Pondělí 27. září 2021, svátek má Jonáš
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Pondělí 27. září 2021 Jonáš

Snahou je, aby lékaři mohli operaci naplánovat v mobilu, říká biomechanik

  11:31
Zkoumají lidské tělo, ale nejsou doktoři. Spíš strojaři, kteří pomocí výpočtového modelování tvoří detailní modely srdce, cév a kostí. Biomechanika Petra Marciána zajímá, jak se chovají kosti a jak reagují na namáhání.

Pětatřicetiletý Petr Marcián se biomechanikou na Fakultě strojního inženýrství VUT zabývá deset let. Zajímá ho, jak se chovají kosti a jak reagují na namáhání. | foto: Patrik Uhlíř, MAFRA

Vědec z Vysokého učení technického v Brně zkoumá působení implantátů po operaci v těle pacienta, zda příliš nezatěžují a nepoškozují své okolí. To vše dokáže zjistit tím, že nasimuluje jejich chování.

Jste součástí vědeckého týmu, který patří ke světové špičce ve výpočtovém modelování, a mimo jiné dokážete vypočítat pravděpodobnost porušení stěny výdutě srdeční aorty. Co všechno dokážete namodelovat?
V případě kosterně-svalové soustavy se zabýváme namáháním kostí, páteře, kloubů, lebky a jejich vzájemným působením s různými typy implantátů. V případě srdečně-cévní soustavy se věnujeme zejména výdutím srdeční aorty. U našich výpočtových modelů velmi záleží na vstupních informacích, které dostaneme. Čím věrohodnější a detailnější jsou, tím více výpočtový model odpovídá skutečnosti. Snažíme se samozřejmě, aby jí odpovídal co nejvíce.

Jaké informace od pacientů potřebujete?
Naprosto zásadní jsou pro nás snímky z CT vyšetření a magnetické rezonance, v případě srdeční aorty pak také krevní tlak pacienta. Anonymizovaná data nám poskytují lékaři, kdyby nám je nedodávali, samozřejmě by se nám bádalo poměrně těžko.

V čem je tato metoda výpočtového modelování nejvíc přínosná?
Představte si, že u pacientů po zavedení implantátu dochází k určitému jevu – například je příliš přetěžována kost v okolí implantátu a dochází k jejímu úbytku. Naším úkolem je zjistit, proč se tak stalo. Hodiny o tom diskutujeme, pak měsíce pracujeme na výpočtových modelech a naše výsledky předáme lékařům, aby je mohli při své práci využít. V tom je největší přínos výpočtového modelování.

Spolupracujeme také na vývoji implantátů, a protože dnešním trendem je vyrábět je pacientovi na míru pomocí 3D tiskáren, výpočtové modelování nám pomáhá navrhnout implantát tak, aby vyhovoval individuálním potřebám pacienta. V případě už zmíněné výdutě srdeční aorty je cílem výzkumu poskytnout lékařům nástroj, který jim umožní rozlišit rizikové nestabilní výdutě od stabilních, které pacienta neohrožují. Pro někoho je totiž riziková samotná operace.

Fotogalerie

Můžete uvést příklad, jaký implantát pro konkrétního pacienta jste pomáhali vyvinout?
Před osmi lety lékaři pacientovi voperovali implantát části spodní čelisti, který je vyrobený z titanu na 3D tiskárně na míru pro pacienta. Na Ústavu mechaniky těles se zaměřuji na lebku – zabývám se biomechanikou horní a dolní čelisti, zubními a lebečními implantáty. V tomto konkrétním případě jsme o pacientovi měli detailní informace z CT snímků a virtuálně jsme si s tím mohli hrát a co nejpřesněji na počítači namodelovat. Vše vypadalo perfektně, jenže pak přišla operace a lékař zjistil, že implantát nesedí. Spolu s finskými a holandskými kolegy jsme nad tím začali bádat.

Jak to, že když dopředu všechno propočítáte, při operaci implantát nesedí?
Problém je s přesností. Pacient jde na CT vyšetření neboli, jak se říká, do tunelu, tím získáme dvojrozměrné řezy a z nich jsem schopen pomocí speciálních algoritmů vytvořit model. Při tom musím v mnoha ohledech zjednodušovat skutečnost, takže výpočtový model se může ve výsledku od reality více či méně odlišovat. Stejně tak při výrobě – tiskárna z modelu také nevytvoří úplně přesný kus. Každý, byť vyrobený podle přesných parametrů pacienta, bude originál. Potřebovali bychom být ještě přesnější. Narážíme však na hranice techniky a přístrojů. Přesnější snímky nám dá mikroCT, ale na ni nemůžeme pacienta poslat, protože by dostal příliš silnou dávku radiace.

