Les modèles anatomiques imprimés en trois dimensions (MA3D) semblent constituer un outil pertinent de par leur intérêt pédagogique et leur facilité de mise en œuvre. Cette étude a pour but de décrire et d'analyser les méthodes de création de MA3D destinées à l'enseignement de l'anatomie humaine et d'évaluer leur contribution pédagogique.
Une recherche électronique a été menée dans PubMed à l'aide des termes suivants : éducation, école, apprentissage, enseignement, formation, impression 3D, anatomie. Les résultats ont porté sur les caractéristiques des études, la conception des modèles, l'évaluation morphologique, les performances pédagogiques, ainsi que les points forts et les points faibles.
Parmi les 68 articles sélectionnés, la majorité des études (33) portent sur la région crânienne ; 51 articles mentionnent l’impression osseuse. Dans 47 articles, la fabrication additive 3D (3DPAM) est basée sur la tomodensitométrie. Cinq procédés d’impression sont répertoriés. Des plastiques et leurs dérivés sont utilisés dans 48 études. Le prix de chaque modèle varie de 1,25 $ à 2 800 $. Trente-sept études comparent la 3DPAM à des modèles de référence. Trente-trois articles examinent les activités pédagogiques. Les principaux avantages sont la qualité visuelle et tactile, l’efficacité de l’apprentissage, la reproductibilité, la personnalisation et la flexibilité, le gain de temps, l’intégration de l’anatomie fonctionnelle, une meilleure capacité de rotation mentale, la mémorisation des connaissances et la satisfaction des enseignants et des élèves. Les principaux inconvénients sont liés à la conception : manque de cohérence, de détails ou de transparence, couleurs trop vives, temps d’impression longs et coût élevé.
Cette revue systématique montre que la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) est rentable et efficace pour l'enseignement de l'anatomie. Des modèles plus réalistes nécessitent des technologies d'impression 3D plus coûteuses et des temps de conception plus longs, ce qui augmente considérablement le coût global. Le choix de la méthode d'imagerie appropriée est donc essentiel. D'un point de vue pédagogique, la 3DPAM est un outil efficace pour l'enseignement de l'anatomie, avec un impact positif sur les résultats d'apprentissage et la satisfaction des étudiants. Son efficacité est optimale lorsqu'elle reproduit des régions anatomiques complexes et que les étudiants l'utilisent dès le début de leur formation médicale.
La dissection de cadavres animaux est pratiquée depuis la Grèce antique et constitue l'une des principales méthodes d'enseignement de l'anatomie. Les dissections cadavériques réalisées lors des travaux pratiques sont intégrées au cursus théorique des étudiants en médecine et sont actuellement considérées comme la référence en matière d'étude de l'anatomie [1,2,3,4,5]. Cependant, l'utilisation de cadavres humains se heurte à de nombreux obstacles, ce qui incite à la recherche de nouveaux outils pédagogiques [6,7]. Parmi ces nouveaux outils figurent la réalité augmentée, les outils numériques et l'impression 3D. Selon une revue de la littérature récente de Santos et al. [8], l'impression 3D apparaît comme l'une des ressources les plus importantes pour l'enseignement de l'anatomie, tant du point de vue de sa valeur pédagogique pour les étudiants que de sa facilité de mise en œuvre [4,9,10].
L’impression 3D n’est pas une technologie nouvelle. Les premiers brevets relatifs à cette technologie remontent à 1984 : A. Le Méhauté, O. De Witte et J.C. André en France, et trois semaines plus tard, C. Hull aux États-Unis. Depuis, la technologie n’a cessé d’évoluer et ses applications se sont multipliées. Par exemple, la NASA a imprimé le premier objet extraterrestre en 2014 [11]. Le secteur médical a également adopté ce nouvel outil, renforçant ainsi le désir de développer une médecine personnalisée [12].
De nombreux auteurs ont démontré les avantages de l'utilisation de modèles anatomiques imprimés en 3D (MAIM3) dans l'enseignement médical [10, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Pour l'enseignement de l'anatomie humaine, des modèles non pathologiques et anatomiquement normaux sont nécessaires. Certaines études ont examiné des modèles de formation pathologiques ou médico-chirurgicaux [8, 20, 21]. Afin de développer un modèle hybride pour l'enseignement de l'anatomie humaine intégrant de nouveaux outils tels que l'impression 3D, nous avons mené une revue systématique pour décrire et analyser la création d'objets imprimés en 3D destinés à l'enseignement de l'anatomie humaine et la manière dont les étudiants évaluent l'efficacité de l'apprentissage à l'aide de ces objets.
Cette revue systématique de la littérature a été réalisée en juin 2022 sans restriction de temps en utilisant les directives PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) [22].
