Innovatív légzésfunkciós mérőberendezést fejleszt az innovációs díjas Prof. Dr. Peták Ferenc

– Ön eredetileg gépészmérnökként végzett a BME-n. Mi vezette el az orvostudomány és biológia területére?

– Még a gépészmérnöki tanulmányaim alatt ismertem meg a későbbi feleségemet. Ugyan Budapestre jártam egyetemre, de miatta a szakdolgozati munkámat már mindenképpen Szegeden szerettem volna végezni. 1991-ben Szegeden még nem volt mérnöki kar, tulajdonképpen a Szegedi Tudományegyetem is csak több különálló egyetemként létezett. Akkoriban volt Szegeden például JATE, SZOTE, Élelmiszeripari Főiskola, vagy Pedagógusképző Főiskola, tehát nem volt integráció és nem volt általános gépészmérnök képzés. Mivel Szegedhez ragaszkodtam és a természettudományi területen nézelődtem, így a JATE-n kötöttem ki, és a JATE Kalmár Laboratóriumában találtam egy kitűnő lehetőséget. Ott Hantos Zoltán professzor vezetésével már akkor a világ élvonalába tartozó kutatások folytak élő tüdőszövetek mechanikai tulajdonságainak vizsgálatára, így lett ez a diplomamunkám az ő témavezetésével. Emiatt rögtön képbe került az élettudományok ezen területe, ami annyira a szívemhez nőtt, hogy nemcsak szakdolgozati téma lett belőle, hanem ennek mentén elindult egy egyetemi karrier is.

Fokozatosan, egyre inkább sodródtam az élettudományok irányába, és a PhD fokozatomat is az akkori Szent-Györgyi Albert Orvostudományi Egyetemen szereztem, amit a légzésmechanikához kapcsolódó habilitáció és az MTA Orvosi Tudományok Osztályában megvédett akadémiai doktori cím követett. Ugyanakkor a mai kutatói gondolkodásomban is megmaradtak a mérnöki jegyek, ez pedig rendkívül hasznos az élettudományok területén.

Dr. Peták Ferenc, az SZTE SZAOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet professzora.

– Hogyan telik egy-egy hétköznapja, mely karokon tanít, s milyen tantárgyakat?

– Szeretnék többet tanítani, de most az oktatásra sajnos kevesebb időm jut. Minden szemeszterben igyekszem úgy alakítani az általam vezetett Intézet tanrendjét, hogy a nagylétszámú tantermi Orvosi Fizika és az Orvosi Informatika előadásokon kívül kiscsoportos gyakorlatokat is tartsak, és ezzel közvetlen kapcsolatban tudjak maradni a hallgatókkal. Az Orvosi fizikai laborgyakorlatok keretében az orvoslás fizikai hátterével ismertetjük meg a hallgatókat, mérésekkel demonstrálva. Ezentúl orvosi informatika gyakorlatokat is igyekszem tartani minden szemeszterben, ahol a MedSol kórházi informatikai rendszer bemutatásán túl orvos-biológiai adatok gyűjtését, feldolgozását és prezentálását, illetve telemedicinás megoldásokat és 3D nyomtatást is oktatunk. Részt veszek az ETSZK-n folyó képzésben is, ahol az orvostechnika és az orvostechnológia területén tartok órákat. Ezen kívül a posztgraduális képzés keretében, a SZAOK doktori iskoláiban, a Számítógépes kutatásmódszertan kurzus gyakorlataiban is komoly részt vállalok.

 – Idén novemberben Innovációs Díjat vett át. A légzésfunkciós mérőberendezés ötlete hogyan fogant meg, illetve hogyan zajlik egy ötlet elméleti tervezése?