Výroba implantátů pomocí 3D tisku na míru pacientovi je současný světový trend. Podle vašich slov mi přijde, že jste k němu spíše skeptický.
Přístup „budeme si všechno tisknout“ je totiž podle mě až příliš optimistický. Je to taková módní záležitost, kde velkou roli hraje wow efekt. Všichni narážejí na problém s přesností výsledného produktu. Implantáty umíme vytisknout, ale výsledek většinou ještě není to pravé. Navíc při používání takových implantátů by mohl nastat problém ve chvíli, kdy si lékař na pomoc nepřizve biomechanika. Přece jen implantát je inženýrské dílo a v tomto ohledu lékaři nemají tak technicko-inženýrské znalosti. A proto je v zahraničí běžné, že biomechanici pracují přímo v nemocnici a s lékaři takové zákroky konzultují. U nás tomu tak není.

Vy spolupracujete s brněnskými ortopedy z fakultní nemocnice. S čím jim pomáháte?
Začínáme s nimi řešit skoliózní páteře, tedy ty esovitě prohnuté, pro něž vytváříme výpočtový model. Lékaři páteř pomocí drátů dokážou narovnat. Tím se páteř vyztuží, takže některé ploténky mohou být více namáhané a může dojít k jejich vyhřeznutí. My řešíme, jak to lépe provést, aby k vyhřeznutí nedošlo.

Propočítáte to ještě před operací?
K tomu bychom se chtěli dostat, ale fakt je ten, že to dnes není běžné. Dnes je to tak, že lékaři provedou operaci, zavedou implantát a pacienta dlouhodobě pozorují. Když je kostní tkáň přetěžována, odumírá. Řeší se, proč jsou některé části namáhané víc, než by měly. To je právě otázka na nás mechaniky, abychom zpětně zjistili, proč se tak stalo. Na vině může být právě i implantát svým konstrukčním nedostatkem nebo ostrými hranami, které kost lokálně přetěžují.

V čem především tkví potenciál výroby implantátů pomocí 3D tisku na míru?
Metoda je na začátku, ale potenciál má velký. Budoucí trend je především v rychlosti operace. Když se vrátíme k implantátu dolní čelisti, bez něj lékaři musí pacientovi vyoperovat část lýtkové kosti a použít ji v čelisti. To je rozsáhlá a časově náročná operace s velkou ztrátou krve. Snahou je, aby lékaři měli aplikaci, která by jim ještě před operací vytvořila výpočtový model a s jeho využitím se zjistilo, jak se podle současných teorií bude chovat kostní tkáň, jaké má mít implantát rozměry, kde ho ke kosti připevnit, a analyzovat, zda v některých místech nebude kost příliš zatížená.

Už se taková aplikace vyvíjejí?
Ano. V rámci mezinárodní spolupráce se na vývoji také podílíme. Představte si, že lékař bude mít v mobilu aplikaci, pomocí níž si v krátkém čase naplánuje operaci a navrhne implantát. Z programu se odešle návrh do tiskárny, která implantát na míru vyrobí, než pacienta připraví na sál.

Zahraniční spolupráce je u tak specificky zaměřeného oboru asi nezbytná.
Ano, měli jsme štěstí, protože jsme se spíše náhodou dostali ke spolupráci s holandskými a finskými kolegy. Neměli výpočtáře a naše práce je zaujala. Byli jsme začínající doktorandi a rychle jsme se chopili příležitosti. Pozvali nás k sobě, dokonce nám zaplatili letenky. V dentální biomechanice spolupracujeme také s Tokijskou univerzitou, kde mají skvělé vybavení. Výzkum ve spolupráci s Japonci se týká zavádění malých zubních implantátů do horních čelistí myší, řízeně se zatěžují a zkoumá se reakce kostní tkáně až na buněčné úrovni. Takže v tom jsme se dostali skutečně na mikroúroveň.

Můžete obor ještě někam posunout?
Když jsem nastoupil, byl problém vůbec data získaná z CT převést do 3D modelů. Dnes jsme díky specializovaným softwarům a vybavení o kus dál. Snažíme se zvyšovat úroveň modelu a jít do větších detailů – v biomechanice tepen jsme teď na úrovni kolagenních vláken a u kostí jsme na úrovni trámečkové architektury. Díky tomu máme s našimi modely světový ohlas.

Mluvil jste o zahraniční spolupráci, co vazba na komerční sféru?
V tom se nám trochu blýská na lepší časy. Ufinancovat náš výzkum je poměrně složité, protože se nejedná o komerční záležitost. Nedávno se mi však ozvala firma, která vyrábí dentální implantáty, že by po nás chtěli provést výpočty. Zdá se, že v budoucnu by podle nových evropských norem měl každý nově vyráběný implantát mít nejen testování, ale nově i výpočty. To by nás mohlo trochu finančně podpořit.

