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Der Herzchirurg, der die Ingenieursprache spricht

3 Februar 2021

Der Herzchirurg, der die Ingenieursprache spricht

Balázs Gasz ist ursprünglich Herzchirurg von Beruf, er ist ordentlicher Professor an dem Chirurgischen Lehr- und Forschungsinstitut der Medizinischen Fakultät der UP, Leiter der Arbeitsgruppe des 3D Zentrums der UP, er ist Botschafter von European Institute and Technology und Gründer des Start-ups „YourAnastomosis” das medizintechnische Lösungen entwickelt. Seine Kariere schlug eine neue Richtung ein, als er die 3D-Technologie kennen gelernt hatte und im Allgemeinen die Möglichkeit, dass an die medizinischen Probleme mit technischen Methoden angenähert werden kann. Sehen wir uns an, warum und wie der Herzchirurg Biotechnologe und am Ende 3D-Konstrukteur wird.

 

von Gábor Szabó

 

- Der Anlass für unseres Gespräch ist eine Brustkorrektur nach Nuss die neulich in Pécs durchgeführt wurdeund in deren Vorbereitung, abweichend von bisheriger Praxis, die 3D-Technologie und persönlich Du eine große Rolle spielten. Die Größe und Form des eingesetzten Metallbügel, der die Brustform korrigiert, wurden bisher von dem Operateur bestimmt. Zumindest bisher.

- Bei diesem Eingriff war für mich zuerst auch unglaublich, dass die eingebrachte Metallplatte tatsächlich einfach nach Augenmaß gebogen wird. Selbstverständlich habe ich schon ähnliche Operation gesehen. Obwohl ich kein Thorax- sondern Herzchirurg bin, bin ich mit dem Protokoll vertraut. Trotzdem war dies für mich überraschend. Wir haben mit Zalán (Dr. Zalán Szántó, der operierende Thorax-Chirurg – Red.) seit langem überlegt, wie könnte dieses Verfahren kalkulierbarer, präziser und angemessen sicherer werden. Wir haben nach den neuesten technischen Lösungen gesucht und jetzt sind wir angekommen, dass diese Lösungen wirklich präzis sind, und können für die Patienten verwendet werden. Die Firma Matro Kft. liefert uns das nach unseren Plänen hergestellte Bügelimplantat, damit wir es zuverlässig und schnell anfertigen können. Die Zusammenarbeit mit der Firma ist reibungslos und hochwertig.

- Es geling eine nicht so kleine Veränderung, besser gesagt Verbesserung innerhalb des chirurgischen Eingriffs zu erreichen. Die Operation dauert etwa um 30 Prozent kürzer und wegen der Dimensionierung des Implantats wurde das Risiko bekämpft. Was hältst du für das wichtigste Ergebnis?

- Die Konzeption. Das wir fähig sind, diese Platte, individuell für den Patienten im Voraus zu planen und herzustellen. Infolgedessen entwickelte sich ein Diskurs, den ich persönlich sehr genieße, unter dem Radiologen, 3D-Planer, Ingenieur, Thorax-Chirurg, der den Gesamtkontext tiefer analysiert, untersucht was von uns gemacht wird. Der Thorax ist ein dynamisches System hat seine Flexibilität und seinen Bewegungsbereich. Darüber hinaus, dass wir eine Platte zu dem Zustand der zwei Konstante (Einatmen und Ausatmen) geplant haben, sind wir fortgefahren und begonnen zu untersuchen wie sich die Brust infolge der Rekonstruktion verändert. Sogar nicht nur die Brust, sondern dadurch alle weiteren Körperteile. Denken wir nur daran, dass durch die Anhebung der Brust bewegen sich auch Schlüsselbeine, kann sich die Haltung ändern und es wäre gut zu wissen, was für einen Einfluss dies alles für die ganze Struktur hat. Die gute Nachricht ist, es scheint das Verfahren verbessern zu können doch offensichtlich brauchen wir Erfahrungen mehrerer ähnlichen Eingriffe, damit von postoperativen CT-Ergebnissen immer mehr Informationen gewonnen werden können.

