Zdeformovaná lebka? Chybějící kost vymodeluje program vědců z brněnské techniky

Vědci řeší lebeční defekty, které typicky vznikají třeba při úrazech hlavy. Ve většině případů navrhují designéři nebo lékaři implantáty ručně ve 3D modelovacích programech, což zabere mnoho hodin. Pokud se chybějící část nachází třeba jen na jedné straně lebky, je možné využít zrcadlení.

Co ale když se úrazem poškodí kost na obou stranách? „Můžete najít jako šablonu třeba podobnou lebku, která je k dispozici v databázi pacientů, ale také je to problematické. Variabilita anatomie je obrovská, takže úprava zabere hodně času. Snažíme se proto o automatizaci modelovací části pomocí umělé inteligence,“ vysvětlil Oldřich Kodym, který se na VUT touto problematikou zabývá. Dokreslit digitálně chybějící kus lebky je možné díky skenům z CT a následnému virtuálnímu modelu, který dostanou lékaři v dispozici ve 3D. A to je první problém, kterému se informatici z brněnské techniky postavili. Aby totiž vznikl model holé lebky, je nutné ze skenů odstranit měkké tkáně a také třeba správně vymodelovat tenké očnice. 

Náročnou a zdlouhavou ruční práci chce Oldřich Kodym přenechat umělé inteligenci: „Aby se program naučil, jak se skeny pracovat bez zásahu člověka, je nutné mu samostatnou práci ukázat na velkém množství dat, což je dnes jedna z nejdražších komodit na světě. A když přijde na zdravotní informace, možnosti se ještě zúží.“

Odborníci z FIT VUT mají naštěstí díky smluvnímu výzkumu s brněnskou softwarovou firmou TESCAN 3DIM a spolupráci s výrobcem implantátů TESCAN Medical dat dostatek. Zatím je ale stále nutné, aby výsledky zkontroloval lékař nebo designér. Ti následně vyrobí formu, do dutiny se nalije biokompatibilní materiál zvaný kostní cement a například po napuštění antibiotiky se pacientovi voperuje. Ve chvíli, kdy mají odborníci k dispozici model virtuálně  rekonstruované lebky se zakresleným poraněním, přichází druhá část, a to je vymodelování implantátu, který lékaři pacientovi následně voperují a ránu zacelí. Právě brněnští informatici byli jedni z prvních, kteří začal umělou inteligenci využívat i k tomuto kroku.

„Není jednoduché vzít tvar přesně doplňující lebku, protože je třeba nutné mít speciální okraje umožňující implantát vůbec pacientovi voperovat, aby se dal k lebce ukotvit. Máme zpětnou vazbu, že automatická rekonstrukce tvaru lebky je dostatečně přesná na to, že vyžaduje už jen pár úprav, aby se dala využít pro výrobu implantátu. Když implantát třeba jen o milimetr dva nesedí, je k ničemu. Musí být hladký a také musí zachovat estetiku lebky,“ narazil Kodym i na otázku, nakolik zachovat původní podobu, i když to znamená například vymodelovat nepravidelný tvar hlavy. Švy a nerovnosti už není potřeba na implantát dokreslovat, protože nejsou zásadní pro správnou funkci.
Program od informatiků z VUT by měl sloužit jako doplněk dnes již komerčně používaného softwaru. I díky nim by se tak mohl celý proces návrhu lebečního implantátu zrychlit.