Nápady a objevy

17. dubna 2019

Výzkumníci z FSI VUT dokážou spočítat riziko roztržení aorty. Podílejí se také na vývoji implantátů na míru

Výzkumník Petr Marcián se zabývá problémy svalově-kosterní soustavy | Autor: Archiv Petra Marciána
S jak vysokou pravděpodobností dojde u pacienta k porušení srdeční aorty? Jak navrhnout pacientovi implantát na míru? A jaké vlastnosti by měla mít kloubní endoprotéza pro dítě, které stále ještě roste? To jsou otázky, na které umí lékařům odpovědět výzkumníci z Odboru biomechaniky tkání a numerického modelování v lékařství na Fakultě strojního inženýrství VUT. Zajímá je biomechanika srdečně-cévní i svalově-kosterní soustavy.

U pacientů s výdutí srdeční aorty musí lékaři často poměřovat riziko jejího roztržení s rizikem samotné operace. V tom jim může pomáhat výzkumný tým z Odboru biomechaniky FSI VUT. Výpočtový model vytvořený ve skupině profesora Jiřího Burši dokáže určit, jaké je ve výduti napětí, a jako první na světě počítá také pravděpodobnost jejího roztržení. Může tak ušetřit pacienta případné zbytečné operace. Do modelu zahrnují také uspořádání kolagenních vláken ve stěně tepny a jejich vliv na mechanické vlastnosti tepny. „Cílem výzkumu je poskytnout lékařům nástroj, který jim umožní rozlišit rizikové nestabilní výdutě od stabilních, které pacienta neohrožují,“ vysvětlil výzkumník Jiří Burša s upozorněním, že v současnosti se vědci z VUT snaží podobným způsobem určit i riziko náhlé cévní příhody u pacientů trpících kornatěním tepen.

Pomocí výpočtového modelování se výzkumníci snaží řešit také problémy mechaniky svalově-kosterní soustavy. S lékaři spolupracují na navrhování dentálních či lebečních implantátů, které pacienti potřebují po těžkých autonehodách či nádorových onemocněních. „V případě dentálních implantátů se snažíme pomocí deformačně-napěťových analýz zjistit, jak by měla být kostní tkáň namáhána, aby nezačala atrofovat nebo nereagovala zánětem,“ popsal výzkumník Petr Marcián. Na Odboru biomechaniky dokážou také vytvářet výpočtové modely chování kostních tkání na mikroúrovni, která umožňuje analyzovat i složité pórovité struktury. Společně s lékaři z Nizozemska a Japonska se tak snaží popsat chování mechanicky zatížené kostní tkáně.

Ukázka výpočtového modelu geometrie lebečního implantátu a výsledného průběhu redukovaného napětí na povrchu lebky a implantátu | Autor: Archiv Petra Marciána
Výzkumníci z FSI VUT se podíleli také na vývoji tzv. rostoucí endoprotézy kolenních kloubů, která je určena dětským pacientům. „Kvůli nádorovým onemocněním je někdy potřeba odstranit celý kloub. Lékař místo něj může zavést endoprotézu menší velikosti, problém ale je, že dítě stále ještě roste. A právě kolenní klouby není možné opakovaně nahrazovat stále většími endoprotézami, protože kostní tkáň po každé operaci ubývá. Aby bylo možné nutnou reoperaci co nejvíce oddálit, navrhli jsme spolu s lékaři a společností specializující se na výrobu implantátů uvnitř endoprotézy šroubový mechanismus. Ten umožní endoprotézu neinvazivním zákrokem vždy protáhnout na odpovídající velikost,“ dodal výzkumník.

Aktuálním trendem v oboru kosterně-svalové biomechaniky je vyrábění implantátů na míru pomocí 3D tisku. Lékaři by si je mohli v ideálním případě navrhovat sami, například v mobilní aplikaci. „Pacientovi přivezenému od těžké nehody by byla provedena standardní diagnostika včetně CT snímků, které se pošlou lékaři. Ten by implantát navrhl ve speciální aplikaci, ověřil jeho vlastnosti a odeslal do 3D tiskárny. Odtud by vyrobený implantát putoval rovnou na operační sál. Ale to je zatím hudba budoucnosti,“ nastínil budoucí vývoj Marcián. Aplikace podobného typu už existují, technologie 3D tisku v klinické praxi je však zatím na začátku. „Největší výzvou teď bude nadále zpřesňovat data z CT vyšetření, abychom implantáty dokázali vyrábět ještě lépe,“ uzavřel výzkumník.

(mar)

TémataCEITEC VUT Fakulta strojního inženýrství

Související články:
Miroslav Kolíbal získal medaili za nadstavbu elektronového mikroskopu
V CEITECu zkoumají mozek. Zaměřují se především na nervy a cévy
V CEITEC VUT umí z keramiky vyrobit neprůstřelné sklo i náhradní kloub
Věda v Hongkongu má větší drive. Studenti ale často netuší, proč věci dělají, říká výzkumník Petr Dvořák
Radim Chmelík: Uvidíme ještě zajímavé věci