Το ελληνικό «αρχηγείο» της ιατρικής 3D τεχνολογίας

Η ιατρική 3D εμβιομηχανική τεχνολογία, δηλαδή η τρισδιάστατη εκτύπωση αντιγράφων της ανατομίας του ανθρώπινου σώματος, οι προσομοιώσεις εγχειρήσεων στον υπολογιστή, ο σχεδιασμός και η εκτύπωση εμφυτευμάτων από βιοσυμβατά υλικά και χειρουργικών εργαλείων για κάθε μεμονωμένη επέμβαση, είναι μια επανάσταση στον χώρο της υγείας που αλλάζει τα πάντα: τον τρόπο που οι γιατροί κάνουν τη διάγνωση μιας νόσου, παίρνουν αποφάσεις, επικοινωνούν με τους ασθενείς, προετοιμάζουν μια εγχείρηση και την πραγματοποιούν. «Μειώνουν τον χρόνο της χειρουργικής επέμβασης, την ταλαιπωρία του ασθενούς και τον χρόνο ανάρρωσης, αυξάνουν το ποσοστό επιτυχίας και περιορίζουν το κόστος», διαβεβαιώνει ο Παναγιώτης Διαμαντόπουλος, διαπρεπής ερευνητής, καθηγητής Υπολογιστικής Χειρουργικής και Εμβιομηχανικής, από τους βασικούς συντελεστές της σχετικής τεχνολογίας και από τους πρώτους διεθνώς που συνέδεσαν την ιατρική απεικόνιση με την ανάπτυξη τρισδιάστατων μεθόδων σχεδιασμού και εξατομικευμένης αντιμετώπισης ενός προβλήματος υγείας.

Πρόκειται για πρωτοποριακές μεθόδους, οι οποίες όχι μόνο εφαρμόζονται και αναπτύσσονται ήδη πολλά χρόνια στην Ελλάδα, αλλά έχουν βρει και ακαδημαϊκή «στέγη», στη Μονάδα Ιατρικής Τρισδιάστατης Εκτύπωσης και Υπολογιστικά Καθοδηγούμενης Χειρουργικής, την πρώτη σε ελληνικό ακαδημαϊκό περιβάλλον, συγκεκριμένα στο Εργαστήριο Φυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής Αθηνών, ΕΚΠΑ. Εμπνευστής και επιστημονικός υπεύθυνος αυτής της μονάδας είναι ο Παναγιώτης Διαμαντόπουλος.



«Τα ανατομικά αντίγραφα δίνουν τον ασθενή στα χέρια του γιατρού. Εχει πλήρη εικόνα, μπορεί να το συζητήσει με τον ασθενή και την ομάδα των γιατρών, να καταλήξει στα βήματα που θα ακολουθήσει», λέει ο κ. Παναγιώτης Διαμαντόπουλος.

Η 3D υπολογιστική τεχνολογία και εκτύπωση στην ιατρική, όπως εξελίσσεται και εφαρμόζεται την τελευταία 25ετία, έγινε για πρώτη φορά γνωστή στην Ελλάδα το 2000, όταν παρουσιάστηκε, σε συνδυασμό με μία από τις πρώτες κλινικές περιπτώσεις στη Βρετανία, στο Πανελλήνιο Ακτινολογικό Συνέδριο. Ο κ. Διαμαντόπουλος, τότε διδάκτωρ στο Πανεπιστήμιο του Σάσεξ, ήδη είχε αναπτύξει σχετική μονάδα «Βιοϊατρικών Προσομoιώσεων» στη Βρετανία και δημιουργούσε τρισδιάστατες εικονικές απεικονίσεις, τρισδιάστατα ανατομικά αντίγραφα για κλινικές εφαρμογές, σχεδίαζε και κατασκεύαζε εξατομικευμένα εμφυτεύματα και εργαλεία.