Les critères d'inclusion étaient tous les articles de recherche utilisant la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) dans l'enseignement/l'apprentissage de l'anatomie. Les revues de littérature, les lettres et les articles portant sur des modèles pathologiques, animaux, archéologiques ou de formation médico-chirurgicale ont été exclus. Seuls les articles publiés en anglais ont été retenus. Les articles sans résumé en ligne disponible ont été exclus. Les articles incluant plusieurs modèles, dont au moins un était anatomiquement normal ou présentait une pathologie mineure sans incidence sur leur intérêt pédagogique, ont été inclus.
Une recherche bibliographique a été menée dans la base de données électronique PubMed (National Library of Medicine, NCBI) afin d'identifier les études pertinentes publiées jusqu'en juin 2022. Utilisez les termes de recherche suivants : éducation, école, enseignement, apprentissage, impression, anatomie, anatomie et anatomie. Une seule requête a été exécutée : (((education[Title/Abstract] OR school[Title/Abstract] ORlearning[Title/Abstract] OR teaching[Title/Abstract] OR training[Title/Abstract] OReach[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]). Des articles supplémentaires ont été identifiés par une recherche manuelle dans la base de données PubMed et par l’examen des références d’autres articles scientifiques. Aucune restriction de date n’a été appliquée, mais le filtre « Personne » a été utilisé.
Tous les titres et résumés extraits ont été examinés par deux auteurs (EBR et AL) selon des critères d'inclusion et d'exclusion. Toute étude ne répondant pas à l'ensemble des critères d'éligibilité a été exclue. Les publications en texte intégral des études restantes ont été extraites et analysées par trois auteurs (EBR, EBE et AL). En cas de désaccord concernant la sélection des articles, une quatrième personne (LT) a tranché. Seules les publications répondant à tous les critères d'inclusion ont été intégrées à cette revue.
L’extraction des données a été réalisée indépendamment par deux auteurs (EBR et AL) sous la supervision d’un troisième auteur (LT).
- Données de conception du modèle : régions anatomiques, parties anatomiques spécifiques, modèle initial pour l’impression 3D, méthode d’acquisition, logiciel de segmentation et de modélisation, type d’imprimante 3D, type et quantité de matériau, échelle d’impression, couleur, coût d’impression.
- Évaluation morphologique des modèles : modèles utilisés pour la comparaison, évaluation médicale des experts/enseignants, nombre d'évaluateurs, type d'évaluation.
- Modèle pédagogique 3D : évaluation des connaissances des élèves, méthode d’évaluation, nombre d’élèves, nombre de groupes de comparaison, randomisation des élèves, niveau d’éducation/type d’élève.
418 études ont été recensées dans MEDLINE, et 139 articles ont été exclus par le filtre « humain ». Après examen des titres et des résumés, 103 études ont été sélectionnées pour une lecture intégrale. 34 articles ont été exclus car il s’agissait soit de modèles pathologiques (9 articles), soit de modèles de formation médico-chirurgicale (4 articles), soit de modèles animaux (4 articles), soit de modèles radiologiques 3D (1 article), soit encore de chapitres non originaux. Au total, 68 articles ont été inclus dans l’analyse. La figure 1 présente le processus de sélection sous forme d’organigramme.
Diagramme de flux résumant l'identification, la sélection et l'inclusion des articles dans cette revue systématique
Toutes les études ont été publiées entre 2014 et 2022, l'année de publication moyenne étant 2019. Parmi les 68 articles inclus, 33 (49 %) étaient descriptives et expérimentales, 17 (25 %) étaient purement expérimentales et 18 (26 %) étaient purement descriptives. Sur les 50 (73 %) études expérimentales, 21 (31 %) ont utilisé la randomisation. Seules 34 études (50 %) comportaient des analyses statistiques. Le tableau 1 résume les caractéristiques de chaque étude.
Trente-trois articles (48 %) ont examiné la région de la tête, 19 articles (28 %) la région thoracique, 17 articles (25 %) la région abdominopelvienne et 15 articles (22 %) les extrémités. Cinquante et un articles (75 %) mentionnaient des os imprimés en 3D comme modèles anatomiques ou modèles anatomiques multi-coupes.
Concernant les modèles ou fichiers sources utilisés pour développer la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM), 23 articles (34 %) ont mentionné l'utilisation de données de patients, 20 articles (29 %) ont mentionné l'utilisation de données cadavériques et 17 articles (25 %) ont mentionné l'utilisation de bases de données. 7 études (10 %) n'ont pas précisé la source des documents utilisés.
