Zespół polskich matematyków z Politechniki Wrocławskiej stworzył innowacyjny model mózgu, który ma pomóc neurochirurgom precyzyjnie określić między innymi miejsce, gdzie należy wszczepić by-pass. Jak podaje serwis rynekzdrowia.pl wspomniany model mózgu wspomaga aktualnie dr. n. med. Dariusza Szarka z Dolnośląskiego Szpitala Specjalistycznego im. T. Marciniaka we Wrocławiu podczas przeprowadzania bardziej skomplikowanych procedur operacyjnych.
Nowa technologia może znacząco zwiększyć skuteczność operacji neurochirurgicznych, a tym samym poprawić znacząco rokowania pacjentów, również tych najmłodszych – dr Szarek korzysta z niego również przy operacjach wszczepienia by-passów u dzieci z chorobą moya-moya. To jeden z niewielu lekarzy w Polsce, który zajmuje się tym precyzyjnym zabiegiem.
Spis treści
Mózg to skarbnica wiedzy, ale i… tajemnic
Mózg, jak już wielokrotnie na łamach tego serwisu zaznaczono, jest fascynującym organem. Ten najważniejszy organ w ciele człowieka jest centrum sterowania wszystkimi funkcjami życiowymi i procesami myślowymi. Jego złożona struktura składa się z miliarda neuronów, które komunikują się za pomocą skomplikowanej sieci synaps. Mimo ogromnych postępów w nauce mózg nadal kryje wiele tajemnic, które malutkimi kroczkami, bez pośpiechu, odkrywa neurochirurgia.
Neurochirurgia i model mózgu
Neurochirurgia jest jedną z najbardziej wymagających i precyzyjnych specjalizacji medycznych. Każda operacja mózgu niesie ze sobą wysokie ryzyko komplikacji, a minimalne błędy mogą prowadzić do poważnych konsekwencji zdrowotnych dla pacjenta. Dlatego też wprowadzenie nowoczesnych technologii oraz rozwiązań, takich jak zaawansowany model mózgu, jest kluczowe dla poprawy skuteczności bezpieczeństwa zabiegów. Innowacyjne podejście, łączące modelowanie matematyczne z medycyną, oferuje nowe możliwości w precyzyjnym planowaniu operacji neurochirurgicznych, co może znacząco wpłynąć na wyniki leczenia oraz jakość późniejszego życia pacjentów.
Rozwój technologii medycznych oraz interdyscyplinarna współpraca specjalistów to czynniki napędzające postęp w dziedzinie neurochirurgii. Opracowanie dokładnych modeli mózgu, które pomagają chirurgom w podejmowaniu decyzji, gdzie najlepiej wszczepić by-pass, stanowi kolejny krok w stronę bardziej zaawansowanej i skutecznej opieki medycznej.
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej opracowali model mózgu, który wesprze lekarzy
Gruba badaczy składająca się z matematyków, neurologów i inżynierów stworzyła nowatorski model mózgu. Celem projektu było stworzenie takiego narzędzia, które mogłoby wspierać neurochirurgów w podejmowaniu precyzyjnych decyzji operacyjnych. Zespół wykorzystał techniki matematyczne oraz dane z obrazowania medycznego.
Szukałem naukowców, którzy pomogliby w badaniach nad „budową” mózgu i w pewnych obliczeniach, które były mi potrzebne do optymalnego wykonania by-passów tętnic mózgowych w trakcie operacji neurochirurgicznych.
Dr n. med. Dariusz Szarek, cytowany przez serwis rynekzdrowia.pl.
Model mózgu stworzono przy wykorzystaniu między innymi równania różniczkowego, analizy danych i symulacji komputerowych. Wykorzystano dane z rezonansu magnetycznego oraz tomografii komputerowej, aby stworzyć dokładne odwzorowanie struktury mózgu i jego funkcji. Algorytmy analizujące przepływ krwi w mózgu pozwalają na dynamiczne modelowanie i przewidywanie zachowania naczyń krwionośnych podczas operacji wszczepienia by-passów.
