Eksempler på medicoingeniørers arbejde

Pacemakeren

 

En pacemaker er et elektronisk apparat, der forsyner hjertet med elektriske impulser i de tilfælde, hvor hjertets eget impulsledningssystem fejler. Impulserne overføres fra en impulsgenerator til hjertemuskulaturen gennem en elektrode, der hæftes fast på indersiden af hjertemuskulaturen.

 

Udover at levere elektriske impulser til hjertemuskulaturen, kan elektroderne også registrere den resulterende impulsudbredelse i hjertet og sende informationen tilbage til impulsgeneratorenhed-en. Pacemakeren bruger det målte signal til at analysere hjertets slagrytme og til at beslutte om et stimulusimpuls skal eller ikke skal gives.

 

Den løbende udviklingen af pacemakerteknologien foregår i et tæt samarbejde mellem læger og ingeniører. Lægerne efterspørger nye features i pacemakeren og ingeniørerne udvikler nye computerprogrammer og nye elektriske kredsløb til næste generation af pacemakere. Udviklingen af et produkt som en pacemaker sker i udviklingsteams bestående af folk med forskellige ingeniøruddannelser. Typisk vil en maskiningeniør være ansvarlig for design af elektrodekablet, så det kan tåle hjertets rytmiske bevægelse uden at knække på grund af metaltræthed. Elektronikingeniører vil typisk udvikle og minituarisere det elektroniske kredsløb og softwareingeniører vil ofte være ansvarlige for den software, der lægges ind i pacemakeren.

 

Men hvem oversætter lægernes ønsker om nye features til designspecifikationer som maskin-, elektro- og softwareingeniørerne kan arbejde ud fra? Det gør medicoingeniøren.

 

En medicoingeniør har en bred og alsidig ingeniørteknisk uddannelse og derudover et grundlæggende kendskab til menneskekroppens anatomi, fysiologi og sygdomme. Medicoingeniøren skal kunne forstå, hvorfor lægen ønsker de nye features og hvordan disse nye features kan understøtte pacemakerens funktion og anvendelighed.

 

Medicoingeniøren skal derfor have en grundig viden om hjertet og de karakteristika, der kendertegner de mange forskellige hjertesygdomme, der giver rytmeforstyrrelser. Herudover skal medicoingeniøren have et godt kendskab til de kliniske procedurer, der arbejdes med på en hjerteklinik, hvilke kompetencer de forskellige personalegrupper har samt kendskab til produktansvar og medicinsk etik.

 

Samtidig skal medicoingeniøren vide hvilke teknologier, der egner sig bedst til løsning af udviklingsopgaven og kunne opstille designspecifikationerne. Ofte indgår medicoingeniøren aktivt i udviklingen af produktet, fx den software, der skal indlejres i pacemakeren.

 

Ud over en grundviden om sundhedsvidenskab og teknologi i bred forstand, skal en medicoingeniør også specialisere sig inden for en bestemt disciplin for at kunne bidrage til udviklingen af nye avancerede produkter. I det givne eksempel ville det være naturligt, hvis medicoingeniøren havde specialiseret sig i programmérbare elektroniske systemer for medicinske anvendelser.

 

I uddannelsen til medicoingeniør vil den pågældende ikke nødvendigvis have modtaget undervisning specifikt i pacemakerens teknologi. En sådan produktspecifik uddannelsespolitik vil være uhensigtsmæssig, da man inden for den normale studietid aldrig ville kunne nå at dække alle typer medicotekniske produkter. I stedet er medicoingeniøren blevet undervist i mere generelle begreber, principper og metoder, som kan anvendes i en bred vifte af produkter lige fra babyalarmer til mobiltelefoner, til høreapparater, til pacemakere og til produkter vi i dag end ikke kender behovet for.

 

En medicoingeniør, der har specialiseret sig inden for programmérbare elektriske systemer til medicinsk anvendelse vil ofte i sin kandidatuddannelse have taget videregående specialiseringskurser inden for programmering, signalbehandling, måleteknik og programmérbare elektriske målesystemer.

 

Forskellen mellem vores medicoingeniør og fx en elektroingeniør er ikke altid tydelig. En elektroingeniør kan jo også designe og programmere elektriske målesystemer og skrive computerprogrammer til analyse af signaler. En af forskellene er, at en elektroingeniør har brugt det meste af sin bacheloruddannelse udelukkende på at lære om elektrotekniske begreber.  En elektroingeniør har således et bredere fundament inden for elektronik og kan beskæftige sig med elektronik inden for en bred vifte af applikationsområder (underholdningselektronik, industrielle styringsanlæg, robotteknologi, radiokommunikation og andet). Elektroingeniøren er derfor en højt specialiseret ingeniør med en forholdsvist snæver faglig ekspertise.

 

Til sammenligning har medicoingeniøren gennem sin bacheloruddannelse modtaget en fagligt bredere uddannelse, der spænder over elektriske, mekaniske, materialetekniske og sundhedsvidenskabelige discipliner. Denne bredde i grunduddannelsen gør medicoingeniøren i stand til at arbejde inden for flere forskellige produktområder og til at anskue en udviklingsopgave fra flere faglige synsvinkler. Disse kompetencer er en forudsætning for at besidde en ledende rolle i et udviklingsteam.

 

Selv om medicoingeniøren har en bredere grunduddannelse end eletroingeniøren, er dette ikke ensbetydende med at medicoingeniørens spidskompetencer er på et lavere niveau end elektroingeniørens. I den 2-årige kandidatuddannelse som følger bacheloruddannelsen, har en studerende i Medicin og Teknologi gode muligheder for at fokusere sit studie på et bestemt fagområde og inden for dette opnå en spidskompetence, der er helt på niveau med andre ingeniøruddannelser.