Quarante-sept études (69 %) ont développé des modèles 3D à partir de la tomographie assistée par ordinateur, et trois études (4 %) ont rapporté l'utilisation de la microtomographie. Sept articles (10 %) ont projeté des objets 3D à l'aide de scanners optiques, quatre articles (6 %) à l'aide de l'IRM et un article (1 %) à l'aide de caméras et de microscopes. Quatorze articles (21 %) n'ont pas mentionné la source des fichiers de conception des modèles 3D. Les fichiers 3D sont créés avec une résolution spatiale moyenne inférieure à 0,5 mm. La résolution optimale est de 30 μm [80] et la résolution maximale est de 1,5 mm [32].
Soixante logiciels différents (segmentation, modélisation, conception ou impression) ont été utilisés. Mimics (Materialise, Louvain, Belgique) a été le plus fréquemment employé (14 études, 21 %), suivi de MeshMixer (Autodesk, San Rafael, Californie, États-Unis) (13 études, 19 %), Geomagic (3D Systems, Leesville, Missouri, Caroline du Nord, États-Unis) (10 études, 15 %), 3D Slicer (Slicer Developer Training, Boston, Massachusetts, États-Unis) (9 études, 13 %), Blender (Blender Foundation, Amsterdam, Pays-Bas) (8 études, 12 %) et Cura (Geldemarsen, Pays-Bas) (7 études, 10 %).
Soixante-sept modèles d'imprimantes différents et cinq procédés d'impression sont mentionnés. La technologie FDM (Fused Deposition Modeling) a été utilisée pour 26 produits (38 %), le grenaillage pour 13 produits (19 %) et le grenaillage de liant pour 11 produits (16 %). Les technologies les moins utilisées sont la stéréolithographie (SLA) (5 articles, 7 %) et le frittage laser sélectif (SLS) (4 articles, 6 %). L'imprimante la plus fréquemment utilisée (7 articles, 10 %) est la Connex 500 (Stratasys, Rehovot, Israël) [27, 30, 32, 36, 45, 62, 65].
Parmi les 51 articles (75 %) précisant les matériaux utilisés pour la fabrication des pièces imprimées en 3D (3DPAM), 48 études (71 %) ont utilisé des plastiques et leurs dérivés. Les principaux matériaux employés étaient le PLA (acide polylactique) (n = 20, 29 %), la résine (n = 9, 13 %) et l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène) (7 types, 10 %). 23 articles (34 %) portaient sur des 3DPAM fabriquées à partir de plusieurs matériaux, 36 articles (53 %) présentaient des 3DPAM fabriquées à partir d'un seul matériau, et 9 articles (13 %) ne précisaient pas le matériau.
Vingt-neuf articles (43 %) ont rapporté des ratios d’impression allant de 0,25:1 à 2:1, avec une moyenne de 1:1. Vingt-cinq articles (37 %) ont utilisé un ratio de 1:1. Vingt-huit 3DPAM (41 %) étaient composés de plusieurs couleurs et neuf (13 %) ont été teintés après impression [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75].
Trente-quatre articles (50 %) mentionnaient les coûts. Neuf articles (13 %) mentionnaient le coût des imprimantes 3D et des matières premières. Le prix des imprimantes s'échelonne de 302 $ à 65 000 $. Lorsque spécifié, le prix des modèles varie de 1,25 $ à 2 800 $ ; ces valeurs extrêmes correspondent à des spécimens squelettiques [47] et à des modèles rétropéritonéaux haute fidélité [48]. Le tableau 2 récapitule les données relatives aux modèles pour chaque étude incluse.
Trente-sept études (54 %) ont comparé le 3DAPM à un modèle de référence. Parmi ces études, le comparateur le plus fréquent était un modèle anatomique de référence, utilisé dans 14 articles (38 %), suivi de préparations plastinées dans 6 articles (16 %). L'utilisation de la réalité virtuelle, de l'imagerie par tomodensitométrie (TDM) a été rapportée dans 5 articles (14 %), d'un autre 3DAPM dans 3 articles (8 %), de jeux sérieux dans 1 article (3 %), de radiographies dans 1 article (3 %), de modèles commerciaux dans 1 article (3 %) et de la réalité augmentée dans 1 article (3 %). Trente-quatre études (50 %) ont évalué le 3DAPM. Quinze études (48 %) ont décrit en détail l'expérience des évaluateurs (tableau 3). L’évaluation 3DPAM a été réalisée par des chirurgiens ou des médecins référents dans 7 études (47 %), par des anatomopathologistes dans 6 études (40 %), par des étudiants dans 3 études (20 %), par des enseignants (discipline non précisée) dans 3 études (20 %) et par un évaluateur supplémentaire mentionné dans l’article (7 %). Le nombre moyen d’évaluateurs est de 14 (minimum 2, maximum 30). Trente-trois études (49 %) ont évalué la morphologie 3DPAM de manière qualitative et 10 études (15 %) de manière quantitative. Parmi les 33 études ayant utilisé des évaluations qualitatives, 16 ont eu recours à des évaluations purement descriptives (48 %), 9 à des tests, des notations ou des enquêtes (27 %) et 8 à des échelles de Likert (24 %). Le tableau 3 récapitule les évaluations morphologiques des modèles dans chaque étude incluse.