«Με το αντίγραφο διευκολύνεται πολύ η διάγνωση. Και όχι μόνο. Οταν έχεις την ακριβή τρισδιάστατη ανατομία του πάσχοντος οργάνου ή μέλους του σώματος του ασθενούς, μπορείς να επέμβεις εικονικά, να κόψεις και να ράψεις, δηλαδή να κάνεις μια προσομοίωση της επέμβασης, να την προσχεδιάσεις προσεκτικά, αλλά και να κατασκευάσεις τα ειδικά εμφυτεύματα και εργαλεία που θα χρειαστείς κατά τη διάρκεια της συγκεκριμένης εγχείρησης», εξηγεί ο κ. Διαμαντόπουλος. Δεκαπέντε χρόνια πήρε στον κ. Διαμαντόπουλο για να μεταφέρει σταδιακά αυτήν την τεχνολογία στην Ελλάδα και να δημιουργήσει, το 2016, με τη στήριξη του καθηγητή Πειραματικής Φυσιολογίας Μιχάλη Κουτσιλιέρη, τη μονάδα στην Ιατρική Αθηνών. «Μακρύς ο δρόμος, πολλά τα εμπόδια, δύσκολη η ένταξη σε ένα ακαδημαϊκό περιβάλλον».

Στο μεταξύ είχε αρχίσει να εφαρμόζει στη χώρα μας την «Υπολογιστικά καθοδηγούμενη χειρουργική» σε όλους τους τύπους επεμβάσεων. «Από το 2000 έως το 2015 αντιμετωπίσαμε πλήθος περιστατικών, αρχικά στη γναθοπροσωπική χειρουργική και μετά στην οδοντιατρική, όπου για πολλά χρόνια αναπτύχθηκε μια σχετική εφαρμογή που έχει πλέον παγιωθεί. Ο εμφυτευματολόγος οδοντίατρος, με βάση την αξονική τομογραφία, δημιουργεί ένα εικονικό τρισδιάστατο μοντέλο, τοποθετεί εικονικά τα εμφυτεύματα και στη συνέχεια κατασκευάζει έναν χειρουργικό νάρθηκα-οδηγό με τα σημεία οπών, τον οποίο τοποθετεί στη γνάθο του ασθενούς, ώστε με απόλυτη ακρίβεια και ασφάλεια να εισάγει τα εμφυτεύματα στη σωστή θέση», λέει και συνεχίζει. «Στη συνέχεια εφαρμόστηκε η 3D τεχνολογία στην κρανιοχειρουργική, ορθοπεδική χειρουργική, καρδιοχειρουργική, αγγειοχειρουργική και σχεδόν σε όλες τις χειρουργικές ειδικότητες».

Από το μηδέν

Τα πρώτα βήματα για τη δημιουργία της μονάδας στην Ιατρική Σχολή έγιναν πριν από τρία χρόνια. «Μετά την πρώτη επιστημονική συνάντηση με χειρουργούς διαφόρων ειδικοτήτων ξεκινήσαμε από τo μηδέν, με έναν δικό μου εκτυπωτή, να αντιμετωπίζουμε τρισδιάστατα τα πρώτα περιστατικά».

Σήμερα, η Μονάδα διαθέτει πάνω από δέκα τρισδιάστατους εκτυπωτές και δέχεται καθημερινά κλινικές περιπτώσεις από γιατρούς και νοσοκομεία όλης της Ελλάδας, τις οποίες διεκπεραιώνει άμεσα. «Στόχος είναι σύνθετα περιστατικά στην ογκολογία, την ορθοπεδική, την κρανιοπλαστική, την καρδιολογία, τη νευρολογία, την πλαστική χειρουργική κ.λπ. να αντιμετωπίζονται τρισδιάστατα, ώστε να υπάρχει ένα άμεσο πρακτικό πλεονέκτημα για τον γιατρό και τον ασθενή. Να προσφέρονται ιδέες στους χειρουργούς και ιδανικές λύσεις σε ιατρικά προβλήματα, να έχει ο ασθενής στη διάθεσή του ό,τι δυνατόν παραπάνω μπορεί να προσφέρει η σύγχρονη τεχνολογία. Και πορευόμαστε σταθερά, παρά τα γραφειοκρατικά εμπόδια, τα οποία συχνά σταματούν την καινοτομία (π.χ. την αγορά ειδικών μηχανημάτων, την κατασκευή εξατομικευμένων εμφυτευμάτων από εξειδικευμένες εταιρείες – «ποιος θα τα πληρώσει, ιδιωτική ή δημόσια ασφάλεια, μέσω ποιας διαδικασίας» κ.λπ.).