 

Proteser til blodkar

Et aorta-aneurysme er en udposning på hovedpulsåren (aorta). Udposningen opstår oftest i den del af hovedpulsåren, som løber i maven. Ved større udposninger er der risiko for, at der kan gå hul på pulsåren med fatale følger. Store aorta-aneurysmer kræver derfor et indgreb, hvor der sædvanligvis indsættes en karprotese af kunststof via et kateter indsat i en blodåre i lysken.

 

Typisk anbefales det, at et aorta-aneurysme i maven behandles hvis det er mere end ca. 5 cm i diameter. Under proceduren indsættes en karprotese af kunststof. Denne vil herefter skærme blodkaret for det pulserende blodflow og derved minimere risikoen for at aneurysmet sprænger. I nogle tilfælde er det nok at indsætte en kort rørformet karprotese. Andre gange må man dog forlænge protesen ned i pulsårerne i bækkenet. Hertil anvendes en såkaldt bukseprotese, som har form som et omvendt Y.

 

Karproteser udvikles løbende og nye design imødekommer nogle af de svagheder, der har karakteriseret tidligere generationer. Information om styrker og svagheder i eksisterende designs indsamles og publiceres i videnskabelige tidsskrifter af læger på karkirugiske afdelinger og på radiologiske afdelinger på hospitalerne. Denne information bruger medicoingeniørerne til at forbedre den geometriske form eller afprøve nye materialer. Udviklingen af karproteser indvolverer altså både maskiningeniører og materialeingeniører. Maskiningeniørerne udvikler systemkonceptet sådan, at protesen kan kollapse og indsættes i et millimetertyndt indføringskateter. Materialeingeniørerne udvælger materialetyper, der kan huske deres oprindelige form sådan, at protesen springer ud i sin udspændte form, når den skubbes ud af protesen.

 

Hvad skal man så med en medicoingeniør i firmaet? Karprotesen skal interagere med blodkaret og kan herved forårsage mange uønskede konsekvenser. En primær problemstilling er om karprotesen kan tilpasse sig en given patients blodkar. Blodkar, specielt i ældre mennesker, har et snoet forløb, der kan gøre det vanskeligt for karprotesen at slutte tæt til karvæggen. En dårlig tilpasset protese vil kunne lade blod passere mellem protesen og karvæggen og erodere protesens textil.  Et godt kendskab til blodkarsystemets anatomi er derfor en forudsætning for et godt design.

 

En anden udfordring er, at blodpladerne, der sikrer blodstørkning ved blødning, har en tilbøjelighed til at sætte sig på alle former for fremmedlegemer i blodstrømmen. Derved kan der akkumuleres blodplader i protesen, der delvist kan blokere for gennemstrømningen. En løsning på denne problemstilling kræver viden om både celler og materialer og ikke mindst om væv-materialeinteraktion.

 

En materialeingeniør har viden om materialer, men ikke om celler. For en cellebiolog er det omvendt. En medicoingeniør, der på kandidatstudiet vælger at specialisere sig inden for området Biomekanik og Biomaterialer vil opnå viden om både celler og materialer og deres interaktion. Kun med denne kombination af viden vil det være muligt at deltage i den allernyeste trend inden for proteser, at beklæde protesen med patientens egne celler. Fordellen ved denne teknik er, at blodpladerne i blodet ikke ”ser”  fremmedlegemet, men kun de naturlige celler, der også beklæder de raske dele af blodkaret. Man håber herved på helt at kunne undgå behovet for blodfortyndende medicin, som ikke alle patienter kan tåle. Der er dog stadigt store udfordringer i at få celler til at gro på ikke-biologiske materialer. Celledyrkning med henblik på at skabe funktionelt væv bygger på stamcelleforskning og kaldes på engelsk for Tissue engineering.

 

Protesens mekaniske styrke er også en væsentlig faktor i valget af design og materialetyper. En maskiningeniør vil typisk have gode kompetencer inden for dette felt. Maskiningeniører er ofte ansvarlige for konstruktionen af større mekaniske systemer, som skal kunne modstå mekaniske belastninger (metalskelet i maskiner, biler og lignende). I medicinske proteser er det vigtigt at kunne udføre analyser på mekaniske belastninger både i protesematerialet og i det omkringliggende væv. En medicoingeniør inden for Biomekanik og Biomaterialer vil, ud over viden om typiske konstruktionsmaterialer, også have viden om biologisk vævs mekaniske egenskaber.

 

En medicoingeniør, der specialiserer sig inden for Biomekanik og Biomaterialer vil gennem sin specialisering på kandidatuddannelsen tage videregående kurser i materialevidenskab, beregning af mekanisk belastning i materialer og væv, strømning af faste og flydende stoffer og friktion, slid og smøring af proteser og bevægeapparatets funktion og mekaniske egenskaber. Med en sådan specialisering vil man kunne medvirke i udviklingen af kontaktlinser, karproteser, hofteproteser, beskyttelsesudstyr, teknologier til fremme af handikappedes bevægelighed, mekaniske komponenter til ortopædkirugi og design af organstøtteapparatur som hjertelungemaskiner, respiratorer og dialyseapparater.

 

Andre eksempler på erhverv er ulykkeanalyser i havarikommisioner og biomekaniske analyser i retsmedicinske undersøgelser.

 

Som i foregående eksempler tager undervisningen i Biomekanik og Biomaterialer ikke udgangspunkt i et sekventielt studie af alle forekommende mekaniske produkter til medicinsk brug. I stedet udvælges nogle enkelte repræsentative produkter, som udmærker sig ved at kunne karakteriseres med generelt anvendelige ingeniørfaglige teorier og metoder. Hofteprotesen indgår på denne måde både i undervisningen i belastningsanalyser og i karakteriseringen af friktion, slid og smøring i kugleled.