Napjaink korszerű orvoslása elképzelhetetlen a mérnökök tudásának, a műszaki kutatások, fejlesztések eredményeinek alkalmazása nélkül. Számos példa van arra, hogy orvosok és mérnökök közös projekteken dolgoznak. A Pécsi Tudományegyetem (PTE) - széles oktatási és kutatási spektrumának köszönhetően - olyan kivételes helyzetben van, hogy az intézmény falain belül valósítható meg a kooperáció, de emellett természetesen külső partnereket is bevonnak a munkába. Másutt, így a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen (BME) szintén több egészségügyi informatikai projekt fut; ezeknél az orvosi szakértelmet jellemzően kívülről hozzák.
Ember Arm és ExoSkeleton
A PTE Műszaki és Informatikai Karának (MIK) gondozásában több, a robotika irányába mutató fejlesztés folyik. Ezek egyike az Ember Arm projekt. Az Általános Orvostudományi Kar (ÁOK), a MIK és a 3D Központ égisze alatt esztétikus, praktikus, részben műanyagból készült, myoelektromos 3D-nyomtatott kéz megvalósításán dolgoznak. Mára eljutottak oda, hogy a protézissel meg lehet fogni, odébb lehet helyezni, fel lehet emelni, vissza lehet tenni az asztalra egy poharat, vagy akár önteni is lehet belőle.
- Ehhez hasonló intelligens felsővégtagi protézisek már vannak a világban, ám azoknál jellemzően kényelmetlen, az ember számára idegen mozdulatsorokat kell megtanulni ahhoz, hogy hatékonyan lehessen működtetni a protézist. A mi eszközünk, az Ember Arm, az izomjelek érzékelésén és feldolgozásán alapul. Esetünkben a páciensnek azokat a mozdulatokat kell végeznie, illetve azokra a mozdulatokra kell gondolnia, amiket valóban szeretne a kezével csinálni. A rendszer felismeri a kézcsonk izomjeleit, és azok alapján gyakorlatilag megtanítja a robotkéznek, hogy az egyes parancsokra hogyan kell reagálnia, magyarázza Várady Géza, a MIK tudományos dékánhelyettese. A fejlesztésekkel eljutottak a működő prototípusig. A következő lépés, hogy egy befektető céggel megállapodjanak a gyártásról.
Szintén az izomjelek leolvasásán és feldolgozásán alapul az ExoSkeleton, amely jellemzően nem az egészségkárosodott emberek segítésére, hanem a nehéz fizikai munka megkönnyítésére szolgál. Az Ipar 5.0 kategóriájába sorolható, úgynevezett kobotok (cobot, collaborative robot) viselhető verziójáról van szó: az ExoSkeletont mint egy ruhát felhúzva, az ember akár több száz kilogrammot is fel tud emelni, odébb tud vinni, különösebb fizikai erőkifejtés nélkül. A kobotba épített szenzorok érzékelik a viselő kezének, lábának elmozdulását, és ehhez idomítva mozdul el a robotkéz és robotláb. Az ExoSkeleton rásegítési lehetőséget kínál azoknak is, akiknek végtagjai bénulás vagy más ok miatt nehezen mozognak, illetve valamilyen sérülés miatt hiányoznak. A PTE kutatói jelenleg az ExoSkeleton hatását vizsgálják a rehabilitációs folyamatban.
Mozgásanalízis
Olyan fejlesztés is folyik a PTE-n, amely részben külső monitorozó eszközök, részben viselhető szenzorok segítségével pontosan követi és analizálja a páciens mozgását. A törzs és a végtagok mozgásának analizálását követően megállapítható a mozgásszervi betegség, aminek ismeretében az orvos előírja a személyre szabott tréninget. A rendszer a gyakorlatok elvégzésének felügyeletében is segíthet: a páciens látja, milyen mozdulatokat kell végeznie, miközben saját magát, saját mozdulatait is nyomon követheti a képernyőn. Az eltéréseket felismerve külső segítség nélkül korrigálhatja a mozgását.