Ανατομικά αντίγραφα

«Η βασική υπηρεσία που προσφέρει η Μονάδα Ιατρικής Τρισδιάστατης Εκτύπωσης και Υπολογιστικά Καθοδηγούμενης Χειρουργικής είναι η δημιουργία ανατομικών αντιγράφων για διάγνωση και προεγχειρητικό σχεδιασμό. Οποιαδήποτε μορφή τομογραφίας, ακόμη και υπέρηχος μπορεί να ανασυντεθεί τρισδιάστατα, να σταλεί σε 3D εκτυπωτή και να κατασκευαστεί. Τα ανατομικά αντίγραφα δίνουν τον ασθενή στα χέρια του γιατρού. Εχει πλήρη εικόνα, μπορεί να το συζητήσει με τον ασθενή και την ομάδα των γιατρών, να καταλήξει στα βήματα που θα ακολουθήσει», λέει ο κ. Διαμαντόπουλος.

Η δημιουργία εξατομικευμένων χειρουργικών εργαλείων για συγκεκριμένη επέμβαση σε συγκεκριμένο ασθενή είναι η δεύτερη βασική εργασία της Μονάδας. Το πιο κοινό χειρουργικό εργαλείο είναι ο χειρουργικός οδηγός, «ένα εργαλείο το οποίο σχεδιάζεται ψηφιακά, εκτυπώνεται σε τρεις διαστάσεις και βοηθάει τον χειρουργό να μεταφέρει τις χειρουργικές του κινήσεις από το εικονικό περιβάλλον στο φυσικό, με μεγάλη ακρίβεια, ταχύτητα και ασφάλεια», εξηγεί ο κ. Διαμαντόπουλος. Ακόμη, η Μονάδα σχεδιάζει εξειδικευμένες ιατρικές συσκευές, όπως εξατομικευμένα εμφυτεύματα, τα οποία αφού παραχθούν εικονικά στον υπολογιστή, εκτυπώνονται σε τρισδιάστατο εκτυπωτή για τον συγκεκριμένο ασθενή.



Υπηρεσίες που προσφέρει η μονάδα: εκτύπωση τρισδιάστατων αντιγράφων της ανατομίας του ανθρώπινου σώματος, προσομοιώσεις εγχειρήσεων, σχεδιασμός και εκτύπωση εμφυτευμάτων και χειρουργικών εργαλείων για τον κάθε ασθενή μεμονωμένα.

Εξαιρετικά χρήσιμες είναι και οι εικονικές προσομοιώσεις επεμβάσεων που πραγματοποιεί η Μονάδα, όπως και οι εμβιομηχανικές αριθμητικές προσομοιώσεις για τη μελέτη συμπεριφορών. «Αν θέλω να τοποθετήσω στη γνάθο μια πλάκα, έχω τη δυνατότητα να περάσω όλα τα δεδομένα σε ένα μαθηματικό περιβάλλον και να εφαρμόσω εικονικά δυνάμεις, όπως αυτές που ασκούνται κατά τη μάσηση, να δημιουργήσω ροή υλικών, να αναπτύξω συγκεκριμένες θερμοκρασίες, προκειμένου να ελέγξω την αντοχή του εμφυτεύματος και να καταλήξω στο μέγεθος, το υλικό, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του».

