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Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 9973 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Realizamos este estudio para investigar los efectos de la educación adicional utilizando visualización 3D (3DV) e impresión 3D (3DP) después de aplicar imágenes 2D para la educación anatómica en estructuras pediátricas normales y anomalías congénitas. Para la producción de 3DV y 3DP de las estructuras anatómicas, se utilizaron imágenes de tomografía computarizada (TC) de los cuatro temas (el abdomen superior/inferior normal, el quiste de colédoco y el ano imperforado). Se realizaron autoeducación anatómica y pruebas a un total de 15 estudiantes de tercer año de medicina con estos módulos. Tras las pruebas, se realizaron encuestas para evaluar la satisfacción de los estudiantes. En los cuatro temas, hubo aumentos significativos en los resultados de las pruebas con educación adicional con 3DV después del autoestudio inicial con CT (P <0,05). La diferencia en las puntuaciones fue mayor para el ano imperforado cuando 3DV complementó la autoeducación. En la encuesta sobre los módulos didácticos, las puntuaciones de satisfacción global para 3DV y 3DP fueron de 4,3 y 4,0 sobre 5, respectivamente. Cuando se agregó 3DV a la educación anatómica abdominal pediátrica, encontramos una mejora en la comprensión de las estructuras normales y las anomalías congénitas. Podemos esperar que la aplicación de materiales 3D se utilice más ampliamente en la educación anatómica en diversos campos.

Recientemente, la tecnología de impresión 3D se ha aplicado y utilizado en la educación de anatomía de estudiantes de medicina1,2,3,4. Se ha intentado sustituir la enseñanza de la anatomía utilizando cadáveres imprimiendo no sólo un único órgano sino también un sistema completo, como la cabeza y el cuello, la cavidad torácica o los vasos sanguíneos5,6,7. Además, se ha informado recientemente que la educación de los estudiantes basada en simulación utilizando objetos impresos en 3D mejora la comprensión médica2,8.

En la educación de los estudiantes sobre la anatomía de las enfermedades abdominales congénitas en los niños, se han utilizado como base los atlas y libros de texto existentes de anatomía humana, y en la educación de la práctica clínica, la anatomía se enseña a través de imágenes radiológicas. Sin embargo, debido a la naturaleza de las enfermedades congénitas, no es fácil mejorar la comprensión de los estudiantes educándolos utilizando únicamente medios 2D9,10. Por lo tanto, en el campo de las enfermedades congénitas, se han reportado estudios que utilizan la impresión 3D para la educación anatómica en cardiopatías congénitas4,10,11,12. Sin embargo, pocos estudios han examinado la eficacia de la impresión 3D en la educación de enfermedades abdominales congénitas.

Además de los métodos existentes de educación anatómica a través de tomografía computarizada (CT), imágenes por resonancia magnética (MRI) y estudios de contraste que se han utilizado en la educación clínica, intentamos determinar si el aprendizaje adicional a través de visualización 3D (3DV) e impresión 3D (3DP) es útil para comprender la estructura anatómica de las enfermedades abdominales pediátricas congénitas. En detalle, nuestro objetivo fue determinar los efectos del aprendizaje adicional en temas de estructuras anatómicas abdominales normales en pediatría, así como en anomalías abdominales, específicamente quistes de colédoco y ano imperforado.

En este estudio participaron quince estudiantes de tercer año de medicina que ejercieron en el departamento de cirugía pediátrica de nuestro centro entre el 1 de octubre y el 31 de diciembre de 2020.

Se realizó una prueba presencial 1:1 con 15 estudiantes. Cada estudiante fue evaluado en cuatro sesiones, cada una de las cuales cubrió un tema anatómico diferente (abdomen superior normal, abdomen inferior normal, quiste de colédoco y ano imperforado). En cada sesión, primero se realizó la autoeducación utilizando imágenes de TC durante 5 minutos y se realizó una prueba de anatomía como puntuación base (Datos complementarios 1). A continuación, a la autoeducación adicional con 3DV le siguió otra prueba de anatomía utilizando los mismos elementos. Finalmente, se utilizó 3DP para el último paso adicional de autoeducación y la prueba final se realizó con las mismas preguntas (Fig. 1). Cuando se realizaron todas las pruebas anteriores para una sesión, se repitió el mismo proceso pasando a la siguiente sesión. Los resultados de las pruebas anatómicas se convirtieron a una escala de 10 puntos.

