Approcci Innovativi all'Insegnamento dell'Anatomia

L'educazione all'anatomia è fondamentale per la formazione medica. Aiuta gli studenti, compresi quelli che diventano medici, infermieri e altri professionisti della salute, a conoscere il corpo umano. Tuttavia, i metodi tradizionali di insegnamento dell'anatomia, come la dissezione dei cadaveri, presentano molte sfide. Queste includono problemi etici, costi e difficoltà nell'accesso ai cadaveri.

Con la disponibilità di sempre meno cadaveri, gli studenti di medicina potrebbero perdere importanti esperienze pratiche in anatomia. La recente pandemia di COVID-19 ha aggravato questa situazione, portando a ancora meno opportunità per l'uso dei cadaveri nell'istruzione. I sondaggi mostrano che molti insegnanti di anatomia negli Stati Uniti hanno riportato un calo nell'uso dei cadaveri, influenzando sia i corsi di anatomia generale che le altre classi di anatomia.

#Tecnologia nell'educazione all'anatomia

Grazie ai progressi tecnologici, stanno emergendo nuovi metodi per insegnare l'anatomia. Tecnologie di imaging come la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata (CT) aiutano a visualizzare le strutture interne del corpo in dettaglio. Strumenti come la realtà virtuale (VR) e la realtà aumentata (AR) permettono agli studenti di interagire con modelli 3D del corpo umano, rendendo l'esperienza di apprendimento più divertente e coinvolgente. Questa integrazione della tecnologia nell'educazione medica sta cambiando il modo in cui l'anatomia viene insegnata e appresa.

La pandemia di COVID-19 ha messo in evidenza la necessità di queste tecnologie innovative. Ad esempio, l'uso della tecnologia di realtà estesa (XR) e il concetto di Metaverso nell'educazione medica stanno diventando sempre più comuni. Le università stanno iniziando a implementare la VR nei loro programmi di formazione. Alcune usano la VR per insegnare infermieristica ed educazione al parto.

Integrando la tecnologia XR nei loro corsi di anatomia, sorgono molti vantaggi. Gli studenti possono imparare meglio, praticare in modo sicuro in ambienti simulati e collaborare con i loro coetanei, riducendo costi e tempi nel processo di apprendimento.

#Sfide nell'educazione anatomica XR

Anche con i benefici della tecnologia XR, ci sono ancora sfide da affrontare. Una preoccupazione principale è assicurarsi che il contenuto anatomico sia preciso. Questo dipende dalla qualità degli scansioni originali e dal design dei modelli 3D. Se questi modelli mancano di precisione, potrebbe creare confusione per gli studenti di medicina.

Un'altra sfida riguarda la quantità di dati necessaria per creare modelli 3D dettagliati. Produrre modelli 3D di alta qualità richiede sistemi avanzati per gestire grandi quantità di dati garantendo un'esperienza fluida per gli utenti. Pertanto, sono necessari metodi e strumenti speciali per soddisfare queste esigenze.

#Creazione di un Cadavere Digitale Twin 3D

Questo studio mira a trovare soluzioni efficaci ai problemi affrontati nell'educazione anatomica XR sviluppando un Cadavere Digitale Twin (DT) di un Cadavere Completo Standard Coreano nel metaverso. L'efficacia di questa innovazione è stata valutata da professionisti medici e studenti dell'Ewha Woman’s University e di altre scuole di infermieristica in Corea.

La creazione del DT 3D è iniziata con la scansione di ogni osso di un cadavere utilizzando uno scanner di superficie 3D. I dati scansionati sono stati poi raffinati per garantire che fossero visivamente accurati e preservassero le caratteristiche principali del cadavere originale. Questo è stato fatto utilizzando un software di modellazione 3D chiamato Blender, che ha aiutato ad aggiustare il numero di poligoni per ottenere i migliori risultati.

Dopo aver affinato i modelli, il passo successivo è stato integrare il DT 3D in una piattaforma metaverso creata con Unity. Questa piattaforma includeva elementi di design user-friendly per migliorare l'esperienza immersiva. Inoltre, sono stati utilizzati servizi cloud di Azure per il rendering in tempo reale, affrontando la sfida di elaborare grandi quantità di dati e migliorando le prestazioni generali del sistema.

#Il Processo di Scansione

Il viaggio per sviluppare il DT 3D è iniziato con l'acquisizione etica di un cadavere completo. Dopo aver ricevuto un cadavere maschile da un'istituzione certificata, il passo successivo è stato scansionare le singole ossa utilizzando uno scanner laser 3D Leica BLK360. Questo scanner è vantaggioso perché cattura dati accurati rapidamente senza danneggiare il cadavere.

Il processo di scansione ha comportato posizionare il cadavere su una piattaforma stabile e catturare più scansioni 3D da angolazioni diverse. Dopo, è stato utilizzato un software specializzato per unire queste scansioni in un modello 3D completo.

