Изобретение московского хирурга: как 3D-моделирование помогает в операционной
Александр Неведров — о 3D-моделировании в хирургии, дополненной реальности в операционной, профессиональной мечте и будущей книге.
Помощь при травмах и осложненных переломах рук и ног, операции на головном мозге при опухолях и внутримозговых гематомах, высокоточная диагностика легких — этим и другим жизненно важным темам посвящают свои исследования московские врачи. 33 молодых специалиста рассказали о новых технологиях и уникальных операциях на конференции, которая прошла в НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского.
Лучшей эксперты признали работу Александра Неведрова — научного сотрудника отделения сочетанной и множественной травмы НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского. Он предложил репетировать операцию на 3D-моделях. Это снижает риски, повышает точность операции и сокращает ее длительность. Автора разработки наградили поездкой на стажировку в Китай.
Александр Неведров рассказал mos.ru, как смоделировать хирургическое вмешательство в 3D, когда очки виртуальной реальности будут обязательны в операционной и почему работа хирурга сродни проектированию большого здания.
— В чем суть вашей технологии?
— Мы — отделение травматологии — совместно с отделениями микрохирургии и компьютерной томографии улучшаем технологию выполнения сложных реконструктивных вмешательств на конечностях. Допустим, человек сломал ногу: у него повреждены мягкие ткани, кости, сосуды. Чтобы поставить его на ноги, чтобы он не стал инвалидом, требуется большое количество оперативных вмешательств, и одно из важнейших — восстановление скелета конечностей, ведь угловые деформации, укорочение, несросшиеся переломы могут вызывать боль или лишить человека работоспособности.
Эти вмешательства требуют очень большой точности выполнения. Их, наверное, можно сравнить с архитектурой или проектированием большого здания: все должно быть правильно, все углы, размеры нужно соблюсти. Если у человека нет какого-то участка кости, мы должны подобрать костный трансплантат, точно соответствующий дефекту. С этой же проблемой сталкиваются челюстно-лицевые хирурги при восстановлении челюсти, поэтому у них технология 3D-моделирования, которой мы занимаемся, тоже активно применяется.
Мы идем на операцию, смоделировав ее в трехмерном пространстве
Суть нашей работы заключается в том, что мы выполняем детальное предоперационное планирование и на операцию идем, смоделировав это оперативное вмешательство в виртуальном трехмерном пространстве. Идею операции нужно перенести из виртуального пространства в реальное, а наиболее быстрой сейчас является технология так называемого прототипирования — 3D-печати. С помощью бесплатной программы 3D Slicer можно перенести данные с компьютерной томографии (КТ) и построить модели, которые может обработать обычный трехмерный графический редактор, например Blender. На нем создаются трехмерные игры — стрелялки, бродилки. А нам он помогает планировать операции.
Мы можем буквально за один вечер получить данные КТ пациента, смоделировать оперативное вмешательство в 3D-редакторе, подобрать, на сколько мы должны изменить угол кости, на сколько удлинить или укоротить ее, подобрать имплант для фиксации, трансплантат, все это рассчитать и почти в тот же вечер распечатать на 3D-принтере шаблоны и направители для операции.
— Сколько времени занимает такая подготовка?
— Само планирование, моделирование — минут 40. В среднем время операции на столько и сокращается, но операционное время очень дорого. Как говорил кардиохирург Дебейки (американский кардиохирург Майкл Эллис Дебейки. — Прим. mos.ru), операционная не место для импровизации. Здесь все должно получаться. А при виртуальном трехмерном планировании можно попробовать один вариант, другой. Так что, мне кажется, эти затраты времени вполне оправданны, особенно при выполнении сложных реконструктивных вмешательств.
— Ваш метод уже применяется на практике?
— Да. На сегодня по этой технологии прооперированы 12 пациентов. Мы начали не так давно — около 10 месяцев назад.
— Какая из этих операций вам запомнилась?
