram escalas Likert e 6 (18%) utilizaram outros métodos. Vinte e dois artigos (67%) avaliaram a aprendizagem dos alunos por meio de testes de conhecimento, dos quais 10 (30%) utilizaram pré-testes e/ou pós-testes. Onze estudos (33%) utilizaram questões e testes de múltipla escolha para avaliar o conhecimento dos alunos, e cinco estudos (15%) utilizaram rotulagem de imagens/identificação anatômica. Uma média de 76 alunos participou de cada estudo (mínimo de 8, máximo de 319). Vinte e quatro estudos (72%) possuíam um grupo controle, dos quais 20 (60%) utilizaram randomização. Em contrapartida, um estudo (3%) atribuiu aleatoriamente modelos anatômicos a 10 alunos diferentes. Em média, 2,6 grupos foram comparados (mínimo de 2, máximo de 10). Vinte e três estudos (70%) envolveram estudantes de medicina, dos quais 14 (42%) eram estudantes do primeiro ano. Seis (18%) estudos envolveram residentes, 4 (12%) estudantes de odontologia e 3 (9%) estudantes de ciências. Seis estudos (18%) implementaram e avaliaram a aprendizagem autônoma utilizando o 3DPAM. A Tabela 4 resume os resultados da avaliação da eficácia do ensino com o 3DPAM para cada estudo incluído.
Os principais benefícios do uso do 3DPAM como ferramenta de ensino para o ensino da anatomia humana normal relatados pelos autores são características visuais e táteis, incluindo realismo [55, 67], precisão [44, 50, 72, 85] e variabilidade de consistência [34]. , 45, 48, 64], cor e transparência [28, 45], confiabilidade [24, 56, 73], efeito educacional [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], custo [ 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reprodutibilidade [80], possibilidade de melhoria ou personalização [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], capacidade de manipulação pelos alunos [30, 49], economia de tempo de ensino [61, 80], facilidade de armazenamento [61], capacidade de integrar anatomia funcional ou criar estruturas específicas [51, 53], 67], projeto rápido de modelos de esqueleto [81], capacidade de criar e usar modelos de casas colaborativamente [49, 60, 71], melhoraram as habilidades de rotação mental [23] e a retenção de conhecimento [32], bem como a satisfação do professor [25, 63] e do aluno [25, 63]. 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
As principais desvantagens estão relacionadas ao design: rigidez [80], consistência [28, 62], falta de detalhes ou transparência [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], cores muito brilhantes [45] e a fragilidade do piso [71]. Outras desvantagens incluem perda de informação [30, 76], longo tempo necessário para segmentação de imagem [36, 52, 57, 58, 74], tempo de impressão [57, 63, 66, 67], falta de variabilidade anatômica [25] e custo elevado [48].
Esta revisão sistemática resume 68 artigos publicados ao longo de 9 anos e destaca o interesse da comunidade científica na impressão 3D a laser (3DPAM) como ferramenta para o ensino da anatomia humana normal. Cada região anatômica foi estudada e impressa em 3D. Desses artigos, 37 compararam a 3DPAM com outros modelos e 33 avaliaram a relevância pedagógica da 3DPAM para estudantes.
Dadas as diferenças no desenho dos estudos de impressão 3D anatômica, não consideramos apropriado realizar uma meta-análise. Uma meta-análise publicada em 2020 focou-se principalmente em testes de conhecimento anatômico após treinamento, sem analisar os aspectos técnicos e tecnológicos do projeto e produção de 3DPAM [10].
