Fantasmas escaláveis impressos em 3D a partir de DICOM imitando osso e tecido mole de mamíferos marinhos

Por que um leão-marinho falso importa

De aquários oceânicos a centros de resgate, veterinários cuidam de leões-marinhos-da-Califórnia que podem estar doentes, feridos ou envenenados por florações algais nocivas. Coletar sangue desses animais poderosos e sensíveis é vital para o diagnóstico, mas é difícil aprender a fazê-lo com segurança em pacientes vivos. Este estudo descreve como pesquisadores transformaram dados de exames médicos em um modelo realista impresso em 3D — ou “fantasma” — da região do quadril de um leão-marinho. O fantasma tem sensação e comportamento semelhantes aos do tecido real, oferecendo aos treinandos uma ferramenta de prática realista e apontando para novos modelos médicos tanto para animais quanto para pessoas.

Transformando exames em formas sólidas

A equipe começou com exames de TC e RM detalhados de um leão-marinho-da-Califórnia real, fornecidos pelo Programa de Mamíferos Marinhos da Marinha dos EUA. Esses exames, armazenados no formato médico padrão DICOM, mostram quão densa é cada pequena porção de tecido, desde a gordura mole até o osso duro. Usando software especializado, os pesquisadores “segmentaram” as imagens, separando ossos e tecidos moles com base em seu brilho nos exames. Em seguida, limparam e suavizaram os modelos digitais, cortaram a mesa de exame e outros elementos indesejados e dividiram o esqueleto em seções práticas, como pernas, nadadeiras e pelve e coluna. O resultado foi um corpo inferior digital anatomicamente fiel, com atenção especial à região onde o sangue é comumente coletado, logo atrás dos ossos do quadril.

Construindo um corpo em camadas de dentro para fora

Em vez de fabricar um bloco sólido único, os pesquisadores projetaram o fantasma como quatro camadas distintas que imitam a anatomia real: osso, músculo, gordura subcutânea e pele. As formas ósseas foram exportadas diretamente como arquivos imprimíveis em 3D e impressas em escala reduzida usando impressoras de estereolitografia de alta resolução. Uma carcaça externa flexível foi projetada ao redor do corpo, oca para criar uma cavidade e dividida na parte superior para que os ossos e tecidos moles pudessem ser inseridos. Essa carcaça cumpre dupla função: atua como a “pele” visível do fantasma e serve como molde para a moldagem dos géis internos. Marcos ósseos naturais, como vértebras da cauda e encaixes das nadadeiras, foram preservados para que o esqueleto pudesse ser alinhado com precisão dentro da carcaça, reproduzindo a sensação dos pontos de referência reais nos quais os clínicos confiam pelo tato.

Fazendo tecidos falsos parecerem reais

Para capturar como os tecidos reais do leão-marinho se deformam sob uma agulha ou uma mão, a equipe recorreu a uma família de gelatinas médicas claras e reutilizáveis. Esses géis vêm em vários graus, do muito firme ao muito macio. Usando um analisador mecânico dinâmico, os pesquisadores comprimiram pequenas amostras de gel de forma controlada para medir sua rigidez e perda de energia sob carregamentos repetidos, de modo semelhante a pressionar e soltar tecido vivo. Comparando essas medições com propriedades conhecidas da gordura subcutânea, músculo e osso do leão-marinho, escolheram géis específicos para cada camada: um gel mais rígido próximo ao osso para representar tecido conjuntivo resistente, um gel mais macio para o músculo e um gel intermediário para a espessa camada de gordura. Uma resina plástica resistente, porém algo flexível, foi selecionada para o esqueleto, enquanto uma resina transparente e elástica formou a pele externa, permitindo que os ossos internos permanecessem visíveis durante a prática.

Do modelo digital ao fantasma funcional

Com materiais e geometria definidos, os pesquisadores montaram o fantasma passo a passo. Primeiro, imprimiram os ossos e os mergulharam em um gel firme para representar tendões e músculos fortemente ligados próximos às articulações. A carcaça de pele transparente foi impressa separadamente. Em seguida, calcularam o volume do espaço de gordura e músculo dentro da carcaça em diferentes escalas para saber quanto gel derreter e verter. Trabalhando em fornos a vácuo e banhos de gelo para controlar bolhas e resfriamento, despejaram uma camada de gordura ao longo das paredes da carcaça, posicionaram o esqueleto em sua posição exata e, por fim, preencheram o espaço restante com um gel muscular macio. Após um dia de cura, poliram levemente por aquecimento a superfície exposta para alisá-la sem deformar a carcaça. O modelo final correspondeu de perto à renderização 3D original, manteve-se bem durante o manuseio e permitiu aos usuários tanto sentir quanto ver as estruturas internas.

O que isso significa para treinamento e além

Para os treinandos, este fantasma de leão-marinho oferece uma maneira realista de praticar a localização de marcos ósseos e a inserção de agulhas no ponto correto, sem colocar animais vivos em risco. Como o fluxo de trabalho começa com imagens médicas rotineiras, ele pode ser adaptado a outras regiões do corpo, outras espécies e até pacientes humanos. O estudo também mostra como o design baseado em imagens e materiais moles cuidadosamente testados podem reproduzir tecidos vivos bem o suficiente para treinamento e, potencialmente, para dispositivos robóticos moles ou implantes personalizados. Em suma, os pesquisadores demonstraram uma receita prática para transformar anatomia digital em modelos palpáveis e escaláveis que trazem a sensação da clínica ou do centro de resgate marinho para o laboratório ou sala de aula.

Citação: 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

Palavras-chave: fantasma impresso em 3D, leão-marinho-da-califórnia, treinamento veterinário, imagem médica, géis que imitam tecido