— У молодого пациента 18 лет было повреждение ладьевидной кости. Это маленькая косточка в запястье, но от нее зависит очень многое: если она деформирована или есть ее несросшийся перелом, то появится выраженная боль. А если человек занимается физическим трудом, он не сможет из-за этого работать.
Мы сделали КТ поврежденного и здорового запястья, в трехмерном редакторе отзеркалили ладьевидную кость со здорового запястья и совместили с ладьевидной костью поврежденного, смоделировали кровоснабжаемый трансплантат нужного размера, выяснили, как нам нужно подвинуть отломки ладьевидной кости для воссоздания ее первоначальной формы. И все это в компьютере перед операцией легко встало на свои места.
Если операция без 3D-планирования занимала около двух с половиной часов и было не очень понятно, насколько хорошо мы восстановили анатомию пациента, тут она заняла 1,5 часа. Мы пересадили васкуляризированный трансплантат, восстановили первоначальную форму ладьевидной кости, достигли сращения, и пациент вернулся к работе.
До внедрения этой технологии мне было очень сложно в трехмерном пространстве представить операцию.
— В чем преимущества этого метода для врача и пациента?
— Когда все возможности есть в отделении, это быстрота. Первое время мы это делали в сторонних организациях, и уходила неделя. Мы решили, что все нужно делать, что называется, у постели больного.
Мне как хирургу этот метод позволяет четко представить оперативное вмешательство, спланировать его. А еще, когда есть шаблоны и распечатанные направители, получается очень удобно и хорошо оперировать. Это уже не сложная операция века: и в голове, и в компьютере план есть, все получается быстро и легко.
Благодаря этой технологии более качественно восстанавливается анатомия
Любая минута, проведенная под наркозом на операционном столе, отражается на здоровье пациента, и чем быстрее мы все делаем, тем для него лучше. Кроме того, благодаря этой технологии более качественно восстанавливается анатомия. Чем лучше мы восстановим анатомию, тем лучше результат. Это очень важно для пациента.
— Насколько эта технология затратна?
— Мы живем в век, когда возможности современной телестудии может заменить смартфон, а технология 3D-печати позволяет заменить возможности производства пластиковых изделий. Стоимость материалов для одной операции составляет рублей 20. К тому же сейчас очень хорошо развито так называемое свободное программное обеспечение, и мы пользуемся бесплатным программами для этой технологии.
— То есть московские больницы могут себе позволить такой метод?
— Да. Сам 3D-принтер сейчас стоит 300 долларов.
— Чтобы с ним работать, нужна подготовка?
— Сейчас проще и с подготовкой: посмотрел два-три ролика на YouTube — и вот ты разбираешься в какой-то технологии. Понятно, что к медицине это не относится, но напечатать заготовку — почему нет? Получается быстро, эффективно, недорого. Это фактически распечатанная компьютерная томограмма кости пациента. Обычно мы смотрим двухмерные снимки КТ, а тут мы можем посмотреть и пощупать. И даже для пациента это хорошо, потому что мы можем ему четко объяснить: у вас хронический остеомиелит, в большой берцовой кости вот такая-то полость, мы должны ее убрать.
Планируем развивать технологию дополненной реальности
— Вы планируете еще работать над ней?
— Для меня первое место на конференции — это признание того, что мы движемся в правильном направлении и эти технологии действительно востребованы. Конечно, это мощный стимул продолжать работу. Мы планируем совершенствовать эту технологию и развивать другие направления быстрого прототипирования, в частности технологию дополненной реальности, когда используются очки и совмещается КТ-изображение и реальный объект.
— Что-то похожее уже делается в мире?
— Да, над этим сейчас активно работают, это перспективное направление. Наверное, в скором будущем мы уже будем видеть пациента насквозь, видеть через кожу и оперировать. Чувствуется, что технологии шагнули далеко вперед.
— В чем преимущества вашей технологии в сравнении с зарубежными?
— За рубежом эта технология применяется в основном в челюстно-лицевой хирургии, а мы активно ее применяем при реконструкции конечностей. Также мы совмещаем ее с микрохирургией, по-научному это называется аутотрансплантация васкуляризированных комплексов тканей человека. У человека много донорских мест, и, когда у пациента дефект кожи, кости, мышцы, мы можем взять их для пересадки у него же.