A külső megfigyelést térérzékelő szenzorok végzik. Az adatgyűjtést az adatok feldolgozása (szűrés, emberi testmodelleket felhasználva; az ideális mozgások előállítása stb.) követi. A páciens izomjeleit a speciális ruházatba épített, testen viselhető szenzorok olvassák le. A fő cél, hogy olyan élő adattömeg érkezzen a páciensről, amelyre az informatikai háttér, a külső szenzorokból érkező adatokat is figyelembe véve, azonnal releváns választ tud adni.
Többféle tudás párhuzamosan
Az orvosi és mérnöki tudást a kutatás-fejlesztés terén tehát már sikerrel ötvözik a PTE-n. Adja magát, hogy ez a tendencia az oktatásban is megmutatkozzon.
- Az utóbbi években informatikai levelező képzéseinkre orvosok is beiratkoznak. Megjelenésüket azzal indokolják, hogy orvosi tevékenységükhöz informatikai jellegű extra tudásra van szükségük. Általában a szoftverek használata, az adatbányászati, -feldolgozási és -elemzési, illetve a képfeldolgozási tudás az, amit elengedhetetlennek tartanak munkájuk sikeres ellátásához.
A mesterséges intelligencia térhódításával tovább bővülnek a lehetőségek: a képi és szöveges adatok analízisével olyan rejtett problémák is gyorsan feltárhatók, amelyeket az orvos első ránézésre esetleg nem vesz észre. A modern orvoslás egyértelműen az informatikai problémák, illetve tágabban a műszaki megoldások irányába mozdult el. Egy jó orvosnak tehát kell némi informatikai és/vagy egyéb műszaki tudással is rendelkeznie. De ez fordítva is igaz: kellenek olyan mérnökök, akiknek van némi orvosi, egészségügyi tudásuk is. Ezt az igényt, illetve piaci nyomást felismerve döntöttünk úgy, hogy egészségügyi mérnök (biomedical engineering) mesterképzést indítunk a PTE-n, magyarázza Várady Géza.
Lélegeztetőgép-fejlesztés krízishelyzetben
Március közepén - a Covid-19-cel kapcsolatos riasztó külföldi híreket hallva - a kormány felkérte a BME-t, hogy rohamtempóban fejlesszen ki egy nagy tételben gyártható lélegeztetőgépet. A munkához alapvetően a Gépészmérnöki Kar (GPK), valamint a Villamosmérnöki és Informatikai Kar (VIK) tudását integrálták, továbbá a BME kutatói külső szakértőkkel - elsősorban orvosokkal - egyeztettek.
Az alapok lefektetése és kidolgozása után a funkciófejlesztés két irányban folytatódott. A gépész csapat koordinációjával - a mechanikai, mechatronikai és pneumatikai elemek fejlesztése mellett - folyt egy PLC-s (Programozható Logikai Vezérlő) elektronikára épülő gép fejlesztése. E változat célja a fertőzési hullám korai szakaszában a megfelelő mennyiségű berendezés biztosítása volt.
A VIK-es kollégák - a PLC-s változattal megegyező mechatronikai, mechanikai és pneumatikai alapokra épülő - egyedi elektronikát terveztek, mikrokontrolleres vezérlőkkel dolgoztak. Kifejlesztették az elektronikára épülő, magát a lélegeztetést vezérlő funkciókat. Megtervezték és megalkották a felhasználóval kapcsolatot tartó grafikus felhasználói felületet, továbbá megtervezték és implementálták a berendezés megbízható működését felügyelő biztonsági monitort. Ez a munka a komplex hardvertervezési igény és a bonyolultabb programozási lehetőség miatt hosszabb időt igényel, mint a PLC-s változaté, amelynél készen vásárolható PLC-elemek összeépítése és a hozzájuk kapcsolódó, magas szinten támogatott szoftverfunkciók segítik a fejlesztést. Az egyedi elektronikai fejlesztéssel készülő berendezés azonban nagyobb mozgásteret enged meg az alkatrészválasztásban, így az esetleges beszerzési problémáknak kevésbe van kiszolgáltatva.