– Ahogy említettem, már a diplomamunkám óta a tüdő légzőrendszer vizsgálatával foglalkozom, ennek kapcsán nagyon sok olyan projektben veszünk részt, amelyek ilyen jellegű kutatást és műszerfejlesztést érintenek. A cél az volt, hogy ezt a gondolkodást elvigyük abba az irányba, hogy egy egyszerű, mindenki számára elérhető, költséghatékony, de ugyanakkor megbízható orvostechnikai eszközt fejlesszünk. Tulajdonképpen egy kutatócsoport megbeszélésen merült fel az ötlet, amikor a fiatal kollégákkal együtt itt, az irodámban lévő asztalnál a szokásos heti kutatási teendőket, eredményeket egyeztettük.

Azon gondolkodtunk, hogy az eddig használt mérőeszközöket hogyan lehetne az új technikai lehetőségekkel, a kor kihívásainak megfelelően megújítani. Hiszen léteznek megbízható légzésfunkciós mérőberendezések, használják is őket a napi klinikai rutinvizsgálatokban. Azonban két probléma van ezekkel. Először is használatuk nagyon szoros kooperációt kíván meg a betegtől, tehát különleges, nem szokványos erőltetett légzési mintát kell pontosan követni, ezek pedig legtöbbször fárasztók. Ráadásul ezeket többször meg kell ismételni ahhoz, hogy megbízható adatokat szolgáltassanak. Gyerekkorban, az idős korosztály számára, vagy súlyosabb légzőrendszeri tünetek esetén ezek a szigorúan elvárt manőverek nehezen kivitelezhetők. A másik probléma, hogy az ezek az általánosan elterjedt légzésfunkciós tesztek csak közvetett paramétereket szolgáltatnak a légzőrendszer állapotáról. Légzési térfogatokat és áramlásokat mérnek, ahelyett, hogy ellenállás vagy rugalmasság jellegű, fizikailag jól megalapozott paraméterekkel jellemeznék a légzőrendszer állapotát.

Mindkét szempontot együttesen figyelembe véve merült fel az ötlet, hogy olyan műszert fejlesszünk, aminek a használata során nyugodt légzéssel is elvégezhető a vizsgálat, ugyanakkor olcsó, egyszerű, kisméretű és nemcsak szakorvosi rendelőben, felügyelet mellett hajtható végre a mérés, hanem akár otthon is. Emellett pedig jól megalapozott fizikai elvek mentén olyan paramétereket szolgáltat melyek objektív leírását adják a légzőrendszer állapotának.

Valójában esetünkben az Innovációs Díj elnyerése összekapcsolódik egy háttérben futó sikeres Proof of Concept pályázattal. Tehát nem csak az ötlet született meg, amellyel a díjat elnyertük, hanem közben intenzíven dolgozunk az eszköz megvalósításán is Fodor Gergely orvos, Tolnai József informatikus és Nagy Attila 3D-nyomtatásban járatos biológus kollégáimmal, valamint a Mérnöki Karról Sarcevic Péterrel és Bálint Ádámmal.

Az innováció megvalósítása tehát különböző diszciplinák összehangolt együttműködésével zajló csapatmunka, hiszen az orvostechnikai eszközt a digitális adatgyűjtő és feldolgozó képességen túl telemedicinás tulajdonságokkal és mesterséges intelligencia alapú adat értékeléssel is fel kívánjuk vértezni.

A kutatócsoport tagjai Dr. Fodor Gergely, Dr. Tolnai József, Dr. Peták Ferenc és Dr. Nagy Attila.

– Hogyan szerveződik egy kutatócsoport?