A região da cabeça é a mais estudada, provavelmente porque a complexidade de sua anatomia torna mais difícil para os estudantes representarem essa região anatômica no espaço tridimensional em comparação com os membros ou o tronco. A tomografia computadorizada (TC) é, de longe, a modalidade de imagem mais utilizada. Essa técnica é amplamente empregada, especialmente em ambientes médicos, mas possui resolução espacial limitada e baixo contraste de tecidos moles. Essas limitações tornam as tomografias computadorizadas inadequadas para segmentação e modelagem do sistema nervoso. Por outro lado, a tomografia computadorizada é mais adequada para segmentação/modelagem de tecido ósseo; o contraste entre osso e tecido mole auxilia na conclusão dessas etapas antes da impressão 3D de modelos anatômicos. Além disso, a microtomografia computadorizada (microTC) é considerada a tecnologia de referência em termos de resolução espacial na imagem óssea [70]. Scanners ópticos ou ressonância magnética (RM) também podem ser usados para obter imagens. Uma resolução mais alta evita o alisamento das superfícies ósseas e preserva a sutileza das estruturas anatômicas [59]. A escolha do modelo também afeta a resolução espacial: por exemplo, modelos de plastificação têm uma resolução menor [45]. Designers gráficos precisam criar modelos 3D personalizados, o que aumenta os custos (de US$ 25 a US$ 150 por hora) [43]. A obtenção de arquivos .STL de alta qualidade não é suficiente para criar modelos anatômicos de alta qualidade. É necessário determinar os parâmetros de impressão, como a orientação do modelo anatômico na placa de impressão [29]. Alguns autores sugerem que tecnologias de impressão avançadas, como a SLS, devem ser usadas sempre que possível para melhorar a precisão da impressão 3D anatômica [38]. A produção de modelos 3D anatômicos requer assistência profissional; os especialistas mais procurados são engenheiros [72], radiologistas [75], designers gráficos [43] e anatomistas [25, 28, 51, 57, 76, 77].
O software de segmentação e modelagem é um fator importante na obtenção de modelos anatômicos precisos, mas o custo desses pacotes de software e sua complexidade dificultam seu uso. Vários estudos compararam o uso de diferentes pacotes de software e tecnologias de impressão, destacando as vantagens e desvantagens de cada tecnologia [68]. Além do software de modelagem, também é necessário um software de impressão compatível com a impressora selecionada; alguns autores preferem usar a impressão 3D online [75]. Se um número suficiente de objetos 3D for impresso, o investimento pode gerar retorno financeiro [72].
O plástico é, de longe, o material mais utilizado. Sua ampla gama de texturas e cores o torna o material de escolha para a impressão 3D por manufatura aditiva. Alguns autores elogiaram sua alta resistência em comparação com modelos cadavéricos ou placas tradicionais [24, 56, 73]. Alguns plásticos apresentam até mesmo propriedades de flexão ou alongamento. Por exemplo, o Filaflex, com tecnologia FDM, pode se alongar até 700%. Alguns autores o consideram o material de escolha para a replicação de músculos, tendões e ligamentos [63]. Por outro lado, dois estudos levantaram questões sobre a orientação das fibras durante a impressão. De fato, a orientação, inserção, inervação e função das fibras musculares são cruciais na modelagem muscular [33].
Surpreendentemente, poucos estudos mencionam a escala de impressão. Como muitas pessoas consideram a proporção 1:1 como padrão, o autor pode ter optado por não mencioná-la. Embora a ampliação seja útil para o aprendizado direcionado em grandes grupos, a viabilidade dessa prática ainda não foi bem explorada, especialmente com o aumento do número de alunos por turma e o tamanho físico do modelo sendo um fator importante. É claro que as escalas em tamanho real facilitam a localização e a comunicação de vários elementos anatômicos ao paciente, o que pode explicar por que são frequentemente utilizadas.
Dentre as diversas impressoras disponíveis no mercado, aquelas que utilizam a tecnologia PolyJet (jato de tinta para materiais ou jato de tinta para aglutinantes) para fornecer impressão colorida de alta definição e multimaterial (e, portanto, multitextura) custam entre US$ 20.000 e US$ 250.000 (https://www.aniwaa.com/). Esse alto custo pode limitar a promoção da impressão 3D em faculdades de medicina. Além do custo da impressora, o custo dos materiais necessários para a impressão a jato de tinta é maior do que para impressoras SLA ou FDM [68]. Os preços das impressoras SLA ou FDM também são mais acessíveis, variando de € 576 a € 4.999 nos artigos listados nesta revisão. De acordo com Tripodi e colegas, cada parte esquelética pode ser impressa por US$ 1,25 [47]. Onze estudos concluíram que a impressão 3D é mais barata do que a plastificação ou modelos comerciais [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. Além disso, esses modelos comerciais são projetados para fornecer informações ao paciente sem detalhes suficientes para o ensino de anatomia [80]. Esses modelos comerciais são considerados inferiores à impressão 3D a laser [44]. Vale ressaltar que, além da tecnologia de impressão utilizada, o custo final é proporcional à escala e, portanto, ao tamanho final da impressão 3D a laser [48]. Por esses motivos, a escala em tamanho real é preferida [37].