#Affinamento del Modello 3D

Una volta scansionate le ossa, è stato necessario affinare ogni modello per un'esperienza educativa riuscita. Questo processo di affinamento ha comportato l'uso di Blender e Maya per riempire le parti mancanti e migliorare la qualità dei modelli. I modelli 3D sono stati poi esaminati per eventuali imprecisioni. Sono state fatte considerazioni speciali per le ossa che mostrano irregolarità, assicurandosi che fossero rappresentate accuratamente.

L'affinamento ha incluso la retopologia delle scansioni, che aiuta a creare una maglia più pulita sopra la scansione originale, facilitando le modifiche e garantendo una rappresentazione più precisa dell'anatomia.

#Ottimizzazione dei Modelli 3D per Migliori Prestazioni

Oltre ad affinare i modelli 3D, è cruciale ottimizzare il numero di poligoni in questi modelli. Il numero totale di poligoni influisce direttamente sulle prestazioni e sulla qualità di rendering dell'esperienza virtuale. Ridurre il numero di poligoni mantenendo i dettagli consente interazioni più fluide e migliori prestazioni.

Sono state utilizzate diverse tecniche, come la decimazione, per minimizzare il numero di poligoni mantenendo intatta la forma generale. Bilanciare dettaglio e prestazioni è stato essenziale poiché questo contenuto è stato progettato per scopi educativi, richiedendo un livello più elevato di accuratezza.

#Costruzione della Piattaforma Metaverso

L'HoloLens, un dispositivo di realtà mista, consente agli utenti di interagire con contenuti digitali in ambienti reali. Questa tecnologia trasforma il modo in cui vengono svolte le lezioni di anatomia, permettendo un'esplorazione pratica dei modelli 3D tramite gesti e comandi vocali.

Per rendere i modelli 3D interattivi, è stato utilizzato lo scripting in Unity. Questo ha incluso la scrittura di codici che consentono agli utenti di manipolare i modelli, come ruotarli o selezionare parti specifiche del corpo per ulteriori informazioni. Strumenti come il Mixed Reality Toolkit (MRTK) e Photon Network sono stati integrati per facilitare la collaborazione in tempo reale tra più utenti.

#Rendering Remoto per una Visualizzazione di Qualità

Il rendering remoto gioca un ruolo chiave nello sviluppo di contenuti anatomici 3D di alta qualità. Permette ai modelli complessi di essere renderizzati su potenti server remoti, con le immagini risultanti inviate ai dispositivi degli utenti. Questo rende possibile visualizzare modelli dettagliati senza necessitare di hardware di alta fascia localmente.

Utilizzare il rendering remoto offre agli sviluppatori il vantaggio di garantire che i loro programmi Unity funzionino bene su vari dispositivi, consentendo esperienze immersive indipendentemente dalle capacità hardware degli utenti. Riduce anche tempi e costi associati allo sviluppo di nuovi programmi.

#Produzione del Digital Twin 3D

Il modello finale del DT 3D, creato dal cadavere reale, è stato assemblato con cura e stampato in 3D. Questo processo ha impiegato tecniche per garantire durabilità e ridurre il peso. Il modello stampato è stato completato con successo, mostrando il potenziale di questo approccio innovativo all'educazione anatomica.

#Funzionalità per l'Interazione degli Utenti

Nella piattaforma metaverso, sono state progettate funzionalità per l'interazione degli utenti per incoraggiare collaborazione e coinvolgimento. Gli utenti possono accedere, creare account ed esplorare varie funzionalità per migliorare la loro esperienza di apprendimento. Il menu dell'applicazione contiene strumenti per il movimento, cambiamenti di colore e descrizioni dettagliate delle strutture anatomiche.

La possibilità di creare stanze per interazioni di gruppo e condividere modelli aggiunge un valore significativo al processo educativo. Questo aspetto collaborativo aiuta a favorire un ambiente di apprendimento più dinamico per gli studenti.

#Conclusione

Questa ricerca introduce uno sviluppo significativo nell'educazione anatomica affrontando le sfide dell'uso tradizionale dei cadaveri. La combinazione di scansione 3D, tecniche di modellazione e tecnologia XR crea esperienze di apprendimento coinvolgenti con informazioni anatomiche precise. Attraverso la collaborazione in tempo reale e il rendering basato su cloud, gli studenti possono beneficiare di opportunità educative migliorate.

Anche se rimangono delle sfide, il futuro dell'educazione anatomica sembra promettente con l'integrazione di tecnologie innovative. Questo studio evidenzia l'importanza di continuare a migliorare ed espandere l'uso della XR nel campo medico, assicurando che i futuri professionisti della salute abbiano accesso ai migliori strumenti per la loro formazione. Il potenziale delle tecnologie XR nell'educazione anatomica apre porte a nuove esperienze di apprendimento e contribuisce alla prossima generazione di educazione medica.