Orvostudomány a XXI. században - beszélgetés Dr. Éltes Péterrel, az In Silico Biomechanikai Laboratórium vezetőjével

A Budai Egészségközpont részeként működő In Silico Biomechanikai Laboratórium szakemberei a gerinc- és mozgásszervi sebészettel kapcsolatos tudományos kérdéseket kutatják. Munkájuk során olyan világszinten is innovatív technológiákat alkalmaznak, mint a virtuális valóság, a mesterséges intelligencia, a 3D nyomtatás vagy a végeselem-analízis. Hogyan segítik ezek az eszközök a gerinc betegségeinek gyógyítását? Hogyan válik a mérnöki tudomány a gyógyító munka részévé? Milyen új kihívások elé állítja a medicinát az onkológia fejlődése? Milyen új szintre lép a labor élete ősztől kezdődően? Dr. Éltes Péter PhD gerincsebésszel, az In Silico Laboratórium vezetőjével beszélgettünk ezekről a kérdésekről.

Mennyire jellemző Magyarországon, hogy egy privát egészségközpont jelentős kutatás-fejlesztési (K+F) tevékenységet is végez?

Van rá még példa, de alapvetően nem jellemző. K+F tevékenységünk színvonalát, nemzetközi beágyazottságát és tudományos közleményeink számát tekintve az élen járunk, és megelőzzük a legtöbb egyetemi tanszéket is, amelyek hasonló, például mozgásszervi témakörben végeznek tudományos tevékenységet.

Mit értünk „in silico” alatt? Milyen eljárásokat, eszközöket és technológiákat használnak?

Az in silico egy tágabb fogalom, mi a biomechanikával kapcsolatos részére fókuszálunk. Tevékenységünk lényege, hogy képalkotó eljárásokból nyert információkkal olyan modelleket hozunk létre szoftverek által, amelyek elemei lehetnek egy probléma megértésének, megoldásának. Mi a gerincsebészetben MR és CT vizsgálatok eredményeit használjuk, de például a kardiológiában szintén nagyon előrehaladott az in silico eljárás, ott EKG és laboreredményeket is igénybe vesznek az orvosok.

Úgy kell elképzelni a folyamatot, hogy szoftveresen létrehozzuk a beteg avatárját, ami nagymértékben reprezentálja a páciens testi felépítését és fiziológiáját. A szakirodalom ezt digital twinnek, azaz digitális ikerpárnak nevezi. A virtuális beavatkozások ezen a modellen történnek: virtuális műtétet tudunk végrehajtani rajta, de például mechanikai terhelésnek is alá tudjuk vetni. A folyamat eredményeként a beteg számára optimális műtéti tervet tudunk kiválasztani több szcenárió közül.

Hogy néz ki a gyakorlatban a labor munkája, milyen eredményeik vannak?

A Budai Egészségközpont szakkórháza az Országos Gerincgyógyászati Központ, ezen belül működik egy kutatás-fejlesztési részleg, aminek meghatározó szegmense az In Silico Biomechanikai Laboratórium. A laboratóriumban az orvosdiagnosztikai képalkotó eljárásokból kinyert információra alapozva hozunk létre újabb tudományos eredményeket vagy innovatív megoldásokat. Tevékenységünk része a számítógépes modellezés, a 3D nyomtatás, a különböző műtéti technológiák, eljárások vizsgálata és továbbfejlesztése. Olyan intellektuális erőtér felépítést tűztük ki célul, ami segíti a gyógyító munkát és magas hozzáadott szellemi értékű szolgáltatásokat lehet rá építeni.

Eddig ezek a segítségnyújtások tudományos projektek keretében valósultak meg; az volt a stratégiánk, hogy olyan know-how-t kell felépíteni, ami különböző irányokba csatornázható. Az elmúlt öt év munkájának az eredménye több mint 20 tudományos közlemény, de szeretnénk továbblépni. Mostanra létrehoztunk egy tudásbázist, egy szellemi közeget, amire magas szintű klinikai gyógyító orvosi tevékenységet lehet építeni. Ősztől diagnosztika szolgáltatásokat is nyújtunk majd, a klinikumban dolgozó orvosok rendelhetnek számítógépes modelleket, amelyek segítik a műtéti tervezést, vagy egyéb módon támogatják a gyógyító munkát. A kutató tevékenység mellett megjelenik a szolgáltatói rész is.