- Was ist das Inputdatei? Wie bekommt ihr ein 3D-Abbildung der Brust des Patienten?

- Wir arbeiten anhand eines bildgebenden Verfahrens – dies könnte CT oder MRT Untersuchung sein. Im vorliegenden Fall bekommen wir die CT-Abbildung eines Brustkorbs. Wir haben einen sehr guten Kontakt zur Radiologie, sie wissen schon was wir brauchen, nach welchem Protokoll das Bild gemacht werden muss, mit dem wir danach optimal arbeiten können. Diese „sie“ bedeutet das 3D-Zentrum der PTE. Ich möchte den jungen Ingenieur Richard Bakó hervorheben, der seine Karriere in diese Richtung steuert und da sind wir mit medizinischem Hintergrund und unserem Hobby-3D -Modellierung, womit wir das Ganze angefangen haben. Danach werden wir die CT-Darstellung mit verschiedenen Softwaren bearbeiten, die wir vorher zu Hause ausprobiert haben, wie gesagt, am Anfang war dies nur ein Hobby für uns alle. Das 3D-Zentrum bedeutete eine neue Möglichkeit, denn wir konnten hier gezielt, Softwares besorgen. Die brauchen wir, um den Brustkorb anhand der CT-Darstellung zu rekonstruieren und die Funktion mit unterschiedlichen Algorithmen zu modellieren. Für die nötige Nachbearbeitung sind auch Softwares erforderlich, da was wir nach einer CT bekommen, kann kaum für 3D-Planung genutzt werden. Hier wird virtuell eine Platte nach der Brustlinie gebogen. Wir haben schon mehrere unterschiedliche Modellierungen zu anderen Implantaten durchgeführt.

- Ihr habt anhand der CT-Abbildung ein „sauberes“ 3D-Modell hergestellt, wozu ihr das gewünschte Implantat planen könnt. Wie kommt uns das zugute?

- Der Patient bekommt sein eigenes Implantat, das völlig seinem Körper passt, ist direkt für die gegebene Morphologie spezifiziert.

- Du hast erwähnt, dass ihr mehrere Softwares ausprobiert habt. Welche von denen funktionieren? Die speziellen Ingenieur-Softwares oder die, die für Entwicklung der 3D-Bilder sind?

- Diese Frage ist interessant, weil alle Softwares für andere Aufgaben geeignet sind. Vor allem gibt es Segmentierungssoftwares, die aus CT-Darstellung 3D-Dateien machen. Das Besondere kommt erst danach: vielleicht hier kann man sagen, dass die Erfahrung und das spezielle Wissen von Vorteil sind, weil man sowohl Softwares für parametrische als auch für organische Modellierung nutzen musste. Es hat sich ein Hybridlösung ergeben, die dem Problem eher holistisch annähert. Wir verwenden zugleich Bildhauer- oder Animationssoftware. Von großer Bedeutung sind die Lösungen der technischen Planung und nicht zu vergessen sind Programme für medizinische Anwendung.

-Heißt das, dass das Modell nach jeder einzelnen Arbeitsphase in eine andere Software umgesetzt werden muss, um mit dem nächsten Schritt fortgehen zu können?

-Stimmt. Jede Software ist für etwas anderes gut und wir haben unter uns im 3D-Zentrum diese Arbeitsphase so erarbeite. Ansonsten mögen wir neue Lösung oder Annäherungen ausprobieren. Einerseits können die im Markt zur Verfügung stehende Softwarepakete die Lösung, was wir brauchen, nicht geben, andererseits sind sie wegen ihrer Preise für uns unerreichbar. Deswegen sammeln wir lieber die Erfahrungen über Software unserer Kollegen und dies funktioniert anscheinend gut.

- Als ich mit dem operierenden Chirurgen redete, anhand seiner Worte schien mir, dass es hier um spezielle Algorithmen geht, aber jetzt denke ich, dass es eher um ein gesammeltes spezielles Fachwissen handelt. Existiert ein Algorithmus, der dir hilft oder du ihn in deinem Kopf hast, was nach was zu tun ist?

