Projekt EpiRec už pět let zastřešuje mezioborovou spolupráci lékařů s biology, matematiky a techniky, kteří se ve své oblasti zabývají diagnostikou, léčbou a výzkumem na poli epilepsie. Konkrétně jde o odborníky z celkem čtyř institucí: 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy, Fyziologického ústavu Akademie věd ČR, Fakulta elektrotechnická ČVUT a FN Motol.
Cílem spolupráce je co nejlépe poskytnout individualizovanou péči pacientům s epilepsií. “Fungování odborného konsorcia pomáhá ve sdílení znalostí, což urychluje přenos objevů ze základního a aplikovaného výzkumu do praktické či experimentální medicíny,” přiblížil projekt dr. Radek Janča z Fakulty elektrotechnické ČVUT.
Za FEL ČVUT jsou do projektu kromě dr. Janči zapojeni prof. Roman Čmejla, dr. Petr Ježdík, Ing. Kateřina Macková a Ing. Jakub Vybulka. Všichni působí na katedře teorie obvodů. Jedním z úkolů tohoto týmu je navrhovat, zdokonalovat a vhodně kombinovat algoritmy, které dokáží zpracovat signály a z velkého množství dat pak pomocí strojového učení získat biomarkery. S jejich pomocí je pak možné zvolit nejefektivnější léčbu pro daného pacienta.
Z dříve komplikovaných pacientů jsou teď “rutinní” případy
Úspěšnost chirurgické léčby nejzávažnějších forem epilepsie se pohybuje zhruba kolem 70 %. “Pokud se ale podíváme na to, jak obtížné případy přicházejí do ambulance, léčba se za léta posunula na zcela jinou úroveň. U pacientů, kteří byli před deseti leti ti nejobtížnější a dříve vůbec neměli šanci se k léčbě dostat, jsme dnes schopni kombinací nových metod diagnostikovat typ epilepsie a navrhnout vhodnou léčbu,” uvedl dr. Janča.
Vědci z FEL ČVUT vyvinuli například nové metody zobrazení mozku nebo pomohli validovat postupy, na které dřív zdravotnická zařízení vůbec neměla techniku.
V diagnostice také pomáhají nově vyvinuté expertní systémy využívající strojové učení a zpracování signálů. Díky nim je nyní možné např. na snímcích z magnetické rezonance odhalit podezřelé oblasti, které se radiologovi rozsvítí na obrazovce. Pak může lékaře upozornit na podezřelá místa, která je třeba detailněji zkontrolovat.
“Lékaři jsou zahlceni spoustou informací od genetiky po snímky z magnetické rezonance. U složitých případů nemoci je proto obtížné v těchto informacích najít strukturu. Právě k tomu lékařským týmům pomáhá strojové učení a analýza dat, na základě kterých pak lékaři snadněji nacházejí spojitosti s diagnózou,” vysvětlil Janča.
Větší jistota pro chirurgy
Týmu vědců se například povedlo zlepšit postup zavádění nitrolebních elektrod přímo do mozku. Zde je klíčová přesnost - neurochirurg musí zavést elektrodu na předem určené místo tak, aby během toho “nepropíchl” cévu či žílu, a nedošlo tak k nitrolebnímu krvácení. Celá trajektorie se plánuje na milimetr přesně. Odchylky však mohou vznikat mechanicky během toho, co neurochirurg vrtačkou navrtává lebeční kost. Vliv ovšem má například i to, jak je pacient na sále polohovaný.
Před plánováním této trajektorie musí lékaři nejprve zjistit, jak má konkrétní pacient rozložené cévy v mozku. K tomu pomáhají vizualizace, které umí vytvořit nástroje vyvíjené vědci z FEL ČVUT. “Neurochirurg se díky tomu na sále lépe zorientuje. Do procesu léčby to zároveň přináší větší jistotu a pohodu, pro neurochirurgy se tím snižuje stres. I tato zdánlivá maličkost může pomoci,” vysvětluje dr. Janča.
