Skalbara DICOM 3D-printade fantomer som efterliknar ben och mjukvävnad hos marina däggdjur

Varför ett falskt sjölejon är viktigt

Från havsakvarier till räddningscentraler vårdar veterinärer kaliforniska sjölejon som kan vara sjuka, skadade eller förgiftade av skadliga algblomningar. Att ta blod från dessa kraftfulla, känsliga djur är avgörande för diagnos, men svårt att lära sig på ett säkert sätt på levande patienter. Denna studie beskriver hur forskare omvandlade medicinska skanningsdata till en verklighetstrogen, 3D-printad modell — eller "fantom" — av ett sjölejons höftregion. Fantomen känns och beter sig mycket lik verklig vävnad, vilket ger praktikanter ett realistiskt övningsverktyg och visar vägen mot nya medicinska modeller för både djur och människor.

Att förvandla skanningar till solida former

Teamet började med detaljerade CT- och MR-skanningar av ett verkligt kaliforniskt sjölejon, levererade av U.S. Navy Marine Mammal Program. Dessa skanningar, lagrade i det standardiserade medicinska DICOM-formatet, visar hur tätt varje liten volym av vävnad är, från mjuk späck till hårt ben. Med specialiserad programvara "segmenterade" forskarna bilderna och separerade ben och mjukvävnad baserat på deras ljusstyrka i skannorna. De rengjorde och jämnade sedan de digitala modellerna, beskärde bort undersökningsbordet och annan bråte, och delade upp skelettet i praktiska sektioner såsom ben, fenor samt bäcken och ryggrad. Resultatet blev en anatomiskt trogen digital underkropp, med särskild uppmärksamhet på den region där blod ofta tas, precis bakom höftbenen.

Bygga en lager-på-lager-kropp från insidan och ut

I stället för att göra ett enda solitt block designade forskarna fantomen som fyra distinkta lager som efterliknar verklig anatomi: ben, muskel, späck och hud. Benskikten exporterades direkt som 3D-utskriftsfiler och trycktes i förminskad skala med högupplösta stereolitografiprintar. Ett flexibelt yttre skal designades runt kroppen, urholkades för att skapa en hålighet och delades uppifrån så att ben och mjukdelar kunde placeras inuti. Detta skal har dubbel funktion: det fungerar som fantomens synliga "hud" och tjänar som form för att gjuta de inre gelerna. Naturliga beniga landmärken, som svanskotor och fenfästen, bevarades så att skelettet kunde justeras exakt inne i skalet och återge känslan av verkliga landmärken som kliniker förlitar sig på vid palpation.

Få falska vävnader att kännas verkliga

För att fånga hur verkliga sjölejons vävnader deformeras av en nål eller en hand använde teamet en familj av klara, återanvändbara medicinska gelatiner. Dessa geler finns i flera hårdhetsgrader, från mycket fasta till mycket mjuka. Med en dynamisk mekanisk analysator komprimerade forskarna små geler i kontrollerade tester för att mäta deras styvhet och energiförlust vid upprepad belastning, liknande att trycka på och släppa levande vävnad. Genom att jämföra dessa mätningar med kända egenskaper hos sjölejons späck, muskel och ben valde de specifika geler för varje lager: en styvare gel nära benet för att ersätta segt bindväv, en mjukare gel för muskel och en intermediär gel för det tjocka späcklagret. Ett starkt men något flexibelt plastresin valdes för skelettet, medan ett transparent, töjbart resin bildade den yttre huden så att de inre benen förblev synliga under övning.

Från digital modell till fungerande fantom

Med material och geometri bestämda monterade forskarna fantomen steg för steg. Först printade de benen och doppade dem i en fast gel för att representera senor och tätt bundna muskler nära lederna. Det klara hudskalet printades separat. Därefter beräknade de volymen av späck- och muskelyta inuti skalet i olika skalor för att veta hur mycket gel som behövde smältas och hällas i. Genom att arbeta i vakuumugnar och isbad för att kontrollera bubblor och kylning hällde de ett späcklager längs skalets väggar, placerade skelettet i exakt position och fyllde slutligen återstående utrymme med en mjuk muskelgel. Efter en dags härdning värmepolerade de försiktigt den exponerade ytan för att jämna till den utan att deformera skalet. Den färdiga modellen stämde väl överens med den ursprungliga 3D-renderingen, höll ihop bra vid hantering och lät användare både känna och se de interna strukturerna.

Vad detta betyder för träning och vidare

För praktikanter erbjuder denna sjölejonsfantom ett realistiskt sätt att öva på att hitta beniga landmärken och sätta in nålar på rätt ställe, utan att utsätta levande djur för risk. Eftersom arbetsflödet utgår från rutinmässiga medicinska bilder kan det anpassas till andra kroppsregioner, andra arter och till och med mänskliga patienter. Studien visar också hur bildbaserad design och noggrant testade mjuka material kan reproducera levande vävnader väl nog för träning, och potentiellt för mjukrobotiska enheter eller skräddarsydda implantat. Kort sagt har forskarna demonstrerat ett praktiskt recept för att förvandla digital anatomi till taktila, skalbara modeller som för in känslan av kliniken eller räddningscentret i laboratorium eller klassrum.

Citering: 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

Nyckelord: 3D-printad fantom, kalifornisk sjölejon, veterinärträning, medicinsk bilddiagnostik, vävnadsimulerande geler