Náročný zákrok, při němž chirurgové pacientovi musejí otevřít lebku a pak se ještě „prořezat“ kolem kriticky důležitých center myšlení, aby z mozku vyjmuli nádor, možná bude v budoucnu minulostí. A přispět k tomu mohou i vědci z Brna.
Brněnský programátor Jiří Jaroš spojuje dva na první pohled nesouvisející obory – informatiku a lékařství.
Odborník z Fakulty informačních technologií VUT vede tým dvanácti lidí, který s pomocí počítačů zkoumá, jak vyslat zvukovou vlnu, která neškodně projde do lidského těla, tam ale dokáže zasáhnout oblast o velikosti borůvky a nechá ji vypařit. Pacienti si to mohou v praxi představit jako použití lupy na mravence.
Metoda má anglickou zkratku HIFU, která znamená vysoce intenzivní zacílený ultrazvuk. „Zamíříme ultrazvukovou vlnu, což je vlastně mechanické vlnění, na nějaké místo ve tkáni. Tkání neškodně projde. V ohnisku se ale energie sečte a začne působit destruktivně. Pokud použijeme kontinuální vlnu, energie v ohnisku bude tak vysoká, že způsobí ohřev tkáně a tkáň se za chvíli prostě uvaří a odumře. Tělo ji pak odbourá stejně jako puchýř na prstu. A tudíž takto můžeme ničit nádory bez nutnosti řezání skalpelem,“ vysvětlil Jiří Jaroš.
Zároveň dodal, že v arzenálu lékařů může být v budoucnu i prudká rázová vlna, která tkáň v přesně zaměřeném místě prostě odpaří, aniž by se poškodily okraje dané oblasti.
„Díky tomu bude zachováno cévní řečiště a zásobování krví. Může to posloužit například pro jaterní štěpy. Nejprve ultrazvukem vytvoříme malé kapsle vzniklé odpařením původní tkáně, do kterých následně vložíme buňky jaterního štěpu injekční stříkačkou. Pokud se buňky ujmou, mohou částečně obnovit funkci poškozených jater. Opět nemusíme do člověka řezat, stačí jen malá laparoskopická dírka,“ popsal Jaroš.
Složitě vypočítaná palba
Jeho popis zní jednoduše, ale ve skutečnosti jde o nesmírně složitý proces. Při reálné operaci leží pacient na lůžku, je ponořen do kapaliny a pod ním leží velký ultrazvukový vysílač, což je taková miska s asi dvaceticentimetrovým průměrem. Je rozdělena na tisíce elementů, které vyzařují ultrazvuk o určité síle a frekvenci. Všechny drobné „vysílače“ přitom nepálí současně, ale mohou se střídat.
Namíchání té správné palby navíc komplikuje skutečnost, že lidské tělo je složeno ze spousty různých materiálů – kůže, svalů, tuku, kostí či orgánů, takže kam se vlna nakonec stočí, jak se zeslabí a jak se jednotlivé části vlny opozdí, není vůbec jasné. Každý zásah je tak třeba velmi pečlivě spočítat.
Právě to je úkolem specialistů z Brna. Fyzikální a medicínskou stránku výzkumu nazvaného BrainWave mají na starosti Jarošovi kolegové z University College v Londýně. Obrovské množství dat, které bude nutné před každou operací zpracovat, chtějí experti předkládat superpočítačům.
„Máme určitý fyzikální model, který popisuje šíření ultrazvuku, a baterii počítačů, které jsou schopny nasimulovat průběh dané operace a ukázat, jak by to dopadlo,“ dodal vědec.
Celý postup začíná CT vyšetřením pacienta, aby operatéři věděli, z čeho se jeho tělo skládá. Následně se spustí simulace a určí se nejlepší možné nastavení ultrazvukového vysílače tak, aby opravdu zasáhl pouze danou oblast.
Úkol pro superpočítač
Projekt by se mohl stát jedním z prvních, který bude pracovat na stroji Salomo, což je nový superpočítač v Ostravě. Některé části simulací ale už teď vědci z Brna počítají také v Mnichově, Anglii a v Austrálii. Výsledek simulace zatím mají do několika dnů. Pokud ale má posloužit u skutečných operací, bude jej operatér potřebovat získat rychleji.
Princip, i když jen s „ručním“ zaměřováním, které provádí lékař přímo při operaci, už používají v pražské Thomayerově nemocnici. Pohání takzvaný magnetickou rezonancí navigovaný fokusový ultrazvuk.
„V současné době se využívá především v léčbě děložních myomů. Určité zkušenosti jsou též s léčbou kostních metastáz a léčbou nádorů prostaty,“ uvedla primářka radiodiagnostického oddělení nemocnice Jana Votrubová.
Zatímco u měkkých tkání tak už lékaři s ultrazvukem částečně pracují, problém je takto provést třeba operaci mozku. Lebka, která ho chrání, totiž způsobuje značné zkreslení a rušení. Než se s metodou budou lidé běžně potkávat třeba i v brněnských nemocnicích, bude to ještě nějakou dobu trvat.
„Čeká nás ještě mnoho práce. Jedna věc je mít hotový a funkční software, druhá věc je integrovat jej do potřebných přístrojů, projít všemi klinickými testy a certifikacemi,“ uzavřel Jaroš. Například první operaci mozku bez skalpelu bude možné podle jeho odhadů provést do pěti let.
