3D printanje neuroanatomije: pomažu li modeli u učenju?

Neuroanatomiju je teško učiti samo iz dvodimenzionalnih prikaza: studenti moraju razumjeti kako su strukture mozga prostorno povezane, a formalinom konzervirani uzorci nisu uvijek dostupni i mogu imati neugodan miris. Istraživanje na Veterinarskom fakultetu Univerziteta u Sarajevu ispitalo je mogu li obojeni 3D modeli mozga konja biti koristan dodatak nastavi i kako ih studenti prihvataju.

Ključni nalazi

• Studenti su imali 15 sati nastave uz 3D printane modele, a preostala 3 sata uz formalinom konzervirane uzorke.
• Za praktične vježbe pripremljena su 32 modela, što je omogućilo odnos jedan model po studentu.
• U prepoznavanju 15 anatomskih struktura, tačnost na 3D modelima bila je u rasponu od 59,45% do 100%; na formalinskim uzorcima od 56,75% do 94,59%.
• Upareni t-test pokazao je razliku u korist 3D modela: t(14) = 4,80, p = 0,00023.
• Prosječna ocjena zadovoljstva kodiranjem struktura bojama bila je 4,76 ± 0,43.
• Rezultati kviza eksperimentalne kohorte bili su bolji od rezultata dvije prethodne kohorte koje su učile uz formalinom konzervirane uzorke.

Zašto je ovo pitanje važno

Anatomija je temelj obrazovanja u veterinarskoj medicini, jer poznavanje položaja i odnosa organa pomaže u razumijevanju fiziologije, bolesti i kliničkog rada. Neuroanatomija je posebno zahtjevna: dijelove mozga treba prepoznati i povezati u tri dimenzije. Nastava se tradicionalno oslanja na kadavere i konzervirane uzorke, ali njihovo čuvanje i dostupnost mogu biti izazovni. Formalin može stvarati neugodan miris, a u radu se navodi i zabrinutost zbog mogućih zdravstvenih tegoba.

3D printanje, odnosno aditivna proizvodnja, omogućava izradu fizičkih nastavnih pomagala iz digitalnog modela. Takav model može se ponavljano koristiti, a različite strukture mogu se vizuelno razdvojiti bojama. Ipak, printani model nije isto što i biološko tkivo. Zato je važno utvrditi da li pomaže u učenju i prepoznavanju, a ne pretpostaviti da može u potpunosti zamijeniti stvarne uzorke.

Šta je istraživanje ispitalo

Istraživanje je uporedilo prvu godinu integrisanog studija veterinarske medicine u akademskoj 2022/2023. godini s dvije ranije kohorte, iz 2021/2022. i 2020/2021. godine. Novija kohorta bila je eksperimentalna grupa. Ranije kohorte su neuroanatomiju učile isključivo uz formalinom konzervirane uzorke, dok je u eksperimentalnoj grupi 15 od ukupno 18 sati bilo organizovano uz 3D modele, a preostala tri sata uz formalinske uzorke. Sve grupe bile su prve godine s nepromijenjenim upisnim kriterijima.

U nastavi su korištena dva modela mozga konja, prvobitno ručno izrađena od gipsa. Jedan je prikazivao ventralnu površinu i ishodišta kranijalnih živaca, uz presjek kroz bočne komore, mezencefalon i romboidnu jamu na suprotnoj strani. Drugi je bio sagitalni presjek koji je obuhvatao hemisferu velikog mozga, mali mozak i corpus callosum.

Kako su izrađeni modeli

Gipsani prototipovi su skenirani Artec Eva uređajem. 3D skeniranje prikuplja oblik predmeta iz više uglova, a softver Artec Studio korišten je za čišćenje i poravnanje snimaka te izradu STL modela. STL je format geometrije koji se može pripremiti za 3D printanje. Priprema za print obavljena je u Cura 5.6.0 softveru.

Modeli su izrađeni FDM tehnologijom. FDM, odnosno modeliranje taloženjem rastopljenog filamenta, gradi predmet sloj po sloj tako što materijal izlazi kroz zagrijanu mlaznicu. Korišten je PLA filament, a printanje je obavljeno na Ultimaker 3 i Raise3D Pro 3 Plus printerima. Modeli su printani u vertikalnoj orijentaciji uz potpornu strukturu, koristeći unaprijed definisane postavke Normal u Cura softveru. Nakon printanja uklonjena je potpora, a anatomske strukture ručno su obojene uljanim bojama. Morfološka tačnost, dimenzije i cjelovitost modela su provjerene. Za praktičnu nastavu izrađena su ukupno 32 primjerka.