Trente-trois articles (48 %) ont examiné et comparé l'efficacité de l'enseignement de la modélisation anatomique 3D (3DPAM) aux étudiants. Parmi ces études, 23 (70 %) ont évalué la satisfaction des étudiants, 17 (51 %) ont utilisé des échelles de Likert et 6 (18 %) d'autres méthodes. Vingt-deux articles (67 %) ont évalué l'apprentissage des étudiants par des tests de connaissances, dont 10 (30 %) ont utilisé des prétests et/ou des post-tests. Onze études (33 %) ont utilisé des questions et des tests à choix multiples pour évaluer les connaissances des étudiants, et cinq études (15 %) ont utilisé l'étiquetage d'images/l'identification anatomique. En moyenne, 76 étudiants ont participé à chaque étude (minimum 8, maximum 319). Vingt-quatre études (72 %) comportaient un groupe témoin, dont 20 (60 %) ont utilisé la randomisation. En revanche, une étude (3 %) a attribué aléatoirement des modèles anatomiques à 10 étudiants différents. En moyenne, 2,6 groupes ont été comparés (minimum 2, maximum 10). Vingt-trois études (70 %) portaient sur des étudiants en médecine, dont 14 (42 %) en première année. Six études (18 %) concernaient des internes, 4 (12 %) des étudiants en odontologie et 3 (9 %) des étudiants en sciences. Six études (18 %) ont mis en œuvre et évalué l’apprentissage autonome à l’aide de la plateforme 3DPAM. Le tableau 4 résume les résultats de l’évaluation de l’efficacité pédagogique de la plateforme 3DPAM pour chaque étude incluse.
Les principaux avantages rapportés par les auteurs pour l'utilisation de la 3DPAM comme outil pédagogique pour l'anatomie humaine normale sont les caractéristiques visuelles et tactiles, notamment le réalisme [55, 67], la précision [44, 50, 72, 85] et la variabilité de la cohérence [34, 45]. , 48, 64], couleur et transparence [28, 45], durabilité [24, 56, 73], effet pédagogique [16, 32, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], coût [27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 64, 80, 81, 83], reproductibilité [80], possibilité d'amélioration ou de personnalisation [28, 30, 36, 45, 48, 51, 53, 59, 61, 67, 80], capacité à manipuler les étudiants [30, 49], gain de temps d'enseignement [61, 80], facilité de rangement [61], capacité à intégrer l'anatomie fonctionnelle ou à créer des structures spécifiques [51, 53, 67], conception rapide de modèles squelettiques [ 81], la capacité de co-créer des modèles et de les emporter à la maison [49, 60, 71], d'améliorer les capacités de rotation mentale [23] et la rétention des connaissances [32], ainsi que la satisfaction des enseignants [25, 63] et des élèves [25, 45, 46, 52, 52, 57, 63, 66, 69, 84].
Les principaux inconvénients sont liés à la conception : rigidité [80], incohérence [28, 62], manque de détails ou de transparence [28, 30, 34, 45, 48, 62, 64, 81], couleurs trop vives [45] et fragilité du support [71]. Parmi les autres inconvénients, on peut citer la perte d’informations [30, 76], le temps de segmentation d’image important [36, 52, 57, 58, 74], le temps d’impression [57, 63, 66, 67], le manque de variabilité anatomique [25] et le coût élevé [48].
Cette revue systématique synthétise 68 articles publiés sur une période de 9 ans et met en lumière l'intérêt de la communauté scientifique pour la modélisation 3D par impression 3D (3DPAM) comme outil pédagogique en anatomie humaine. Chaque région anatomique a été étudiée et modélisée en 3D. Parmi ces articles, 37 comparent la 3DPAM à d'autres modèles, et 33 évaluent sa pertinence pédagogique pour les étudiants.
Compte tenu des différences de conception des études sur l'impression 3D anatomique, nous n'avons pas jugé pertinent de réaliser une méta-analyse. Une méta-analyse publiée en 2020 portait principalement sur les tests de connaissances anatomiques après formation, sans analyser les aspects techniques et technologiques de la conception et de la production de modèles anatomiques imprimés en 3D [10].
