facebooktwittergoogleinstagram

Věda a výzkum

Portál Vědavýzkum.cz - Nezávislé informace o vědě a výzkumu

IOCB Tech, s.r.o. - hlavní partner portálu Vědavýzkum.cz

Hlavní partner portálu
facebooktwittergoogleinstagram

Pacientům po úrazech hlavy vymodeluje implantát program informatiků z VUT

11. 10. 2021
Pacientům po úrazech hlavy vymodeluje implantát program informatiků z VUT

Zdeformovaná nebo úplně chybějící část lebky není pouze zdraví ohrožující, ale také estetický problém. Moderní medicína naštěstí dokáže tyto části doplnit a lidem umožnit prožít život pokud možno naplno. Aby byly lebeční implantáty co nejpřesnější a zapadly do sebe jako dílky puzzle, na to se zaměřil tým z Fakulty informačních technologií VUT.

VUT FIT Oldrich Kodym 3D implantaty 2021 06 23 Prokopius 002 800

Spolupráce s lékaři je pro informatiky velmi důležitá a neskončí ani poté, co začne lebky modelovat místo člověka počítačový program. | Autor: Jan Prokopius

„Řešíme lebeční defekty, které typicky vznikají třeba při úrazech hlavy. V takové situaci může mozek začít otékat a aby otok netlačil, odstraní se kus lebky. Poté, co otok splaskne, se lebka může znovu upravit, ponechat původní kost a voperovat zpátky, ale má to spoustu rizik. Je potřeba ji sterilně skladovat, aby se do ní třeba nedostala infekce, nebo jinak nedegradovala. Často se proto přistupuje k umělým implantátům. Lebka musí být symetrická, musí plynule navazovat, a to není u implantátů úplně jednoduché,“ jmenuje důvody nutnosti přesné modelace Oldřich Kodym, který se touto výzvou na VUT zabývá.

Ve většině případů navrhují designéři nebo lékaři implantáty ručně ve 3D modelovacích programech, což zabere mnoho hodin. Pokud se chybějící část nachází třeba jen na jedné straně lebky, je možné využít zrcadlení. Co ale když se úrazem poškodí kost na obou stranách? „Můžete najít jako šablonu třeba podobnou lebku, která je k dispozici v databázi pacientů, ale také je to problematické. Variabilita anatomie je obrovská, takže úprava zabere hodně času. Snažíme se proto o automatizaci modelovací části pomocí umělé inteligence,“ vysvětluje doktorand.

Dokreslit digitálně chybějící kus lebky je možné díky skenům z CT a následnému virtuálnímu modelu, který dostanou lékaři v dispozici ve 3D. A to je první problém, kterému se informatici z brněnské techniky postavili. Aby totiž vznikl model holé lebky, je nutné ze skenů odstranit měkké tkáně a také třeba správně vymodelovat tenké očnice. Náročnou a zdlouhavou ruční práci chce Oldřich Kodym přenechat umělé inteligenci: „Aby se program naučil, jak se skeny pracovat bez zásahu člověka, je nutné mu samostatnou práci ukázat na velkém množství dat, což je dnes jedna z nejdražších komodit na světě. A když přijde na zdravotní informace, možnosti se ještě zúží.“ Odborníci z FIT VUT mají naštěstí díky smluvnímu výzkumu s brněnskou softwarovou firmou TESCAN 3DIM a spolupráci s výrobcem implantátů TESCAN Medical dat dostatek. Zatím je ale stále nutné, aby výsledky zkontroloval lékař nebo designér. Ti následně vyrobí formu, do dutiny se nalije biokompatibilní materiál zvaný kostní cement a například po napuštění antibiotiky se pacientovi voperuje.

VUT FIT Oldrich Kodym 3D implantaty 2021 06 23 Prokopius 004 800

Každá lebka je jedinečná a stejně tak i implantát, který má nahradit chybějící část kosti. | Autor: Jan Prokopius

Ve chvíli, kdy mají odborníci k dispozici model virtuálně rekonstruované lebky se zakresleným poraněním, přichází druhá část, a to je vymodelování implantátu, který lékaři pacientovi následně voperují a ránu zacelí. Právě brněnští informatici byli jedni z prvních, kteří začal umělou inteligenci využívat i k tomuto kroku. „Není jednoduché vzít tvar přesně doplňující lebku, protože je třeba nutné mít speciální okraje umožňující implantát vůbec pacientovi voperovat, aby se dal k lebce ukotvit. Máme zpětnou vazbu, že automatická rekonstrukce tvaru lebky je dostatečně přesná na to, že vyžaduje už jen pár úprav, aby se dala využít pro výrobu implantátu. Když implantát třeba jen o milimetr dva nesedí, je k ničemu. Musí být hladký a také musí zachovat estetiku lebky,“ naráží Oldřich Kodym i na otázku, nakolik zachovat původní podobu, i když to znamená například vymodelovat nepravidelný tvar hlavy. Švy a nerovnosti už není potřeba na implantát dokreslovat, protože nejsou zásadní pro správnou funkci.

Program od informatiků z VUT by měl sloužit jako doplněk dnes již komerčně používaného softwaru. I díky nim by se tak mohl celý proces návrhu lebečního implantátu zrychlit. Vědci se také nedávno spojili s týmem z Technické univerzity v Grazu, kdy brněnská skupina se svým projektem uspěla ve vědecké soutěži pořádané právě rakouskou technikou. „Protože jsme měli podobný přístup, dali jsme nakonec data dohromady a letos už sami pomáháme s organizací. Myslím si, že je skvělé spolupracovat, člověk pak není zaseklý ve vlastních myšlenkách, ale získá rozhled,“ uzavírá Oldřich Kodym.

 

Zdroj: VUT v Brně