Gorset ortopedyczny lepiej dopasowany do potrzeb dziecka

Ktoś zwraca uwagę, że ramiona dziecka nie są na tej samej wysokości, że jedna łopatka zaczyna bardziej odstawać. Pada diagnoza: skolioza. I informacja, że przez najbliższe miesiące, a często lata, trzeba będzie nosić gorset ortopedyczny. Dla nastolatka to nie jest tylko element leczenia. To zmiana codzienności, wyglądu, sposobu funkcjonowania w szkole i wśród rówieśników.

Losy takich pacjentów zwróciły uwagę dr. hab. inż. Piotra Mrozka, prof. PB z Instytutu Inżynierii Biomedycznej Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej. I zainspirowały do nowego spojrzenia na tradycyjny sposób projektowania gorsetów.

– Najpierw korygujemy tułów pacjenta usadowionego w naszym aparacie, aby przywrócić prawidłowe ułożenie kręgosłupa, a dopiero potem pobieramy miarę tułowia – tłumaczy prof. Mrozek. – Pacjent jest cały czas w procesie i daje nam natychmiastową informację zwrotną, na ile korekcja jest dla niego komfortowa, a my widzimy efekt tej korekcji. Tego w metodach klasycznych po prostu nie ma.

Aparat korekcyjny, najważniejszy element gotowego do wdrożenia systemu projektowania gorsetów ortopedycznych, uzyskał status wyrobu medycznego klasy I.

Tradycyjna metoda opracowania gorsetu opiera się na wykorzystaniu opasek gipsowych do pobrania miary tułowia pacjenta ustawionego w swobodnej pozycji. W nowszych procedurach miarę pobiera się optycznym skanerem 3D. W szczególności, mokra „gipsowa” procedura jest czasochłonna i niekomfortowa dla pacjenta.

– W okresie dojrzewania zmiany zachodzą bardzo szybko – mówi prof. Mrozek. – Młodzież w wieku 10–13 lat rośnie nawet 10 cm w ciągu roku. Zdarza się, że w tym czasie trzeba wykonać nawet dwa gorsety. Każda niedokładność pobrania miary i opracowania na jej podstawie geometrii gorsetu na początku leczenia może rzutować na jego dalszy przebieg. Od lat obserwowaliśmy, jak wygląda proces wykonywania gorsetów u dzieci i młodzieży ze skoliozą niewiadomego pochodzenia, czyli idiopatyczną i jak bardzo jest on obciążający dla pacjentów oraz personelu pracowni ortopedycznych.

Prof. Mrozek we współpracy z Kliniką Ortopedii i Traumatologii Dziecięcej Uniwersyteckiego Dziecięcego Szpitala Klinicznego im. L. Zamenhofa w Białymstoku oraz Pracownią Zaopatrzenia Medycznego „Skoliort” w Białymstoku postanowił przyjrzeć się temu procesowi od nowa. Kluczowe pytanie brzmiało „czy da się zmienić kolejność działań w taki sposób, by korekcja tułowia była zaplanowana z aktywnym udziałem pacjenta?”.

Impulsem do rozpoczęcia badań była potrzeba lepszego zrozumienia złożonej reakcji organizmu na korekcję w czasie rzeczywistym.

W metodach klasycznych korekcja tułowia planowana jest po fakcie – na podstawie odlewu lub skanu. Pacjent nie uczestniczy w decyzjach dotyczących kształtu gorsetu, rozkładu nacisków i ich tolerancji, aż do momentu, kiedy może po raz pierwszy przymierzyć prawie gotowy gorset.

– Chcieliśmy odwrócić tę logikę – wyjaśnia prof. Mrozek. – Sprawdzić, czy da się najpierw bezpiecznie wprowadzić korekcję, a dopiero potem pobrać dane do projektu gorsetu. To zmienia rolę pacjenta z biernego odbiorcy w uczestnika procesu projektowania.

Tak powstała koncepcja eksperymentu medycznego, w którym kluczowym elementem jest aktywny udział pacjenta. Do badań kwalifikowani są głównie pacjenci w wieku 13–15 lat ze skoliozą idiopatyczną. Procedura zakłada stopniowe wprowadzanie korekcji tułowia, przy jednoczesnym monitorowaniu komfortu i granic tolerancji. Regulowane elementy korekcyjne aparatu odwzorowują naciski na tułów dokładnie tak, jak będzie to robił gotowy gorset.

Dopiero po uzyskaniu optymalnego ustawienia tułowia wykonywany jest trójwymiarowy skan sylwetki pacjenta. Cała procedura trwa około 15 – 20 minut, z czego samo skanowanie zajmuje około dwóch – trzech minut. Moment wykonania skanu jest tu konsekwencją korekcji, a nie początkiem procesu. Wszystkie działania realizuje specjalista z pracowni ortopedycznej.

– Reakcje pacjentów są dla nas bardzo ważne – podkreśla prof. Mrozek. – Okazuje się, że mimo początkowej niepewności, nowa procedura nie budzi negatywnych emocji. Korekcja wprowadzana jest stopniowo, a pacjent ma wpływ na jej zakres. To zmniejsza stres i pozwala zebrać dane, których wcześniej po prostu nie mieliśmy.