La région de la tête est la plus étudiée, probablement en raison de la complexité de son anatomie, qui rend sa représentation tridimensionnelle plus difficile pour les étudiants, comparativement aux membres ou au tronc. La tomodensitométrie (TDM) est de loin la modalité d'imagerie la plus couramment utilisée. Cette technique est largement employée, notamment en milieu médical, mais sa résolution spatiale est limitée et le contraste des tissus mous est faible. Ces limitations rendent la TDM inadaptée à la segmentation et à la modélisation du système nerveux. En revanche, elle est mieux adaptée à la segmentation et à la modélisation du tissu osseux ; le contraste os/tissus mous facilite ces étapes avant l'impression 3D de modèles anatomiques. Par ailleurs, la microtomographie (microCT) est considérée comme la technologie de référence en termes de résolution spatiale pour l'imagerie osseuse [70]. Les scanners optiques ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) peuvent également être utilisés. Une résolution plus élevée évite le lissage des surfaces osseuses et préserve la finesse des structures anatomiques [59]. Le choix du modèle influe également sur la résolution spatiale : par exemple, les modèles plastifiés présentent une résolution plus faible [45]. Les graphistes doivent créer des modèles 3D personnalisés, ce qui augmente les coûts (de 25 à 150 $ l'heure) [43]. L'obtention de fichiers .STL de haute qualité ne suffit pas à créer des modèles anatomiques de haute qualité. Il est nécessaire de déterminer les paramètres d'impression, tels que l'orientation du modèle anatomique sur le plateau d'impression [29]. Certains auteurs suggèrent d'utiliser autant que possible des technologies d'impression avancées comme le frittage sélectif par laser (SLS) afin d'améliorer la précision de la modélisation 3D anatomique [38]. La production de ces modèles nécessite l'intervention de professionnels ; les spécialistes les plus recherchés sont des ingénieurs [72], des radiologues [75], des graphistes [43] et des anatomistes [25, 28, 51, 57, 76, 77].
Les logiciels de segmentation et de modélisation sont essentiels à l'obtention de modèles anatomiques précis, mais leur coût et leur complexité en limitent l'utilisation. Plusieurs études ont comparé différents logiciels et technologies d'impression, mettant en évidence les avantages et les inconvénients de chacun [68]. Outre le logiciel de modélisation, un logiciel d'impression compatible avec l'imprimante choisie est également nécessaire ; certains auteurs privilégient l'impression 3D en ligne [75]. Si le nombre d'objets 3D imprimés est suffisant, l'investissement peut s'avérer rentable [72].
Le plastique est de loin le matériau le plus couramment utilisé. Sa grande variété de textures et de couleurs en fait le matériau de prédilection pour la fabrication additive 3D. Certains auteurs ont vanté sa haute résistance par rapport aux modèles cadavériques ou plastinés traditionnels [24, 56, 73]. Certains plastiques présentent même des propriétés de flexion ou d'étirement. Par exemple, le Filaflex, grâce à la technologie FDM, peut s'étirer jusqu'à 700 %. Certains auteurs le considèrent comme le matériau de choix pour la réplication des muscles, des tendons et des ligaments [63]. En revanche, deux études ont soulevé des questions concernant l'orientation des fibres lors de l'impression. En effet, l'orientation, l'insertion, l'innervation et la fonction des fibres musculaires sont des facteurs essentiels à la modélisation musculaire [33].
Étonnamment, peu d'études mentionnent l'échelle d'impression. Le rapport 1:1 étant considéré comme la norme par beaucoup, l'auteur a peut-être choisi de ne pas l'indiquer. Bien qu'un agrandissement soit utile pour l'apprentissage dirigé en grands groupes, sa faisabilité reste à explorer, notamment face à l'augmentation des effectifs et à l'importance de la taille physique du modèle. Bien entendu, les modèles à l'échelle réelle facilitent la localisation et la communication des différents éléments anatomiques au patient, ce qui explique sans doute leur utilisation fréquente.
Parmi les nombreuses imprimantes disponibles sur le marché, celles utilisant la technologie PolyJet (jet d'encre à base de matériau ou de liant) pour l'impression couleur et multicouche haute définition (donc multi-textures) coûtent entre 20 000 et 250 000 $US (https://www.aniwaa.com/). Ce coût élevé peut freiner la promotion de la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) dans les facultés de médecine. Outre le prix de l'imprimante, celui des matériaux nécessaires à l'impression jet d'encre est supérieur à celui des imprimantes SLA ou FDM [68]. Les prix des imprimantes SLA ou FDM sont également plus abordables, allant de 576 € à 4 999 € dans les articles cités dans cette revue. Selon Tripodi et ses collègues, chaque élément du squelette peut être imprimé pour 1,25 $US [47]. Onze études ont conclu que l'impression 3D est moins coûteuse que la plastification ou les modèles commerciaux [24, 27, 41, 44, 45, 48, 51, 60, 63, 80, 81, 83]. De plus, ces modèles commerciaux sont conçus pour fournir des informations sur le patient, mais sans le niveau de détail suffisant pour l'enseignement de l'anatomie [80]. Ils sont considérés comme inférieurs aux modèles 3D imprimés en 3D [44]. Il convient de noter qu'outre la technologie d'impression utilisée, le coût final est proportionnel à l'échelle et donc à la taille finale du modèle 3D imprimé en 3D [48]. Pour ces raisons, l'échelle réelle est privilégiée [37].
