Tętniaki różnych kształtów i rozmiarów, zobrazowane wcześniej u pacjentów, zostaną wirtualnie „zoperowane” na wiele możliwych sposobów. Tak powstanie oprogramowanie, które pomoże neurochirurgom zabezpieczać je przed pęknięciem i wzrostem.
– Lekarz prowadzący będzie mógł wybrać optymalny wariant leczenia tętniaka w oparciu o anatomię naczyń krwionośnych pacjenta. Narzędzie uzyska wyniki dzięki odpowiednio wyszkolonej sieci neuronowej. Sieć uczy się na dziesiątkach tysięcy danych z zaawansowanych symulacji numerycznych przepływu krwi – wyjaśnia serwisowi Nauka w Polsce dr inż. Zbigniew Tyfa z Instytutu Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej, szef zespołu utworzonego w ramach programu LIDER NCBR.
Jak szacuje naukowiec, tętniaki mózgowe mogą występować nawet u 8 proc. ludzi na świecie i, wraz z innymi chorobami układu krążenia, dominują we wskaźnikach śmiertelności. Dlatego tak ważny jest ciągły rozwój metod pozwalających na wczesne wykrywanie tętniaków oraz narzędzi wspomagających lekarzy w przedoperacyjnym planowaniu zabiegów zabezpieczania tętniaka.
Program do prognozowania medycznego, bazujący na obliczeniowej mechanice płynów, opracowuje zespół naukowców z Politechniki Łódzkiej oraz Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Inżynierowie i medycy pracują na ogromnej bazie zobrazowanych realnych tętniaków. Liczą na to, że dzięki ich narzędziu będzie można rzadziej wykonywać powtórne operacje u pacjentów.
Symulacja przebiegu leczenia
Nowe narzędzie informatyczne będzie dostarczać neurochirurgom obiektywnych informacji o możliwych skutkach wybranej procedury leczenia tętniaka mózgowego u określonego pacjenta.
Pod kierownictwem Zbigniewa Tyfy pracuje sześcioro specjalistów z zakresu inżynierii mechanicznej, biomedycznej i materiałowej, metrologii, informatyki, matematyki oraz neurochirurgii.
– Czeka nas nie lada wyzwanie. Przygotujemy dziesiątki cyfrowych rekonstrukcji układów tętnic mózgowych pochodzących z obrazów biomedycznych pacjentów. Następnie, dla każdego kształtu tętniaka wykonamy kilka wirtualnych operacji jego zabezpieczania, czyli embolizację i stentowanie przy użyciu stentów różnego typu. Następnie przeanalizujemy przepływ krwi we wszystkich modelach – opowiada dr inż. Tyfa.
W końcu badacze porównają, jak tętniak wyglądał przed, a jak po operacji. – Nasze wyniki będą miały niewspółmiernie wyższą rozdzielczość czasowo-przestrzenną (czyli jakość) od tych danych, które otrzymuje się obecnymi metodami diagnostycznymi – podkreśla naukowiec, oceniając potencjał obliczeniowej mechaniki płynów (ang. computational fluid dynamics, CFD) do celów diagnostyki medycznej.
Mechanika płynów w zastosowaniach medycznych
„Wyszkolona” sieć neuronowa szybko zwróci lekarzowi informacje, które pomogą wybrać optymalną metodę leczenia. Narzędzie uprzedzi o przewidywanych zmianach w hemodynamice przepływu krwi po zabezpieczeniu tętniaka wybraną techniką. Dzięki temu lekarz będzie mógł porównać ze sobą kilka wariantów procedury medycznej.
– Analizy numeryczne zostaną poparte rzetelnymi badaniami eksperymentalnymi. Otóż przygotujemy stanowisko eksperymentalne składające się z m.in. fizycznych fantomów tętnic ludzkich (w skali 1:1), uzyskanych dzięki technologii druku 3D. Pulsacyjny, fizjologiczny charakter przepływu będzie mierzony przy wykorzystaniu zaawansowanych technik pomiarowych – wylicza szef zespołu.
Jeśli w wyniku projektu spadnie liczba wykonywanych reoperacji tętniaków mózgowych, będzie to oznaczało – jak ocenia dr inż. Zbigniew Tyfa – niższe koszty dla placówek medycznych czy NFZ (koszt jednostkowego zabiegu może przekraczać 80 tysięcy złotych).
– Przede wszystkim jednak ograniczone zostanie ryzyko związane z zabiegiem dla danego pacjenta – podkreśla lider.
Dodaje, że w samym województwie łódzkim wykonuje się ok. 130-140 zabiegów wewnątrznaczyniowego leczenia tętniaków mózgowych rocznie. Jego zdaniem jest to uzasadnienie dla prowadzonych przez jego zespół prac nad nowym narzędziem. Dr iż. Zbigniew Tyfa zdobył prawie 1,8 mln zł z programu „LIDER” NCBR na zaplanowane badania.
Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk
