Prof Mart Min: tehnoloogia teeb tervemaks ja rikkamaks

Tallinna Tehnikaülikooli emeriitprofessor Mart Mini (76) juhtimisel välja töötatud südamestimulaator on päästnud tõenäoliselt tuhandeid elusid. Elektrilise bioimpedantsi mõõtmine, millel leiutis põhineb, on viinud euromüntide tuvastamise ja koguni superkondensaatorite testimiseni. Teenekas teadlane igavuse üle ei kurda: põnevad ajad tulevad koos robootika ja tehisintellektiga.

Kuidas kõik algas

Min töötab Tallinna Tehnikaülikooli Thomas Johan Seebecki elektroonikainstituudis, kus elektroonika ühendatakse meditsiiniga. Tema teekond erialani sai alguse 1963. aastal Tallinna Polütehnilisest Instituudist (nüüdne Tallinna Tehnikaülikool), kui ta asus õhtuses osakonnas õppima raadiotehnikat. „Miks raadiotehnikat ja miks õhtusesse? Raadio ja side olid tollal põnevalt arenevad valdkonnad. Seejuures olin isekas, juba keskkooli lõpetasin kaugõppe korras ning täismehe ülikoolis õppimine papa-mamma kulul tundus lausa sobimatu. Siiski, töötamine ja sportimine, lisaks veel pidude pidamine koos ülikoolis õppimisega oli liiast ka tragi noormehe jaoks. Kolmandal kursusel olin juba elektroonika eriala statsionaarne üliõpilane päevaõppes.“

Pärast lõpetamist olid temast huvitatud nii tolleaegse Hans Pöögelmanni nimelise elektroonikatehase (nüüdne Tondi Elektroonika) vastavatud integraalskeemide osakond kui ka tehnikaülikooli automaatika kateeder. „Võtsin viimase kui põnevama ja tol ajal ka prestiižika, kuigi segasemate perspektiividega valiku. Juhtus nii, et peagi toodi minu lauale USA firma Hewlett Packard erilise lahendusega mikrovoltmeeter. Sain ülesande: õpi tundma ja tee järgi!“

Mini selgitusel oli see osa tollase Nõukogude Liidu tehnikapoliitikast. Otsida maailmaturult välja kõige uuemad ja põnevamad asjad ning kopeerida neid oma komponente ja tehnikat kasutades. Kõlbmatu temp ausa konkurentsi suhtes, kuid lausa maiuspala noore inseneri jaoks. „Selle põneva tööga jõudsime peagi oma originaalsete lahendusteni, mille Nõukogude Liit patenteeris kümnes riigis USA-st kuni Jaapanini, Euroopast rääkimata,“ jutustab ta. „Koostöös Tallinna tehasega RET ja selle konstrueerimisbürooga valmistasime mitu originaalset voltmeetrit, vektorvoltmeetrit. Saime nii kulla- ja hõbeda- kui pronksikarva medaleid Nõukogude Liidu Rahvamajanduse saavutuste näituselt Moskvas, mitmeid valitsuse autasusid. Sain samal teemal ka doktorikraadi Kiievi Polütehnilisest Instituudist (nüüdne Sikorski-nimeline Ukraina Rahvusülikool). Lisaks veel mõned valitsuse poolt kinni makstud välisreisid kaugetele maadele, mis tol ajal oli haruldane.“

Kaua oodatud ja lõpuks kättevõidetud iseseisvus viis senise majandussüsteemi uppi. Minil õnnestus 1990. aastatel asuda teadurina tööle Müncheni Tehnikaülikoolis ja siirduda sealt edasi Saksa sõjaväe (Bundeswehri) Ülikooli külalisprofessoriks. „Naasnuna jätkasin professorina oma koduülikooli (TTÜ) Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis. Täitsime mitmeid projekte nii kodu- kui välismaal (Rootsi, Soome, USA) elektrilise impedantsi rakendamises meditsiinis ja bioloogias, lisaks ka metallistruktuuride testimise vallas. Olulisem neist oli euromüntide kiire tuvastamise meetodi väljaarendamine Euroopa Võltsingute Vastase Büroo OLAF tellimusel ning professor Olev Märtensi juhtimisel.“

Min jõudis olla ka arvutustehnika arendusbüroo (EKTA) viimane direktor ning AS Cybernetica osakonnajuhataja. Aastatel 2007–2010 töötas ta juhtivteadurina Saksamaal, teemaks oli patogeenide (haigusi tekitavad bakterid ja viirused) avastamine ja määratlemine mikrolaborites elektrilise bioimpedantsi mõõtmise kaudu. Nüüdseks on ta jõudnud emeriitprofessori ikka, lisaks töötab teadurina koduülikoolis ja külalisprofessorina Riia Tehnikaülikoolis.