Apenas um estudo comparou a modelagem anatômica tridimensional (3DPAM) com modelos anatômicos disponíveis comercialmente [72]. Amostras cadavéricas são o comparador mais comumente usado para a 3DPAM. Apesar de suas limitações, os modelos cadavéricos continuam sendo uma ferramenta valiosa para o ensino de anatomia. Deve-se fazer uma distinção entre autópsia, dissecção e osso seco. Com base em testes de treinamento, dois estudos mostraram que a 3DPAM foi significativamente mais eficaz do que a dissecção plastinada [16, 27]. Um estudo comparou uma hora de treinamento usando 3DPAM (membro inferior) com uma hora de dissecção da mesma região anatômica [78]. Não houve diferenças significativas entre os dois métodos de ensino. É provável que haja pouca pesquisa sobre esse tópico porque tais comparações são difíceis de fazer. A dissecção é uma preparação demorada para os alunos. Às vezes, são necessárias dezenas de horas de preparação, dependendo do que está sendo preparado. Uma terceira comparação pode ser feita com ossos secos. Um estudo de Tsai e Smith descobriu que as notas dos testes foram significativamente melhores no grupo que usou 3DPAM [51, 63]. Chen e colegas observaram que os alunos que usaram modelos 3D tiveram melhor desempenho na identificação de estruturas (crânios), mas não houve diferença nas pontuações de múltipla escolha [69]. Finalmente, Tanner e colegas demonstraram melhores resultados pós-teste neste grupo usando 3DPAM da fossa pterigopalatina [46]. Outras novas ferramentas de ensino foram identificadas nesta revisão da literatura. As mais comuns entre elas são realidade aumentada, realidade virtual e jogos sérios [43]. De acordo com Mahrous e colegas, a preferência por modelos anatômicos depende do número de horas que os alunos jogam videogames [31]. Por outro lado, uma grande desvantagem das novas ferramentas de ensino de anatomia é o feedback háptico, especialmente para ferramentas puramente virtuais [48].
A maioria dos estudos que avaliam o novo 3DPAM utilizou pré-testes de conhecimento. Esses pré-testes ajudam a evitar vieses na avaliação. Alguns autores, antes de conduzir estudos experimentais, excluem todos os alunos que obtiveram pontuação acima da média no teste preliminar [40]. Entre os vieses mencionados por Garas e colegas, estão a cor do modelo e a seleção de voluntários na turma de alunos [61]. A coloração facilita a identificação de estruturas anatômicas. Chen e colegas estabeleceram condições experimentais rigorosas, sem diferenças iniciais entre os grupos, e o estudo foi realizado de forma cega, na medida do possível [69]. Lim e colegas recomendam que a avaliação pós-teste seja realizada por um terceiro para evitar vieses na avaliação [16]. Alguns estudos utilizaram escalas Likert para avaliar a viabilidade do 3DPAM. Esse instrumento é adequado para avaliar a satisfação, mas ainda existem vieses importantes a serem considerados [86].
A relevância educacional da impressão 3D de anatomia (3DPAM) foi avaliada principalmente entre estudantes de medicina, incluindo alunos do primeiro ano, em 14 dos 33 estudos. Em seu estudo piloto, Wilk e colegas relataram que os estudantes de medicina acreditavam que a impressão 3D deveria ser incluída em seu aprendizado de anatomia [87]. 87% dos estudantes entrevistados no estudo de Cercenelli acreditavam que o segundo ano de estudo era o melhor momento para usar a 3DPAM [84]. Os resultados de Tanner e colegas também mostraram que os estudantes tiveram melhor desempenho se nunca tivessem estudado a área [46]. Esses dados sugerem que o primeiro ano da faculdade de medicina é o momento ideal para incorporar a 3DPAM ao ensino de anatomia. A meta-análise de Ye corroborou essa ideia [18]. Nos 27 artigos incluídos no estudo, houve diferenças significativas no desempenho com a 3DPAM em comparação com os modelos tradicionais em estudantes de medicina, mas não em residentes.