U diagnostiky fokálních epilepsií (typ epilepsie, která lze léčit zpravidla pouze operativním odstraněním ložiska v mozku, které způsobuje záchvaty) se vědcům podařilo vyvinout metody, které analýzou záznamu mozkové aktivity z nitrolebních elektrod (iEEG) umí identifikovat epileptogenní ložisko i v případech, kdy na magnetické rezonanci nic vidět nejde. To je naprosto klíčová informace pro plánování nerochirurgického zákroku, tj. umístění ložiska a rozsahu operace.
Bezpečnější operace
Pokrok učinili vědci také u postupů, které lékaři používají během samotné operace. “Podařilo se nám ověřit bezpečnost nové elektrostimulační metody, které vyvinuli lékaři a fyziologové. Podařil se tak dramaticky snížit výskyt pooperačních deficitů (např. částečných ochrnutí a paréz) u malých dětí,” shrnul dr. Janča přínos jednoho z projektů zaměřeného na léčbu epilepsie u malých dětí.
V něm společně s dr. Petrem Ježdíkem z katedry teorie obvodů FEL ČVUT zkoumali bezpečnost metody zvané mapování elektrickou stimulací. Malými elektrodami se na povrchu mozku během operace elektrickými impulsy stimuluje mozková motorická kůra, která je zodpovědná za ovládání všech kosterních svalů, tj. i končetin a mimických svalů. Měří se svalová odezva po dobu, kdy je pacient v anestezii. Elektrofyziolog může díky tomu kontrolovat, jestli jsou dráhy, kterými vedou vzruchy, v pořádku, zatímco neurochirurg operuje v jejich těsné blízkosti. Když se neurochirurg přiblíží ke kritickému místu, elektrofyziolog ho upozorní a včas zastaví operaci, čímž se zabrání vzniku deficitu, tj. částečnému ochrnutí.
Malí dětští pacienti ale na standardní stimulační protokoly nereagují, protože ještě nemají plně vyvinutý mozek a jeho nervová vlákna nejsou schopna tak rychle a efektivně přenášet nervové signály jako mozek dospělého.
“Standardně se u dospělých stimuluje elektrickými impulsy, které trvají několik sekund a mají malou amplitudu. Tohle u dětských pacientů nefunguje. Impulsy jsme proto nahustili do velmi krátké, asi 30-milisekundové sekvence. Byla ale obava, že díky velké intenzitě a velké amplitudě během krátkého času může docházet k ohřevu tkáně kolem elektrod.”
Tým dr. Janči nejdříve termografickou kamerou zkoumal oteplení mozku během krátké, ale proudově intenzivní elektrické stimulace, přímo na operačním sále. Konkrétně měřili tepelné účinky stimulačních proudů, jejich průběh a ověřovali, zda nedochází k přehřívání stimulované oblasti mozku. Poté se obrátili na bratrskou dvojici prof. Davida Vrby a prof. Jana Vrby (oba z Fakulty biomedicínského inženýrství ČVUT), kteří pomohli na základě měření na operačním sále s numerickými simulacemi, které ukázaly ohřev i v místech, kam termokamera neviděla. Díky této multidisciplinární spolupráci se vědcům podařilo prokázat, že tato metoda elektrické stimulace je pro malé pacienty bezpečná .
Cena ministra zdravotnictví
Projekt EpiRec byl založen před pěti lety. Spolupráce expertů napříč obory v rámci diagnostiky a léčby epilepsie nicméně funguje v rámci různých dílčích projektů už zhruba 13 let. Za tu dobu už se odborníkům podařilo řadu výsledků zavést do praxe.
Význam jejich výzkumných pokroků se odráží nejen na pacientech, ale i v řadě udělených ocenění. Dr. Janča získal jako člen týmu vedeného prof. Pavlem Krškem z 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v roce 2023 cenu ministra zdravotnictví. Konkrétně za projekt zaměřený na vývoj inovativního a personalizovaného přístupu v diagnostice a chirurgické léčbě závažné formy epilepsie s využitím nových elektrofyziologických, neurozobrazovacích a molekulárně-genetických metod.
