חוקרים תנועה: טכנולוגיה לבישה לבעיות אורתופדיות

ד"ר אריאל פישר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית משלבת ביומכניקה של התנועה, טכנולוגיה לבישה, מחקר ביולוגי ובינה מלאכותית – זאת כדי להאיץ ולייעל את הטיפול בבעיות שריר-שלד

ד"ר אריאל פישר, המקימה בימים אלה שתי מעבדות חדשניות בפקולטה להנדסה ביו-רפואית, משלבת ידע מצטבר במגוון תחומים כדי לתקוף בעיות אורתופדיות ונוירולוגיות באמצעות טכנולוגיות חדשניות. "התחומים האלה נחקרים כבר המון שנים," היא אומרת, "אבל כדי להשיג פריצות דרך נדרשת גישה רב-תחומית שמנתחת את האינטראקציות הדינמיות בין מבנה, דינמיקה וביולוגיה."

המחקר זורם בדמה של ד"ר פישר. אימה, ילידת מצרים, מחזיקה בשני תוארי דוקטור (פילוסופיה ופסיכולוגיה) ולאביה, יליד ארצות הברית, תואר דוקטור בקרימינולוגיה. כשהייתה אריאל בת 11 עלו ההורים עם חמש בנותיהן מאולבני, ניו יורק, ליישוב הקהילתי יובלים שבגליל התחתון.

אחרי הצבא התקבלה פישר ללימודי תואר ראשון בארץ ובארצות הברית ובחרה בחו"ל, וליתר דיוק ב-MIT – "כי זו הייתה הזדמנות ללמוד באוניברסיטה המובילה בעולם בהנדסה וגם לחוות לימודים בחו"ל." כעבור שנתיים חזרה לישראל והשלימה את התואר בפקולטה להנדסה ביו-רפואית, שבה היא סגרה מעגל כעבור כמעט עשור כששבה אליה כחברת סגל בשנת 2020.

ד"ר אריאל פישר

ד"ר אריאל פישר

בתום התואר הראשון המשיכה לתואר שני בטכניון בהנדסת מכונות, שהפך עד מהרה לדוקטורט במסלול ישיר. במחקר זה, בהנחייתו של פרופ' אלון וולף, היא פיתחה טכנולוגיות משקמות המסייעות לאנשים אחרי פגיעה מוטורית להשיב לעצמם דפוסי תנועה נכונים. "בין השאר פיתחנו מתקן נע שמאפשר למטופל לתרגל הליכה נכונה תוך כדי הסרת אחוזים ממשקל הגוף – מה שמתקנים נייחים אינם מאפשרים. במהלך הדוקטורט שהיתי תקופה ב-EPFL, בית הספר הפוליטכני הפדרלי של לוזאן, שם הייתה לי הזדמנות לעבוד בפיתוח רובוטים מתקדמים בתחום הזה."

בתום הדוקטורט עלתה ד"ר פישר על הקו המוכר לה היטב – ישראל ארה"ב – לטובת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד. "עסקתי שם בשיקום  חולי מפרקים – אנשים עם בעיות מיניסקוס בברך או אחרי החלפת רצועה צולבת קדמית והחלפת ברך." בתקופה זו היא התמקדה בפיתוח התקנים לבישים לניטור וסטימולציה בתנועה במסגרת השיקום המוטורי. "ניטור לביש," היא אומרת, "מספק לנו מידע רציף נרחב מאוד על נתונים פיזיולוגיים שונים, וכלים של בינה מלאכותית מאפשרים לנתח את המידע הזה באופן יעיל ומהיר ולחלץ מתוכו מסקנות מעמיקות על תפקוד תקין כמו גם על פציעות ושיבושים אחרים."