A impressão 3D de modelos anatômicos (3DPAM) como ferramenta de aprendizagem melhora o desempenho acadêmico [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], a retenção de conhecimento a longo prazo [32] e a satisfação dos alunos [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66, 69, 84]. Painéis de especialistas também consideraram esses modelos úteis [37, 42, 49, 81, 82], e dois estudos constataram a satisfação dos professores com a 3DPAM [25, 63]. De todas as fontes, Backhouse e colegas consideram a impressão 3D a melhor alternativa aos modelos anatômicos tradicionais [49]. Em sua primeira meta-análise, Ye e colegas confirmaram que os alunos que receberam instruções com 3DPAM obtiveram melhores resultados nos testes finais do que os alunos que receberam instruções com modelos 2D ou cadáveres [10]. No entanto, eles diferenciaram a 3DPAM não pela complexidade, mas simplesmente pela representação do coração, do sistema nervoso e da cavidade abdominal. Em sete estudos, o 3DPAM não apresentou desempenho superior a outros modelos com base em testes de conhecimento aplicados a estudantes [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Em sua meta-análise, Salazar e colegas concluíram que o uso do 3DPAM melhora especificamente a compreensão da anatomia complexa [17]. Esse conceito está de acordo com a carta de Hitas ao editor [88]. Algumas áreas anatômicas consideradas menos complexas não requerem o uso do 3DPAM, enquanto áreas anatômicas mais complexas (como o pescoço ou o sistema nervoso) seriam uma escolha lógica para o 3DPAM. Esse conceito pode explicar por que alguns 3DPAMs não são considerados superiores aos modelos tradicionais, especialmente quando os estudantes não possuem conhecimento na área em que o desempenho do modelo se mostra superior. Assim, apresentar um modelo simples a estudantes que já possuem algum conhecimento sobre o assunto (estudantes de medicina ou residentes) não contribui para a melhoria do desempenho dos estudantes.
De todos os benefícios educacionais listados, 11 estudos enfatizaram as qualidades visuais ou táteis dos modelos [27,34,44,45,48,50,55,63,67,72,85], e 3 estudos melhoraram a resistência e a durabilidade (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). Outras vantagens são que os alunos podem manipular as estruturas, os professores podem economizar tempo, os modelos são mais fáceis de preservar do que cadáveres, o projeto pode ser concluído em 24 horas, pode ser usado como ferramenta de ensino domiciliar e pode ser usado para ensinar grandes quantidades de informações a grupos [30, 49, 60, 61, 80, 81]. A impressão 3D repetida para o ensino de anatomia em grande escala torna os modelos de impressão 3D mais econômicos [26]. O uso da impressão 3D a laser pode melhorar as capacidades de rotação mental [23] e a interpretação de imagens de corte transversal [23, 32]. Dois estudos descobriram que os alunos expostos ao 3DPAM tinham maior probabilidade de se submeterem a cirurgia [40, 74]. Conectores de metal podem ser incorporados para criar o movimento necessário para estudar anatomia funcional [51, 53], ou modelos podem ser impressos usando designs de gatilho [67].
