Ajándékozz éves hvg360 előfizetést!
Szívkamra és légcső rekonstrukciója, mellkas- és koponyakorrekció, nehezen elérhető helyen lévő tumorok eltávolítása: a 3D nyomtatás és tervezés fejlődésének és a mind orvostudományi, mind mérnöki affinitással rendelkező elhivatott szakembereknek köszönhetően egyre több műtét válik rövidebbé, költséghatékonyabbá és legfőképpen biztonságosabbá. Hogyan kerül a 3D technológia a műtőbe, és hogyan alakítja át ez már ma is a sebészeti rutint?
Bár a sebészeti eljárások óriási fejlődésen mentek keresztül az elmúlt évtizedek során, az emberi tényező – a műtétet végrehajtó orvosok készségei, tapasztalata, hidegvére – a mai napig meghatározó. Mindez egyrészt igazi bravúrokhoz vezethet, és nélkülözhetetlen a halaszthatatlan (például balesetek utáni életmentő) műtéteknél, másrészt hibalehetőségek forrása. A legújabb technológiai lehetőségek épp ezen segíthetnek, és itt nem feltétlenül kell méregdrága és egyelőre inkább tudományos-fantasztikus fikciókba illő sebészrobotokra gondolnunk, hiszen a műtéti tervezés során alkalmazott 3D szimulációs technológia és a 3D nyomtatás által elindított csendes forradalom már javában zajlik a műtőkben. A téma egyik szakértőjével, Gasz Balázzsal arra kerestük a választ, hogy hol találkozik a 3D-s technológia és a sebészet, és miért lehet ez fontos a páciensek számára.
A Pécsi Tudományegyetem Orvostudományi Kara Sebészeti Oktató és Kutató Intézet egyetemi docenseként és egyben a PTE 3D Központjának biotechnológus 3D tervezőjeként dolgozó Gasz Balázs az egészségügy és a műszaki tudományok különböző területeiről érkező kollégáival együtt műtéti eljárások sorát dolgozta ki és alkalmazta az elmúlt évek során, ám legalább ennyire fontos az általuk képviselt újfajta szemlélet és munkamódszer, amely meghatározó szerepet játszhat a (közel)jövő sebészetében.
Túl a szemmértéken
„Alapvetően négy különböző módja, illetve lépcsője létezik a 3D technológia sebészeti alkalmazásának” – avat be a részletekbe Gasz Balázs. „Az első, amikor az adott beteg egyéni anatómiai jellemzőit bemutató virtuális vagy kinyomtatott modellt készítünk, és ezeket különböző nehéz műtéti eljárások, például egy különösen kényes helyen található tumor eltávolítása során használjuk fel.” Ennek a szemléltetőeszköznek akár a műtét közben is nagy hasznát lehet venni, hiszen a műtőben lévő modell segítségével az orvosok nem vakon, pusztán tudásukra és megérzéseikre támaszkodva végezhetik el a kockázatos helyeken, például létfontosságú szervek vagy idegpályák közelében megbújó daganatok eltávolítását.
A második felhasználási mód révén műtétek begyakorlására, illetve egyénre szabására nyílik lehetőség: itt a páciens testének adott részletét – pl. a csontozatának egy részét – nyomtatják ki, és a tesztműtét során személyre lehet szabni például a különböző ortopédiai protézisek elhelyezését, azaz nem a műtőben, a beteg számára külön megterhelést jelentő eljárás során kell ezeket méretezni. Ennek előnyei egyértelműek: mind a beteg, mind a személyzet számára értékes perceket lehet megspórolni, nem beszélve a jóval kisebb kockázatról.
A következő lépcső során maga a 3D nyomtatással készült implantátum kerül a műtőbe. Egyelőre meglehetősen ritka esetnek számít, amikor ezt ültetik be a műtét során, miután ehhez nagyon szigorú anyagminőségi előírásoknak kell megfelelni, ám a kinyomtatott „mű” implantátum egyéb módokon is hasznos lehet. „Egy adott implantátum, műér, csontpótlásra használt modell a saját, bevett és megszokott anyagából is egyénre szabható és személyre szólóan méretezhető. Itt egy külső, negatív sablont készítünk, ami alapján az adott implantátum a tervezett méretnek megfelelően kialakítható. Tehát pl. egy csontdefektus pótlására használunk olyan öntvény formákat, melyek alapján a szokványos csontcementből kialakítható a beteg személyre szabott implantátuma. Ugyanígy szívsebészetben, érsebészetben használható minta arra, hogy például egy érfolt méretét tervezetten, egyénre szabott alakra és méretre szabjuk” – hoz Gasz Balázs érzékletes példákat.
A Pécsett nemrég sikeresen végrehajtott mellkastölcsér-korrekciós műtét arra jó példa, amikor a 3D nyomtatással készült, egyénre szabott implantátumot be is ültetik. A mellkassebészek, 3D tervezők és ipari szereplők együttműködésével létrejött műtéti eljárás másfél óra helyett 45 perces, jóval kevesebb benne a hibalehetőség, és az olajozott kooperációnak hála lassacskán bevett gyakorlatnak számít a pécsi Klinikai Központban.