Általánosságban mennyire számítanak gyakorinak a gerinccel kapcsolatos megbetegedések?

A gerincproblémák egyértelműen népbetegségnek számítanak. Alapvetően négy nagy csoportba oszthatók: degeneratív elváltozások, traumás eltérések, daganatos elváltozások és gyerekkori fejlődési problémák. A népesség 80%-a életének egy bizonyos szakaszában derék- vagy derék- és alsó végtagi fájdalomtól szenved. – A nyaki gerincfájdalom előfordulási gyakorisága egy év alatt 30-50%, a derékfájdalomé 60–80%. Ennek több oka van, melyek között szerepel a modern társadalom életmódjából fakadó csökkenő aktivitás és az ülő munkavégzés.

Milyen az előfordulása a gerinc daganatos megbetegedéseinek?

A gerincet érintő rosszindulatú daganatos elváltozások általában nem primer daganatok, a tüdő, a prosztata, a petefészek, a mell vagy a méhnyak rákos megbetegedéseinek az áttétei. Ritkábbak a kizárólag a gerincen kialakuló tumoros betegségek, azonban ezen betegek gerinctumor-sebészeti ellátása nagyon komplex feladat. Intézetünk ezen a téren nemzetközileg is elismert tevékenységet végez.

Az előbb említett in silico eljárások hogyan segítenek a gerincdaganatok kezelésében?

Az utóbbi évtizedben az onkológia nagyon szép eredményeket ért el a daganatos betegeknél, a 10 éves túlélés aránya látványosan nőtt.

A gerincdaganatos betegek kezelése rendkívül összetett folyamat, társszakmák együttműködését feltételezi, ahol az onkológus a karmester. Az esetleges sebészeti beavatkozás idejéről is vele egyeztetve döntenek egy személyre szabott onkológiai stratégia keretében.

Maga a műtét is nagyon komplex folyamat, körültekintést, előzetes tervezést igényel. Mi virtuális műtéti terveket hozunk létre, ahol nagy precizitással tervezhetőek a beavatkozás egyes lépései.

A laboratórium ismert arról, hogy egyénspecifikus műtéti eszközök fejlesztésével, tudományos vizsgálatával is foglalkozik. Mit értünk ezek alatt?

Minden egyes ember csontfelülete nagyon komplex görbült geometria. A képalkotó eljárások alapján erre tökéletesen illeszkedő eszközt hozunk létre, illetve ezen vizsgálatok segítségével pontosan behatároljuk, hogy például egy tumor milyen alakú, és hol van a tumoros határ.

Térben nagyon komplex reszekciós felszíneket, síkokat kell létrehozni, ha például a csípőcsonthoz nőtt tumort ki akarjuk metszeni úgy, hogy az ízület ne sérüljön, ne váljon járásképtelenné a beteg. Műtét során ezek az eszközök ráilleszthetőek a csontokra, ezek segítségével pontosan vezethetőek az oszcillációs fűrészek. Az eszközöket az adott beteg anatómiája szerint hozzuk létre, kizárólag arra az egy adott műtétre, ami csak annál az egy adott betegnél alkalmazható.

Terveink között szerepel, hogy 5 éves távlatban megvalósul az egyénspecifikus implantátumok tervezése, gyártása és beültetése is. A szaktudás már megvan hozzá, az eszközpark és a jogi környezet kialakítása folyamatban van.

A szoftveresen létrehozott modelleket 3D technológiával tudják kinyomtatni?

Ezek a navigációs eszközök vagy a betegek anatómiai modelljeinek előállítása sorozatgyártással kivitelezhetetlen lenne. A 3D nyomtatás előnye, hogy kis sorozatszám mellett is költséghatékony módon hoz létre komplex geometriákat.

A 3D modellek a betegkommunikációt is segítik. A használatukkal a beteg jobban megérti, mi történik a testében, adott esetben mi fog történni a műtét alatt.

A műtéti eljárások során a virtuális valóság eszközeit is használják?

