3D w medycynie: świat wirtualny i nowe technologie

Postęp rządzi się swoimi prawami – opanowujemy kolejne dziedziny nauki, tworząc nowe technologie. Często zdarza się, że stwarzamy coś, co pierwotnie miało inne przeznaczenie, ale znajdujemy dla tego nowe zastosowania i rozszerzamy początkowy zamysł na inne dziedziny nauki.

Tak się stało z grami komputerowymi. U zarania swojego istnienia miały być tylko i wyłącznie źródłem rozrywki. Później, zobaczywszy jak łatwo ta technologia trafi ła do młodzieży, stworzono gry edukacyjne, łączące zabawę z nauką, by uczynić ją ciekawszą. Postęp sprawił, że osiągając kolejne możliwości technologiczne, ich twórcy starali się jak najbardziej urealnić kreowane światy. Efektem tych działań są gry, w których jakość ob-razu nie pozwala na odróżnienie fikcji od rzeczywistości, a świat wirtualny staje się tak zbliżony do realnego, że zdaje się być urzeczywistnieniem naszych fantazji i marzeń. Właśnie ta technologia trafiła kilka lat temu w ręce naukowców, próbujących unowocześnić proces edukacji nowego pokolenia lekarzy.

Edukować i planować

Na całym świecie szkoły medyczne i uniwersytety natrafi ają na poważną barierę w edukacji studentów medycyny i nauk pokrewnych – jest nią brak materiału biologicznego do nauki. O ile łatwo wytworzyć w laboratoriach komórki czy tkanki do celów badawczych, o tyle większym problemem staje się pozyskiwanie ciał do badań. W dzisiejszych czasach ludzie coraz rzadziej zapisują swoje ciała na cele naukowe. Ma to wiele przyczyn o podłożu kulturowym i religijnym. Na czym więc mają się uczyć studenci? Ryciny i wykłady nigdy nie zastąpią bezpośredniego kontaktu z eksponatem. Próbując zmierzyć się z tym problemem, stworzono świat wirtualny, pozwalający na odkrywanie tajemnic ludzkiego ciała.

Wirtualny obraz serca i naczyń klatki piersiowej.

W 2014 r., prof. Mark Griswold z Case Western Reserve University w USA wziął udział w badaniach nad systemem holograficznej prezentacji, która przenosi użytkownika w wirtualny świat i pozwala mu na interakcję z nim. W ramach testów mógł ujrzeć świat hologramów w otaczającej go rzeczywistości oraz nawiązać w wirtualnym świecie kontakt z drugą osobą – komputerową projekcją człowieka, znajdującego się w oddzielnym pomieszczeniu. Obie strony mogły rozmawiać ze sobą w wirtualnej rzeczywistości, nie widząc się. Dalsza współpraca uniwersytetu i jego pracowników z naukowcami zaowocowała pierwszymi, prototypowymi aplikacjami, służącymi do nauki anatomii człowieka.

Kreacja wirtualnego świata pozwala na odtworzenie każdej struktury ciała człowieka i umieszczenie jej w cyfrowym modelu. W przyszłości będzie możliwe stworzenie odwzorowania całego organizmu i eksploracja ludzkiego ciała w postaci hologramu, oglądania go pod każdym kątem, zgłębiania tajników funkcjonowania poszczególnych organów, mając niejako przed oczyma ich dokładny obraz. Studenci będą mogli uczyć się anatomii i fizjologii bez kontaktu z żywym człowiekiem lub jego martwym ciałem. Mało tego, nawet nauczyciel będzie mógł prowadzić zajęcia pod postacią swojej holograficznej projekcji, nie będąc wcale w danym miejscu. Znikną ograniczenia czasu i przestrzeni w nauce i dostępie do wiedzy, ewentualną barierą pozostanie tylko dostęp do technologii. Wirtualny model pozwoli chirurgom na naukę bez potrzeby wykonywania operacji na żywym organizmie, a dokładność odwzorowania umożliwi stworzenie takiej kopii rzeczywistości, że będzie można oddać wiernie realia prawdziwego zabiegu, włącznie z rekcjami całego ciała pacjenta. Wirtualna sala operacyjna, cyfrowy pacjent? To dopiero stanie się osiągnięciem w nauczaniu!