Parlamentní volby v roce 2021 se konají ve dvou dnech, v pátek 8. října od 14 do 22 hodin a v sobotu 9. října od 8 do 14 hodin. Ve volbách vybíráme dvě stovky poslanců Sněmovny ve 14 volebních krajích.

Krajští lídři: Roman Onderka, Ivo Pojezný, Ilona Csáková, Alena Schillerová, Jan Hrnčíř, Robert Šlachta, Petr Fiala, Radek Holomčík, Vladimír Kotek

  • Nejčtenější

Slavii v poháru spasil Stanciu, Baníku pomohla sporná penalta v prodloužení

Slávističtí fotbalisté zadělali na ostudu, kterou nakonec v utkání 3. kola domácího poháru odvrátili díky velkému...

Fantazie, žasl světový chirurg Pomahač v miliardovém centru v Brně

Změnil pohled na medicínu a také osudy mnoha lidí. V pondělí se Bohdan Pomahač, světově uznávaný plastický chirurg...

Zemřela herečka Libuše Billová, Maruška ze seriálu Četnické humoresky

Ve věku 87 let zemřela herečka Libuše Billová, která svůj divadelní život spojila s rodným Brnem. Hrála ve filmu...

VIDEO: Má krátké vlasy, ale je to žena. Lidovci to zkoušejí s „vtipem“

Stereotypy kolem postavení mužů a žen ve společnosti, které provázejí předvolební kampaň lidovců, nemají zřejmě konce....

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Kostelní píseň, znamení zvěrokruhu. ČSSD vstoupila do ostré fáze kampaně

Sociální demokraté dnes v Brně na výstavišti zahájili ostrou fázi kampaně před sněmovními volbami, které se konají za...

Mizejí už i chodníky. Ústecké ghetto se vymyká, čeká ho nový režim

Premium Ve čtvrti Mojžíř v Ústí nad Labem, která se za dvacet let změnila ze solidního sídliště v ghetto, nastane nový režim....

Zabaveno. Policie hon na Savova nevzdává, vzala mu nemovitosti a sto milionů

Premium Kontroverzní podnikatel František Savov je už sedm let obviněn v případu obřích daňových úniků a zhruba stejnou dobu se...

Vlak do Chorvatska klidně zruším, pokud problémy s ním neustanou, tvrdí Jančura

Premium Skupina Student Agency se během léta zvedla z covidového dna, přesto za sebou táhne půlmiliardový účet a chybí jí i...

  • Další z rubriky

Tornádo jim převrátilo život naruby, i po třech měsících žijí v provizoriu

Přesně před třemi měsíci se jižní Moravou prohnalo tornádo. Tisícům lidí se v okamžiku změnil život. Někteří se teď...

Porod záchranáři zvládli i s omotaným pupečníkem, rodiče přišli poděkovat

Příliš rychle se koncem srpna drala na svět holčička, jejíž maminka ani nestihla dojet do nemocnice. Porod proto musel...

Brnu žádné finance neblokujeme, to by mě hanba fackovala, říká Schillerová

Přestože o sobě hnutí ANO po léta prohlašuje, že je protikorupčním uskupením, prošlo si v Brně největší korupční kauzou...

Na fake news zabírá slušnost, říká český výzkumník vakcíny AstraZeneca

Premium Jako nadšený přírodovědec se Matěj Hlaváč vydal z vísky Zahrada na Brněnsku do Anglie studovat buněčnou biologii na...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Jsem zohavená, říká Linda Evangelista. Po kryolipolýze je k nepoznání

Topmodelka Linda Evangelista se rozhodla bojovat s projevy stárnutí pomocí kryolipolýzy a skončila podle svých slov...

Marek Ztracený na koncertě spadl z pódia na hlavu a skončil v nemocnici

Zpěvák Marek Ztracený bude na koncert v Pardubicích dlouho vzpomínat. Během vystoupení si nevšiml, že je už na okraji...

Anife Vyskočilová má chatu v Suchdole s krásným výhledem na Prahu

Vzpomínáte si na poslední díl seriálu Sanitka, natočený podle skutečné události, kde na zahrádkářskou kolonii v...

Nechávat teď ležet peníze na účtu v bance je holý nerozum

S rostoucí inflací si teď láme hlavu nejedna domácnost s volnými penězi. Řeší otázku, kam peníze uložit, jak je...

Sedm nejčastějších důvodů, proč muži odchází ze vztahů i po letech

Dlouhé roky, tři děti, stabilní zázemí, každý den teplé večeře, ani to vám nezajistí, že s partnerem bude mít vaše...