Vědci z TUL a lékaři vyrábějí kosti na míru

Spolupráce lékařů liberecké nemocnice s Fakultou strojní Technické univerzity v Liberci přinesla skvělý výsledek při vytváření náhrad poškozených lebečních a obličejových kostí doslova na míru. Liberečtí neurochirurgové jako jediní v republice vlastními silami vyrobí a implantují dokonale přesné náhrady kostí pacientům, kteří při úraze utrpěli například komplikovanou zlomeninu lebky. Unikátní metodu vyvinul Lukáš Čapek z katedry mechaniky, pružnosti a pevnosti Fakulty strojní TUL ve spolupráci s lékaři liberecké neurochirurgie a ústní, obličejové a čelistní chirurgie.

Při diskuzi s neurochirurgem liberecké nemocnice Pavlem Buchvaldem zjistil Lukáš Čapek, že lékaři tvarují implantáty doslova „na koleně“ z plastu, který polymerizací tuhne a pak ho ještě následně upravují na operačním sále. Konečné efekty však nejsou z kosmetického hlediska uspokojivé. Takto připravený implantát často dobře „nepasuje“ a tvar hlavy nebo obličeje se pak někdy výrazně změní k horšímu. Odstranění větší části kosti lební klenby je však někdy nutné bez ohledu na kosmetické hledisko z různých důvodů, kdy strukturu zdravého mozku ohrožuje narůstající nitrolební tlak. „To se může stát například při nádorovém onemocnění nebo po úrazu, kdy vzniká mozkový otok. Nitrolebeční tlak je možné nejprve upravit tak, že odpustíme mozkomíšní mok, nebo podáváme léky na snížení otoku. Pokud tato léčba nepostačuje je nutné přistoupit k rychlému řešení – odstraněním kosti a otevřením tvrdé pleny lze okamžitě upravit narůstající nepoměr mezi pevně uzavřeným prostorem lebeční dutiny a jejím zvětšujícím se obsahem. Je to razantní výkon. Lepší výsledky dosahujeme statisticky u mladších lidí. Například z 55 případů postižených po těžkém úrazu hlavy jsme takto nedokázali zachránit 12 lidí a dále těžce postižených jich zůstalo 22, ale 21 pacientů se nám podařilo vrátit zpět do kvalitního života. To je velice slušné číslo“ řekl Buchvald

Zachráněným pacientům je potřeba odebranou kost nahradit. Jednou z možností je, že lékaři kost zašijí do stěny břišní, a po několika týdnech či měsících, když se mozek zhojí, ji vyjmou a mohou reimplantovat zpátky. To ale nelze u infikovaných nebo po úraze znečištěných a zcela rozdrcených kostí. Pak musejí lékaři udělat náhradu. "Donedávna jsme ji vytvářeli přímo na sále, ale nikdy jsme nemohli docílit úplné přesnosti. Především ženy ale i muži trpěli psychicky tím, že mají někde nějakou propadlinu nebo asymetrii, " přiznal Buchvald

Problém vyřešil Lukáš Čapek z katedry mechaniky, pružnosti a pevnost FS TUL. V roce 2005 získal studentský řešitelský grant z Fondu rozvoje vysokých škol ve výši 96 tisíc korun a začal pracovat na nové technologii. Spočívá v tom, že tvarování kostí se provádí na základě dat z počítačové tomografie. „Data získáme po vyšetření pacienta na počítačovém tomografu (CT). Data zpracujeme a prostorovou digitalizací získáme virtuální model lebky s defektem. Po dohodě s lékaři a po zpracování všech dat pak model s velkou přesností dotvarujeme do konečné podoby. Pak nastává fáze fyzické výroby , kdy model vytiskneme na 3D tiskárně,“ přiblížil originální postup Lukáš Čapek. Přesnou kostní náhradu pak vyrobí lékaři ze standardně používaného kostního cementu litím do forem z různých materiálů. Kostní cement je polymer, který se ve formě během několika minut vytvrdí do příslušného tvaru. „ Někdy bývá lepší než ten původní. Výhodou také je, že můžeme podle potřeby upravit funkční tloušťku kosti. V budoucnu by se to dalo využít i pro kosmetické účely,“ tvrdí Čapek

Nejobtížnější fází je podle Čapka zpracování dat, zvláště jde-li o nesymetrický defekt. Na počítačový model lebky je totiž potřeba zhruba půl milionu souřadnic. Výroba jednoho implantátu trvá v průměru čtrnáct dnů. Implantát pro pacientku, které chyběla část čelní kosti, však dělal například dva měsíce. Někdy je lebka po úrazu natolik poškozená, že určit původní tvar je prakticky nemožné a spoléhat na představivost by bylo dost riskantní. Proto Lukáš Čapek s libereckými lékaři vytváří databázi lebek- mužských ženský i dětských. „Jednou z možností je použít nepoškozené lebky „z archívu“. Naskenujeme je na CT, uděláme virtuální model a pomocí antropometrických bodů porovnáme poškozenou lebku s tou „archivní“. Z celé lebky vyjmeme chybějící část pacientovy hlavy a doplníme virtuální model. Je to poměrně rychlá metoda a v praxi jsem ji už použil, když jsem jedné pacientce namodeloval chybějící čelní kost s částmi spánkové kosti na základě dat lebky z broumovské kostnice,“ řekl Čapek.

Podle něj by nebylo špatné, mít preventivně v databázi co nejvíce lidských lebek. V současné době proto Fakulta strojní TUL spolupracuje s Ústavem anatomie Lékařské fakulty University Karlovy v Hradci Králové na jednoletém grantovém projektu zaměřeném na inovaci výuky vytvoření velmi přesných virtuálních a fyzických morfologických modelů podle dat z počítačové tomografie. Virtuální modely budou sloužit ve výuce na Ústavu anatomie a budou a budou také zpřístupněny na CD/DVD nosičích. „Tímto způsobem zpracujeme mužskou, ženskou i dětskou lebku, jednotlivé lebeční kosti, vybrané páteřní obratle, další kosti a klouby. Modely budou prostorové a bude s nimi možno otáčet, “ řekl Petr Hájek z Ústavu anatomie.

Revoluční metodu vytváření přesných kostních implantátů prezentovala Nemocnice Liberec na neurochirurgickém kongresu. Zatím bylo tímto způsobem odoperováno osm pacientů. "Používáme tuto metodu už rok a zatím u všech pacientů úspěšně. Několik implantátů jsme vyrobili na zakázku i pro jiné nemocnice. Náklady na výrobu se pohybují kolem třiceti tisíc korun. Pokud jde o odlitek vytvořený v zahraničí, jeho cena se vyšplhá na dvě stě tisíc korun. Zatím jsou náklady v režii nemocnice a univerzity. Jednáme ale o možném hrazení zdravotními pojišťovnami,“ řekl MUDr. Buchvald.

Zájem lékařů o novou metodu je velký. Podle Čapka jsou však zatím na začátku a metoda se dá použít daleko šířeji než dosud. Nyní například spolupracuje s královehradeckými stomatology na stanovováni stability čepů pro zubní implantáty a zaměřuje se také na krční páteř, konkrétně na poúrazové stavy druhého krčního obratle.

J. Kočárková