Rezultati učenja i prepoznavanja

Znanje je provjereno online kvizom na platformi Moodle. Sistem je nasumično birao 40 pitanja iz baze s više od 400 pitanja. Kviz je uključivao povezivanje naziva sa označenim strukturama, pitanja s višestrukim izborom i tačno/netačno. Korištene slike poticale su iz standardne literature i nastavnih materijala koji su bili dostupni svim kohortama.

U radu se navodi da je eksperimentalna kohorta ostvarila bolje rezultate na testu neuroanatomije od obje prethodne kohorte. U radu se poboljšanje opisuje kao statistički značajno, ali ovdje nisu navedene konkretne prosječne ocjene ili veličine razlike, pa ih ne treba nagađati. U diskusiji se navodi i da su značajno više rezultate u kohorti s 3D modelima prvenstveno ostvarili studenti muškog spola. To je nalaz ove studije, a ne dokaz da 3D modeli djeluju samo na jednu grupu studenata.

U zasebnom testu studenti eksperimentalne kohorte imenovali su 15 struktura na 3D i formalinskim uzorcima. Tačnost se razlikovala zavisno od strukture, ali je raspon bio viši na 3D modelima. Upareni test, koji poredi rezultate istih učesnika na oba tipa uzoraka, pokazao je statistički značajnu razliku u korist 3D modela. Kod četiri strukture odgovori su bili isti za oba tipa, dok je kod ostalih tačnost bila veća na printanim modelima.

Šta rezultati znače za nastavu i dizajn

Studenti su pozitivno ocijenili upotrebu modela i posebno istakli boje kao pomoć pri razlikovanju anatomskih dijelova. Prosječna ocjena za kodiranje bojama bila je 4,76 ± 0,43. Naveli su i da im modeli olakšavaju rad s nastavnim sadržajem, dok su studenti s hroničnim respiratornim tegobama ili alergijama formalinske uzorke povezivali s neugodnim mirisom i zabrinutošću za zdravlje.

Za nastavu, rezultat podržava korištenje 3D modela kao dopune: mogu se pripremiti ponovljivi i vizuelno jasni materijali, a studenti mogu raditi s vlastitim primjerkom. Za inženjere i dizajnere, studija prikazuje cijeli tok rada od skeniranja i obrade STL datoteke do FDM printanja i ručnog bojenja. Ipak, u istraživanju nisu upoređivane različite vrste filamenta, postavke printanja ili tehnologije poput SLA. Ne može se, stoga, zaključiti koja bi drugačija konfiguracija dala bolje rezultate.

U diskusiji se navodi procjena početnog ulaganja u 3D printera od 500 do 3000 USD i trošak materijala za jedan model ispod 5 USD, uz dodatni sličan iznos za bojenje. To su procjene navedene u radu, a ne potpuni obračun svih troškova izrade, rada i opreme.

Ograničenja i naredni koraci

Važno ograničenje je korištenje dvije historijske kontrolne kohorte umjesto istovremene kontrolne grupe. Iako su grupe bile vremenski bliske i imale iste kriterije upisa, poređenje kroz različite akademske godine ne isključuje sve druge razlike u iskustvu studenata. Studija je koristila samo dva modela, a u radu se navodi da bi dodatni presjeci i modeli različitih dijelova mozga mogli obogatiti nastavu. Također se preporučuje da buduća istraživanja uključe procjenu modela izvan studentske populacije.

Zaključak

Istraživanje pokazuje da su obojeni 3D printani modeli mozga konja bili dobro prihvaćeni i povezani s boljim rezultatima kviza te većom tačnošću u prepoznavanju struktura u poređenju s ranijim kohortama i formalinskim uzorcima. Najrazumniji zaključak nije da modeli trebaju potpuno zamijeniti biološki materijal, nego da FDM modeli od PLA mogu biti praktičan i koristan dodatak nastavi neuroanatomije. Rad Dr. Adija Pandžića objavljen je u časopisu BMC Medical Education 2025. godine.

Česta pitanja

Autor: Doc. Dr. Adi Pandžić

Tekst je napisan na osnovu objavljenog naučnog rada; za detalje i citiranje koristite originalni rad. O autoru

← Svi blogovi