A PLC-s változat kisebb szériás sorozatgyártását június elején már megkezdték. Az egyedi elektronikával tervezett verzió eljutott az üzemképes prototípusig. Ez utóbbi fejlesztésének második szakaszában a cél a prototípusból sorozatgyártható, tehát robusztus, könnyen összeszerelhető és szervizelhető berendezés kialakítása.
- A járványhelyzet szerencsére nem a legrosszabb forgatókönyv szerint alakult, így a projekt második szakaszában már kicsivel több időnk jutott a fejlesztés finomabb részleteire. Az elkészült gép lényegesen nagyobb tudású, mint amit az eredeti specifikációban előírtak. Nem csak életmentésre, hanem a kíméletes lélegeztetés biztosítására is alkalmas, így hatékonyan támogatja a tüdő regenerálódását, hangsúlyozza Dabóczi Tamás egyetemi tanár, az egyedi elektronika fejlesztésében oroszlánrészt vállaló VIK Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék vezetője.
A lélegeztetőgépek klinikai tesztjei három kórházban párhuzamosan fognak folyni.
BabyCTG tanuló algoritmussal
Adott esetben fárasztó, sőt akár kockázatos is lehet a mamának és a babának, ha a kismama órákat utazik a magzati szívhangvizsgálatra. E problémára talált elvi megoldást egy szülészorvos: a kismama végezze el otthonában a CTG vizsgálatot - léteznek már erre a célra alkalmas ultrahang szenzorok -, majd küldje el a mérési eredményeket az orvosnak, aki akár a mobiltelefonján is meg tudja nézni, majd ki tudja értékelni az adatokat. A szülészorvos a BME Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszéktől (AUT) kérte ötlete gyakorlati megvalósítását.
- Olyan mobiltelefonos alkalmazást kellett készítenünk, amely összeköthető a vizsgálatot végző eszközzel, és pontról pontra végigvezeti a szakértelemmel nem rendelkező kismamát a mérésen. Ez - a baba életéről lévén szó - sokkal kritikusabb, mint egy sima program használatát segítő instrukciók. Menet közben rájöttünk, hogy a kiértékelést végző orvos munkája algoritmizálható. A mérési eredményekre ráeresztettünk egy tanuló algoritmust, aminek köszönhetően az orvos már szűrt adatokat kap. Rögtön megtudja például, ha valakinél kritikusak a jelek, és így azonnal foglalkozhat az érintett kismamával - mondja Forstner Bertalan egyetemi docens. A fejlesztést az AUT szakemberei által létrehozott AutSoft Zrt. sikerrel lezárta, az éles teszteket követően már többen használják az alkalmazást.
Transretina rendszer
Speciális kamerákkal olyan felvételek készíthetők a szemfenékről, amelyeken könnyen és gyorsan felismerhetők a diabéteszes retinopátiára utaló jelek. Egy fejlesztés során arra kerestek megoldást, hogy az orvosnak ne kelljen a vizsgálat helyszínén tartózkodnia, hanem távolról is fel tudja állítani a diagnózist.
A kamerák mellett olyan rendszerre volt szükség, amely nyilvántartja a páciensek adatait, kiolvassa a kamerákból, és tárolja a felvételeket, majd eljuttatja azokat a kiértékelő orvosokhoz. A speciális szoftvermegoldás tervezésében és fejlesztésében a BME részéről az AUT csapata vett részt. A munka során az egyik legnagyobb kihívást a GDPR-megfelelés jelentette. Az elkészült rendszert az Első Magyar Optikus Zrt. partnerüzleteiben már üzembe helyezték, az adatok zárt elektronikus rendszeren jutnak el a kiértékelést végző orvosokhoz, a Semmelweis Egyetem Szemészeti Klinikájára.