Une seule étude a comparé la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) aux modèles anatomiques disponibles dans le commerce [72]. Les spécimens cadavériques sont le comparateur le plus fréquemment utilisé pour la 3DPAM. Malgré leurs limites, les modèles cadavériques restent un outil précieux pour l'enseignement de l'anatomie. Il convient de distinguer l'autopsie, la dissection et l'étude d'os secs. Sur la base de tests de formation, deux études ont montré que la 3DPAM était significativement plus efficace que la dissection plastinée [16, 27]. Une étude a comparé une heure de formation utilisant la 3DPAM (membre inférieur) à une heure de dissection de la même région anatomique [78]. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux méthodes d'enseignement. Le peu de recherches sur ce sujet s'explique probablement par la difficulté à effectuer de telles comparaisons. La dissection est une préparation longue et fastidieuse pour les étudiants. Elle peut parfois nécessiter plusieurs dizaines d'heures, selon la pièce à préparer. Une troisième comparaison peut être faite avec des os secs. Une étude de Tsai et Smith a révélé que les résultats aux tests étaient significativement meilleurs dans le groupe utilisant la 3DPAM [51, 63]. Chen et al. ont constaté que les étudiants utilisant des modèles 3D obtenaient de meilleurs résultats en identification de structures (crânes), mais aucune différence n'a été observée au niveau des scores aux QCM [69]. Par ailleurs, Tanner et al. ont démontré de meilleurs résultats post-test dans ce groupe utilisant la modélisation 3D de la fosse ptérygopalatine [46]. D'autres outils pédagogiques novateurs ont été identifiés dans cette revue de la littérature. Parmi les plus courants figurent la réalité augmentée, la réalité virtuelle et les jeux sérieux [43]. Selon Mahrous et al., la préférence pour les modèles anatomiques dépend du nombre d'heures que les étudiants consacrent aux jeux vidéo [31]. En revanche, un inconvénient majeur des nouveaux outils d'enseignement de l'anatomie réside dans le manque de retour haptique, notamment pour les outils purement virtuels [48].
La plupart des études évaluant le nouveau modèle 3DPAM ont utilisé des prétests de connaissances. Ces prétests permettent d'éviter les biais d'évaluation. Certains auteurs, avant de mener des études expérimentales, excluent tous les étudiants ayant obtenu un score supérieur à la moyenne au test préliminaire [40]. Parmi les biais mentionnés par Garas et ses collègues figuraient la couleur du modèle et la sélection des volontaires au sein de la classe d'étudiants [61]. La coloration facilite l'identification des structures anatomiques. Chen et ses collègues ont établi des conditions expérimentales rigoureuses, sans différence initiale entre les groupes, et l'étude a été menée en double aveugle autant que possible [69]. Lim et ses collègues recommandent que l'évaluation post-test soit réalisée par un tiers afin d'éviter les biais d'évaluation [16]. Certaines études ont utilisé des échelles de Likert pour évaluer la faisabilité du modèle 3DPAM. Cet instrument est adapté à l'évaluation de la satisfaction, mais il présente néanmoins d'importants biais à prendre en compte [86].
La pertinence pédagogique de la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) a été principalement évaluée auprès d'étudiants en médecine, notamment en première année, dans 14 des 33 études. Dans leur étude pilote, Wilk et ses collègues ont rapporté que les étudiants en médecine estimaient que l'impression 3D devrait être intégrée à leur apprentissage de l'anatomie [87]. 87 % des étudiants interrogés dans l'étude de Cercenelli pensaient que la deuxième année était le moment idéal pour utiliser la 3DPAM [84]. Les résultats de Tanner et ses collègues ont également montré que les étudiants obtenaient de meilleurs résultats s'ils n'avaient jamais étudié ce domaine auparavant [46]. Ces données suggèrent que la première année de médecine est le moment optimal pour intégrer la 3DPAM à l'enseignement de l'anatomie. La méta-analyse de Ye a confirmé cette idée [18]. Dans les 27 articles inclus dans l'étude, des différences significatives ont été observées dans les résultats aux tests entre les modèles 3D assistés par ordinateur et les modèles traditionnels chez les étudiants en médecine, mais pas chez les internes.