– Ideális esetben az érdeklődő fiatalok megjelennek az Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet körül, s ekkor megmutatjuk nekik az itt folyó kutatási programokat. Szerencsére több olyan hallgató van, aki lelkes érdeklődést mutat a légzőrendszer kutatása iránt, legyen szó akár állatkísérletes vagy klinikai jellegű vizsgálatról. A fiatal, kutatómunka iránt érdeklődő diákokat mindig szívesen látjuk, kiképezzük őket, külön szervezett szemináriumokon megtanítjuk nekik a tudományterület orvosbiológiai hátterét, a labormunka technikai részleteit. Heti rendszereséggel kutatócsoport értekezleteket tartunk, ahol az aktuális kutatási, kísérleti feladatokat, eredményeket és teendőket tekintjük át. Így a fiatalok szépen lassan beintegrálódnak kardiopulmonális kutatócsoportunk életébe, amely szerencsére egyre bővül. Eleinte még elfértünk az irodában lévő hat fős asztalnál, ma már olyan sokan vagyunk, hogy egy tanteremben tartjuk az értekezleteket.

Szerencsés, hogy a kutatócsoport munkatársai belső motivációból fakadóan vesznek részt a munkában, szívesen és lelkesen végezzük a kutatási feladatainkat. Mindeddig a kutatócsoport alulról építkezve be tudott vonni olyan hallgatókat, akik TDK munkában is részt vesznek. Aktívak vagyunk a helyi és az országos orvos és egészségügyi TDK konferenciákon is. A legutóbbi OTDK-n két országos első helyet is elhoztak hallgatóink. A nemrég befejeződött helyi TDK konferencia is nagyon sikeres volt, hiszen két előadásunk is első díjban részesült. Mindkét előadás humán vizsgálat köré épült. Polónyi Gabriella – Ferenczi Ádám szerzőpáros témája azért rendkívül izgalmas, mert az Aneszteziológiai és Intenzív Terápiás Intézettel közösen végzett kutatásokban ők olyan post-COVID betegeken végeztek légzésmechanikai méréseket, akik a súlyos COVID szövődmények miatt nemcsak lélegeztetőgépen voltak, hanem testen kívüli keringés kezelésben is részesültek. Horváth-Varga Réka – Dakos Kira szerzőpáros pedig a kilélegzett széndioxid koncentráció változásából vont le értékes következtetéseket a légzőrendszer állapotára.

Munka közben Dr. Tolnai József, Dr. Peták Ferenc és Dr. Nagy Attila.

– Hol tart az innováció megvalósítása?

– Ahogyan már korábban említettem, az Innovációs Díj és az elnyert egyetemi pályázat szorosan összekapcsolódik. A Proof of Concept pályázat keretében már több mint fél éve zajlik a munka. Most elsősorban az elektronikai fejlesztésre és a miniatürizálásra koncentrálunk, hiszen ilyen eszközök, amikről beszéltem nagyobb méretben és drága kivitelben már léteznek. Az innováció kulcsa, hogy ezt egy olyan eszközre redukáljuk, ami kisméretű, hordozható, illetve árban vetekszik egy középkategóriás mobiltelefon árával. A fejlesztés jelenlegi fázisában ott tartunk, hogy az elektronikai komponenseket olyan miniatűr méretre zsugorítsuk, hogy az eszköz akár egy kis táskában is elférjen.

Egy ilyen méretű prototípust éppen a múlt héten teszteltünk. A mérnök kollégák egy bankkártya méretű elektronikai panellel képesek helyettesíteni azt, ami korábban egy fél íróasztalt foglalt el. Ennek az új miniatűr elektronikának a próbapados mérései már lezajlottak, és ígéretes eredményeket szolgáltattak.

– Milyen jelenségekre reagál, s milyen globális kihívásokra kínál megoldást az Önök által fejlesztett eszköz?