Diagrama del protocolo del estudio.

Después de completar las pruebas de anatomía, cada estudiante completó una encuesta de usuario sobre la eficiencia, autenticidad, utilidad y satisfacción general de la educación en anatomía a través de 3DV y 3DP (Datos complementarios 2). La encuesta de usuarios se realizó utilizando una escala Likert de 5 puntos, donde se pidió a los encuestados que calificaran su nivel de acuerdo en una escala de 1 a 5, donde 1 indicaba "muy en desacuerdo" y 5 representaba "muy de acuerdo". Este enfoque se basó en varios estudios previos13,14,15.

Para la reconstrucción 3D de anomalías congénitas y estructuras normales del abdomen superior e inferior, se obtuvieron imágenes de TC de quistes de colédoco (CC), ano imperforado (IA) y abdomen superior e inferior normal de cuatro pacientes diferentes. Se produjeron visualizaciones tridimensionales a partir del proceso de reconstrucción y se crearon productos 3DP basados en imágenes 3DV.

Las imágenes de tomografía computarizada de estos cuatro pacientes se enviaron a una agencia de impresión 3D. La agencia implementó 3DV utilizando el software MEDIP y este proceso se realizó bajo la confirmación de un radiólogo pediátrico. El usuario puede girar el 3DV 360° y ampliarlo o reducirlo en cualquier dirección, y la transparencia de cada órgano se puede ajustar de 0 a 100% (Fig. 2a). Una vez confirmado el 3DV, se creó un modelo 3DP a escala 1:1 (Fig. 2b). Los modelos se imprimieron con copolímeros de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) (400-500 g por caja) y resina (800-1200 g por caja) mediante el método Polyjet (J750 [Stratasys; 7665 Commerce Way Eden Prairie, MN 55,344, EE. UU.]) .

(a) visualización 3D y (b) impresión 3D de quiste de colédoco y ano imperforado.

Las variables continuas se informan como media ± desviación estándar. Para todos los análisis estadísticos se utilizó el paquete de software estadístico IBM SPSS Statistics 20.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois, EE. UU.). Se utilizó la prueba de Kruskal-Wallis para confirmar que había una diferencia significativa en las puntuaciones de las pruebas de los tres grupos (CT, 3DV y 3DP), y las comparaciones entre dos grupos se analizaron mediante la prueba de Mann-Whitney. Posteriormente, según el método de Bonferroni, los resultados se consideraron significativos cuando el valor de p era < 0,017.

Este estudio se realizó después de obtener la aprobación de la junta de revisión ética del Hospital Universitario Nacional de Seúl (número IRB: 2003-135-1110), y todos los métodos se realizaron de acuerdo con las pautas y regulaciones pertinentes. Este estudio fue apoyado por el Fondo de Investigación SNUH (número de subvención 0420202230). La participación de los estudiantes fue voluntaria y se obtuvo el consentimiento informado de cada estudiante antes del estudio.

Al comparar los resultados de las pruebas después de la educación utilizando imágenes de TC, 3DV y 3DP, hubo una diferencia significativa en las cuatro sesiones. Cuando se compararon los resultados después del entrenamiento CT y los resultados del entrenamiento 3DV adicional, hubo una diferencia significativa en las puntuaciones en las cuatro sesiones. Esto también fue estadísticamente significativo cuando se compararon a la vez toda la estructura normal y toda la enfermedad congénita. Sin embargo, cuando se brindó educación adicional con 3DP después de educación 3DV, no hubo diferencias significativas en ninguna de las sesiones. (Tabla 1 y Figura 3).

Puntuaciones de las pruebas según modelos de reconstrucción 3D utilizando cada conjunto de módulos. *Estadísticamente significativo, **Estadísticamente insignificante.