Südamestimulaator ja uudne lahendus

Min töötas koos oma uurimisrühmaga välja südamestimulaatori põhimõtte ja selle juurde kuuluva mikrokiibi. „Südamestimulaatorite vallas tehtud töö on osutunud seni minu kõige edukamaks ettevõtmiseks. Selle tee peale viis aga juhus. Kolleeg professor Raimund Ubar küsis, et kas mulle pakuks huvi lüüa kaasa ühes Euroopa Liidu projektis, mis on sihitud selliste adaptiivsete südamestimulaatorite loomisele, mis kasutavad südamerütmi reguleerimiseks hägusloogika printsiipe (hägusloogika on üks lihtsamaid tehisintelligentsi vorme),“ jutustab ta. „Mul tuli tunnistada, et hägusloogikast olen kuulnud ning üht-teist sellest ehk mõistangi (olin vestelnud selle looja Lotfi Zadeh’ga), kuid südamestimulaatoritest pole mul aimugi. Kuid asi tundus põnev, julge hundi rind on teadagi rasvane (ehkki vahel haavleid täis) ning vastasin jaatavalt. Võtsin jällegi aluseks oma vana tuntud meetodi – vajaliku informatsiooni saamise elektrilise bioimpedantsi mõõtmise kaudu. Ettevõtmisest sai asja ning mõistust (nii tehislikku kui looduslikku) saime juurde.“

Südamestimulaatori rütm peab võimalikult hästi järgima organismi hapnikuvajadust. Vajalik hapniku hulk veres aga sõltub organismi töö hulgast – mida rohkem teed tööd, seda rohkem vajad hapnikku. „Hapniku hulka reguleerib südamerütm. Aga kuidas määrata organismi töö hulka? Meie võtsime kasutusele kopsu elektrilise impedantsi mõõtmise,“ jutustab ta. „Hingamise sagedus ja sügavus sõltub teadagi organismi poolt tehtava töö hulgast – eks me kõik ole hullusti hingeldanud, vahel isegi nii, et hing paelaga kaelas või vaat et veri ninast väljas. Kasutasime ära asjaolu, et kopsu elektriline takistus sõltub sellest, kas kops on õhku täis või tühi. Mõõtsime kehasse viidud elektroodide abil ära nii hingamise rütmi kui sügavuse just impedantsi muutumise kaudu. Saime teada, kui palju õhku läbib kopse ajaühikus ja see väärtus on võrdeline keha tööga. Nii saime kätte informaatilise aluse südame stimuleerimise rütmi arvutamiseks.“

Min ja tema uurimisrühm ei olnud selles vallas esimesed. „Esmalt tegi sellise tüki ära üks Austraalia firma, kuid ebaõnnestunult. Mitu patsienti suri, firma sai kaela suured rahalised nõuded ning läks pankrotti. Pankrotipesa ostis ära USA meditsiinitehnika firma Pacesetter, mis omakorda tõmmati USA kontserni St Jude Medical sisse,“ meenutab ta. „Olime koos firmaga St Jude Medical edukad, sest oskasime lisaks rütmi juhtimisele leida ka lubatava maksimaalse rütmi selle konkreetse südame jaoks (individuaalne lähenemine ehk personaalmeditsiin). Sellega ei lasknud me haiget südant üle piitsutada, kuid ka ei piiranud rütmi asjatult.“

USA firma patenteeris kaks lahendust, millest üks hoidis ära liiga kõrge rütmi ja teine liiga madala. Liiga kõrge rütm viib südame infarktini, liiga madal aga südame vatsakese välja venimiseni. „Meie lahendused võimaldasid stimulaatori tööle panna palju sarnasemalt looduslikule ehk n-ö päris südamele kui seni. Ja ikka selle elektrilise bioimpedantsi mõõtmise abiga.“

