Deniz memelisi kemik ve yumuşak doku taklidi yapan ölçeklenebilir DICOM 3D baskılı fantomlar

Neden Sahte Bir Deniz Aslanı Önemli?

Okyanus akvaryumlarından kurtarma merkezlerine kadar, veteriner hekimler hastalıklı, yaralı veya zararlı alg patlamaları nedeniyle zehirlenmiş olabilecek Kaliforniya deniz aslanlarına bakar. Bu güçlü ve hassas hayvanlardan kan almak tanı için hayati öneme sahiptir, ancak canlı hastalar üzerinde güvenli şekilde öğrenmesi zordur. Bu çalışma, araştırmacıların tıbbi tarama verilerini nasıl gerçekçi, 3D baskılı bir model—veya “fantom”—haline getirdiklerini anlatıyor. Fantom, gerçek dokuya benzer bir his ve davranış sergiliyor; stajyerlere gerçekçi bir alıştırma aracı sunuyor ve hem hayvanlar hem de insanlar için yeni tıbbi modellerin yolunu gösteriyor.

Taramaları Katı Şekillere Dönüştürmek

Ekip, ABD Donanması Deniz Memelileri Programı tarafından sağlanan gerçek bir Kaliforniya deniz aslanının ayrıntılı BT ve MRG taramalarıyla başladı. Standart DICOM tıbbi formatında saklanan bu taramalar, blubbertan sert kemiğe kadar her küçük doku hacminin ne kadar yoğun olduğunu gösterir. Uzman yazılımlar kullanarak araştırmacılar görüntüleri “segmentlere” ayırdı; taramalardaki parlaklıklarına göre kemikleri ve yumuşak dokuları ayırdılar. Ardından dijital modelleri temizleyip pürüzsüzleştirdiler, muayene masası ve diğer gereksiz unsurları kırptılar ve iskeleti bacaklar, yüzgeçler, pelvis ve omurga gibi pratik parçalara böldüler. Ortaya çıkan sonuç, kanın genellikle alındığı kalça kemiklerinin hemen arkasındaki bölgeye özel dikkat gösterilerek anatomik olarak sadık bir dijital alt vücut oldu.

İçten Dışa Katmanlı Bir Gövde İnşa Etmek

Tek parça bir blok yapmak yerine, araştırmacılar fantomu kemik, kas, blubber ve deri olmak üzere gerçek anatomiyi taklit eden dört ayrı katman olarak tasarladı. Kemik şekilleri doğrudan 3D baskıya uygun dosyalar olarak dışa aktarıldı ve yüksek çözünürlüklü stereolitografi yazıcılarla azaltılmış ölçekte basıldı. Vücudun etrafına esnek bir dış kabuk tasarlandı, bir boşluk oluşturmak için içi oyuldu ve kemiklerle yumuşak dokuların yerleştirilebilmesi için üstten açılır şekilde ikiye bölündü. Bu kabuk çift görev görüyor: fantomun görünür “derisi” olarak işlev görürken aynı zamanda iç jelleri dökmek için bir kalıp görevi görüyor. Kuyruk omurları ve yüzgeç yuvaları gibi doğal kemiksel belirgin noktalar korundu ki iskelet kabuk içine hassas şekilde hizalanabilsin ve klinisyenlerin dokunarak güvendikleri gerçek belirgin noktaların hissi yeniden üretilebilsin.

Sahte Dokuları Gerçekçi Hissettirmek

Gerçek deniz aslanı dokularının iğne veya el altında nasıl deformasyona uğradığını yakalamak için ekip, berrak ve yeniden kullanılabilir tıbbi jelatin ailesine yöneldi. Bu jeller çok sertten çok yumuşağa kadar çeşitli sertliklerde gelir. Bir dinamik mekanik analizör kullanarak araştırmacılar küçük jel örneklerini kontrol altında sıkıştırıp tekrar yükleme sırasında sertlik ve enerji kaybını ölçtüler; bu, yaşayan dokuyu itip serbest bırakmaya benzer bir ölçümdü. Bu ölçümleri deniz aslanı blubberı, kası ve kemiğinin bilinen özellikleriyle karşılaştırarak her katman için spesifik jeller seçtiler: sert bağ dokusunu temsil etmek üzere kemiğe yakın daha sert bir jel, kas için daha yumuşak bir jel ve kalın blubber tabakası için orta sertlikte bir jel. İskelet için dayanıklı ama bir ölçüde esnek bir plastik reçine; dış deri için ise iç kemiklerin uygulama sırasında görünmesine izin veren şeffaf, esnek bir reçine seçildi.

Dijital Modelden Çalışır Bir Fantoma

Malzemeler ve geometriler belirlendikten sonra araştırmacılar fantomu adım adım monte ettiler. Önce kemikleri bastılar ve eklemler yakınındaki tendonları ve sıkı bağlanmış kasları temsil etmek üzere sert bir jelde daldırdılar. Şeffaf deri kabuk ayrı olarak basıldı. Ardından kabuk içindeki blubber ve kas hacmini farklı ölçeklerde hesaplayıp ne kadar jel eritip dökeceklerini belirlediler. Kabarcıkları ve soğumayı kontrol etmek için vakum fırınları ve buz banyolarında çalışarak kabuk duvarları boyunca bir blubber tabakası döktüler, iskeleti tam konumuna yerleştirdiler ve kalan boşluğu yumuşak bir kas jeliyle doldurdular. Bir günlük sertleşmenin ardından, kabuğu deforme etmeden yüzeyi nazikçe ısıyla parlatıp düzelttiler. Bitmiş model orijinal 3D render ile yakından eşleşti, kullanım sırasında iyi bir arada kaldı ve kullanıcıların iç yapıları hem hissetmesine hem de görmesine izin verdi.

Bu Eğitim ve Ötesi İçin Ne İfade Ediyor?

Stajyerler için bu deniz aslanı fantomu, kemiksel belirgin noktaları bulma ve iğneyi doğru yere sokma pratiğini canlı hayvanları riske atmadan yapma olanağı sunar. İş akışı rutin tıbbi görüntülerle başladığı için başka vücut bölgelerine, diğer türlere ve hatta insan hastalara uyarlanabilir. Çalışma ayrıca görüntü temelli tasarım ve dikkatle test edilmiş yumuşak malzemelerin eğitim için ve potansiyel olarak yumuşak robotik cihazlar veya özel implantlar için yaşayan dokuları yeterince iyi yeniden üretebildiğini gösteriyor. Kısacası araştırmacılar, dijital anatomiyi dokunulabilir, ölçeklenebilir modellere dönüştürmek için pratik bir tarif sundular; bu da klinik ya da okyanus kurtarma merkezinin hissini laboratuvara veya sınıfa taşıyor.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: 3D baskılı fantom, Kaliforniya deniz aslanı, veteriner eğitimi, tıbbi görüntüleme, doku taklit eden jeller