Anbefalede studieforløb på Medicin og Teknologi:
- Medicinsk optik
- Medicinsk billeddannelse og billedanalyse
- Hearing systems
- Autonome medicotekniske systemer
- Biomekanik og biomaterialer
- Digital Sundhed
Medicinsk optik
Medicinsk optik bruger lys og specielle egenskaber ved fotoner til at opnå detaljerede billeder af den menneskelige krop på forskellige niveauer fra organer og væv til celler og molekyler. Teknikken giver information om et materiales form og kan også karakterisere eller identificere biologiske materialer, f.eks. typevæv eller molekyle.
På DTU vil du møde forskerhold der udvikler optiske teknologier til (a) detektion af metabolske processer i kroppen, (b) lysinduceret hjerneaktivitet til diagnose af Alzheimer og demens, (c) fotonaktiveret desinfektion, og (d) computerassisteret screening af vævsprøver (biopsi).
Optisk billeddannelse giver et stort løfte om at imødekomme udækkede kliniske behov på grund af kombinationen af ikke-invasiv, realtidsopsamling af biomedicinsk information, der muliggør beslutninger på stedet. Dette muliggør tidligere behandlingsstart, reducerede behandlingsomkostninger, reducerede gentagelsesrater, forbedrede kliniske resultater og en bedre patientoplevelse.
Konventionelt anvendes optiske billeddannelsesmodaliteter som selvstændige teknikker, der hver er målrettet mod én biomarkør. For nylig er det imidlertid blevet vist, at diagnosen forbedres væsentligt ved kombination af forskellige kontrastmekanismer i en multimodal tilgang. Derfor muliggør multimodalbiomedicinsk billeddannelse, der betragtes som den næste generations teknologi inden for diagnostik, objektiv vurdering af sygdomsstatus, såsom at assistere iscenesættelse og klassificering af kræftlæsioner eller overvågning af vævsfunktion. For at overføre optisk billedteknologi til applikationer skal systemerne være kompakte, brugervenlige og monteret i endoskoper. Fotoniske teknologier og leveringssystemer til sondering skal således videreudvikles.
I dette anbefalede studieforløb ligger kernekurserne inden for elektromagnetisme og optik.
Medicinsk billeddannelse
Et af de bedste værktøjer en læge har til at stille en diagnose er øjnene. Derfor spiller billeder af kroppens indre en afgørende rolle i den måde læger arbejder på. Behandlingen af et brækket ben starter med et røntgenbillede, og graviditeter følges og undersøges med ultralyd.
Til mere detaljerede undersøgelser anvendes computerbaseret tomografi (CT) eller magnetisk resonans (MR) til at tage billeder i serier af snitflader i kroppen. Man kan også anvende kameraer, der er følsomme over for ioniserende stråling (gammakameraer) til at danne billeder af organer (positronemissions-tomografi, PET). PET-teknikken egner sig godt til at påvise kræftsvulster, fordi billedet afslører svulsternes forhøjede stofskifte.
Hvert snitbillede taget i en CT- eller MR-skanner indeholder omrids af forskellige organer og knogler. Ved hjælp af forskellige billedanalyse-metoder kan disse omrids lokaliseres og kombineres, så der fås en 3-dimensionel computergrafisk model af det pågældende organ. 3D-modellen kan så vendes og drejes ved hjælp af computermusen, og lægen kan se både den udvendige og indvendige side.
Dette anbefalede studieforløb indeholder kernekurser inden for elektromagnetisme, elektronisk måling, medicinsk billeddannelse, signal- og billedbehandling, billedanalyse og machine learning.
Hearing systems
Formålet med høreteknologi er at hjælpe mennesker med hørenedsættelse. Der er mange eksisterende teknologier, der har til formål at gøre dette, herunder høreapparater, cochleaimplantater og andre hjælpemidler. Disse enheder forsøger at kompensere for nedsat hørelse ved at forstærke lyden akustisk eller ved at omgå en funktionsnedsættelse ved at overføre lyd til lytteren gennem mekaniske vibrationer eller elektrisk stimulering.
Viden om det menneskelige høresystem og om, hvordan vi bruger det til at kommunikere i hverdagen, især når det auditive system er svækket, er essentiel for at forbedre eksisterende teknologier,for eksempel høreapparater, cochleaimplantater, talegenkendelsessystemer samt kliniske diagnostiske værktøjer.
En specialisering indenfor hearing systems inkluderer auditiv signalbehandling og perception, talekommunikation, audiologi, objektive mål for den auditive funktion, beregningsmodeller for hørelse, høreapparatets signalbehandling og multi-sensorisk perception.
Dette anbefalede studieforløb har kernekurser inden for elektromagnetisme, elektronisk måling, mekatronik, signalbehandling og akustik.