אחד ההישגים הגדולים שלה בסטנפורד היה פיתוח של התקן חדשני הממסך את הכאב בתהליך השיקום המפרקי ומגביר את התנועתיות של המטופל לבצע פעילות. התקן זה, KneeMo ®, הוא מכשיר ברך לביש, לא פולשני, הכולל שתי רצועות אלסטיות עם מודלי גירוי הממוקמים אסטרטגית על כל מטופל כדי לעורר את התגובה החזקה ביותר בהתבסס על אנטומיה ומיקומי עצבים. רצועות המכשיר מוצמדות היטב סביב החלק התחתון של הירך והחלק העליון של השוק כך שנוצר לחץ סטטי ורטט פעיל. עיתוי הרטט מסונכרן לתנועת הרגל באמצעות מודולי חישה (מד תאוצה וזוית) שמזהים את תנועת הגפיים ומפעילים את הגירוי בנקודה ספציפית במחזור ההליכה בה נרצה להגדיל את הפעילות השרירית. לדבריה, "החזון שלנו הוא לפתח התקן ייעודי לכל מפרק, שיאיץ וישפר תהליכי שיקום ויחזיר את יכולת התנועה לאנשים שנפגעו בנסיבות שונות."

עבודתה פורצת הדרך זיכתה את אריאל במלגת ות"ת לפוסט-דוקטורנטים המתעתדים לחזור לארץ, ואכן, ב-2020 נפרדה ד"ר פישר מסטנפורד וחזרה לישראל – ולפקולטה שבה עשתה את התואר הראשון. בכך הייתה לבוגרת הראשונה של הפקולטה להנדסה ביו-רפואית ששבה אליה כחברת סגל. ראיית עולמה של ד"ר פישר, המתאפיינת בשיתופי פעולה רבים ובהסתכלות רב-תחומית, זיכתה אותה גם במלגת צוקרמן היוקרתית לחוקרים צעירים.

כאן בטכניון היא מקימה מעבדה שתפעל בשלושה כיוונים עיקריים:

  1. המשך המחקר והפיתוח בהקשר של שיקום וטיפול בבעיות אורתופדיות (בעיות שריר-שלד), וזאת באמצעות שילוב של התקנים לבישים, גירוי שרירי, ניטור פעילות השריר, ניתוח הביומכניקה של התנועה ועוד.
  2. פיתוח מעבדה ניידת שתוכל לבדוק אנשים מחוץ לכותלי הטכניון ובחלקה תסתמך על מכשירים לבישים – כרגע היא משתפת פעולה עם המרכזים הרפואיים רמב"ם, רעות ובית לוינשטיין. היא משתפת פעולה גם עם מכון וינגייט וצה"ל מתוך כוונה לצמצם את הפגיעות האורתופדיות בקרב ספורטאים וחיילים ולטפל בהן בשלב מוקדם.
  3. אבחון ביולוגי. "כאן מדובר בתחום פחות מפותח – זיהוי תהליכים מבניים בשריר-שלד באמצעות בדיקות דם. מתברר שעל ידי השוואה בין בדיקות לפני מאמץ ואחריו אפשר לנטר, לדוגמה, התפרקות של סחוס, שהיא תהליך קליני מרכזי בהידרדרות מוטורית. ככל שנשכלל את הטכנולוגיה של בדיקות אלה נוכל לזהות בעיות בשלב הראשוני, בו הטיפול הרבה יותר אפקטיבי."

את המידע שייאסף במעבדות והעזרת ההתקנים הלבישים מתכננת ד"ר פישר לנתח בעזרת מודלי הסתברות מורכבים ובכללם טכנולוגיות בינה מלאכותית (AI) – תחום בו עוסק בעלה, העומד לסיים דוקטורט בטכניון. "בינה מלאכותית מאפשרת לנו לנתח מידע עצום ולהסיק ממנו מסקנות שאי אפשר לגזור בדרכים מסורתיות," היא מסבירה. "ברור לי שטכנולוגיות כאלה ירחיבו את הידע שלנו בנוגע לפגיעות שריר-שלד ויאפשרו לנו לפתח דרכים חדשות למניעה של פגיעות כאלה ולטיפול בהן. מאחר שבעיות אורתופדיות מוכרות כמעט לכל אדם בעולם, בוודאי לאנשים מבוגרים, אני שמחה להיות שותפה במאמץ לצמצם את הנטל שגורמות בעיות אלה  לחיי היום יום ומאמינה שבשנים הקרובות נראה פריצות דרך חדשות שישפרו את חיינו גם בתחום הזה."