Gyógytornászrobot, az egyensúlyozás fizikája és egy olimpiai ezüstérem – orvosi kihívások és mérnöki megoldások találkozása a BME-n

A modern egyetemeknek az oktatás és a kutatás mellett feladata és kötelessége a tudomány népszerűsítése is. Ennek jegyében indult el júniusban a BME közösségi tudománnyal foglalkozó eseménysorozata, amely lehetőséget biztosít a Műegyetem minden karának a bemutatkozásra. Ez alkalommal a Gépészmérnöki Kar (GPK) oktatói a gépészmérnökség és a medicina közös kutatásairól, eredményeiről tartottak érdekes előadásokat az egyetem dísztermét megtöltő közönségnek. A cél kettős volt: a közönség megismertetése a Műegyetemen folyó, egészségtudománnyal kapcsolatos gépészmérnöki kutatásokkal és annak a tévhitnek az eloszlatása, hogy egy gépészmérnök olajos overálban, csavarkulccsal dolgozik, esetleg gépeket tervez és üzemeltet.

Megnyitó beszédében Levendovszky János, a BME kutatási és innovációs rektorhelyettese a közösségi tudomány jelentőségét hangsúlyozta. Mint mondta, amikor nagy közös társadalmi kihívásokat szeretnénk sikeresen kezelni, akkor fontos, hogy ezekről tudományosan elismert tényekre alapozva tudjunk gondolkodni. Ebben a tudásmegosztásban meghatározó szerepe van az egyetemeknek.

„Az egyetem küldetése a társadalmi és gazdasági hatás maximalizálásáról szól. Amikor ezt a hatást az egészségtudományban fejti ki, akkor ezzel a társadalom legszélesebb rétegeit éri el.

Amelyik egyetem hat a társadalomra, az jó egyetem, amelyik nem, az rossz.

A BME kiválóságával ezt szolgáltatja az ország, a társadalom számára több mint 243 éve.” – zárta beszédét Levendovszky János.

Paál György, a GPK Hidrodinamikai Rendszerek Tankszékének vezetője, az esemény főszervezője és házigazdája elsőként egy klasszikus filmjelenetet mutatott be a brit Monty Python csoport Brian élete című filmjéből. Majd a „Mit adtak nekünk a rómaiak?” kérdést és a rá adott válaszokat megnézhette a közönség újraszinkronizált változatban is: Mit adtak nekünk a mérnökök a gyógyításban? A jelenet szereplői az elektromos képalkotó eszközöktől a röntgenen és szimulációs eljárásokon át számos közismert és ma már alapvetőnek számító eszközt és eljárást felsoroltak.

"Mit adtak nekünk?"

Az első előadó Debrődi Gábor, az Országos Mentőszolgálat Kresz Géza Mentőmúzeumának igazgatója volt. „A technika csodái a medicina napi gyakorlatában” című előadásában áttekintette az orvoslás és a műszaki tudományok együttműködésének elmúlt 200 évét. Wilhelm Conrad Röntgen fizikus 1895-ben fedezte fel a később róla elnevezett sugárzást és már egy évvel később az orvostudomány szolgálatába állította a röntgenkészülék ősét. Az orvosok gyorsan használni kezdték az új technológiát a betegségek és sérülések diagnosztizálására. A műszaki tudományok segítségével a keringésdiagnosztikai eszközök is nagyot fejlődtek, ahogy a lélegeztetőgépek és az elektroterápiás eszközök is. Debrődi Gábor előadásából azt is megtudhatta a közönség, hogy 1954-ben a világon elsőként az Országos Mentőszolgálat indított életmentő felszereléssel ellátott rohamkocsit.

Kiss Rita akadémikus, a Mechatronika Optika Gépészeti Informatika Tanszék vezetője a biomechanika meghatározásával, majd történetének rövid áttekintésével kezdte előadását. Kiemelte, mennyire fontosak az inter- és multidiszciplináris kutatások, az orvosok, biológusok, mérnökök, fizikusok együttgondolkodása az életminőség, életkörülmények javítása céljából. Megismertette a közönséget a közös munka fázisaival, és a kutatási munkamegosztással. Hangsúlyozta, hogy a mérnök feladata a jelenségek leírására alkalmas eszközök, módszerek fejlesztése és validálása a diagnózis, a hatásmechanizmusok pontosításához. Leonardo da Vincit idézve, aki a járást tartotta az „isteni és tökéletes” mozgásnak, elmondta, hogy járásunk 200 csont és 650 izom, illetve nagy ízületek és szalagok együttműködésének eredménye. Kutatásaik a csontok, szalagok és inak mechanikai tulajdonságainak meghatározására, a mozgásvizsgálatokra és az egyensúlyozó képesség vizsgálatára irányulnak. Bemutatta a 18 kamerás Optitrack rendszer nyújtotta lehetőségeket: a segítségével a medencemozgás egyedisége és kompenzációban betöltött szerepe numerikusan is bizonyítható lett.

A mozgáselemzés természetesen hasznos a sportban is. Kiss Rita felidézte Berecz Zsombor vitorlázó esetét, akinek egy tökéletesnek látszó mozdulatsor során rendre begörcsölt a hasizma, ezzel befolyásolva a teljesítményét. Az elvégzett laboratóriumi elemzés kimutatott egy szemmel szinte láthatatlan hibás mozdulatot, amelyet így ki lehetett iktatni, hozzájárulva a sportoló sikeres - a tokiói játékokon ezüstéremhez vezető - olimpiai felkészüléséhez. Sőt, a mozgáselemzés még az állatok esetében is bevethető: a kutyáknál például érdemes figyelni a hám és a póráz használatára, mert ha túl erősen fogjuk a pórázt, akkor az ortopédiai elváltozásokat okozhat.