- Das ist eigentlich nur Kommunikation. Wir müssen einander das Problem übersetzen damit ein jeder versteht, womit man vertraut ist. Der Ausgangspunkt ist ein chirurgisches Problem, was von jedem so verstanden werden muss, dass jeder mit dem anderen darüber sprechen kann. Danach muss das Problem des eigenen Bereichs übersetzt werden, um dafür gemeinsam eine Lösung finden zu können.

- Habt ihr damit diese Arbeit beendet?

Die Vorsetzung ist, dass ja, es wurden schon gelungene Eingriffe durchgeführt, aber es wäre gut zu wissen, was von uns verursacht wurde. Wir schauen indirekt nach, was dadurch in der Dynamik der Brust ausgelöst wurde. Es ist je nach Forschungsbereich auch interessant, öffnet eine neue Tür, aber das ist immer so. Was noch interessant ist, dass wir vorher und naher Berechnungen der endlichen Elemente durchführen können vor allem hinsichtlich dynamischer und struktureller, mechanischer Aspekte, wo sich eine solche Platte biegt, wo der Belastungspunkt ist, könnte gegebenenfalls eine Materialermüdung auftreten, beziehungsweise welche mechanischen Wirkungen können auf der Brust entstehen. Denken wir nur darüber nach, dass dieser Eingriff auch von außen sehr markant ist. Wir hatten einen eingesenkten Brustkorb, den wir zurückgestellt haben und der ganze wird durch eine Platte gehalten.

- Wie neu ist diese Annäherung in der medizinischen Praxis oder sogar bei dieser Art der Operation?

- Das, was wir das Problem in Systemebene behandelt und virtuell analysiert haben, den Eingriff geplant haben, ist eigentlich eine Neuheit. Es gibt Artikel bezüglich der traditionellen Operation in diesem Thema, über die Rückverfolgung. Aber es geht um sehr sporadisch und unterschiedlich tief geschriebenen Erfahrungen. Auf diesem Niveau und anderswo hat es noch niemand als dynamisches Modell der Bewegung und Flexibilität des Brustkorbs untersucht. Wie es schon bereits erwähnt wurde, bei der Korrektion des Brustkorbs bewegen sich alle verbundenen Gelenke sogar das Schlüsselbein. Wir haben es dadurch erfahren, dass wir auch eine in Bewegung befindliche Brustkorb-CT hatten deshalb bei der Modellierung müssen wir all dies in Rücksicht nehmen und hier beginnen eigentlich die Konsultationen, nach denen der Eingriff auf dem Patienten zugeschnitten werden kann.

- In Anbetracht des Vorstehenden, zumindest für mich, wenn dieses Wissen der medizinischen Gesellschaft freigestellt würde, kann diese Operation in dieser Form nur in Pécs durchgeführt werden. Habt ihr einen Plan oder einen Drang, wenn es schon um Softwares geht, irgendwann diese Teamarbeit durch eine zu diesem Zweck entwickelte Software zu ersetzt und dadurch diesem speziellen Wissen eine größere Verbreitung zu geben?

- Wir sind dafür, aber in Systemebene ist das Problem komplizierter. Ich persönlich bin darüber nicht überzeugt, dass ein Zentrum für dies in Pécs sein könnte, weil es wirklich sehr viel Arbeit bedeutet. Unser Grundgedanke ist irgendwie ein Know-how zu haben, aber ich sehe zurzeit keine Kapazität, sei sie finanziell oder betreffe sie Programmierer, in Kürze eine instant Softwarelösung zu erstellen. Wir beschäftigen uns mit der Frage und planen vor allem in Richtung von NEAK (Nationales Institut der Krankenkassenverwaltung) zu gehen, um aus dem individuellen Implantat eine individuelle Finanzierung oder Versorgungsform zu haben. Nicht nur im Fall dieser Operation, sondern bei anderen auch und wenn wir eine Unterstützung sehen werden dann können wir in allgemeine Richtung weitergehen. Eine umfassende Struktur und Wille werden gebraucht, um fokussierte Lösung anbieten zu können. Ich sehe so, dass nur wenige verstehen können, dass unsere Lösung ein Produkt werden kann. Zurzeit sollen wir uns über unsere Ergebnisse freuen, aber sollte die Möglichkeit auch nicht ausgeschlossen werden. Wer weiß, vielleicht meldet sich jemand, der dafür Interesse hat.