Чего вы ждете от стажировки в Китае?—
— Китайцы, пожалуй, находятся впереди планеты всей в вопросах микрохирургии и реконструктивных вмешательств. Это и хотелось бы посмотреть, набраться опыта. Пока программа находится в стадии разработки.
— На конференции 33 специалиста презентовали свои научные разработки. Какие из них вы бы отметили?
— Мне очень понравилась работа моего коллеги из Боткинской больницы по опухолям мозга. Это тяжелейшая проблема, и отлично, что они ее с большим процентом успеха решают. Они очень четко маркируют границы опухоли с помощью специальных флуоресцентных красителей. Под микроскопом это прекрасно видно. И они используют нейромониторинг: фактически мозг пациента во время операции работает, и врачи следят за тем, чтобы не затронуть какие-то важнейшие нейроструктуры при удалении опухоли и в то же время удалить ее полностью, иначе будет рецидив.
Еще запомнилась работа, связанная с 3D-печатью по гнойным осложнениям при эндопротезировании, и работа по новым видам остеосинтеза, в частности новым видам остеосинтеза переломов ключицы.
Вообще, медицина, наверное, без науки не может существовать, потому что любой врач оценивает результаты своей работы, думает, как можно эти результаты улучшить. А это уже во многом научная деятельность.
— Город поддерживает изыскания московских ученых?
— Да, активно поддерживает. Медицина, особенно в последние годы, стала вполне доходной профессией.
— На премию молодым ученым планируете подавать заявку?
— Я в прошлом году подавал заявку. Мы работали над проблемой аутотрансплантации васкуляризированных комплексов тканей у пациентов с острой травматической патологией. Над технологией 3D-моделирования еще нужно детально поработать, это были предварительные результаты.
— Почему вы выбрали профессию врача?
— Когда я учился в девятом или десятом классе, летом работал в ветеринарной клинике. Мне понравилось лечить. У меня мама — врач, и мне посоветовали не идти в ветеринарию, а заняться лечением людей.
— А почему именно травматология?
— В институте я очень увлекался экстремальными видами спорта, и травматология была для нас самым насущным вопросом. Правда, сам я в больницу с травмами не попадал, Бог миловал.
— Какая у вас профессиональная мечта?
— Когда я еще в школе учился, у меня была мечта работать травматологом в Склифе. Вот она и реализована.
— А что в планах на будущее?
— Ближайшая рабочая и научная цель уже сбывается. Это написание книги о лечении тяжелых открытых переломов. Сейчас мы с научным руководителем этим занимаемся: первую главу уже написали, к маю нужно написать вторую.
Со временем необходимым атрибутом в операционных будут очки виртуальной реальности
— Как, на ваш взгляд, изменилась травматологическая служба в Москве в последнее время?
— Одно из главных достижений, что пациентов все больше и больше стали оперировать «с колес», то есть пациент поступает экстренно и операция проводится практически в первые часы после травмы. Это очень большое достижение, потому что многим это позволяет спасти жизнь, например пожилым. А молодым пациентам то, что в первые сутки выполняется остеосинтез, позволяет во многих случаях уже на третьи-четвертые сутки встать на ноги, через две-три недели — вернуться к полноценной жизни.
Во-вторых, произошел прогресс в реконструктивных вмешательствах. Если раньше мы не могли помогать пациентам при тяжелом переломе голени или каких-то тяжелых гнойных осложнениях в области нижней конечности и единственным выходом была ампутация, то сейчас современные технологии позволяют помочь этим пациентам сохранить ногу и вернуться к полноценной жизни.
Технологии меняют наши методики лечения. Со временем, наверное, необходимым атрибутом при выполнении оперативных вмешательств будет интраоперационная компьютерная томография, когда исследование больного можно будет сделать во время операции, и очки дополненной реальности, чтобы результаты исследований и шаблоны операции можно было видеть на реальном теле пациента.