Ha elkészül egy számítógéppel létrehozott műtéti terv vagy egyénre szabott eszköz, akkor ezek virtuális prototípusát is meg lehet jeleníteni. Az orvos a problémát és a rá adott választ meg tudja tekinteni virtuálisan, vissza tud jelezni, mielőtt kinyomtatásra kerül a prototípus. A kinyomtatott példány így már egy nagyon magas szintű elővalidáción megy keresztül.

Napjainkban egyre népszerűbb téma a mesterséges intelligencia (angolul: Artificial Intelligence, röviden AI). Az ön szakterületét befolyásolja az AI?

A laboron belül külön entitásként kezeljük, és már megfogalmazódott a stratégiai döntés, hogy külön munkacsoport fog foglalkozni a mesterséges intelligenciával. A CT és MR felvételek alapján létrehozott modellek megalkotása komplex képfeldolgozó szoftverekkel történik, a munka nagy része automatizálható az AI algoritmusok segítségével. Az algoritmusok nemcsak automatizálnak, hanem folyamatosan tanulnak is, így egyre precízebben tudnak komplex problémákat megoldani. Nagyon sok mérnöki és kutatóorvosi munkaórát megspórolhat egy kifejlesztett, validált algoritmus.

Az AI egyre több feladatot vesz át az embertől?

Inkább úgy mondanám, hogy egyre több dologban segít. A kutatói munkák egy jelentős része nagyon precíz, repetitív, időnként monoton tevékenység. Így jutunk el ahhoz az információhoz, aminek az értelmezése egy szellemi kaland. Az AI sok mindent át tud venni, de az interpretáció és a stratégiai döntések megmaradnak az embernek. A munka leginspirálóbb része egyben magának a kutatónak a felelőssége.

Tendencia, hogy az orvostudomány egyre inkább összefonódik a mérnöki tudományokkal?

Egyértelműen igen. Már a gyógyításhoz, a klinikumhoz köthető kutatócsoportokban is bevett, hogy adott esetben mérnök is részt vesz a munkában. A komplex műtétek bonyolult eszközöket vagy implantátumrendszert igényelnek. Ez olyan tudást, olyan műtéti előkészítést igényel, aminek részese lehet a klinikai mérnöki tevekénység.

A hatékony közös munka érdekében szükség van-e arra, hogy az átlagosnál jobban rálássanak a másik területre?

A laborban jelenleg öt PhD hallató dolgozik, ketten orvosok, hárman mérnökök, illetve én vezetőként veszek részt a munkában. Előtte biomechanikai területre fókuszáló kutatásokban vettem részt, tanfolyamokat végeztem el, volt olyan, hogy a sok mérnök között én voltam az egyetlen orvos. Korábban volt együttműködésünk a Bolognai Egyetemmel, két mérnök PhD hallgató töltött itt másfél évet, ez idő alatt a doktori munkájukhoz szükséges kutatásokat a laborban végezték.

Mottónk és egyben tevékenységünk esszenciája az a gondolat, hogy hidat építsünk a mérnöki tudományok és a klinikum között.

A mérnöki ismeretek elsajátítása, a mérnöki tudományokban való tájékozódás alapfeltételnek számít. Ugyanakkor az itt dolgozó mérnökök szintén jártasak az anatómiában, a patológiában, ismerik a műtéti eljárásokat. Egyes esetekben a mérnök is bent van a műtétnél mint megfigyelő, a sebész így tud tőle kérdezni egy esetleges egyénspecifikus eszköz használata kapcsán.

Említettük a digitális megoldásokat, a 3D nyomtatási technológiát, a virtuális tervezést és a mesterséges intelligenciát is. Úgy tűnhet, hogy már most forradalmi fejlesztések mentén zajlik az orvoslás, ugyanakkor felmerül a kérdés: mit hozhat még a jövő az önök szakterületén?

Nagyon egyszerűen: a digitalizációnak egyre szélesebb körű elterjedését, és ezáltal a személyre szabott gyógyító tevékenység térnyerését. A jövő a személyre szabott gerincsebészeté és a személyre szabott mozgásszervi sebészeté lesz.