Polsko – francuska współpraca dla poprawy jakości życia pacjentów

Projekt badawczy naukowców Wydziału Mechanicznego Politechniki Krakowskiej, realizowany we współpracy z Université Gustave Eiffel pn. „Oszacowanie najgorszego przypadku w biomechanicznym modelowaniu złożonych modeli stawów w czasie zbliżonym do rzeczywistego” uzyskał finansowanie w ramach Programu PHC Polonium.

Jak mówi koordynator projektu – dr inż. Adam Ciszkiewicz z Katedry Mechaniki Stosowanej i Biomechaniki:

– Niedobory personelu medycznego oraz starzenie się społeczeństwa to ważne wyzwania społeczne, z którymi będziemy musieli się zmierzyć w nadchodzących latach. Do tego dochodzi stosunkowo wysoki odsetek pacjentów niezadowolonych z zabiegów medycznych, np. w zakresie endoprotezoplastyki stawu kolanowego. Jednym z potencjalnych rozwiązań tych problemów jest dostępność wiarygodnych i zwalidowanych modeli biomechanicznych i biomedycznych typu “wirtualny bliźniak”. Takie modele mogą zwiększyć skuteczność zabiegów medycznych i zmniejszyć stres personelu medycznego związany z przepracowaniem. Ale przygotowanie takich modeli wymaga odpowiednich narzędzi – mówi dr inż. Adam Ciszkiewicz. – Metoda, którą proponujemy w naszych badaniach – analiza najgorszego przypadku – jest w tym zakresie bardzo interesująca. Pozwala potraktować pacjenta jako jednostkę, a nie statystyczny wynik, czym także wpisuje się w aktualny trend personalizowanej medycyny.

Celem projektu jest opracowanie nowoczesnej metody, która pozwoli oszacować „najgorszy przypadek” w biomechanicznych modelach stawów człowieka. Chodzi o znalezienie takich parametrów modelu, które prowadzą do najbardziej ekstremalnych wyników biomechanicznych. Metoda oparta na zaawansowanych algorytmach optymalizacyjnych i modelach zastępczych ma działać w czasie zbliżonym do rzeczywistego, co oznacza szybkie generowanie wyników – nawet w mniej niż 5 sekund. Projekt koncentruje się na trójwymiarowych modelach stawu kolanowego i skokowego, które znajdują zastosowanie kliniczne, np. w planowaniu przedoperacyjnym. Wyniki uzyskane z analizy najgorszego przypadku mogą poprawić i wzbogacić procedury planowania operacji, mogą też pomóc w lepszym rozumieniu mechaniki stawów człowieka.
Współczesne modele biomechaniczne są szeroko stosowane w medycynie, m.in. w ortopedii i medycynie sportowej. Problemem jest jednak zmienność parametrów wejściowych, takich jak cechy geometryczne (np. kształt kości) czy materiałowe (np. elastyczność tkanek). Nawet niewielkie różnice w tych parametrach mogą znacząco wpływać na wyniki modelowania, co utrudnia precyzyjne przewidywanie rezultatów leczenia. W odpowiedzi na ten problem analiza „najgorszego przypadku” pozwala zidentyfikować najbardziej ekstremalne scenariusze i potencjalne ryzyko. – Dzięki tej metodzie lekarze będą mogli lepiej przygotować się do operacji, informując pacjentów o możliwych najgorszych skutkach zabiegu. To pomoże pacjentom podejmować bardziej świadome decyzje dotyczące leczenia. Co więcej, metoda może być w przyszłości zintegrowana z systemami do planowania operacji, które minimalizują ryzyko najgorszych wyników – wyjaśnia dr Ciszkiewicz.

Potencjalne zastosowania projektu wykraczają poza salę operacyjną. Wyniki badań mogą być też wykorzystane w systemach treningowych dla chirurgów, gdzie symulacje ekstremalnych przypadków pozwolą lepiej zrozumieć mechanikę stawów. Metoda może również znaleźć zastosowanie w projektowaniu implantów ortopedycznych, umożliwiając ich lepsze dostosowanie do zmiennych warunków anatomicznych pacjentów.

Wspólny projekt Politechniki i Université Gustave Eiffel odpowiada na ważne potrzeby społeczne i gospodarcze. Dotyczy poprawy jakości życia pacjentów poprzez bardziej precyzyjne planowanie operacji i zwiększenie szans na lepsze wyniki leczenia. Skrócenie czasu obliczeń i zastosowanie modeli zastępczych może także obniżyć koszty procedur medycznych, czyniąc je bardziej dostępnymi. Zrozumienie mechaniki stawów na tak szczegółowym poziomie może wspomóc rozwój innowacyjnych terapii i urządzeń medycznych. Dlatego projekt może być przyczynkiem do kolejnych, większych przedsięwzięć badawczo-rozwojowych.

Współpraca badawcza naukowców Politechniki Krakowskiej z francuskimi ośrodkami realizowana będzie w ramach programu PHC Polonium, którego operatorem jest Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej. Wspólne projekty otrzymały wsparcie finansowe w oparciu o rekomendację polsko-francuskiej komisji, która dokonała selekcji złożonych w kooperacji wniosków. Granty zostały przyznane na wsparcie mobilności współpracujących ze sobą zespołów badawczych z Polski i Francji, rozwijanie wymiany naukowej i technologicznej przez wspieranie nowo nawiązywanej współpracy, włączanie w nią młodych naukowców i doktorantów oraz otwieranie perspektyw na prowadzenie projektów europejskich. Realizacja projektów przewidziana jest na lata 2024-2025. Rokroczna realizacja konkursu PHC Polonium możliwa jest dzięki współpracy Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej (NAWA) z Ministerstwem Spraw Zagranicznych Francji (MEAE) oraz francuskim Ministerstwem Szkolnictwa Wyższego i Badań. Dotychczas wsparcie otrzymało 122 projektów. Kolejny nabór w ramach PHC Polonium przewidziany jest na maj 2025 roku.

Źródło: mat. prasowe PK, fot. archiwum pryw. A. Ciszkiewicz