L'utilisation de la modélisation anatomique en 3D (3DPAM) comme outil pédagogique améliore les résultats scolaires [16, 35, 39, 52, 57, 63, 69, 79], la mémorisation à long terme des connaissances [32] et la satisfaction des étudiants [25, 45, 46, 52, 57, 63, 66, 69, 84]. Des panels d'experts ont également jugé ces modèles utiles [37, 42, 49, 81, 82], et deux études ont constaté la satisfaction des enseignants vis-à-vis de la 3DPAM [25, 63]. Parmi toutes les sources, Backhouse et ses collègues considèrent l'impression 3D comme la meilleure alternative aux modèles anatomiques traditionnels [49]. Dans leur première méta-analyse, Ye et ses collègues ont confirmé que les étudiants ayant bénéficié d'un enseignement basé sur la 3DPAM obtenaient de meilleurs résultats aux tests finaux que ceux ayant reçu un enseignement basé sur des modèles 2D ou des cadavres [10]. Cependant, leur analyse ne portait pas sur la complexité de la 3DPAM, mais uniquement sur la représentation du cœur, du système nerveux et de la cavité abdominale. Dans sept études, les modèles anatomiques 3D (3DPAM) n'ont pas surpassé les autres modèles lors des tests de connaissances administrés aux étudiants [32, 66, 69, 77, 78, 84]. Dans leur méta-analyse, Salazar et ses collègues ont conclu que l'utilisation des 3DPAM améliore spécifiquement la compréhension de l'anatomie complexe [17]. Ce constat rejoint les conclusions de la lettre de Hitas à l'éditeur [88]. Certaines régions anatomiques considérées comme moins complexes ne nécessitent pas l'utilisation des 3DPAM, tandis que des régions plus complexes (telles que le cou ou le système nerveux) se prêtent logiquement à leur utilisation. Ce constat pourrait expliquer pourquoi certains modèles 3D ne sont pas considérés comme supérieurs aux modèles traditionnels, notamment lorsque les étudiants manquent de connaissances dans le domaine où les performances du modèle sont jugées supérieures. Ainsi, présenter un modèle simplifié à des étudiants ayant déjà des connaissances sur le sujet (étudiants en médecine ou internes) n'est pas pertinent pour améliorer leurs performances.
Parmi tous les avantages pédagogiques recensés, 11 études ont mis l'accent sur les qualités visuelles ou tactiles des modèles [27, 34, 44, 45, 48, 50, 55, 63, 67, 72, 85], et 3 études ont amélioré leur résistance et leur durabilité (33, 50-52, 63, 79, 85, 86). D'autres avantages incluent la possibilité pour les élèves de manipuler les structures, un gain de temps pour les enseignants, une conservation plus aisée que celle des cadavres, la possibilité de réaliser le projet en 24 heures, son utilisation comme outil d'enseignement à domicile et son potentiel pour l'enseignement de grandes quantités d'informations à des groupes importants [30, 49, 60, 61, 80, 81]. L'impression 3D répétée pour l'enseignement de l'anatomie à grande échelle rend les modèles imprimés en 3D plus rentables [26]. L'utilisation de la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM) peut améliorer les capacités de rotation mentale [23] et l'interprétation des images en coupe [23, 32]. Deux études ont montré que les étudiants exposés à la modélisation 3D de l'anatomie fonctionnelle étaient plus susceptibles de subir une intervention chirurgicale [40, 74]. Des connecteurs métalliques peuvent être intégrés pour créer le mouvement nécessaire à l'étude de l'anatomie fonctionnelle [51, 53], ou des modèles peuvent être imprimés à l'aide de systèmes de déclenchement [67].
L'impression 3D permet la création de modèles anatomiques ajustables grâce à l'amélioration de certains aspects lors de la modélisation [48, 80] : création d'une base adaptée [59], combinaison de plusieurs modèles [36], utilisation de la transparence [49], de la couleur [45] ou encore visualisation de certaines structures internes [30]. Tripodi et ses collègues ont utilisé de la pâte à modeler pour compléter leurs modèles osseux imprimés en 3D, soulignant ainsi l'intérêt des modèles co-créés comme outils pédagogiques [47]. Dans neuf études, la couleur a été appliquée après l'impression [43, 46, 49, 54, 58, 59, 65, 69, 75], mais les étudiants ne l'ont appliquée qu'une seule fois [49]. Malheureusement, cette étude n'a pas évalué la qualité de la formation sur modèle ni la séquence de formation. Ces aspects devraient être pris en compte dans le contexte de l'enseignement de l'anatomie, car les avantages de l'apprentissage mixte et de la co-création sont bien établis [89]. Pour faire face à l’activité publicitaire croissante, l’auto-apprentissage a été utilisé à de nombreuses reprises pour évaluer des modèles [24, 26, 27, 32, 46, 69, 82].