- Kann die Minderung der Fehler und Risikoelemente aus finanzieller Sicht diese Operationen „wettbewerbsfähig“ machen?

- Ja für jeden Fall und wenn es sogar um Steigerung der Effizienz des Operationsverfahrens oder um Reduzierung der Operationsdauer geht, sehe ich viele Möglichkeiten für den Bereichen der Orthopädie, Trauma Chirurgie, Herz- , Gefäßchirurgie, HNO und Neurochirurgie, wo ähnliche Verfahren Tag für Tag verwendet werden können, individuell dem Patienten angemessen als eine Art standardisiertes Verfahren für ähnliche Probleme. Die Zeit ist für den Herzchirurg ein besonders ausschlaggebender Faktor.  Es löhne sich darüber zu sprechen für welche Zwecke diese Verfahren verwendet werden können.

- Gibt es einige Beispiele in der Praxis?

- Wir haben schon für Schädeloperation Schablone gedruckt, mit deren Hilfe mit dem erlaubten Knochenzement vieles gelöst werden kann, so könnten wir die langwierigen Genehmigungsverfahren der direkt gedruckten Implantate vermeiden. Wir haben viele Fälle in Kindertraumatologie, wo zum Beispiel Gliedmaßenkorrekturen stattfinden. Wir haben schon dafür ein System und ein Protokoll, die die Lösungen der chirurgischen Planung in der Praxis und in der Ausbildung strukturieren. Der erste Schritt ist, wenn wir Demonstartionstools drucken, mithilfe denen die Pathologie vorgestellt werden kann. Der zweite Schritt ist, wann die Ärzte die gegebene Operation an den Demonstartionstools üben können. Der dritte Schritt ist, was wir bei dieser Operation gemacht haben, wann wir ein Implantat für den Patienten individuell planen. Wir sind fähig das Modell zu drucken und daran zu prüfen, wie das mit dem Implantat zusammenpasst und sogar kann während der Operation verfolgt werden, was wohin kommt. Wir haben noch einen vierten Schritt, wenn die Funktion in der virtuellen Simulation untersucht wird und die ideale Lösung wird der angepasst. Wenn ich zur Herzoperation zurückkehre, wann wir eine Dilatation der Ventrikelwand mit einem Flicke schließen (wann die Herzkammerwand ausbuchtet) sind die Lage und die Größe der Dilatation von Bedeutung. Eine wichtige Frage ist, wie sie sich spannt, was für Strömungsverhältnisse über sie sind. In diesem Fall können wir die ideale Form des Flickens anhand eines dynamischen Herzmodells planen. Wenn ich einen Überblick geben sollte was wir machen, dann würde ich sagen, wir können, dem Problem entsprechend in beliebigem Bereich eine individuelle Therapielösung geben. Wenn wir die Gelegenheit haben an anderen Universitäten Präsentationen zu halten, gelingt uns nie in eineinhalb Stunden alle gelösten Fälle aufzuzählen oder darüber zu erzählen, weil die Liste so lang ist.

- Dies bedeutet also, dass Menschen mit speziellem Interesse nötig sind, die nicht nur Ärzte sind, sondern zufällig Interesse für 3D-Planung und Technologie haben und sie können sich mit Menschen aus den technischen Bereichen gut verständigen. Das CBEI Programm der Universität und die startende Biomedical Engineering Msc Ausbildung können die sein, die dazu dienen, leichter in diesen Bereich reinzutreten. In wie fern muss ein Arzt Ingenieur sein und ein Ingenieur Arzt und wie kommt die 3D-Planung noch dazu – wie zum Beispiel bei dir?

