Od vývoje her na medicínu: David Sibřina modeluje složité operace pomocí 3D simulací
Lékaři mají možnost naplánovat si operaci do nejmenších detailů dřív. Díky mladému Čechovi se podívají dovnitř pacienta.
Diplomová práce nadaného inženýra přivedla lékaře z IKEMu k novým možnostem transplantační chirurgie. Díky aplikaci 25letého Davida Sibřiny ze SSŠVT mohou ve virtuální realitě plánovat nestandardní zákroky u jednotlivých pacientů „nanečisto“.
Jak funguje aplikace, kterou v IKEMu spolu s dalšími odborníky vyvíjíte?
Chirurgové běžně pracují s daty z počítačové tomografie, tzv. cétéčka, a z magnetické rezonance. Jak to ale uvnitř pacienta skutečně vypadá, si před operací vždy mohli jen domýšlet. Aplikace, kterou v IKEMu vyvíjíme, ze zmíněných osobních dat vymodeluje detailní orgán pacienta a podobu jeho postižení.
Jak to funguje?
Díky 3D efektu může operatér s orgánem ve virtuální realitě interagovat, vše si přeměřit v reálných rozměrech, podívat se do vnitřních struktur orgánu a nalézt ideální chirurgické řešení problému. Lékař získá větší jistotu, jelikož ještě před zákrokem na sále ví, co přesně ho u konkrétního pacienta čeká.
Chtěl jste podobnou práci dělat už jako malý kluk?
Chtěl jsem ICT školu, která mi umožní jak obecný přehled, tak budoucí užší specializaci. V matematice jsem byl vždy spíš podprůměrný, zato mám velmi dobrou prostorovou představivost. Primárně jsem na střední studoval výpočetní grafiku a tvorbu webu. Když jsme se pak ve třetím ročníku dostali k 3D modelování v CADu, bylo rozhodnuto. Nadchl jsem se pro 3D grafiku a plánoval kariéru jako technický grafik prostředí pro filmový nebo herní průmysl.
Proč jste odjel studovat do zahraničí, mezi českými školami jste si nevybral?
Přesně tak. Tehdejší nabídka vysokoškolských oborů 3D grafiky a animace v Česku nebyla dobrá. Poslal jsem přihlášky na pět zahraničních univerzit, přijali mě na všechny. Měl jsem štěstí, ale i kdybych se nedostal do zahraničí na první pokus, zkusil bych to za rok znovu.
Nakonec jste zakotvil v Anglii, proč?
V Anglii si velmi cení, když člověk ukáže motivaci, a že umí se získaným vzděláním dobře naložit. Já měl jasný cíl, a to věnovat se vizuálním efektům. A také už jsem měl nějaké pracovní zkušenosti. Úzká profilace byla mezi dalšími českými uchazeči, převážně gymnazisty, moje výhoda.
Dobře, jak jste se ale dostal až ke spolupráci s lékaři?
Tehdy jsem se věnoval modelaci 3D prostředí v počítačových hrách, což je profese na pomezí umění a technologií. Umím dobře odhadnout, co a kde má být, jak to má vypadat, postavit celé vizuální pole tak, aby bylo uživatelsky příjemné. Zároveň jsem ale vždycky toužil po nějakém vědním oboru. Jako pacient v ordinaci jsem byl fascinován přístroji, bavil se s lékaři, jak fungují, a prohlížel si vlastní obrázky z magnetické rezonance, která poskytuje tisíce snímků těla po miniaturních řezech nasnímaných ze tří různých stran.
Prozradíte, o jaké nemoci se bavíme?
Podezření na mozkovou příhodu, které se naštěstí nepotvrdilo. Ale v datech jsem spatřil potenciál pro virtuální realitu. Pak jsem se začal o možnosti propojení mého oboru 3D grafiky a medicíny aktivně zajímat.
Volba nakonec padla na další prestižní anglickou univerzitu v Sheffieldu, obor výpočetní medicína. Proč?
V Sheffieldu jsem studoval obor zaměřený na personalizaci medicíny pod institutem Insigneo Institute, což je multidisciplinární tým lékařů, inženýrů, počítačových vědců a matematiků. Právě tady jsem se naučil, jak lze jen ze základních dat zjistit maximum o zdravotním stavu pacienta.
Jak Váš výzkum pokročil?
