Made in Poland: najtańsza na świecie drukowana wątroba 3D

Z twórcą drukowanego modelu wątroby 3D Janem Witowskim z Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum rozmawiamy o zaletach rewolucyjnej metody.
Edyta Hetmanowska 2017-09-25 14:00

Mówi się, że Pana wynalazek to rewolucja. Na czym ona polega, bo przecież modele 3D w medycynie to nie nowość?

Częściej używam określenia ewolucja niż rewolucja, ponieważ jest to krok do personalizacji i unowocześnienia medycyny. Faktycznie, jest to coś, co wykorzystując najnowszą technologię, pozwala lekarzowi przygotować się do szczególnie trudnych zabiegów. Ciężko jest na tym etapie zaawansowania medycyny wprowadzić coś rewolucyjnego. Szukamy w tym momencie rzeczy, które będą trochę medycynę poprawiać. Jeśli zastosowanie takich modeli choć trochę poprawi jakość zabiegu, zmniejszy komplikacje, przyspieszy zabieg, spowoduje, że pacjent szybciej wróci do domu, to warto kontynuować prace. Nie jest to taka technologia, która sprawi, że nagle będziemy leczyć pacjentów z raka, ale zdecydowanie jest to krok do przodu w chirurgii onkologicznej.

Idea polega na tym, że wykorzystując druk 3D tworzymy modele, które są w skali 1:1, spersonalizowane pod pacjenta, wykonywane przed zabiegami resekcji wątroby u pacjentów z powodów onkologicznych.

Jak powstaje taki model?

Na początku otrzymujemy badania tomografem komputerowym. To standardowe badanie u takich pacjentów. Otrzymane obrazy poddajemy odpowiedniej obróbce komputerowej przy wykorzystaniu różnych oprogramowań i algorytmów. Następnie uzyskujemy wirtualne modele, które wstępnie drukujemy za pomocą drukarki 3D. Wszystko w skali 1:1, a więc te struktury, które interesują chirurgów, naczynia, guz są odwzorowane tak, jak wyglądają w organizmie pacjenta. Później, po wydrukowaniu odpowiednich części, zalewamy je silikonem, aby uzyskać przezroczystość i pełną strukturę miąższu wątroby. I jako rezultat kilkudniowej pracy nad przygotowaniem modelu otrzymujemy pełny, spersonalizowany model, który trafia do lekarzy, jak i również do pacjentów w trakcie rozmowy o uzyskanie zgody na zabieg.

Polska nauka nie kojarzy się z innowacyjnością. Panu się udało. Skąd pomysł?

Sam pomysł wykorzystania 3D w medycynie rzeczywiście nie jest nowy. Natomiast nam udało się znacznie zredukować koszty, które bardzo utrudniają tę polską innowacyjność i pewnie stąd wynika przekonanie, że Polska jest mało innowacyjna. Modele wykonywane na świecie kosztują nawet kilkanaście tysięcy złotych. Sprzęt do ich wykonania kosztuje nawet do miliona złotych. To koszty nie do przeskoczenia dla większości szpitali, nawet uniwersyteckich. My próbowaliśmy opracować model, który będzie znacznie tańszy i stosowany rutynowo w szpitalu. Udało nam się zredukować koszty do kilkuset złotych. Takie modele wykonujemy, stosując podstawowy sprzęt np. drukarki, które są dostępne komercyjnie. Dzięki temu uzyskaliśmy taką rutynowość, że jesteśmy w stanie przygotować taki model dla każdego z pacjentów, którzy podawani są podobnym zabiegom.

Wspomniał Pan o modelu wątroby. Jakie modele można uzyskać tą metodą?

Zaczęło się od tego, że standardowo drukowano proste modele tzn. kości, które są stosunkowo proste do obróbki tomografii komputerowej. Później weszły inne modele np. tętniaków, serc, które są nieco bardziej skomplikowane. Jeśli chodzi o narządy miękkie typu wątroba, nerki to już najwyższa szkoła jazdy, dlatego ich modeli jest w Polsce bardzo mało. Tak naprawdę jesteśmy w Polsce jedynym ośrodkiem, który to robi. Ośrodków robiących modele tętniaków czy serc jest znacznie więcej. Na świecie tylko parę ośrodków tworzy modele wątroby czy nerek.

Co zyskuje lekarz, a co pacjent?