Ta sama technologia pozwoli na planowanie konkretnych zabiegów operacyjnych u konkretnych osób. Po dokładnym zeskanowaniu ich ciał i stworzeniu holograficznego modelu, lekarze będą mogli zapznać się z anatomią swojego pacjenta i jego chorobą, bez wykonywania badań inwazyjnych. Na modelach chorych narządów zaplanują kolejne etapy leczenia. Przystępując do prawdziwej operacji, będą więc doskonale znali ciało operowanego człowieka i nic ich nie zaskoczy.

Nauczanie na wirtualnym modelu ciała pacjenta.

Technologia nie zastąpi kontaktu

Rodzi się jednak pytanie, czy wszystko da się zastąpić technologią? Żadna dostępna nam metoda nie zastąpi kontaktu z prawdziwym pacjentem i z jego ciałem. Nie da się odwzorować cyfrowo wrażliwości tkanek, ich struktury i konsystencji, a przede wszystkim ludzkich reakcji. Czy można odwzorować cyfrowo ból i strach człowieka? Pomimo rozwoju techniki młodzi lekarze nadal będą musieli spotykać się także z prawdziwym człowiekiem.

Nie bez przyczyny kilka lat temu zalecono, aby studenci medycyny w Polsce i na świecie odbywali zajęcia z prawdziwymi pacjentami i kształtowali swoje relacje z ludźmi, oraz aby kadra akademicka oprócz nabywania wiedzy uczyła się także empatii, współczucia i szacunku dla człowieka. Często zdarza się, że pierwsze prawdziwe spotkanie z pacjentem studenci medycyny mają dopiero podczas praktyk czy na stażu. Wyrwani z akademickiej rzeczywistości nie potrafią rozmawiać z chorymi i radzić sobie z ich trudnymi emocjami. Można mieć wątpliwości, czy dalsze odgradzanie studenta od pacjentów, które niesie ze sobą nowa technologia, będzie miało dobry wpływ na młodych lekarzy. Czy tworząc doskonałych fachowców, pomożemy im pozostać po prostu ludźmi? Lekarz to przecież nie rzemieślnik, a los chorego zależy w dużej mierze od jakości kontaktu człowieka z człowiekiem, od zaufania, jakim pacjent obdarzy swojego medyka.

Dawno temu pionierzy medycyny – czasami nawet z pogwałceniem zasad etyki – zdobywali wiedzę tylko i wyłącznie na podstawie kontaktu z ciałem. Obecna wiedza medyczna to właściwie wynik tamtych poszukiwań i ludzkiej dociekliwości. O ile trudniej było poznawać rzeczywistość, tak naprawdę nie wiedząc jeszcze nic, dokonywać odkryć w oparciu tylko i wyłącznie o własne doświadczenie! Wiele sposobów leczenia chirurgicznego powstało właśnie metodą prób i błędów – i choć czasami kończyło się to tragicznie dla pacjenta, nie było innej możliwości.

Jednocześnie to poczucie niejako eksperymentowania na ciele i żywym człowieku uczyło szacunku dla jednego i drugiego. Zmuszało do zastanowienia się nad każdym planowanym krokiem i podejmowania trudnych decyzji. Czy wirtualne ciało i wirtualny pacjent będą w stanie nauczyć tego samego? Czy kontakt z hologramem nauczy nowe pokolenia lekarzy szacunku i współczucia, a rozmowa z wirtualną projekcją pozwoli na rozwinięcie empatii? To pytanie stoi przez naukowcami, wdrażającymi cyfrowe technologie do szkół medycznych.