– A légzőrendszeri betegségek utóbbi évtizedekben egyre nagyobb kihívást jelentenek. A levegőszennyezés ebben vezető kockázati tényező, és világszerte több millió halálesethez járul hozzá. Az immunrendszert károsító ételadalékok fokozódó térnyerése, az elöregedő társadalom és az utóbbi időkben a globális pandémiák mind tovább fokozzák a légzőszervi betegségek, mint az asztma vagy COPD előfordulási gyakoriságát. A légzőrendszeri betegségek ráadásul a leginkább alul diagnosztizált betegségek csoportjába tartoznak. A légzésfunkció megbízható mérésével felállított diagnózis nehézségei miatt sokan élnek rejtett vagy alul kezelt légzőrendszeri betegséggel. Egy idős, mozgásában korlátozott ember, vagy egy fiatal kisgyermek nem mindig tudja a hagyományos méréshez szükséges fárasztó és időigényes légzési manővereket megbízhatóan végrehajtani. A mi eszközünk ezt kívánja orvosolni azzal, hogy kiterjessze a légzésdiagnosztika lehetőségét a fiatal és idős korosztályra, egyszerűsítse a mérés menetét, elősegítse a telemedicinás távdiagnosztikát és lehetővé tegye egy mesterséges intelligencián alapuló kiértékelő és riasztási rendszer kidolgozását.

 Manapság számos orvostechnikai eszköz terjedt el széleskörűen, mellyel az ember a mindennapok során mérheti az egészségügyi állapotát. Az emberek nagy részének van otthon vérnyomásmérője, a rizikó csoportba tartozóknak vércukormérője vagy véroxigén szint mérője, sőt az emberek jelentős részének már van EKG mérésre képes okosórája is. Fejlesztésünk végső célja, hogy az otthon elérhető orvostechnikai eszköztárat bővítsük egy eszközzel, mely a légzőrendszer állapotáról szolgáltat értékes információt.

Munka közben Dr. Peták Ferenc és Dr. Fodor Gergely.

– Várhatóan milyen területeken lehet használni az eszközt?

– Elsősorban olyan rizikócsoportra gondoltunk, akikben a krónikus légzőrendszeri betegség megléte miatt fontos a tüdő mechanikai állapotának szoros követése. Ez tipikusan lehet gyermekkorban az asztma, felnőttkorban a COPD, vagy az utóbbi évek rendkívüli kihívását jelentő koronavírus-fertőzés, és az utána hosszú távon is fennmaradó légzőrendszeri panaszok. Ha a mérőeszközünk elkészül, a rizikó csoportokba tartozó betegek légzőrendszerének állapotát objektív mérőszámokkal fogja tudni jellemzi. Mivel mesterséges intelligenciát is szeretnénk bevonni az adatelemzésbe, távlati célunk, hogy ezen alapulva hozzá kapcsoljunk egy riasztórendszert. Ez a fejlesztés a paraméterek változásainak intelligens, automatikus vizsgálatával akár a szakorvost is képes értesíteni arról, hogy egy légzőrendszeri tünet olyan szintet ért el, hogy szakorvosi konzultáció vagy beavatkozás szükséges. A beteg továbbá képes objektíven felmérni azt, hogy saját légzőrendszerének állapota milyen irányba és mértékben változik. Poszt-COVID szindrómában láthatja például, hogy az állapota a rosszabbodás, vagy a javulás irányába halad-e, vagy egy elkezdett kezelésnek milyen hatása van. Ezzel nem csak saját életminőségének javulását segítheti elő, de a tüdőgyógyászati szakrendelőbe történő idő, és anyagi ráfordítást igénylő utazást is megspórolhat.

– Várhatóan mikor lesz készen az eszköz?

– Egyelőre azt vállaltuk, hogy az elektronikai rendszer miniatürizálása a jövő év elejére elkészül. Ezt követő kihívás a mechanikai rendszer optimalizálása és miniatürizálása lesz. Ezután kezdődhetnek a gondosan tervezett és kivitelezett klinikai tesztek, amelyek akár hónapokat is igénybe vehetnek. Egyelőre a Proof of Concept pályázatban vállalt menetrendet követjük, utána eltökélten folytatjuk tovább a fejlesztést és megvalósítást lépésről lépésre.

Petrity Rebeka

Fotó: Molnár Dóra

Borítókép: Az innovációs díjas Prof. Dr. Peták Ferenc