Różnice w tolerancji korekcji okazały się bardzo indywidualne. Dla projektanta była to cenna informacja, która pozwalała lepiej zaplanować geometrię gorsetu już na etapie cyfrowym. W tradycyjnych metodach taki etap praktycznie nie istnieje.

Moment wykonania skanu nie jest w tym rozwiązaniu początkiem procesu, lecz jego konsekwencją. To jedna z najważniejszych różnic w porównaniu z metodami tradycyjnymi. Dane do projektu gorsetu nie powstają na podstawie „surowej” sylwetki pacjenta, ale po wprowadzeniu korekcji, którą pacjent jest w stanie zaakceptować.

– Największą zmianą jest kolejność działań – tłumaczy prof. Mrozek. – W naszym systemie najpierw korygujemy tułów, a dopiero potem wykonujemy skan. W metodach klasycznych najpierw pobiera się miarę, a korekcja następuje później, już na etapie pracy projektowej. U nas pacjent aktywnie uczestniczy w całym procesie.

Zebrane w ten sposób dane trafiają do systemu komputerowo wspomaganego projektowania. Wykorzystanie inżynierii odwrotnej pozwala na wykonanie cyfrowego modelu tułowia pacjenta na podstawie trójwymiarowego skanu, wraz z precyzyjnie zaplanowanym rozmieszczeniem stref nacisku. Ostatecznie na tym etapie projektuje się geometrię całego gorsetu.

– Dzięki wykorzystaniu metod komputerowych jest możliwa poprawa jakości projektu, a w konsekwencji również jakości wykonania samych gorsetów – podkreśla prof. Mrozek. – Przechodzimy od metody opartej głównie na doświadczeniu i intuicji specjalisty ortotyka do rozwiązania, które daje większą kontrolę najważniejszych parametrów.

Wykorzystanie technologii CNC, czyli maszyn sterowanych numerycznie, pozwala na formowanie powłoki gorsetu dokładnie według zaplanowanego modelu cyfrowego. Kształt tego modelu jest odwzorowany w poliuretanowej sztywnej piance, z której jest frezowana forma służąca do wykonania powłoki ortezy metodą termoplastyczną.

Na każdym etapie w procesie uczestniczy specjalista ze współpracującej pracowni ortopedycznej, odpowiedzialny za zaprojektowanie, końcowe wykonanie i dopasowanie wyrobu do pacjenta. Model trójstronnej współpracy, obejmujący klinikę ortopedii dziecięcej, politechnikę oraz pracownię zaopatrzenia ortopedycznego, pozwala zachować ciągłość między badaniami, projektowaniem a praktyką kliniczną.

– Klinika odpowiada za diagnostykę i ocenę efektów leczenia, my za nowatorskie narzędzia do projektowania i przygotowania cyfrowych modeli, a pracownia ortopedyczna za opracowanie, wykonanie i końcowe dopasowanie gorsetu – wyjaśnia prof. Mrozek. – Każdy element jest równie istotny i bezpośrednio wpływa na efekt terapeutyczny.

Z punktu widzenia pacjenta gotowy gorset nie różni się znacząco wyglądem ani ciężarem od gorsetów stosowanych dotychczas. Zmiana nie jest widoczna na pierwszy rzut oka, ale odczuwalna w codziennym użytkowaniu.

– Różnica tkwi w precyzji projektu i jakości danych wejściowych – zaznacza prof. Mrozek. – Już po założeniu gorsetu obserwujemy wyraźne zmniejszenie kąta Cobba, podstawowego wskaźnika opisującego stopień deformacji kręgosłupa w skoliozie.

Dalsze efekty terapii zależą od wielu czynników, takich jak systematyczność noszenia gorsetu, rehabilitacja czy indywidualne predyspozycje pacjenta. Jednak możliwość lepszego dopasowania ortezy już na początku leczenia zwiększa szanse na osiągnięcie stabilnych rezultatów.

Korzyści odczuwają również specjaliści pracujący przy projektowaniu i wykonywaniu gorsetów. Cyfrowe projektowanie upraszcza proces, skraca czas przygotowania wyrobu i pozwala lepiej kontrolować jego parametry. Co istotne, część decyzji projektowych może być podejmowana na podstawie obiektywnych danych, a nie wyłącznie doświadczenia specjalisty.

– W tradycyjnych metodach wiele potencjalnie dostępnych informacji nie jest rejestrowanych – dodaje prof. Mrozek. – My te informacje zbieramy i wykorzystujemy już na etapie projektu. To zmienia jakość całego procesu.

Projekt jest realizowany dzięki finansowaniu z programu Fundusze Europejskie dla Podlaskiego. Jego wartość wynosi 95 850 zł, a całkowity budżet 106 807 zł. Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Piotr Mrozek, prof. PB, kierownik Zakładu Biomechatroniki na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej.

– Traktujemy obecny system jako etap rozwoju – podkreśla prof. Mrozek. – Pracujemy nad rozwiązaniami, które umożliwią w przyszłości poprawę estetyki gorsetów i komfortu ich użytkowania.

Rozwiązanie pozwala lepiej wykorzystać czas leczenia w okresie wzrostu pacjenta i ograniczyć ryzyko niewystarczającej korekcji już na starcie terapii. Aparat korekcyjny został także zgłoszony do ochrony patentowej. System jest gotowy do zastosowań klinicznych oraz wprowadzenia na rynek.

Oprac. Katarzyna Kozioł