Takács Dénes már a prezentációja első diájával sokkolta a közönséget: világszerte évente több mint 37 millió elesés történik, közülük 650 ezer halálos kimenetelű – ez az időskori baleseti halálozások egyik legfőbb oka. Egyszerű feladatok elvégzése és elemzése révén olyan információkat tudhatunk meg az emberi egyensúlyozásról, amelyek jól hasznosíthatók az idegrendszeri betegségek diagnosztizálásában, a mozgásterápiában, de akár a mikromobilitási járművek és a hozzájuk kapcsolódó közlekedési szabályok biztonságosabbá tételében is. A tudományos hátteret bemutató képletek mellett különböző, gördeszkával és egykerekűvel végrehajtott feladatokat bemutató videók tették élvezetessé az előadást.

Paál György arról számolt be, hogy a tanszék fő hemodinamikai kutatási területei az orvosokkal szoros együttműködésben az agyi és hasi aneurizmák, a nyakiverőér- és a szívkoszorúér-szűkületek, , valamint az artériás-vénás hálózat modellezése. Az aneurizma az agyi artériák kiöblösödését jelenti, ahol az érfal elvékonyodik és megnő a kihasadás veszélye. Ez a kórkép a népesség 3-5 százalékánál fordul elő, nagyrészt semmi problémát nem okoz, de az esetek kisebb részében a az érfal kihasad, a betegek egy része pedig meghal vagy megbénul.

„A tevékenységünk fókuszában a Semmelweis Egyetem Idegsebészeti és Neurointervenciós Klinikájával közösen folytatott agyianeurizma-kutatásunk áll. Sok a megválaszolatlan kérdés: miért alakul ki, ha kialakul, mitől nő, ha nő, mitől hasad ki? Az összetett problémának az áramlástan az egyik eleme, ezzel foglalkozunk mi” – mondta el Paál György, megismertetve a hallgatóságot a kezelési módszerekkel is. A kutatásaik két legfőbb iránya olyan áramlástani mintázatok keresése, amelyek aneurizma kialakulására hajlamosítanak, a másik a kezelés szimulációja. A már nem is olyan távlati cél egy, a gyógyításban alkalmazható szoftver előállítása, amely képes a kezelések hatásait előre jelezni, ezzel segítve az orvost abban, hogy a leghatékonyabb kezelési módot válassza.

A nyakiverőér-szűkület gyakori betegség, egyrészt megnöveli a sztrók kockázatát, másrészt elégtelenné teszi az agy vérellátását. Ebben a kutatásban egyszerre dolgoznak egy orvosi és egy mérnöki szoftverrel. A jelenleg is folyó projekt célja, hogy a nyakiverőér-szűkületben létrejövő áramlási mintázatok és plakk struktúrája, alakja és anyagi összetevői között kapcsolatot találjanak a kutatók. „Nagy reményeink vannak arra, hogy hamarosan szép eredményeket érjünk el” ­– bizakodott Paál György.

A rendezvény Szebényi Gábor, a Polimertechnika Tanszék egyetemi docense „Ízületi implantátumok kopásának csökkentése orvos-mérnök együttműködéssel” című előadásával folytatódott. A mikromobilitási eszközök elterjedése, sőt akár a mobiltelefon-használat is egyre több protézis és implantátum beépítését teszi szükségessé, az átlagéletkor emelkedése miatt is nő a protézisműtétek száma. Így egyre nagyobb szükség van az implantátumok minőségének, kopásállóságának javítására. Szebényi Gábor felhívta a figyelmet arra, hogy az implantátumok kopása során úgynevezett kopásszemcsék válnak le, amelyek aktiválják a szervezet védekező reakcióját. A falósejtek azonban a műanyag szemcsék helyett azokat a csontokat támadják meg, amelyekbe beültették az implantátumot, ezért az implantátum kilazul. A BME és a Semmelweis Egyetem kutatói a probléma feltárásában és kezelési módjai kidolgozásában együttműködtek. Az egyik lehetőség az implantátumok kenésének javítása cellás szerkezetű anyagfelületekkel, a másik megoldás a kompakt, rugalmas szerkezetek létrehozása, melyeknél a kopási folyamat lassítható. A kutatások most érték el a klinikai tesztek folytatásához szükséges forrásbevonás fázisát.

A rendezvény záróelőadását, „Neurorehabilitáció – mozgatással segít a robot” címmel Tóth András, a Gyártástudomány és -technológia Tanszék tudományos munkatársa tartotta. Kutatásaik során az orvos-mérnök együttműködés két új szereplővel, a beteggel és terapeutával bővült. A neurorehabilitáció orvos-mérnöki kutatási területén a Semmelweis Egyetem Rehabilitációs Klinika 24 éve a BME együttműködő partnere. A robotok alkalmazásának története az első ipari robot megjelenésével kezdődött az USA-ban 1960-ban. Az első egészségügyi rehabilitációs robot az MIT-MANUS 1994-ben állt munkába.

Alig 6 évvel később indult a BME koordinációjával az európai uniós REHAROB projekt. A BME és a Semmelweis Egyetem kutatói, több nemzetközi és hazai projekt támogatásával, közösen fejlesztették tovább a gyógytornász munkáját segítő REHAROB felső végtagi rehabilitációs robotrendszert. A fejlesztés lényege, hogy a passzívtól az aktív gyakorlatokig terjedő skálán a robot érzékel a beteg állapotváltozását és az egyéni terápiás cél függvényében vezeti, követi vagy nehezíti a gyakorlatok elvégzését. A prototípus már elkészült, a piacra jutás még várat magára.

A prezentációk (pdf) innen letölthetők.

KJ-KK