Računari i medicina

Novi pomaci na polju ultrazvuka omogućuju lekarima da izvedu ono što do sada nije bilo moguće – neinvazivne operacije

U medicinskom žargonu, neka tehnika smatra se neinvazivnom ako prilikom njenog izvođenja medicinski instrumenti ne probijaju kožu pacijenta odnosno ne bivaju uvođeni u neki prirodni telesni otvor. Tako je, na primer, merenje pulsa ili rendgensko snimanje pluća neinvazivno dok uzimanje krvi ili rektalno merenje temperature nije. Neinvazivnost je jedan od ciljeva kojima moderna medicina teži iz više razloga. Na prvom mestu su pacijenti, neinvazivnost znači manje neprijatnosti za njih što je uvek dobra stvar. Nakon toga, zavisno od kompleksnosti zahvata, tu je manji rizik od komplikacija i neželjenih ishoda. Na kraju, oporavak je brži jer nema otvorenih rana koje moraju da zarastaju, pa je smanjena mogućnost infekcije.

Donedavno, neinvazivnost je bila uglavnom deo dijagonostičkih procedura dok su ozbiljne terapije uvek podrazumevale invazivne zahvate. Korak u pravom smeru bile su takozvane minimalno invazivne operacije gde se operativnom polju pristupa kroz veoma mali rez, specijalnim instrumentima. Ti zahvati podrazumevaju praćenje na monitorima putem minijaturnih kamera jer se radi smanjenja invazivnosti žrtvuje direktan pogled na operativno polje. Veliki pomak u domenu minimalne invazivnosti doprineli su napredni, robotizovani sistemi za precizno navođenje sondi sa instrumentima na neophodno mesto u telu. Ipak, i minimalna invazivnost i dalje opterećuje pacijenta. Kako onda treba da izgleda neinvazivna operacija? Kako lekar može da operiše i vidi šta radi bez povređivanja kože pacijenta? Na Philips Inovation Dayu, koji je nedavno održan u Beogradu, predstavnici ove kompanije predstavili su sistem „Sonalleve”. Ovaj uređaj objedinjuje skener magnetnom rezonancom snage do 3 Tesle i HIFU emiter (High-Intensity Focused Ultrasound). Sonalleve spada u novu vrstu aparata koji nude rešenje na oba pomenuta problema – i neinvazivnost i vidljivost.

Vizualizacija

Pomenuto rendgensko snimanje verovatno je najpoznatiji način za vizualizaciju unutrašnjosti tela. Ova dijagnostička procedura smatra se neinvanzivnom, ali, kao što znate, nije apsolutno bezazlena. Rendgensko zračenje spada u takozvano jonizujuće zračenje što znači da ovi zraci nose dovoljno energije da izazovu jonizovanje u atomima i molekulima našeg tkiva što na duge staze ima potencijal da izazove oštećenja koja sistemi za popravku u našim ćelijama ne mogu da otklone. Rendgensko zračenje se ipak koristi jer kratkoročna izlaganja nose za sobom zanemarljivi rizik kao i zato što se neke strukture (na prvom mestu kosti) u telu najbolje vide upravo pomoću ovog sistema. Ipak, naučnici su tokom godina razvili dijagnostičke sisteme koji koriste nejonizujuće zračenje. Među njima su „junaci” naše priče – ultrazvuk i magnetna rezonanca.

Magnetna rezonanca funkcioniše tako što se telo postavlja u snažno magnetno polje koje dovodi do rezonovanja atomskih jezgara vodonika. Ovo rezonovanje znači da svako atomsko jezgro počinje da deluje kao emiter radio-frekvencije. Kako voda (dva atoma vodonika i jedan kiseonika) čini oko 60 odsto ljudskog tela to znači da merenjem izvora radio-frekvencije i računarskim slaganjem tih izvora u 2D ili 3D sliku možemo da vidimo bilo koji deo tela u kom se nalazi voda. Kako u kostima nema vode, one su za snimanje magnetnom rezonancom nevidljive. Teoretska osnova razvoja uređaja za magnetnu rezonancu počela je pedesetih godina prošlog veka, prva slika napravljena ovom tehnikom objavljena je 1973. godine.

