Naukowcy z Wydziału Medycznego i Wydziału Matematyki PWr pracują na projektem stworzenia matematycznego modelu mózgu 3D. Pozwoliłoby to indywidualnie oceniać stan każdego pacjenta. 

Dr Dariusz Szarek z Wydziału Medycznego pracuje na Oddziale Neurochirurgii w szpitalu im. Marciniaka we Wrocławiu (ośrodek partnerski Politechniki Wrocławskiej).

Jako jeden z niewielu neurochirurgów na Dolnym Śląsku zajmuje się wymagającymi niezwykłej precyzji i doświadczenia zabiegami wszczepienia by-passów do naczyń mózgowych np. w chorobie moya-moya. Na konsultacje do wrocławskiego ośrodka przyjeżdżają pacjenci z całej Polski. 

Dla dobra pacjenta 

Gdy pojawił się pomysł utworzenia na naszej uczelni Wydziału Medycznego dr Szarek zaproponował prowadzenie wspólnych badań prof. Marcinowi Magdziarzowi, dziekanowi Wydziału Matematyki PWr. 

– Szukałem naukowców, którzy pomogliby w badaniach nad „budową” mózgu i w pewnych obliczeniach, które były mi potrzebne do optymalnego wykonania by-passów tętnic mózgowych w trakcie operacji neurochirurgicznych – opowiada dr Dariusz Szarek. – Tak trafiłem do matematyków i od razu wiedziałem, że nasza współpraca będzie owocna. 

By-passy to metoda najczęściej stosowana w schorzeniach powodujących zwężenie lub niedrożność tętnic mózgowych. Głównym wskazaniem do by-passów jest choroba moya-moya, guzy mózgu oraz poradiacyjne uszkodzenia tętnic (po radioterapii), a także miażdżyca (prowadzi do niedokrwienia mózgu). 

Projekt, nad którym pracują dr Dariusz Szarek oraz matematycy prof. Marcin Magdziarz i dr hab. Łukasz Płociniczak, prof. uczelni, trwa już niemal dwa lata. Jego celem jest stworzenie matematycznego modelu mózgu 3D. Pozwoliłby on na indywidualne ocenianie stanu każdego pacjenta. 

– Skomplikowane operacje wszycia by-passów to oczywiście domena dr Szarka. My mamy podsunąć operatorowi różne rozwiązania – tłumaczy prof. Marcin Magdziarz z W13.  – Badamy np. pod jakim kątem, w jakiej odległości, a także w którym miejscu umieścić by-passy, żeby krew do mózgu rozpłynęła się w sposób optymalny. Dla mnie to typowe problemy i zagadnienia matematyczne – dodaje. 

Konkretna diagnoza 

W badaniach nad mózgiem naukowcy wykorzystali m.in. równania różniczkowe, modele matematyczne, analizę danych, a także badania angiografii subtrakcyjnej. Dzięki tym analizom, neurochirurg dostaje komplet istotnych informacji przed operacją. 

Jak wygląda taki proces? Dr Dariusz Szarek: – Najpierw wykonujemy model 3D krążenia mózgowego u konkretnego pacjenta. Następnie wirtualnie, korzystając z oprogramowania komputerowego wprowadzamy „na sucho” matematyczny, czyli sztuczny by-pass. W taki sposób możemy od razu zaobserwować, metodą prób i błędów, który segment naczynia mózgowego najlepiej „przyjmie” by-pass. 

Aktualnie naukowcy z Politechniki Wrocławskiej zajęli się analizą przypadku nastolatka, który ma patologiczne zmiany w tętnicach mózgu. Choroba powoduje u chłopca bardzo silne bóle i zawroty głowy, a także mdłości. Na podstawie badań tomograficznych nasi badacze stworzyli model mózgu pacjenta. 

– Na razie wirtualnie testuję różne scenariusze jego leczenia – mówi dr Szarek. – Na podstawie danych, które uzyskałem od matematyków, dodałem by-pass i okazuje się, że jeśli wszyję go we wskazanym miejscu, pacjent będzie zdrowiał. I to jest właśnie główny cel naszych badań. 

Nie tylko matematyka 

Oprócz projektu z politechnicznymi matematykami dr Dariusz Szarek współpracuje też z Uniwersytetem Medycznym w Sapporo w Japonii i Dolnośląskim Centrum Onkologii, Pulmonologii i Hematologii (również ośrodek partnerski PWr). Wspólnie badają warianty genetyczne u pacjentów.  

Typowanie cech genetycznych może pozwolić na wskazanie chorych o indywidualnych cechach predysponujących do korzystnego (lub niekorzystnego) wyniku leczenia metodą by-passów mózgu.