St Jude Medical ja unistused

Möödunud sajandi 1980. aastatel avanes tudengitele ja töötajatele esmakordselt võimalus asuda tööle ja õppima välismaale. „Mul õnnestus suunata äsja TTÜ elektroonika alal lõpetanud Andres Eek stažeerima Kuninglikku Tehnikaülikooli Stockholmis, kus ta peagi astus doktorantuuri meditsiinitehnika valdkonnas. Tema juhendaja, doktor Stig Ollmar aga töötas osakoormusega bioimpedantsi valdkonnas kuulsas Karolinska Instituudis. Eks Andres kiitles oma Tallinna inimestega ning ühel päeval kutsuti mind andma paar loengut Stockholmis oma töö ja kompetentside vallas,“ jutustab Min. „Loengute lõppedes tulid minu juurde noormees ja neiu (doktorandid), kes teatasid, et töötavad St Jude Medical’i Euroopa arendusosakonnas Stockholmi lähedal ning kutsusid mind loengut esitama ka nende firmas. Tulemuseks oli leping Tallinna Tehnikaülikooliga, mis algas 1999. aastal ning kestis viis aastat.“

Tallinna Tehnikaülikool sõlmis USA firmaga St Jude Medical koostööleppe südamestimulaatori arendamiseks ja tootmiseks juba 20 aastat tagasi. See hõlmas peale põhimõtete väljatöötamise ja elektroonikalülituste loomise ka arvukaid loomkatseid. Töösse olid haaratud mitmed arendusgrupid Rootsis, USA-s ja Kanadas. „Seejärel jõudis töö sammhaaval inimkatseteni välja, millest meie enam osa ei võtnud. Kogu tsükkel tootmiseni võttis aega 10–12 aastat.“

Pärast lepingute lõppu firmaga St Jude Medical otsustati noorte Eesti arstide (Andres Kink, Indrek Rätsep) initsiatiivil luua oma firma Smartimplant ning jätkata iseseisvana Eestis. „Meil oli uusi põnevaid ideid, mida soovisime ellu viia, osa neist patenteerisime USA-s. Ootamatult kutsuti mind esinema ja sektsiooni juhatama tehislihaste kongressile New Mexicosse, kus tutvusin mitmete USA teadlastega südamerütmurite vallas,“ räägib Min. „Jõudsime koostöökavadeni firmaga Guidant (nüüd Boston Scientific), püüdes ideid rakendada. Sõlmisime ameeriklastega lepingud nii Smartimplanti kui TTÜ poolt, saime nendelt ka esialgse finantseerimise. Töötasime hullumoodi, et esiplaanil püsida, kuid siiski ei jaksanud vajalikku tempot hoida.“

Mini sõnul tundsid eestlased puudust nii vajalikust insener-tehnilisest kompetentsist kui töövahenditest, kompetentsi sisseostmiseks välismaalt aga raha ei jätkunud. Plaanid ajas päris segi USA partnerfirma Guidant ülesostmine Boston Scientific Inc poolt (maksis 27 miljardit dollarit). Nii ei teostunudki kunagine unistus hakata südamestimulaatoreid Eestis tootma.

„Küll aga on olukord praegu selline, et Eesti haiglates paigaldatakse ainult n-ö meie firma St Jude Medical (nüüd Abbott) stimulaatoreid. See leping kestab veel vähemalt kolm aastat. Eestis tegutseb tugifirma Abbott Medical Estonia, mille loomisele omal ajal kaasa aitasime. Seal töötavad TTÜ-s elektroonika ja biomeditsiinitehnika vallas hariduse saanud inimesed. Eestis paigaldatakse südamestimulaatoreid Tartu Ülikooli Kliinikumis, Põhja-Eesti Regionaalhaiglas Mustamäel ning Ida-Tallinna Keskhaiglas, kokku veidi üle tuhande aastas. Maailmas paigaldatakse stimulaatoreid mitmele miljonile inimesele aastas. Aastane käive ületab kümmet miljardit eurot.“

Uus patent

Eelmisel aastal sai teadlasgrupp patendi ülikiirele impedants-spektroskoopia mõõtemeetodile. Selle patendiga on kaitstud nii vastav meetod kui Eesti toode – impedants-spektromeeter QUADRA (TTÜ-le kuuluv kaubamärk). Arenduskeskus Eliko valmistab ja müüb neid seadmeid üksikute eksemplaride kaupa kogu maailmas, ostjateks on olnud USA, Kanada, Saksamaa, Uus-Meremaa jne uurimisasutused ja firmad. „Me ei ole siiski tootjad, oleme näidiste valmistajad ning lahenduse juurutajad. Oleme müünud kasutusõiguse Soomes. Firma Injeq Oy valmistab litsentsilepingu alusel seadmeid väikelaste seljaaju uuringuteks ning Tampere Ülikool töötab koos meiega välja spektro-tomograafia seadet rakukultuuride kasvu jälgimiseks ja suunamiseks, plaanid ja tegevused Soomes on laienemas.“

Ettevalmistamisel on koostöö tehnoloogia arenduskeskuse Eliko, TTÜ ja Ida-Tallinna Keskhaigla vahel uue metoodika ja aparatuuri loomiseks kardiovaskulaarsüsteemi varajaseks diagnoosimiseks ja ravitulemuste monitoorimiseks haigla tingimustes. Plaanis on valmistada ka kantavad vahendid südame ja veresoonkonna töö pidevjälgimiseks ning hoiatava eeldiagnostika jaoks, mida saaks kasutada nii perearstid kui ka tavainimesed kodudes. Eriline tähelepanu on suunatud eakate inimeste jälgimisele koos automaatse ohuteavitusega.