- Ich habe 3d-Plannung als Hobby angefangen und dann habe ich immer mehr darüber überlegt, wie könnten Probleme mit deren Hilfe gelöst werden. Das entscheidende Erlebnis war, das diese Lösungen sogar technisch geltend waren. Da kam das Gefühl, dass dies verwirklicht werden kann und sogar in absehbarer Zeit. Dann wurde ich dadurch entführt und habe begonnen mich damit zu beschäftigen. Danach war es schon selbstverständlich, dass ich immer mehr Ingenieure, Softwareleute getroffen habe, die auch begonnen daran zu glauben und hatten Interesse dafür, was ich mache. Da hier schon es um ein Team geht, sprechen wir über einen völlig anderen Antrieb. Wir haben praktisch einander auf dem Weg geschoben. Wir sind jetzt im 3D-Zentrum, wo wir patientenspezifische Tools planen. Bezüglich Biomedical Engineering, wir sehen noch nicht, wie wir ins Spiel kommen, aber offensichtlich sind wir aufgeschlossen zu erzählen was wir machen, wenn dafür Bedarf vorkommen würde. Bis dahin machen wir unsere Arbeit. Als Dozent habe ich die Erfahrung, dass dies eine sehr interessante Betrachtungsweise anbietet sowohl für Ingenieure als auch für Ärzte und entfesselt Energie und Potenzial. Dies könnte darauf hindeuten die Grundlagen für IT-Fachleute, Ärzte und Ingenieure zu schaffen. An den Óbudai und Semmelweis Universitäten werden unsere Vorträge mit großem Interesse verfolgt und ich vertraue darauf, dass auch hier ein solcher Wissen-Umtausch beginnt. 3D ist nur ein Teil des Ganzen ein nützliches Tool mit praktischen Lösungen für klinische Probleme. Am wichtigsten ist, dass wir fähig sind als Ärzte die Sprach der Ingenieure zu sprechen und umgekehrt. Meiner Meinung nach ist es auch im Ausland das größte Problem, deswegen wäre es sehr hoffnungsvoll, wenn eine Ausbildung mit diesem Ziel entstehen würde.

-Was denkst du als Arzt, wie schwierig ist es die Ingenieure zu verstehen und inwiefern bedeutet es für sie ein Problem?

- Sehr schwierig. Ich denke dies muss ständig gelernt werden.

- Ergibt es sich aus Betrachtungsweise? Aus der Dichotomie des Organischen und des Mechanischen?

- Ganz einfach gesagt, wir verstehen die Probleme unterschiedlich, oft sprechen wir über etwas ganz anderes. Wo der gemeinsame Nenner gefunden wird, hängt davon ab, ob die Teilnehmer aus ihrer Komfortzonen rauskommen und auf das Gebiet des Anderen reindrängen. Hier erscheinen dann die Menschen, die sich als Ärzte mit Software beschäftigen und die Ingenieure, die medizinische Probleme verstehen wollen, die an der Lösungsentwicklung teilnehmen möchten.

- Von weitem gesehen, wenigstens für mich, ihr seid die erste Generation der Fachleute, die nicht in der Schule gelernt haben, was sie machen, sondern aus eigenen Erfahrungen und Wille. Da es klar ist, dass dies nützlich und effektiv ist, könnte auftauchen, dass dies gelehrt werden könnte, sogar im Rahmen einer gradualen Ausbildung. Ich glaube, dass es eine nicht kleine Anstrengung ist in eine ganz andere Richtung zu gehen, wofür man sich in ihrem Leben entschieden hat, selbst wenn es im Interessenbereich ist. Das selbstständige Lernen ist immer harter, wenn es doch interessanter ist.

- Allerdings erlebnisvoller. Das ist sicher. Das könnte die Botschaft für die sein, die für diese Richtung Interesse haben: die Freude an Entdeckung. Es gibt kein größeres Erlebnis, wenn wir als Ärzte die Phänomene verstehen, als Ingenieure finden wir Methoden dazu und dann dank allem, können wir Lösungen anbieten.