Ο κ. Διαμαντόπουλος μας δείχνει ένα αντίγραφο κρανίου με σοβαρές βλάβες που προκλήθηκαν σε τροχαίο και αποκαταστάθηκαν με την 3D τεχνολογία. Σε ένα άλλο αντίγραφο, εμφανίζεται να έχει καταστραφεί (από αυτοπυροβολισμό) η κάτω γνάθος. «Ο χειρουργός, κατά την πρώτη επείγουσα επέμβαση συνέδεσε τα δύο σημεία της κάτω γνάθου, από όπου έλειπε το κεντρικό τμήμα, με ένα έλασμα, το οποίο δεν ήταν στις ιδανικές διαστάσεις, με αποτέλεσμα ο ασθενής να μην μπορεί να ανοίξει το στόμα και να φάει. Ετσι, πριν από το δεύτερο χειρουργείο, κατασκευάσαμε το μοντέλο μιας νέας γνάθου, απόλυτα προσαρμοσμένης στην ανατομία του ασθενούς, με βάση την οποία δημιουργήθηκε η σωστή πλάκα. Πάνω της βιδώθηκαν από τον χειρουργό σχολαστικά προσχεδιασμένα τμήματα οστού από την περόνη του ασθενούς, που σχημάτισαν τη νέα γνάθο. Οταν όλα είναι προμελετημένα με απόλυτη ακρίβεια, εξοικονομούνται πολλές ώρες δύσκολων χειρουργείων», τονίζει ο επιστημονικός υπεύθυνος της Μονάδας. Από τις πιο δύσκολες περιπτώσεις που αντιμετώπισε ήταν η αναπαραγωγή μηνιγγιωμάτων –όγκων– στο κέντρο της κρανιοεγκεφαλικής κοιλότητας ασθενούς. Το περιστατικό είχε σταλεί από Ελληνα νευρολόγο, όταν ο κ. Διαμαντόπουλος ήταν ακόμη στη Βρετανία, με σκοπό τον προεγχειρητικό σχεδιασμό. Μια εξαιρετικά πολύπλοκη επέμβαση, καθώς η προσέγγιση των όγκων έπρεπε να επιτευχθεί με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια και τη μικρότερη δυνατή βλάβη του εγκεφάλου.

Εκπαιδευτικό πρόγραμμα για την τρισδιάστατη ψηφιακή φιλοσοφία

Ο κ. Διαμαντόπουλος έχει δημιουργήσει δύο εκπαιδευτικές πλατφόρμες με στόχο να μεταδώσει στον γιατρό και χειρουργό της κάθε ειδικότητας την τρισδιάστατη ψηφιακή φιλοσοφία, να τον μυήσει σε όλες τις διαδικασίες της υπολογιστικά καθοδηγούμενης χειρουργικής και να τον εξοικειώσει με την εφαρμογή της 3D τεχνολογίας στην καθημερινή κλινική πράξη.

Πρώτα δημιουργήθηκε η ιστοσελίδα που απευθύνεται αποκλειστικά σε οδοντιάτρους –www.dental3dacademy.org– καθώς η υπολογιστικά καθοδηγούμενη χειρουργική έχει πλέον ενσωματωθεί στην oδοντιατρική πράξη, και υπάρχει ήδη πλούσια εμπειρία. «Το ζήτημα δεν είναι να μπορέσεις να φτιάξεις έναν χειρουργικό οδηγό για τα εμφυτεύματα, αλλά να γνωρίζεις την πλήρη διαδικασία. Τι δεδομένα πρέπει να ζητήσεις από ένα ακτινολογικό κέντρο, πώς να χρησιμοποιήσεις την αξονική τομογραφία, ποια λογισμικά να εφαρμόσεις, πώς να κάνεις τις μετρήσεις, τις εικονικές τομές, τον σχεδιασμό και την προσομοίωση της επέμβασης σε ένα υπολογιστικό περιβάλλον. Το κυριότερο δεν είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση, αλλά η πορεία έως αυτήν. Ο χειρουργός πρέπει αναγκαστικά να γίνει και λίγο μηχανικός», λέει ο κ. Διαμαντόπουλος και συνεχίζει. «Το συγκεκριμένο εκπαιδευτικό πρόγραμμα ξεκινάει με απλά εισαγωγικά σεμινάρια και συνεχίζει για όποιον ενδιαφέρεται με ολοκληρωμένη σειρά μαθημάτων επί της τρισδιάστατης υπολογιστικής τεχνολογίας. Ηδη ολοκληρώσαμε τον πρώτο κύκλο και αρκετοί γιατροί έλαβαν γνώση των νέων μεθόδων. Την 1η Νοεμβρίου θα ξεκινήσουμε και τον δεύτερο κύκλο».