Elektrilise bioimpedantsi mõõtmine, millel põhineb südamestimulaatori leiutis, on leidnud kasutust mitmel pool. „Elektrilise impedantsi mõõtmise alusel töötasime välja metoodika ja vahendid euromüntide kiireks tuvastamiseks. Seda nii müügiautomaatides kasutamiseks kui pangakontrolli jaoks. Lisaks ka algmaterjalide testimiseks mündikodade jaoks,“ jutustab Min. „Töö tellis Euroopa Võltsingute Vastane Büroo (OLAF) riigihanke korras. Seejärel jätkus töö Euroopa Liidu programmi Horisont 2020 raames prof Olev Märtensi juhtimisel. Meetod on kasutatav samuti patareide ja akude tehnoloogilise tervise testimiseks, vastava töö tellis meilt USA firma National Semiconductors, hiljem Texas Instruments. Sama metoodika on rakendatav tänapäeval üha olulisemateks energeetikas kujunevate superkondensaatorite ja kütuse-elementide testimiseks ja monitoorimiseks tööolukorras.“

Järelkasv ja karjäärivalik

Valdkonnal läheb tänases ülikoolis rahuldavalt: välissuhted on jätkuvalt olemas, Euroopa-ülene uurimistöö on käimas. „Kuulume meditsiinitehnoloogia konsortsiumi Health-EU koos mõnekümne teise Euroopa juhtiva ülikooli ning mõjuka firmaga. Uus impedants-spektroskoopia õppekava sai rahvusvahelise elektri- ja elektroonikainseneride ühingu (IEEE) auhinna 2018. aasta kongressil Houstonis (Texas, USA), õpetame seda õppeainet lisaks koduülikoolile ka Riia Tehnikaülikoolis.“

Järelkasvu napib, kuigi doktorantuur on olnud seni edukas. „Ütlesin, et valdkonnal läheb rahuldavalt, sest päris kiidelda ei tahaks. Miks? Eesti elektroonikatööstus on tubli eksportöör, kasvava osatähtsusega majandusharu. Töösturid ei ole aga meiega päris rahul – noori elektroonikainsenere tuleb meilt selgelt vähevõitu.“

Miks siis? Mini selgitusel sõltub ülikooli tegevuse edu teaduses ja õppetöös liialt välistest teguritest  – kas õnnestub sõlmida järjekordne leping mõne välisfirmaga, kas õnnestub saada järjekordset teadusgranti? Õnnestubki, kuid mitte pidevalt. „Praegune saagikus on keskmiselt vähem kui 10 protsenti. Kodumaine ülikoolide rahastus on selgelt ebapiisav, seda eriti just tasemel õpetamise jaoks. Peame koos riigi ja erasektoriga leidma stabiilsema töökorralduse. Ikka ja jälle kerkib küsimus: kas lahkuda välismaale?“

Elektroonika koos sellest lahutamatu kommunikatsiooni- ja infotehnoloogiaga muudab maailma kiiresti ja seda märkab igaüks. „Kuid veelgi hämmastavamad asjad on tulekul – robootika kõikjal koos tehismõistusega. Võimsalt kasvav on elektroonika osa meditsiinis ning tehisliku ja loodusliku maailma kokkukasvamises. See kõik on väheke hirmutav, kuid paratamatu asjade käik,“ räägib Min. „Meie üks suuri rolle on see tehnoloogia omandada, luua ja muuta ning ohjes hoida. Tehnoloogia teeb meid tervemaks, targemaks, rikkamaks ja vabamaks. Tehnoloogia kõrval on meie suureks küsimuseks saamas see, kuidas oskame oma tulevase rikkuse ja vabadusega toime tulla? Ega me arust ära ei lähe? Ega masinad pahuraks ei lähe? Karta on, et Hamleti küsimus jääb jätkuvalt aktuaalseks. Seetõttu tuleb meil peale tehnoloogiaga tegelemise tegutseda jätkuva intensiivsusega ka inimese olemuses tuhnimisega.“