Перспективы использования 3D-реконструкций органов в обучении анатомии

Введение. Трехмерная (3D) печать (также известная как аддитивное производство) - это процесс, при котором ЗВ-компьютерная модель преобразуется в физический объект [1]. С помощью компьютерного управления “печатные материалы” укладываются слой за слоем, пока физический объект не будет соответствовать чертежу на компьютере. Обычно используемые материалы для ЗВ-печати включают нейлоновое стекловолокно, прочный нейлоновый материал, гипсовый материал, алюминиевый материал, титановый сплав, нержавеющую сталь, серебрение, позолоту и резиновые материалы. Трехмерная печать имеет широкий спектр применений, в том числе в космической науке, технике и медицине. Например, технология может быть использована для сканирования человеческого тела с помощью магнитно-резонансной томографии и компьютерной томографии, а затем для воспроизведения человеческих структур с помощью нескольких слоев полимерного материала [2]. Материал укладывается слоями, что в конечном итоге приводит к созданию объемных моделей.

С 2000 года технология ЗВ-печати быстро развивается и широко используется в обрабатывающей промышленности. Технология ЗВ-печати в настоящее время внедрена в медицинскую и биомедицинскую области и имеет потенциальную ценность в клинической практике. ЗВ-печатные модели костей многообещающе точны в морфологии, включая морфологию переломов костей. Цена технологии ЗВ-печати в настоящее время достигла разумного уровня затрат, и ее внедрили для планирования операций и преподавания медицины [2, 3, 5].

До сих пор неизвестно, улучшает ли добавление ЗВ-печатных моделей преподавание пространственной анатомии костей и их переломов студентами бакалавриата. В этом исследовании мы провели рандомизированное контролируемое исследование, сравнивающее ЗВ-печатные модели с рентгенографическими изображениями при обучении студентов-медиков по вопросам переломов костей [4, 7].

Использование услуг ЗВ-печати в анатомическом образовании потенциально может быть использовано для преодоления большого разрыва в опыте за счет улучшения пространственного понимания уникальных патологий и других сложных анатомических тем в формате, который широко доступен для большинства аудиторий. Хотя модели трупов и среды виртуальной реальности также ранее использовались для этих целей, стоимость содержания лаборатории трупов нереальна для всех учреждений, а в средах виртуальной реальности отсутствует важная тактильная информация [11]. В последние годы средняя стоимость услуг ЗВ-печати существенно снизилась и стала намного доступнее, что делает их применение в большинстве классных комнат гораздо более реалистичным [8-10].

Области применения ЗВ-печати постепенно расширяются. ЗВ-печать является потенциально прорывной технологией, которая может улучшить хирургическое образование и клиническую практику [3]. ЗВ-печать моделей артериовенозных мальформаций головного мозга полезна для предоперационной консультации пациентов, планирования операции и обучения [4]. ЗВ-печатные модели также могут объяснить болезнь пациента, облегчить отношения между врачом и пациентом и повысить уверенность пациента в процессе лечения. Эти модели также предоставляют пациентам дополнительное образование и информируют их о нормальных и аномальных структурах тела, что способствует улучшению отношений между врачом и пациентом [4]. „

По сравнению с другими тканеинженерными каркасами и технологией быстрого прототипирования ЗВ-печать обладает следующими преимуществами: высокая точность, хорошая интеграция, быстрая реконструкция и низкая стоимость [5]. Она используется не только для обучения ординаторов, но и для обучения анатомии. Технология показала большие перспективы в качестве учебного инструмента в таких областях, как вскрытие, пластификация, компьютерное моделирование, а также анатомические модели и изображения[6]. В последние десятилетия ЗВ-печать использовалась в преподавании анатомии студентам-медикам[6]. Возможно использовать технологию ЗВ-печати для создания высокоточных моделей сердечных аномалий. Эти модели передают учащимся знания о сердце и повышают их интерес к обучению [7].

ЗВ-печатные модели можно тиражировать в больших количествах, что позволяет учащимся использовать больше моделей для изучения и отработки своих навыков. В одном исследовании сообщалось, что учащиеся сочли ЗВ-печатные модели более гибкими и долговечными по сравнению с обычными пластиковыми моделями [4]. ЗВ-печать имеет относительно низкие производственные затраты, создает точную анатомическую структуру и демонстрирует нормальные или патологические структурные изменения [8, 9].

В здравоохранении ЗВ-принтеры использовались для разработки передовых протезных устройств [1], имплантатов для хирургического вмешательства [2], руководств по планированию операций [3, 4] и моделей для образовательных целей [5]. Разработка ЗВ-печатных моделей для конкретного пациента использовалась для планирования сложных операций и, в некоторых случаях, для изменения результата всей операции [3]. В настоящее время ЗВ-изображения уникальных хирургических случаев могут быть созданы с использованием определенного программного обеспечения, но должны проецироваться на 2В-экран, что исключает какое-либо восприятие глубины. Используя ЗВ-печать, можно достичь лучшего понимания интересующей анатомической области, которое включает в себя как восприятие глубины, так и тактильную обратную связь, которых в настоящее время не хватает в виртуальных проекциях [6].

Знание анатомии скелета и переломов костей является фундаментальным образовательным компонентом для каждого студента-медика бакалавриата. В традиционном медицинском образовании образцы трупов и рентгенографические изображения используются для обучения и исследований, а также для аудиовизуальных ресурсов. Однако образцы трупов используются только в обычном курсе анатомии скелета.

В настоящее время наиболее широко используются ЗВ-реконструированные изображения в PowerPoint и PACS (система архивирования изображений и связи) для обучения морфологическим изменениям, связанным с переломом кости или другими заболеваниями. При приобретении трупов возникали этические проблемы, и во многих странах уровень донорства органов невелик. Эти обстоятельства, наряду с расходами, связанными с хранением образцов трупов, привели к ограниченному использованию трупов [2, 4, 9].

Применения в обучении возрастной анатомии. Детскую анатомию труднее понять, чем анатомию взрослых, и, особенно у пациентов с врожденными заболеваниями. В рамках этого обучения анатомическим структурам ЗВ-печать использовалась различными способами, и результаты использования ЗВ-печати для обучения практически во всех анатомических структурах, таких как печень, легкие, позвоночник, головной мозг, голова и шея, активно освещались в области образования. Предпринимались попытки применить ЗВ-печать не только к образованию нормальных структур, но и к заболеваниям, сложным структурам и даже врожденным аномалиям.

Заключение. ЗВ-печать обеспечивает преимущества высокой точности, хорошей интеграции, быстрой перестройки и низкой стоимости. Постепенно технология проникла в медицинский класс. Для практических и учебных целей будет очень полезно использовать технологию ЗВ-печати для создания анатомической модели, адаптированной для полного понимания анатомической взаимосвязи между поражениями и сложными окружающими системами.

Ожидается, что ЗВ-печать будет более широко интегрирована в преподавание анатомии в бакалавриате, а также в оценку анатомических знаний и подготовку клинических навыков. Создание онлайн-базы данных ЗВ-моделей может упростить преподавателям создание моделей для конкретных учебных целей.