Al comparar la diferencia en la puntuación entre el entrenamiento CT y el entrenamiento 3DV adicional, cuatro temas mostraron una diferencia estadísticamente significativa, con la mayor diferencia en IA. La diferencia en las puntuaciones entre el entrenamiento 3DV y el entrenamiento 3DP adicional no fue estadísticamente diferente en ninguna de las cuatro sesiones (Tabla 2).

Según el cuestionario de la encuesta de usuarios, la eficiencia, autenticidad, utilidad y satisfacción general de la educación de anatomía a través de 3DV y 3DP fueron superiores a 4,0 y no fueron estadísticamente diferentes entre sí (Tabla 3).

La anatomía pediátrica es más difícil de entender que la de los adultos y, particularmente en pacientes con enfermedades congénitas, es aún más difícil de entender a nivel de estudiantes9,10,16. Al tratar a pacientes con enfermedades pediátricas congénitas en la clínica, el primer paso es realizar estudios de imagen y luego comprender gradualmente las diferencias anatómicas específicas de estos pacientes con enfermedades congénitas.

A través de esta educación de estructuras anatómicas, la impresión 3D se ha utilizado de diversas maneras, y se han informado activamente los resultados del uso de la impresión 3D para la educación en casi todas las estructuras anatómicas, como el hígado, los pulmones, la columna, el cerebro y la cabeza y el cuello. en el ámbito educativo17,18,19,20,21. Se han realizado esfuerzos para aplicar la impresión 3D no sólo a la educación en estructuras normales sino también a enfermedades, estructuras complejas e incluso anomalías congénitas22,23,24.

Entre las enfermedades congénitas se han publicado numerosos estudios relacionados con la educación sobre las anomalías congénitas del corazón4,10,12,25. Un estudio francés realizó impresión 3D y comparó los efectos educativos de modelos impresos en 3D con imágenes 2D de comunicación interauricular, comunicación interventricular, coartación de la aorta y tetralogía de Fallot para 347 estudiantes. Se observó que la educación mediante impresión 3D no solo mejoraba el conocimiento objetivo sino también la satisfacción de los estudiantes25. Se han realizado estudios similares con estudiantes y residentes de diversas escalas, y se confirmó la similitud de los resultados4,26. También hay informes de que la impresión 3D se puede utilizar para mejorar las técnicas quirúrgicas para defectos cardíacos congénitos más allá de la simple educación estructural27.

Se han informado resultados similares en la educación sobre anomalías congénitas de cabeza y cuello distintas de las cardiopatías congénitas. Por ejemplo, en estudios relacionados con deformidades maxilofaciales como labio y paladar hendido o craneosinostosis, se realizaron reconstrucciones e impresiones 3D para la educación de los estudiantes y se confirmó que su efecto educativo era positivo28,29.

Sin embargo, se han publicado pocos estudios sobre la educación utilizando materiales 3D para enfermedades abdominales congénitas como los quistes de colédoco o la atresia duodenal. Por supuesto, en la educación sobre la anatomía de los órganos abdominales, los estudios sobre la anatomía abdominal de adultos han demostrado los efectos positivos de la impresión 3D. En 2015, Xiangxue et al. estudiaron la efectividad de las imágenes de visualización 3D y la impresión 3D en la enseñanza de la anatomía del segmento hepático en adultos e informaron su efectividad30. Otro estudio reciente sobre educación anatómica del tronco gastrocólico mediante impresión 3D reportó buenos resultados educativos5. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, es poco común utilizar la impresión 3D para la educación anatómica sobre anomalías abdominales congénitas en niños. Por lo tanto, intentamos determinar el efecto de la educación adicional con materiales 3D después de comprender las estructuras con imágenes radiológicas como la TC, que no se ha publicado anteriormente.

Los resultados de nuestro estudio mostraron que el efecto educativo mejoró en todas las categorías cuando se agregó el módulo de capacitación 3D después de la autoeducación con CT. Esto se debe a un efecto de la propia educación adicional; pero el hecho de que se utilicen materiales didácticos en 3D en lugar de libros de texto en 2D también es eficaz. Esto se correlaciona con informes anteriores sobre el efecto de los materiales 3D en la educación. En el campo de la educación médica, la visualización o impresión de imágenes en 3D tiene el potencial de mejorar la comprensión de los estudiantes sobre las complejas estructuras de la anatomía humana6.