Autonome medicotekniske systemer
Dette felt beskæftiger sig med udviklingen af intelligente, selvregulerende og selvlærende elektromekaniske systemer til diagnostik, behandling og rehabilitering.
Udstyr til diagnostik og monitorering er oftest afgrænset til et system af sensorer, analoge forstærkere og filtre samt en digital enhed centreret omkring en mikrokontroller til digitalisering, analyse, visualisering og lagring af data. Eksempler herpå er udstyr til monitorering af signaler fra muskler, nerver, hjerne, åndedræt, blodtryk mm.
Udstyr, som indgår i behandlingen af sygdomme, indeholder en kombination af mekaniske og elektriske komponenter. En sådan kombination af teknologi kaldes mekatronik. Dialyseapparater, anæstesiapparater, respiratorer og exoskeletons til genoptræning af bevægelse er alle klassiske eksempler på organstøtte-systemer, der indeholder pumper, motorer og ventiler, alt sammen monitoreret af analoge sensorer og styret af programmerbare digitale systemer.
Dette anbefalede studieforløb har kernekurser indenfor elektromagnetisme, elektronisk måling, reguleringsteknik og elektriske maskiner foruden en række kurser inden for programmering af mikrokontrollerbaserede systemer.
Biomekanik og biomaterialer
I forebyggelsen af skader på bevægeapparatet og de indre organer forårsaget af kraftbelastninger er det vigtigt at have viden om de forskellige organers tolerance for kraftpåvirkninger. Fastlæggelse af sådanne tærskelværdier er en typisk opgave for en biomekaniker (betegnelsen for en medicoingeniør, som har specialiseret sig i biomekanik). Fagområdet, der beskæftiger sig med faste stoffers deformation under en kraftpåvirkning (tryk, træk, bøjning, vrid), kaldes faststofmekanik.
Teknikker, der medvirker til genvinding af normal funktion af et organ, typisk bevægeapparatet, betegnes rehabilitering. Det kan være en patient, der er blevet delvist lammet på grund af en hjerneblødning eller en traumatisk ulykke. Konsekvensen kan fx. være, at patienten ikke længere kan gøre brug af de normale muskler under gang. Fysioterapeuten kan her få assistance fra biomekanikere med speciale i bevægelsesanalyse. Disse anvender videobaseret udstyr til at lave målinger på lemmernes hastigheder og accelerationer samt musklernes arbejdsmønster. Disse informationer kan bruges til at lægge en rehabiliteringsplan, der er tilpasset en given patients situation.
De materialevidenskabelige aspekter af medicotekniske produkter indebærer specialviden om både metaller, keramer og polymere. I vurderingen af disse materiales egnethed i en medicoteknisk anvendelse indgår desuden viden om disse materialers biokompatibilitet, dvs. nedbrydningsprocesser i kroppen, proteiner og cellers interaktion med forskellige materialetyper, immunreaktioner, sårheling og betændelse.
Dette anbefalede studieforløb har kernekurser inden for styrkelære, materialevidenskab, computer-beregning af materialers mekaniske stress og deformation, biokemi og celle- og molekylærbiologi.
Digital sundhed
I udredning og behandling af sygdomme indgår både korte specialiserede diagnostiske målinger på hospitaler og langvarig monitorering i hjemmet og/eller på arbejde. Diagnostisk udstyr på hospitalerne er oftest større komplekse og immobile systemer medens monitoreringsudstyr kan være kompakt og mobil, så patienten kan bære dette på kroppen eller i et bælte.
Mange af de elektriske apparater, der bruges til diagnostik og behandling af sygdomme måler signaler fra kroppen. Først skal signalerne renses for støj, fx fra elinstallationer, og måske udskilles fra andre fysiologiske signaler, der overdøver det ønskede signal. Herefter skal det rensede og isolerede signal analyseres og særlige kendetegnende karakteristika kaldet ”early biomarkers” ekstraheres og lagres i en database.
Næste skridt er at anvende datavidenskabelige metoder som machine learning og kunstig intelligens til at sammenligne de ekstraherede kendetegn med tilsvarende kendetegn fra et stort antal patienter med samme sygdom. Derved kan der ikke blot stilles en sikker diagnose men også gradbøjes, hvor svær sygdommen er for den givne patient. Med den viden kan der designes en personlig behandlingsplan for patienten frem for en standard plan.
De computerprogrammer, der anvendes til behandlingen og analysen af de fysiologiske signaler repræsenterer den sundhedsfaglige viden læger bruger til at stille diagnoser. Det er altså medicoingeniørens opgave at oversætte lægers ekspertviden til computeralgoritmer, der kan lægges ind i medicoteknisk udstyr.
Dette studieforløb har kernefag i objektorienteret programmering, algoritmer og datastrukturer, signalbehandling og statistisk dataanalyse, databaser og medicoteknisk instrumentering.