Brzy budeme schopni léčit pacienta pouze na základě jeho osobních dat. Už nyní umíme u pacienta s nádorem zrekonstruovat, jak to u něj uvnitř detailně vypadá, a simulovat, co se bude dál dít. K běžné praxi však vede ještě dlouhý vývoj.
Jestli to dobře chápu, věnujete se výzkumu a vývoji aplikaci, která vytváří virtuální simulaci orgánu pacienta „na míru“. Bylo to pro zkušeného ajťáka na poli medicíny snadné?
Studium mi dalo strašně moc, ale tento rok byl nejtěžší v mém životě. Prakticky jsem se hodil do simulací krevního řečiště a aneurysmatu, simulací a predikace vývoje chorob, které postihují kosti (osteoporóza), přes bioinformatiku a genetiku po vektorovou matematiku, jak fungují kosti a klouby. Hned na této první přednášce jsem to chtěl vzdát.
Vy jste se na začátku pandemie covidu vrátil z Londýna do Prahy. Měl jste rozdělanou diplomovou práci, kterou jste plánoval dokončit v Česku. Jak jste komunikoval s odborníky, bez těch to asi nešlo?
Vytvořil jsem si promo video a pořád někoho otravoval na LinkedInu. Lidi z Akademie věd, Karlovy univerzity, IKEMu, šlo mi především o vědecké instituce. Dlouho jsem neměl žádnou reakci, pak se ale ozval pan inženýr Raška, vedoucí odboru informatiky v IKEMu. Aplikaci jsem předvedl lékařům, zejména pak docentu Froňkovi, který působí v IKEMu jako přednosta kliniky transplantační chirurgie, a navázali jsme spolupráci. Byl jsem šťastný, že někdo vidí potenciál projektu stejně jako já.
Dnes je virtuální realita v medicíně stabilně zastoupena jako trenažér lékařů, mohou si v ní zblízka prohlížet části organismu, zkoušet různé typy předdefinovaných operací a funguje také jako studijní pomůcka mediků. O co přesně tedy v IKEMu jde?
Vytvořit ve virtuální realitě model každého jednotlivého pacienta zvlášť, tedy personalizovanou simulaci. Různí lidé mají specifickou anatomii a my se ji snažíme odkrýt. Jít do hloubky vnitřních struktur orgánů, nezůstat jen na povrchu. Technologie virtuální reality se prudce rozvíjí, spíš tedy v zábavním průmyslu než v medicíně, ale právě IKEM má k vědeckému výzkumu v této oblasti ideální podmínky, zde se neléčí lidé s běžnými chorobami.
Můžete to více popsat?
Pokud se jedná o nádorové onemocnění, operatér na 3D modelu orgánu vidí, kde přesně je nádor umístěn, do jakých struktur a cév zasahuje, a podle toho si může promyslet operaci. Jednoduše řečeno, taková vizualizace prohlubuje celkové porozumění specifické anatomie každého pacienta, a to hlavně díky skutečné trojrozměrné vizualizaci.
Pokud vím, tak vaši aplikaci už dnes lékaři využívají při operacích jater, je to tak?
Ano. Játra mají schopnost se do nějaké míry regenerovat, což je základní poznatek u řady operací a transplantací. Jedna játra od dárce se můžou rozdělit mezi dva příjemce, a to i u nejmenších miminek.
A zde „nastupuje“ aplikace…
Lékař musí určit, jak velký kus vyjmout, respektive transplantovat, a právě objem se u komplexní geometrie jater počítá obtížně. Výpočty z dat se někdy liší až o 30 procent, a to je další úkol, který se snažíme momentálně vyřešit. Naopak ve virtuální realitě vidí operatér model orgánu s nejvyšší možnou přesností.
Kam budete profesně směřovat, spíše k aplikované dráze, nebo k akademické?
Ideálně bych je chtěl kombinovat. Baví mě výzkum, ale zase bych nechtěl být jen na pozici „profesora“. V IKEMu mi pomáhají rozvíjet se vědecky i lidsky. Za poslední rok jsme celý projekt posunuli úplně na jinou úroveň.
Máte podporu k dalšímu studiu v Anglii?
Absolutní. Tam se věnuji podobné aplikaci pro účely simulace derotačních osteotomií ve spodních končetinách u dětí, které trpí rotačními abnormalitami a nemohou dobře chodit. I tady se posunujeme velmi rychle a já věřím, že virtuální realita bude pro další generace lékařů už běžnou součástí personalizované medicíny.