Mediante un análisis adicional, se descubrió que el efecto educativo de las imágenes de visualización 3D era mayor en IA. La IA no suele diagnosticarse mediante tomografías computarizadas convencionales y la información que se puede obtener mediante tomografía computarizada es limitada. Además, dado que la cavidad pélvica de los niños es muy estrecha, resulta difícil determinar la estructura anogenital mediante TC; por lo tanto, estas limitaciones se pueden abordar mediante imágenes de visualización 3D.

En este estudio, con respecto a la educación sobre anatomía normal pediátrica o anatomía de enfermedades congénitas, tanto 3DV como 3DP tuvieron una efectividad educativa significativa. Sin embargo, el efecto de la educación adicional basada en la impresión 3D después de la educación basada en la visualización 3D no fue estadísticamente significativo. En el caso de la tecnología de visualización 3D, actualmente está avanzada a un alto nivel y puede proporcionar información familiar y de alta calidad a los estudiantes que usan constantemente tabletas o computadoras personales de alto rendimiento. Además, en el caso del programa de visualización 3D utilizado en este estudio, la capacidad de acercar y alejar y controlar la opacidad de cada órgano habría sido una gran ventaja para la educación. Por el contrario, todavía hay margen de mejora en la impresión 3D. Existen limitaciones para expresar varios colores dentro de un solo órgano, así como imperfecciones para expresar órganos pequeños o relaciones estructurales finas31. La variedad de texturas de objetos que se pueden lograr mediante la impresión 3D también está sujeta a limitaciones, y se están informando esfuerzos de investigación para superar estas limitaciones32,33,34. Por ejemplo, un estudio reciente demostró con éxito la impresión de estructuras multimaterial utilizando una única impresora 3D, incorporando materiales tanto blandos como duros35. Si estos intentos se generalizan, se espera que en un futuro próximo se puedan superar los obstáculos a la impresión 3D.

Las limitaciones de este estudio incluyen el pequeño número de estudiantes participantes y el hecho de que sólo se realizó autoeducación; no hubo una sesión de enseñanza separada. Como se mencionó anteriormente, los materiales impresos en 3D también pueden considerarse una limitación de la investigación que utiliza esta tecnología, y el hecho de que no hay forma de implementar tejidos blandos en la visualización 3D de imágenes de TC es otra limitación.

Las investigaciones futuras podrían dividirse en dos categorías principales. Se examinaría el efecto de la educación sobre anatomía congénita utilizando solo TC 2D versus impresión 3D, no educación en serie como se usa en este estudio. Otra categoría realizaría formación quirúrgica sobre anomalías congénitas utilizando modelos impresos en 3D y comprobaría su eficacia. Las enfermedades objetivo incluirían la atresia esofágica, la atresia duodenal y los quistes de colédoco.

Descubrimos que la educación adicional utilizando módulos 3D después de que la autoeducación con TC 2D fuera efectiva en la anatomía pediátrica normal y las anomalías congénitas. Teniendo en cuenta el tiempo y el costo de producir modelos impresos en 3D, la educación basada en impresión 3D aún no es superior a la educación basada en visualización 3D en la educación de anatomía abdominal pediátrica. Sin embargo, el modelo de impresión 3D tiene una ventaja irremplazable: los estudiantes pueden tocarlo y sentirlo directamente en comparación con el modelo de visualización 3D. A medida que la tecnología mejora, si cada órgano puede implementarse de manera similar a la textura real e incluso reproducir las finas relaciones estructurales, reemplazando la educación cadavérica, las limitaciones de la educación anatómica existente se superarán con materiales 3D.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

AbouHashem, Y., Dayal, M., Savanah, S. y Štrkalj, G. La aplicación de la impresión 3D en la educación de anatomía. Medicina. Educativo. En línea 20, 29847 (2015).