BoneMatrix: O Material PolyJet que Replica Osso para Treinamento Cirúrgico e Pesquisa

Treinar um procedimento cirúrgico em osso real é caro, eticamente restrito e difícil de reproduzir com consistência. Modelos plásticos genéricos não oferecem o comportamento mecânico correto — fresam diferente, absorvem diferente, respondem diferente ao instrumental cirúrgico. O resultado é um treinamento que não transfere com fidelidade para o ambiente da sala de cirurgia.

O BoneMatrix da Stratasys existe para fechar essa lacuna. É um material PolyJet translúcido rígido desenvolvido especificamente para simular estruturas ósseas com propriedades mecânicas próximas às do osso real — permitindo que cirurgiões pratiquem procedimentos, pesquisadores realizem testes biomecânicos e equipes médicas planejem cirurgias complexas em modelos fisicamente representativos.

O Que é o BoneMatrix?

O BoneMatrix faz parte da família Digital Anatomy Materials da Stratasys — uma coleção de fotopolímeros desenvolvida em colaboração com institutos de pesquisa e medicina de referência mundial para reproduzir o comportamento mecânico de tecidos humanos com impressoras PolyJet.

Enquanto outros materiais da família simulam tecidos moles, cartilagem ou pele, o BoneMatrix foi formulado especificamente para estruturas ósseas: rígido o suficiente para ser perfurado, fresado e serrado com instrumental cirúrgico real, e estável o suficiente para manter a geometria sob carga — como o osso natural faz.

A cor translúcida permite a visualização de estruturas internas quando combinado com outros materiais em modelos multi-material, o que é especialmente útil em modelos vasculares, neurológicos ou articulares onde a relação entre osso e tecidos adjacentes precisa ser avaliada.

Propriedades Técnicas

Os ensaios do BoneMatrix na Digital Anatomy Printer confirmam um perfil mecânico adequado para simular osso cortical e trabecular em procedimentos de treinamento e pesquisa:

O módulo de tração de 1.059 MPa e a resistência à flexão de 29,4 MPa colocam o BoneMatrix em uma faixa mecânica que representa o comportamento de osso esponjoso — adequado para simular o feedback de corte e perfuração que o cirurgião experiencia durante procedimentos reais como artroplastia de joelho, cirurgia de coluna e craniotomia.

Anatomias Disponíveis como Presets

A Stratasys desenvolveu uma biblioteca de presets anatômicos calibrados para o BoneMatrix, prontos para impressão na Digital Anatomy Printer:

• Osso longo — fêmur, tíbia e úmero para treinamento de artroplastia e fixação de fraturas
• Vértebra — para treinamento de procedimentos de coluna, como fusão vertebral e implante de pedículo
• Costelas — para procedimentos torácicos e treinamento de trauma
• Crânio — para neurocirurgia e treinamento de craniotomia

Esses presets foram desenvolvidos com base em dados biomecânicos reais e validados em comparação com tecido humano, garantindo que o comportamento mecânico do modelo impresso é representativo da anatomia que simula.

Validação Científica: Technion e Universidade de Tel Aviv

Um dos aspectos mais relevantes do BoneMatrix é a validação científica independente realizada em 2020 por pesquisadores do Technion Institute of Technology (Laboratório de Ciência e Engenharia de Materiais) e da Universidade de Tel Aviv (Laboratório de Mecânica Computacional e Biomecânica Experimental).

O estudo realizou testes mecânicos comparando os presets ósseos da Digital Anatomy Printer com tecido ósseo real. Os resultados demonstraram:

• Alta fidelidade mecânica — os presets reproduzem com precisão as propriedades biomecânicas do osso natural
• Boa repetibilidade — consistência entre peças impressas em diferentes sessões, essencial para pesquisa experimental com múltiplas amostras
• Redução significativa de custo — em comparação com o uso de tecido cadavérico ou modelos sintéticos especializados de alto custo

Essa validação por institutos independentes posiciona o BoneMatrix não apenas como ferramenta de treinamento, mas como plataforma confiável para pesquisa biomecânica publicável.

Combinação com Outros Materiais Digital Anatomy

O verdadeiro poder do BoneMatrix emerge quando combinado com os outros materiais da família Digital Anatomy e com fotopolímeros PolyJet como Vero e Agilus30. A Digital Anatomy Printer permite misturar esses materiais em proporções precisas dentro de uma mesma peça, criando modelos que reproduzem simultaneamente:

• BoneMatrix para estrutura óssea rígida
• Agilus30 em diferentes durezas Shore A para cartilagem, ligamentos e tendões
• Materiais Vero para revestimentos e estruturas de densidade intermediária
• Materiais translúcidos para vasos sanguíneos e estruturas neurais visíveis através do modelo

O resultado são modelos anatômicos que não apenas parecem realistas, mas se comportam como o tecido real sob o instrumental cirúrgico — replicando o feedback tátil que é essencial no aprendizado de técnicas cirúrgicas.

Compatibilidade de Impressão

O BoneMatrix é exclusivo da Digital Anatomy Printer da Stratasys, disponível nos modos High Mix e High Speed, com suporte SUP706 e dois lâmpadas UV para cura. Essa plataforma foi desenvolvida especificamente para modelos médicos multi-material e integra hardware, software e materiais em um sistema fechado otimizado para fidelidade anatômica.

Aplicações Práticas

• Treinamento cirúrgico — artroplastia total de joelho (TKR), fixação de fraturas, fusão vertebral, craniotomia e outros procedimentos que envolvem instrumental ósseo
• Planejamento pré-operatório — modelos específicos do paciente gerados a partir de tomografias para ensaio do procedimento antes da cirurgia real
• Educação médica — modelos para aulas práticas em faculdades de medicina e ortopedia, sem limitações éticas ou de disponibilidade do tecido cadavérico
• Pesquisa biomecânica — testes de fadiga, análise de fratura e validação de implantes e instrumentais ortopédicos
• Desenvolvimento de dispositivos médicos — prototipagem de novos instrumentais cirúrgicos testados em modelos representativos antes dos estudos em cadáver ou in vivo

Conclusão

O BoneMatrix transforma a Digital Anatomy Printer em uma plataforma de simulação cirúrgica de alta fidelidade. Com propriedades mecânicas validadas cientificamente por institutos independentes, presets anatômicos calibrados e capacidade de integração multi-material, ele representa um salto qualitativo em relação aos modelos plásticos genéricos — e um caminho mais acessível, repetível e eticamente irrestrito em relação ao tecido cadavérico.

Para hospitais, centros cirúrgicos, faculdades de medicina e empresas de dispositivos médicos que precisam de modelos ósseos confiáveis, o BoneMatrix é a solução que une fidelidade biomecânica com a flexibilidade de produção da impressão 3D.

Quer saber como o BoneMatrix pode transformar o treinamento cirúrgico ou a pesquisa biomecânica na sua instituição? Fale com a equipe da LWT Sistemas — somos parceiros autorizados Stratasys e podemos orientar desde a escolha da plataforma até a configuração dos modelos anatômicos para o seu caso de uso específico.