Bez wątpienia wkład nowych rozwiązań technicznych w kształcenie lekarzy jest nie do przecenienia, jednak nie wszystko da się zastąpić komputerem. Cyfrowa rzeczywistość pozwoli na doskonałe wyedukowanie lekarzy specjalistów – oby pozwoliła im pozostać także „ludzkimi” lekarzami.

Wizualizacja technik przyszłości - model ciała człowieka.

Wydrukować modele i części

Medycyna światowa dysponuje już teraz wieloma technologiami obrazowania, jeszcze kilka lat temu uważanymi za kosmiczne. To, co mamy na wyciągnięcie ręki, to wizualizacje 3D – kolejne niezwykle pomocne narzędzie, wykorzystywane w leczeniu trudnych przypadków. Choć drukarki przestrzenne stanowią stosunkowo nowe odkrycie, od kilku lat mają już swoje zastosowanie w medycynie. W Polsce wykorzystywane są głównie przy planowaniu zabiegów, m.in. operacji kardiochirurgicznych. Każda wada serca to wielka niewiadoma, nie ma bowiem dwóch takich samych przypadków i czasami lekarzom trudno przewidzieć, co może ich zaskoczyć po otwarciu klatki piersiowej pacjenta. Dostępne nam dotąd technologie, takie jak rezonans magnetyczny czy tomografia komputerowa, nie są w stanie dokładnie ukazać wszystkich struktur. Istnieje więc potrzeba głębszego poznania ciała konkretnego pacjenta i taką możliwość zapewnia lekarzom obrazowanie 3D na ekranie komputera, przekładane później na przestrzenne modele wykonywane z silikonu lub plastiku.

Polskie ośrodki kardiochirurgiczne już od kilku lat stosują metodę skanowania i odwzorowania w modelach 3D struktur serca, na podstawie których planują operacje. Często zdarza się, że dopiero model przestrzenny ujawnia problem, który zaskoczyłby chirurga w czasie wykonywania zabiegu. Dostępna technika pozwala na uniknięcie takich niespodzianek. Dlatego ten rodzaj badania zyskuje coraz większe rzesze zwolenników i kolejne kliniki wykorzystują modele 3D w diagnostyce. Specjaliści pozostałych dziedzin medycyny podobnie wykorzystują tę technologię i stale ją rozwijają.

Niektóre ośrodki, w Polsce i za granicą, wykonują już pionierskie operacje z użyciem endoprotez kości czy naczyń wydrukowanych w technologii 3D. Ośrodki ortopedyczne na całym świecie drukują na drukarkach przestrzennych protezy kończyn, doskonale dopasowane do konkretnego pacjenta. I, co nie jest bez znaczenia – są one o wiele tańsze niż tradycyjne. Ze wzruszeniem oglądałam jakiś czas temu fragment reportażu, w którym pokazano historię chłopca z amputowaną ręką. Otrzymałon protezę wykonaną w technologii drukowania 3D, która stanowiła doskonałą kopię dłoni Iron Mana – ukochanego superbohatera małego pacjenta. Była od zwykłych protez lżejsza, tańsza i, przede wszystkim, idealnie dopasowana.

Marzeniem medycyny jest, aby każdą brakującą część ciała, którą można zastąpić sztucznym odpowiednikiem, wykonywać w technologii 3D, dostosowując tworzony model do wymogów konkretnego pacjenta. Takie spersonalizowane „części zamienne”, drukowane w przystępnej dla każdego cenie, zrewolucjonizowałyby nowoczesną medycynę.

Badania nad systemem hologramów trwają nadal, przy współpracy z lekarzami wielu specjalności. Pojawiają się już pierwsze aplikacje z anatomią człowieka i pierwsi lekarze poznają holograficzną technologię przyszłości. Modele 3D na stałe wpisały się już w nowoczesną medycynę i pozwalają w zaciszu gabinetu opracowywać najlepsze metody leczenia. W przyszłości technologia wirtualna rozwiąże wiele innych problemów, z którymi medycyna stara się sobie poradzić. Wyszkoli nowe pokolenia lekarzy, a dla szerzenia nauki i wiedzy nie będzie już ograniczeń.