By-passy jak rozwiązanie na m.in. niedrożność tętnic mózgowych
Wspomniane rozwiązanie, by-passy, to metoda chirurgiczna stosowana głównie w przypadkach zwężenia lub niedrożności tętnic mózgowych. Główne wskazania do ich wszczepienia obejmują chorobę moya-moya, która powoduje postępujące zwężenie tętnic mózgowych, guzy mózgu, uszkodzenia tętnic wynikające z radioterapii oraz miażdżycę. By-passy pozwalają na utworzenie alternatywnego przepływu krwi omijającego zablokowane lub uszkodzone naczynia, co poprawia ukrwienie mózgu i zmniejsza ryzyku poważnych powikłań neurologicznych.
Jedna z zalet modelu? Jest niesamowicie realistyczny!
Stworzenie tego modelu wymagało pokonaniu wielu wyzwań, takich jak integracja różnych źródeł danych, opracowanie precyzyjnych algorytmów oraz testowanie modelu na rzeczywistych przypadkach klinicznych. Zespół badaczy musiał również stworzyć urządzenie łatwe w użyciu. Model mózgu opiera się na kilku kluczowych założeniach.
- Realizm anatomiczny – dokładne odwzorowanie anatomicznych struktur mózgu, w tym naczyń krwionośnych sprawia, że lekarze precyzyjniej mogą stwierdzić, w którym miejscy wszczepić by-passy.
- Dynamiczne symulacje – model mózgu zapewnia możliwość tworzenia symulacji różnych scenariuszy operacyjnych i ich wpływu na mózg pacjenta.
- Personalizacja, czyli to, co w nowoczesnej medycynie wydaje się nieodłącznym elementem – model mózgu opracowany przez zespół badawczy z Politechniki Wrocławskiej może być dostosowany do indywidualnych cech pacjenta przy wprowadzeniu odpowiednich danych medycznych.
Model mózgu został opracowany przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej, w składzie byli między innymi prof. Marcin Magdziarz i dr hab. Łukasz Płociniczak. Współpraca między naukowcami a neurochirurgiem trwała dwa lata.
Skomplikowane operacje wszycia by-passów to oczywiście domena dr Szarka. Jako matematycy podsuwamy operatorowi różne rozwiązania – badamy, np. pod jakim kątem, w jakiej odległości, a także, w którym miejscu je umieścić, żeby krew do mózgu rozpłynęła się w sposób optymalny. Dla mnie to typowe problemy i zagadnienia matematyczne.
Prof. Marcin Magdziarz, dziekan Wydział Matematyki Politechniki Wrocławskiej, cytowany przez serwis rynekzdrowia.pl.
Model mózgu 3D: neurochirurgia i matematyka w jednym
Procedura rozpoczyna się od wykonania modelu 3D krążenia mózgowego u pacjenta. Następnie, przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania komputerowego, wprowadza się w sposób wirtualny matematyczny, sztuczny by-pass. Jak opisuje dr Szarek, dzięki temu można obserwować, który segment naczynia mózgowego najlepiej go przyjmie. Co więcej, w tym przypadku personel chirurgiczny może pozwolić sobie na zastosowanie metody prób i błędów. Przeciwnie niż w przypadku operacji na żywym organizmie. Taka symulacja pozwala na optymalne zaplanowanie rzeczywistej operacji, zwiększając tym samym ich skuteczność i ograniczając ryzyko błędu.
Sytuację chorego nastolatka poprawi model mózgu?
Rozwiązanie zaproponowane przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z dr. n. med. Szarkiem jest aktualnie wykorzystywane do analizy przypadku nastoletniego pacjenta z patologicznymi zmianami w mózgu. Objawy zdecydowanie utrudniają codziennie funkcjonowanie, wśród nich wymienia się silne bóle i zawroty głowy, mdłości. Naukowcy stworzyli model mózgu chłopca na podstawie badań tomograficznych. Dr n. med. Szarek testuje wirtualnie różne scenariusze leczenia, dodając by-pass na podstawie danych matematycznych.
Neurochirurg z Wrocławia ma na swoim zawodowym koncie między innymi trwającą wciąż współpracę z Uniwersytetem Medycznym w Sapporo (Japonia) oraz Dolnośląskim Centrum Onkologii, Pulmonologii i Hematologii. W 2022 roku został nominowany do tytułu „Chirurga roku”, plebiscytu HIPOKRATES 2022, organizowanego przez Gazetę Wrocławską.
Źródło: rynekzdrowia.pl. Zdjęcie otwierające: Fot. Obraz wygenerowany za pomocą DALLE–3