S druge strane je ultrazvuk. Kao što mu ime govori, u pitanju su zvučni talasi sa frekvencijom iznad čujnog opsega. Kada se sonda koja ih proizvodi prisloni uz telo, zvučni talasi prodiru kroz sva mekana tkiva i odbijaju se nazad. Registrovane povratne vibracije pretvaraju se u sliku, bilo u 2D ili 3D. S vremena na vreme možete da čujete da trudnice pominju 4D ultrazvuk. To ime odnosi se na četiri pravca prostiranja ultrazvučnih talasa dok je animirani prikaz i dalje u 3D. Ultrazvuk je malo stariji od magnetne rezonance, prvi put je korišćen u medicini krajem četrdesetih godina za merenje debljine tkiva da bi se preteča modernog aparata razvila početkom šezdesetih godina prošlog veka.

HIFU

Zvučni talasi ne jonizuju molekule tkiva kroz koje prolaze, ali imaju jedan sporedan efekat. Prilikom prostiranja zvuka kroz telo dolazi do blagog zagrevanja tkiva, pogotovo na mestima ukrštanja prostirućih talasa. To povećanje temperature je zanemarljivo kod dijagonstičkih uređaja sa 2-4 pravca. Ipak, paralelno s razvojem ultrazvučnih aparata za dijagnostičke svrhe, naučnici su došli na ideju da iskoriste ovaj „neželjeni” efekat u terapijske namene. Fokusiranjem izvora ultrazvuka visokog intenziteta u jednu tačku moguće je da se neka struktura unutar tkiva ciljano zagreje i po želji uništi. To je princip na kom je zasnovan fokusirani ultrazvuk visokog intenziteta ili HIFU. Prvi HIFU uređaj napravljen je još pre dvadeset godina. Danas se ovi uređaji koriste u bolnicama na svim kontinentima, ali se i neprestano unapređuju.

Primena za ovakav uređaj gotovo da se nametnula sama od sebe – u slučajevima kada bi klasičan operativni zahvat bio preveliki stres za pacijenta, ali nije moguć zbog potencijalnih komplikacija (kao na primer masivno krvarenje). Tako da se ova vrsta terapije koristi sve uspešnije i raširenije kod terapije tumora, kako benignih tako i malignih. HIFU je u stanju da zagreje tkivo na temperature od 65 do 86 ^oC i uništi ga, a tokom narednih meseci samo telo postepeno odstranjuje taj „unutrašnji ožiljak”. Iako tokom celog zahvata nema sečenja i krvarenja, anestezija je ipak neophodna jer je zagrevanje na pomenute temperature bolno. Ovakva vrsta operacija može da blago zvuči kao naučna fantastika – nevidljivi i neosetljivi snopovi ultrazvuka kreću kroz tkivo i tačkasto uništavaju strukture tik pored vitalnih organa. Pošto je fokus HIFU uređaja prilično opasan, lekari moraju da vide šta rade, a to podrazumeva upotrebu pomenutih sistema za vizualizaciju.

Rendgensko zračenje ne dolazi u obzir jer operacije putem HIFU-a mogu da traju i do nekoliko sati što je neprihvatljivo dug period za izlaganje X-zracima. Ultrazvuk je prihvatljivo sredstvo za vizualizaciju i koristi se kod terapija malignih i benignih promena prostate i materice. Ipak, kada je potrebna najveća preciznost (zahvati na mozgu, srcu, jetri, grudima i metastazama u kostima) koristi se navođenje HIFU-a pomoću magnetne rezonance. Dok su krajem prošlog veka specijalizovane kompanije pravile HIFU uređaje, najčešće odvojene od sistem za vizualizaciju, danas najveći svetski proizvođači elektronskih uređaja kao što su Philips i General Electric proizvode kompletne sisteme koje objedinjuju magnetnu rezonancu visoke rezolucije i HIFU sonde za širok spektar operativnih zahvata.

Jedan od razloga za popularizaciju HIFU-a je i njihova upotreba u kozmetičke svrhe. Naime, nakon što je neko smislio ovu tehnologiju da bi spasavao živote, neko drugi se setio da isti alat, zbog velike prednosti njegove neinvazivnosti, koristi u okviru estetske hirurgije. Ako visoka temperatura može da uništi tumor ili zaustavi unutrašnje krvarenje, zamislite šta može da se uradi sa masnim tkivom. Tako se, ponovo širom sveta, ovim metodom ciljano uništavaju naslage potkožnog masnog tkiva kako bi pacijenti dobili željeni oblik datog dela tela. Kako je kod ovih zahvata meta potkožna mast i gleda se samo oblik, ovakvi HIFU uređaji ili uopšte nemaju vizualizaciju ili koriste ultrazvučno praćenje.