Δυνατή συνεργασία

Μετά την εκπαιδευτική πλατφόρμα για τους οδοντιάτρους, «δημιουργήσαμε και εκείνη για τους γιατρούς» –www.medical3dacademy.org– «η οποία κινείται ακριβώς στην ίδια βάση, με σεμινάρια, σειρές μαθημάτων αλλά και ετήσια συνάντηση, για να έρθουν όλες οι ειδικότητες και τα επιστημονικά πεδία πιο κοντά, ώστε να είναι εφικτή η καλύτερη δυνατή συνεργασία. Αλλά και φοιτητές μπορούν να παρακολουθήσουν σεμινάρια. Είναι περισσότερο διαφωτιστικό να δουν ένα τρισδιάστατο αντίγραφο, κατασκευασμένο με διαφορετικά χρώματα και υλικά, π.χ. ενός εγκεφάλου με όγκο, από μια εικόνα σε βιβλίο. Πρόκειται για μια διαδραστική καινοτόμο διαδικασία», καταλήγει ο κ. Διαμαντόπουλος, «που θα προσπαθήσουμε να μεταφέρουμε ακόμα και για μαθητές σχολείων, προσπαθώντας να φέρουμε τα παιδιά πιο κοντά στην εφαρμογή της επιστήμης, να αναπτύξουμε ει δυνατόν νέες μεθόδους 3D εκπαίδευσης που να βασίζονται στη γνώση αλλά και να καλλιεργούν τη φαντασία και τη δημιουργικότητα».

Ο γενικότερος σκοπός της μονάδας είναι να κάνει εφαρμοσμένη έρευνα, να προσφέρει πιστοποιημένες υπηρεσίες και εκπαίδευση στην τρισδιάστατη τεχνολογία, αλλά και να προτείνει το σχετικό ρυθμιστικό και κανονιστικό πλαίσιο που είναι αναγκαίο για την εφαρμογή τέτοιων μεθόδων στην κλινική πράξη.

«Κάποτε θα γίνει το θαύμα»

Η τρισδιάστατη εκτύπωση στην ιατρική είναι μια τεχνολογία που εξελίσσεται διαρκώς, με κύριο στοίχημα την εκτύπωση ζωντανών ιστών και οργάνων για μεταμόσχευση. «Η τεχνική υπολογιστικής σχεδίασης και κατασκευής που αναπτύξαμε πριν από πολλά χρόνια είναι πλέον γνωστή, αν υπήρχε το κατάλληλο βιολογικό υλικό θα εκτυπώναμε σήμερα ιστοσυμβατά όργανα. Διεξάγονται στοχευμένες έρευνες από ομάδες επιστημόνων και κάποια στιγμή θα υπάρξει μια σοβαρή εξέλιξη. Εχουν γίνει δοκιμές με ζωντανά κύτταρα, αλλά η κατασκευή “ζωντανού” οργάνου είναι εξαιρετικά πολύπλοκη υπόθεση», λέει ο κ. Διαμαντόπουλος. «Το σίγουρο είναι ότι έτσι όπως εξελίσσονται πλέον τα υλικά, κάποτε θα μπορέσει η 3D εκτύπωση να κάνει το θαύμα. Είναι θέμα υλικού. Αυτή τη στιγμή εμφυτεύονται τμήματα βιο-απορροφήσιμα ή από βιοσυμβατά υλικά –κράματα μετάλλων, ειδικά πλαστικά ή κεραμικά– όμως και με αυτά υπάρχουν δυσκολίες. Σε κάποιες περιπτώσεις το εμφύτευμα μπορεί να αντέξει πολλά χρόνια, σε άλλες να απορριφθεί γρήγορα από τον οργανισμό. Ενα μεγάλο μέρος της έρευνας έχει προσανατολιστεί στη δημιουργία όλο και πιο βιοσυμβατών υλικών».

kathimerini.gr