Szimulált vérkeringés, valódi szívműtét
A negyedik módozat során a 3D tervezés és nyomtatás során készített tárgy már úgymond élettani funkcióval is rendelkezik, például a páciens érrendszerének egy része lesz kinyomtatva, és a vérkeringést szimulálják benne. Jó példa erre az úgynevezett szívkamra-rekonstrukciós műtét, amely során a szívinfarktus során elhalt szívizomszövetet kell pótolni a kitágult balkamra falának „befoltozásával”.
Az eljárás során az elsődleges kockázati tényezőt azt jelenti, hogy
a szívet a beavatkozás során ki kell kapcsolni a keringésből, és ez minden egyes eltelt perccel egyre komolyabb veszélyt jelent.
Amennyiben a sebészek hagyományos módon, a mellkas felnyitása után mintegy szemmértékre, illetve a korábban elkészített CT-felvételek alapján kezdenek bele a folt kialakításába, úgy ez hosszú időt vehet igénybe, és a siker sem garantált, ám a pécsi kutatók-fejlesztők jelentősen visszavágták ezt az időt, miután a különböző képalkotó eljárások alapján valósághűen modellezik a betegek szívét működés közben, és képesek szimulálni a legjobban funkcionáló foltformát. Ebből aztán egy sablon készül, ami már a műtét előtt a sebészek rendelkezésére áll, jelentősen csökkentve a szív keringésből történő kizárásának időtartamát.
Eddig három sikeres műtét zajlott le Pécsett ezzel a módszerrel Lénárd László és Pintér Örs közreműködésével, több esetben pedig a szimuláció során derült ki, hogy a műtéti módszer nem alkalmazható az adott beteg esetében. Mindez szintén pozitív fejlemény, hiszen ennek révén sikerült megkímélni őket egy nagy megpróbáltatással járó, egyben sikertelen műtéttől, az egyik páciensen pedig ez után hajtottak végre sikeres szívtranszplantációt.
Hasonlóképpen a szervi funkciók valósághű modellezését és ennek köszönhetően az eredeti működés helyreállítását célozza a pécsi munkacsoport fül-orr-gégészekkel (Lujber László és munkatársai) való együttműködése a légcső-rekonstrukciós eljárások során. A kérdésnek külön szomorú aktualitást ad a koronavírus következtében tartósan lélegeztőgépre került betegek magas száma, az ő esetükben ugyanis komoly a kockázata annak, hogy a légcsövük porcai elfolyósodnak, és helyreállító műtétet kell végrehajtani. A munka jelenleg az állatkísérletes fázisban tart.
Orvos-mérnök multikaszt
Talán a fenti példákból kiderült már, hogy az egyre inkább elérhetőnek számító technológia mellett a több területet átfogó megközelítési mód is elengedhetetlen a sikerhez. Ahogy Gasz Balázs mondja, a közös munkát végző orvosoknak kicsit mérnökül, a mérnököknek pedig kicsit orvosul kell gondolkoznia, ennek az újfajta megközelítésnek és munkamódszernek pedig a hagyományokra és szilárd viszonyokra épülő egészségügyben kell érvényesülni. A sajátos karrierútjának köszönhetően mind a két szakterületre rálátó pécsi szakember tapasztalata szerint az orvosok túlnyomó többsége pozitívan áll a műtéteket megkönnyítő, és akár betegek életét megmentő új eljárásokhoz, és ezt a szerteágazó együttműködések is demonstrálják: Pécsett többek között az ideg-, mellkas- és szívsebészet, fül-orr-gégészet, ortopédia és traumatológia területein forrtak ki már bizonyított új eljárások, de egyre inkább az ország több pontján szerveződnek kooperációk. Az eltérő látásmódok találkozása pedig még több közös gondolkodáshoz és újabb eredményekhez vezet.
A technológiai fejlődés következő fázisa a kiterjesztett valóság sebészeti alkalmazása lehet.
Az már a belátható jövő, hogy a beavatkozást végző sebész számára egy kiterjesztettvalóság-szemüveg szolgáltasson kontrollt a műtét során, felvázolva a végpontokat és a jellemző hibalehetőségeket, és a kiterjesztett valóságnak, illetve a 3D technológiának az oktatásban is egyre nagyobb szerepe lehet, hiszen a sikeres beavatkozások dokumentációja tananyagként és gyakorlati alapanyagként tud majd szolgálni. További oktatási lehetőség a sebészek által szimulációs körülmények között gyakorolt beavatkozások várható eredményeinek, esetleges hibalehetőségeinek bemutatása, ami alapján a kritikus fontosságú sebészeti tapasztalat jelentősen növelhető.
A jövőben egyre nagyobb szükség lesz a Gasz Balázshoz és munkatársaihoz hasonló hibrid érdeklődési körrel és tudással rendelkező szakemberekre, és ezt a célt szolgálja a Pécsi Tudományegyetemen szeptemberben induló egészségügyi mérnöki mesterképzés. És hogy miért lehet érdemes egy egészségügyi szakembernek a műszaki dolgokba ütnie az orrát, egy műszakinak pedig az egészségügyiekbe? Gasz Balázs szerint már csak felfedezés öröme miatt is.
„Nincs nagyobb élmény annál, amikor orvosként megértjük a dolgokat, mérnökként módszereket találunk hozzá, majd ennek köszönhetően közös megoldást tudunk kínálni – és ezek aztán újabb és újabb lehetőségekhez vezetnek.”
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos hírekkel is szolgáló Facebook-oldalát.