Une étude a conclu que la couleur du matériau plastique était trop vive[45], une autre que le modèle était trop fragile[71], et deux autres études ont indiqué un manque de variabilité anatomique dans la conception des différents modèles[25, 45]. Sept études ont conclu que le niveau de détail anatomique des modèles 3D imprimés en 3D était insuffisant[28, 34, 45, 48, 62, 63, 81].
Pour les modèles anatomiques plus détaillés de régions vastes et complexes, comme le rétropéritoine ou le rachis cervical, le temps de segmentation et de modélisation est considéré comme très long et le coût très élevé (environ 2 000 $US) [27, 48]. Hojo et ses collègues ont indiqué dans leur étude qu’il leur avait fallu 40 heures pour créer le modèle anatomique du bassin [42]. Le temps de segmentation le plus long, soit 380 heures, a été observé dans une étude de Weatherall et ses collègues, où plusieurs modèles ont été combinés pour créer un modèle complet des voies respiratoires pédiatriques [36]. Dans neuf études, le temps de segmentation et d’impression a été considéré comme un inconvénient [36, 42, 57, 58, 74]. Cependant, douze études ont critiqué les propriétés physiques de leurs modèles, notamment leur consistance [28, 62], leur manque de transparence [30], leur fragilité et leur monochromie [71], l’absence de tissus mous [66] ou le manque de détails [28, 34]. [45, 48, 62, 63, 81]. Ces inconvénients peuvent être surmontés en augmentant la durée de la segmentation ou de la simulation. La perte et la récupération d'informations pertinentes ont constitué un problème pour trois équipes [30, 74, 77]. Selon les rapports des patients, les agents de contraste iodés n'ont pas permis d'obtenir une visibilité vasculaire optimale en raison des limitations de dose [74]. L'injection dans un modèle cadavérique semble être une méthode idéale qui s'affranchit du principe du « moins que possible » et des limitations liées à la dose d'agent de contraste injectée.
Malheureusement, de nombreux articles omettent certaines caractéristiques essentielles des supports 3D numériques. Moins de la moitié d'entre eux précisent si leurs supports sont teintés. La couverture des supports d'impression est inégale (43 % des articles), et seulement 34 % mentionnent l'utilisation de supports multiples. Ces paramètres d'impression sont cruciaux car ils influencent les propriétés pédagogiques des supports 3D numériques. La plupart des articles ne fournissent pas suffisamment d'informations sur les difficultés liées à l'obtention de ces supports (temps de conception, qualifications du personnel, coûts logiciels, coûts d'impression, etc.). Ces informations sont essentielles et doivent être prises en compte avant d'entreprendre un projet de développement d'un nouveau support 3D numérique.
Cette revue systématique montre que la conception et l'impression 3D de modèles anatomiques normaux sont réalisables à faible coût, notamment avec des imprimantes FDM ou SLA et des matériaux plastiques monochromes économiques. Ces modèles de base peuvent être améliorés par l'ajout de couleur ou de motifs réalisés avec différents matériaux. Des modèles plus réalistes (imprimés avec plusieurs matériaux de couleurs et de textures différentes pour reproduire fidèlement les qualités tactiles d'un modèle cadavérique) nécessitent des technologies d'impression 3D plus coûteuses et des temps de conception plus longs, ce qui augmente considérablement le coût global. Quel que soit le procédé d'impression choisi, le choix de la méthode d'imagerie appropriée est essentiel au succès de la modélisation 3D assistée par ordinateur (3DPAM). Plus la résolution spatiale est élevée, plus le modèle est réaliste et peut être utilisé pour des recherches avancées. D'un point de vue pédagogique, la 3DPAM est un outil efficace pour l'enseignement de l'anatomie, comme en témoignent les tests de connaissances administrés aux étudiants et leur satisfaction. L'efficacité pédagogique de la 3DPAM est optimale lorsqu'elle reproduit des régions anatomiques complexes et que les étudiants l'utilisent dès le début de leur formation médicale.
Les jeux de données générés et/ou analysés dans la présente étude ne sont pas accessibles au public en raison de barrières linguistiques, mais peuvent être obtenus auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.
Drake RL, Lowry DJ, Pruitt CM. Revue des cours d'anatomie macroscopique, de microanatomie, de neurobiologie et d'embryologie dans les programmes d'études médicales des États-Unis. Anat Rec. 2002;269(2):118-22.
Ghosh SK La dissection cadavérique comme outil pédagogique pour les sciences anatomiques au XXIe siècle : La dissection comme outil pédagogique. Analyse de l'éducation scientifique. 2017;10(3):286–99.
Date de publication : 9 avril 2024