A impressão 3D permite a criação de modelos anatômicos ajustáveis, aprimorando certos aspectos durante a etapa de modelagem [48, 80], criando uma base adequada [59], combinando múltiplos modelos [36], utilizando transparência [49], cor [45] ou tornando visíveis certas estruturas internas [30]. Tripodi e colegas utilizaram argila de modelagem para complementar seus modelos ósseos impressos em 3D, enfatizando o valor de modelos cocriados como ferramentas de ensino [47]. Em 9 estudos, a cor foi aplicada após a impressão [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], mas os alunos a aplicaram apenas uma vez [49]. Infelizmente, o estudo não avaliou a qualidade do treinamento com modelos nem a sequência do treinamento. Isso deve ser considerado no contexto do ensino de anatomia, visto que os benefícios da aprendizagem híbrida e da cocriação são bem estabelecidos [89]. Para lidar com a crescente atividade publicitária, a autoaprendizagem tem sido usada muitas vezes para avaliar modelos [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Um estudo concluiu que a cor do material plástico era muito brilhante[45], outro estudo concluiu que o modelo era muito frágil[71] e dois outros estudos indicaram falta de variabilidade anatômica no design de modelos individuais[25, 45]. Sete estudos concluíram que o detalhamento anatômico do 3DPAM é insuficiente [28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Para modelos anatômicos mais detalhados de regiões grandes e complexas, como o retroperitônio ou a região cervical, o tempo de segmentação e modelagem é considerado muito longo e o custo muito alto (cerca de US$ 2.000) [27, 48]. Hojo e colegas relataram em seu estudo que a criação de um modelo anatômico da pelve levou 40 horas [42]. O maior tempo de segmentação foi de 380 horas em um estudo de Weatherall e colegas, no qual vários modelos foram combinados para criar um modelo completo das vias aéreas pediátricas [36]. Em nove estudos, o tempo de segmentação e impressão foi considerado uma desvantagem [36, 42, 57, 58, 74]. No entanto, 12 estudos criticaram as propriedades físicas de seus modelos, particularmente sua consistência [28, 62], falta de transparência [30], fragilidade e monocromaticidade [71], falta de tecido mole [66] ou falta de detalhes [28, 34]. , 45, 48, 62, 63, 81]. Essas desvantagens podem ser superadas aumentando o tempo de segmentação ou simulação. A perda e recuperação de informações relevantes foi um problema enfrentado por três equipes [30, 74, 77]. De acordo com relatos de pacientes, os agentes de contraste iodados não proporcionaram visibilidade vascular ideal devido às limitações de dose [74]. A injeção em um modelo cadavérico parece ser um método ideal que se afasta do princípio de “o mínimo possível” e das limitações da dose do agente de contraste injetado.
Infelizmente, muitos artigos não mencionam algumas características essenciais da impressão 3D de modelos analógicos (3DPAM). Menos da metade dos artigos declarou explicitamente se a 3DPAM utilizada era colorida. A abordagem em relação à impressão foi inconsistente (43% dos artigos), e apenas 34% mencionaram o uso de múltiplas mídias. Esses parâmetros de impressão são cruciais, pois influenciam as propriedades de aprendizado da 3DPAM. A maioria dos artigos não fornece informações suficientes sobre as complexidades envolvidas na obtenção de uma 3DPAM (tempo de projeto, qualificação da equipe, custos de software, custos de impressão, etc.). Essas informações são fundamentais e devem ser consideradas antes de iniciar um projeto para desenvolver uma nova 3DPAM.
Esta revisão sistemática demonstra que o projeto e a impressão 3D de modelos anatômicos normais são viáveis a baixo custo, especialmente quando se utilizam impressoras FDM ou SLA e materiais plásticos monocromáticos de baixo custo. No entanto, esses projetos básicos podem ser aprimorados com a adição de cores ou com a utilização de diferentes materiais. Modelos mais realistas (impressos com múltiplos materiais de diferentes cores e texturas para replicar fielmente as qualidades táteis de um modelo cadavérico de referência) exigem tecnologias de impressão 3D mais caras e tempos de projeto mais longos. Isso aumentará significativamente o custo total. Independentemente do processo de impressão escolhido, a seleção do método de imagem apropriado é fundamental para o sucesso da impressão 3D de modelos anatômicos (3DPAM). Quanto maior a resolução espacial, mais realista o modelo se torna e mais adequado para pesquisas avançadas. Do ponto de vista pedagógico, a 3DPAM é uma ferramenta eficaz para o ensino de anatomia, como evidenciado pelos testes de conhecimento aplicados aos alunos e pela sua satisfação. O efeito didático da 3DPAM é otimizado quando ela reproduz regiões anatômicas complexas e os alunos a utilizam desde o início de sua formação médica.
Os conjuntos de dados gerados e/ou analisados no presente estudo não estão disponíveis publicamente devido a barreiras linguísticas, mas podem ser obtidos mediante solicitação razoável ao autor correspondente.
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Ghosh SK Dissecação cadavérica como ferramenta educacional para a ciência anatômica no século XXI: Dissecação como ferramenta educacional. Análise do ensino de ciências. 2017;10(3):286–99.
Data da publicação: 01/11/2023