Fantômes 3D imprimés DICOM évolutifs reproduisant l’os et les tissus mous des mammifères marins

Pourquoi un faux lion de mer a de l’importance

Des aquariums marins aux centres de secours, les vétérinaires prennent en charge des lions de mer de Californie parfois malades, blessés ou intoxiqués par des proliférations algales nuisibles. Prendre du sang de ces animaux puissants et sensibles est essentiel pour le diagnostic, mais difficile à apprendre en toute sécurité sur des patients vivants. Cette étude décrit comment des chercheurs ont transformé des données d’imagerie médicale en un modèle fidèle, imprimé en 3D — ou « fantôme » — de la région de la hanche d’un lion de mer. Le fantôme restitue la sensation et le comportement des tissus réels, offrant aux stagiaires un outil d’entraînement réaliste et ouvrant la voie à de nouveaux modèles médicaux pour les animaux comme pour les humains.

Transformer les scans en formes solides

L’équipe a commencé avec des scans CT et IRM détaillés d’un lion de mer de Californie, fournis par le U.S. Navy Marine Mammal Program. Ces images, stockées au format médical standard DICOM, montrent la densité de chaque petit volume de tissu, du gras mou à l’os dur. À l’aide de logiciels spécialisés, les chercheurs ont « segmenté » les images, séparant os et tissus mous en fonction de leur intensité dans les scans. Ils ont ensuite nettoyé et lissé les modèles numériques, retiré la table d’examen et autres éléments parasites, et découpé le squelette en sections pratiques telles que pattes, nageoires, pelvis et colonne. Le résultat est un bas du corps numérique anatomiquement fidèle, avec une attention particulière portée à la région où l’on prélève habituellement le sang, juste derrière les os de la hanche.

Construire un corps stratifié de l’intérieur vers l’extérieur

Plutôt que de réaliser un bloc massif, les chercheurs ont conçu le fantôme en quatre couches distinctes mimant l’anatomie réelle : os, muscle, couche adipeuse (blubber) et peau. Les formes osseuses ont été exportées directement en fichiers imprimables en 3D et imprimées à échelle réduite avec des imprimantes stéréolithographiques haute résolution. Une coque extérieure flexible a été conçue autour du corps, évidée pour créer une cavité et ouverte sur le dessus afin de pouvoir insérer os et tissus mous. Cette coque joue un double rôle : elle sert de « peau » visible du fantôme et fait office de moule pour le coulage des gels internes. Des repères osseux naturels, comme les vertèbres caudales et les cavités des nageoires, ont été préservés pour permettre d’aligner précisément le squelette à l’intérieur de la coque, reproduisant la sensation des repères réels sur lesquels les cliniciens s’appuient au toucher.

Donner aux tissus factices une sensation réaliste

Pour reproduire la déformation des tissus réels sous l’effet d’une aiguille ou d’une main, l’équipe a utilisé une famille de gélatines médicales transparentes et réutilisables. Ces gels existent en plusieurs rigidités, du très ferme au très souple. À l’aide d’un analyseur mécanique dynamique, les chercheurs ont comprimé de petits échantillons de gel de manière contrôlée pour mesurer leur rigidité et leurs pertes d’énergie lors de chargements répétés, processus proche de la pression et du relâchement de tissus vivants. En comparant ces mesures aux propriétés connues du blubber, des muscles et des os du lion de mer, ils ont choisi des gels spécifiques pour chaque couche : un gel plus rigide près de l’os pour représenter les tissus conjonctifs résistants, un gel plus souple pour le muscle et un gel intermédiaire pour la épaisse couche de blubber. Une résine plastique résistante mais légèrement flexible a été sélectionnée pour le squelette, tandis qu’une résine transparente et extensible a formé la peau externe, permettant de voir les os internes pendant l’entraînement.

Du modèle numérique au fantôme opérationnel

Avec les matériaux et la géométrie définis, les chercheurs ont assemblé le fantôme étape par étape. D’abord, ils ont imprimé les os et les ont trempés dans un gel ferme pour représenter les tendons et les muscles étroitement liés près des articulations. La coque de peau transparente a été imprimée séparément. Puis ils ont calculé le volume des espaces dédiés au blubber et aux muscles à l’intérieur de la coque à différentes échelles afin de savoir quelle quantité de gel faire fondre et couler. Travaillant dans des fours sous vide et des bains de glace pour maîtriser les bulles et le refroidissement, ils ont coulé une couche de blubber le long des parois de la coque, placé le squelette à sa position exacte, puis rempli l’espace restant avec un gel musculaire souple. Après un jour de polymérisation, ils ont poli à chaud la surface exposée pour l’uniformiser sans déformer la coque. Le modèle fini correspondait étroitement au rendu 3D original, se tenait bien lors de la manipulation et permettait aux utilisateurs de sentir et de voir les structures internes.

Ce que cela signifie pour la formation et au-delà

Pour les stagiaires, ce fantôme de lion de mer offre une manière réaliste de s’exercer à repérer les repères osseux et à insérer des aiguilles au bon endroit, sans exposer d’animaux vivants. Parce que le processus débute à partir d’images médicales de routine, il peut être adapté à d’autres régions du corps, à d’autres espèces et même à des patients humains. L’étude montre également comment la conception basée sur l’imagerie et des matériaux mous soigneusement testés peuvent reproduire suffisamment bien les tissus vivants pour la formation, et potentiellement pour des dispositifs robotiques mous ou des implants sur mesure. En bref, les chercheurs ont démontré une recette pratique pour transformer l’anatomie numérique en modèles palpables et évolutifs qui apportent la sensation de la clinique ou du centre de secours marin dans le laboratoire ou la salle de classe.

Citation: Fisher, D., Minaian, N., McClain, A. et al. Scalable DICOM 3D-printed phantoms mimicking marine mammal bone and soft tissue. Sci Rep 16, 5929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36154-5

Mots-clés: fantôme imprimé en 3D, lion de mer de Californie, formation vétérinaire, imagerie médicale, gels imitant les tissus