פנתומים מדפוס תלת־ממד DICOM מדרגיים המדמים עצם ורקמה רכה של יונקי ים

מדוע פנתום של לביא ים חשוב

מאקווריומים ימיים ועד מרכזי חילוץ, וטרינרים מטפלים ללביאות הים הקליפורניות שעשויות להיות חולות, פצועות או מורעלות מתפרצות אצות רעילות. לקיחת דם מבעלי חיים חזקים ורגישים אלה חיונית לאבחון, אך קשה ללמוד אותה בבטחה על חולים חיים. מחקר זה מתאר כיצד החוקרים הפכו נתוני סריקה רפואית למודל מוחשי ומדמה בחיים, המודפס בתלת־ממד — או "פנתום" — של אזור הירך של לביא הים. הפנתום מרגיש ומתנהג בדומה לרקמות אמיתיות, נותן למתרגלים כלי אימון ריאלי ומצביע על אפשרויות לפיתוח דגמים רפואיים חדשים הן לבעלי חיים והן לבני אדם.

הפיכת סריקות לצורות מוצקות

הצוות התחיל מסריקות CT ו‑MRI מפורטות של לביא ים קליפורני אמיתי, שסופקו על‑ידי תוכנית יונקי הים של חיל הים האמריקאי. סריקות אלה, מאוחסנות בפורמט הרפואי הסטנדרטי DICOM, מראות עד כמה כל נפח קטן של רקמה צפוף — משומן רך ועד עצם קשה. בעזרת תוכנה מיוחדת, החוקרים ביצעו "סגמנטציה" של התמונות, והפרידו עצמות ורקמות רכות על סמך בהירותן בסריקות. הם ניקו וחלקו את המודלים הדיגיטליים, גיזרו את שולחן הבדיקה ופריטים מיותרים, וחילקו את השלד לחלקים פרקטיים כמו רגליים, סנפירים, אגן וחוליות. התוצאה הייתה גוף תחתון דיגיטלי נאמן אנטומית, עם תשומת לב מיוחדת לאזור שבו בדרך כלל נוטלים דם, ממש מאחורי עצמות האגן.

בניית גוף רב‑שכבתי מבפנים החוצה

במקום ליצור בלוק מוצק אחד, החוקרים עיצבו את הפנתום כארבע שכבות מובחנות המדמות אנטומיה אמיתית: עצם, שריר, שומן (blubber) ועור. צורות העצם הוצאו ישירות כקבצים הניתנים להדפסה תלת־ממדית והודפסו בקנה מידה מוקטן באמצעות מדפסות סטריאוליתוגרפיה ברזולוציה גבוהה. מעטפת חיצונית גמישה עוצבה סביב הגוף, חלולה ליצירת חלל וחלוקה בחלק העליון כדי לאפשר הכנסת העצמות והרקמות הרכות. מעטפת זו ממלאת תפקיד כפול: היא מהווה את "העור" הנראה של הפנתום ומשמשת גם כתבנית ליציקת הג׳לים הפנימיים. סימני עצם טבעיים, כמו חוליות הזנב ושקעי הסנפיר, נשמרו כדי לאפשר יישור מדויק של השלד בתוך המעטפת, ולשחזר את תחושת נקודות הציון שהקלינאים מסתמכים עליהן במישוש.

להעניק לרקמות המדומות תחושה אמיתית

כדי ללכוד כיצד רקמות לביא הים מעוותות תחת מחט או לחץ יד, הפנו החוקרים למשפחת ג׳לטינים רפואיים שקופים וניתנים לשימוש חוזר. ג׳לים אלה זמינים במעלות שונות, מקשיח עד רך מאוד. באמצעות אנלייזר מכני דינמי, החוקרים הדחיסו דגימות ג׳ל קטנות בצורה מבוקרת כדי למדוד את הקשיחות והפסד האנרגיה שלהן תחת טעינה חוזרת — באופן דומה ללחיצה ושחרור על רקמה חיה. בהשוואת מדידות אלה לתכונות ידועות של שומן, שריר ועצם בלביא הים, הם בחרו ג׳לים ספציפיים לכל שכבה: ג׳ל קשה יותר בסמוך לעצם כדי להחליף רקמות חיבור קשיחות, ג׳ל רך לשריר וג׳ל בינוני לשכבת השומן העבה. שרף פלסטי קשיח אך מעט גמיש נבחר עבור השלד, בעוד שרף שקוף ומתמטי הרכב את העור החיצוני, מה שאיפשר לעצמות הפנימיות להישאר גלויות במהלך האימון.

מהמודל הדיגיטלי לפנתום עובד

לאחר בחירת החומרים והגיאומטריה, החוקרים הרכיבו את הפנתום שלב אחרי שלב. תחילה הדפיסו את העצמות וטבלו אותן בג׳ל קשה כדי לייצג גידים ושריר הדוק סמוך למפרקים. מעטפת העור השקופה הודפסה בנפרד. לאחר מכן חשבו את נפח חלל השומן והשריר בתוך המעטפת בקנה מידות שונים, כדי לדעת כמה ג׳ל להמיס ולשפוך. בעבודה בתנורי ואקום ובאמבטיות קרח לשליטה על בועות וקירור, שפכו שכבת שומן לאורך דפנות המעטפת, מקמו את השלד במקומו המדויק ולבסוף מילאו את המרחב הנותר בג׳ל שריר רך. לאחר יום של התמצקות, ליטשו בעדינות בחום את המשטח החשוף כדי להחליקו מבלי לעוות את המעטפת. המודל המוגמר התאמה במידה רבה להדמיית התלת־ממד המקורית, החזיק היטב בטיפול ואפשר למשתמשים גם להרגיש וגם לראות את המבנים הפנימיים.

מה משמעות הדבר לאימונים ומעבר לכך

למתרגלים, פנתום לביא הים הזה מציע דרך ריאליסטית לתרגל מציאת נקודות ציון עצם והחדרת מחטים במקום הנכון, מבלי לסכן בעלי חיים חיים. מאחר שהזרימה עובדת מתחילתה עם תמונות רפואיות שגרתיות, היא ניתנת להתאמה לאזורים גופניים אחרים, למינים אחרים ואף לחולים אנושיים. המחקר גם מראה כיצד עיצוב מבוסס‑תמונה וחומרים רכים שנבדקים בקפידה יכולים לשחזר רקמות חיות היטב מספיק לצורך אימון, ואולי גם למכשירים רובוטיים רכים או שתלים מותאמים אישית. בקיצור, החוקרים הדגימו מתכון פרקטי להפיכת אנטומיה דיגיטלית לדגמים מוחשיים ומדרגיים שמביאים את תחושת הקליניקה או מרכז החילוץ לידי מעבדה או כיתה.

ציטוט: 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

מילות מפתח: פנתום מודפס בתלת־ממד, לביא הים הקליפורני, הכשרה וטרינרית, דימות רפואי, ג׳לטינים המדמים רקמות