Przede wszystkim naszym pierwszym pomysłem było to, by dać taki model lekarzowi przed zabiegiem, by mógł się do niego przygotować. To mu pozwala na wizualizowanie sobie gdzie dokładnie jest guz, w jakiej odległości jest położony od naczyń. To krytycznie ważne przy takich zabiegach, ponieważ pozwala uniknąć krwawień i móc wyciąć tylko tę część wątroby, która jest faktycznie zajęta przez guz. Pozwala też poprawnie oszacować marginesy bezpieczeństwa. Później przyszło nam do głowy, że można taki model wykorzystać w rozmowie z pacjentem. I robimy to już od kilku miesięcy.

Taki model jest więc doskonałym narzędziem komunikacji lekarza z pacjentem...

W momencie przyjęcia pacjenta do szpitala, kiedy uzyskujemy od niego zgodę na zabieg, bierzemy taki model ze sobą i tłumaczymy na czym będzie on polegał oraz na czym polega choroba. Często pacjenci dopiero wtedy dowiadują się jak duża jest wątroba, gdzie jest położona, jak wygląda guz. Na podstawie samej tomografii komputerowej ciężko im to zrozumieć, bo nie są w stanie sobie tego wyobrazić. I kiedy w pełni pojmą swoją chorobę, zaczynają rozumieć potrzebę zabiegu i leczenia.

Dodam jeszcze, że kolejnym elementem, który będziemy chcieli wdrożyć (już próbujemy zacząć) jest edukacja medyczna. Mam na myśli np. edukację studentów przy chociażby nauce anatomii czy zagadnień chirurgicznych, a nawet lekarzy rezydentów.

Czy modele te mogą być wykorzystywane w symulacjach medycznych?

Jak najbardziej. Przy zastosowaniu odpowiednich materiałów jesteśmy w stanie symulować niektóre zabiegi. Może nie przy wątrobach, ale przy tętniakach i modelach serc jesteśmy w stanie przeprowadzić taki zabieg na sucho. Często lekarze dobierają odpowiednie rozmiary różnych narzędzi, czy przy zamknięciu uszka lewego przedsionka jesteśmy w stanie dokładnie zaplanować rozmiar narzędzia mając model 1:1.

Widzę często, że za granicą mając takie modele, lekarze mogą zaplanować dokładnie zabieg. Także w trakcie zabiegu wiedzą dokładnie co się stanie. W Polsce często bywa, że rozmiar dobierany jest na próbę, raz jest za duży i trzeba go zmniejszyć, czasami na oko, co wydłuża zabieg i wiąże się z tym, że tak naprawdę pacjent jest bardziej obciążony. Kiedy można taki zabieg zaplanować, wykonać jej symulację, jest to z korzyścią dla lekarza i pacjenta.

Pana wynalazek to prawdopodobnie najtańsza metoda druku. Czy jest szansa, że dzięki niskiej cenie lekarze będą mieli szansę ćwiczyć z takim modelem, poprawiając jakość i bezpieczeństwo operacji?

Tak podejrzewamy. Natomiast nie mogę tego potwierdzić na sto procent, ponieważ jesteśmy w trakcie badań. I zanim ogłosimy wyniki, próba pacjentów będzie wystarczająca, jeszcze trochę czasu minie. Na razie widać, że faktycznie takie modele pomagają w przygotowaniu zabiegów. Może nie jesteśmy jeszcze w stanie powiedzieć, że to skraca czas zabiegu i utratę krwi, ale faktycznie wygląda na to, że pomaga. Są doniesienia ze świata dotyczące zastosowania modeli naczyń czy serca, dzięki którym skraca się czas zabiegu i komplikacje są mniejsze.

Jakie miejsce widzi Pan dla modeli 3d w medycynie personalizowanej?

To ciekawe, bo w większości kojarzymy medycynę personalizowaną z molekułami i genetyką. Natomiast innowacje technologiczne, moim zdaniem, również są medycyną personalizowaną. I kto wie, czy nie bardziej interesującą. Mając model dopasowany do pacjenta, konkretnego przypadku, nie da się ukryć, że jest to medycyna personalizowana.

Nad czym teraz Pan pracuje?

W Krakowie oprócz modeli wątrób tworzymy modele tętniaków. Są to modele stosowane przy zabiegach robionych przezcewnikowo. Robimy modele serca przy zabiegach skórnych, ablacji, zamknięcia uszka lewego przedsionka, przy zabiegach na zastawkach serca. Również pracujemy teraz nad nerkami, z tym, że to nadal jest tematyka nowotworowa, bo mamy tu zabiegi resekcji guzów nerek. Jest ogromna działka związana z ortopedią. W tym momencie się tym nie zajmujemy, ale na świcie w tej działce ortopedia jest na pierwszym miejscu w częstości wykonywania ze względu na prostotę.

PDF

Zobacz także