Lekovi

Uništavanje ne mora da bude jedini izbor. Kada je namešten na više temperature, HIFU dovodi do ablacije tkiva, ali isti sistem može da se koristi i u blaže terapijske namene. Svaki lek ima neka neželjena dejstva koja bismo uvek želeli da umanjimo. Neki od njih su pogotovo opasni pa bi idealno bilo kada bi lek mogao da se ciljano dostavi samo na onaj deo tela gde je najpotrebniji. Očigledan primer za ovo je hemoterapija tumora kada celo telo biva izloženo snažnom i agresivnom leku. Specifična primena HIFU-a nudi jedan od mogućih načina za rešavanje ovog problema.

Upotreba nosača za lekove nije nova ideja. Minijaturni balončići po imenu liposomi već duže vremena se koriste kao omotači za lekove koji bi sami po sebe teže ušli u ćelije. Evolucija ove ideje je pravljenje mikromehurića koji su osetljivi na ultrazvuk. Ideja je da se agresivan lek stavi u ove mikromehuriće, zatim se ubrizgaju u krvotok i prate ultrazvukom. Na mestu gde želimo da se lek isporuči HIFU emituje ultrazvučni puls koji izaziva prskanje mirkomehurića, slično staklu koje puca od prejakog zvuka, i dolazi do oslobađanja leka tačno damo gde je potrebno. Slično može da se radi i sa pomenutim liposomima. Oni nisu krti kao mikromehurići, ali su zato osetljivi na temperaturu. HIFU može da se namesti da željeni region blago zagreje na 42-43 ^oC pri čemu se zidovi liposoma ciljano tope i, ponovo, lek se oslobađa. Pošto se zagreva samo mali deo tela i to na kratko vreme, ovaj zahvat uopšte nije bolan.

Ponekad nije ni potreban nosač da bi HIFU pospešio unos leka. Sve supstance koje unosimo gotovo ravnomerno se raspoređuju po našem telu, s jednim izuzetkom. Krvni sudovi koji hrane mozak nisu poput onih u ostatku tela već su omotani posebnim ćelijama, astrocitima, koji stvaraju takozvanu hemato-encefalnu (krvno-moždanu) barijeru. Taj sloj koji štiti mozak od brojnih potencijalno štetnih supstanci takođe sprečava ulazak raznih korisnih lekova. Jedna od namena HIFU-a koja je za sada još u fazi testiranja je upotreba pulsnog ultrazvuka da se ova barijera oslabi. Naravno, ova procedura nije trajna. Rezultati testiranja na životinjama pokazuju da tri dana nakon primene lekova (blokatori kalcijumskih kanala) i HIFU impulsa oslabljena krvno-moždana barijera ponovo nastavlja da funkcioniše kao pre tretmana. Sem toga, ova procedura obavlja se pod nadzorom magnetne rezonance i to samo na onom delu mozga gde je potreban lek koji inače ne bi prošao barijeru.

• • •

Istraživanja i razvoj HIFU-a se nastavlja kako bi se već moćni uređaji dodatno usavršili. Brojne fondacije prikupljaju sredstva za modifikaciju postojećih i stvaranje novih sistema koji će da budu manji, precizniji, jeftiniji i primenjivi kod operativnih zahvata kod kojih do sada to nije bilo moguće. Međunarodno udruženje za terapeutski ultrazvuk ili ISTU (International Society for Therapeutic Ultrasound), osnovano pre trinaest godina, postalo je vodeća institucija koja pospešuje komunikaciju među naučnicima i samim tim ubrzava bitna istraživanja ovih tehnologija. Treći „zakon” ser Artura Klarka glasi da je dovoljno naprednu tehnologiju nemoguće razlikovati od magije. Vreme će da pokaže da li je HIFU prvi korak ka „čarobnoj” hi-tech medicinskoj opremi koju smišljaju autori SF-a. Mnogo bitnije je da ova tehnologija obećava delotvornije lečenje već danas.

Dragan KOSOVAC