Младият учен Александра Умленска – на границата между математиката, инженерството и медицината

Науката не е сбор от отделни дисциплини, а общ език за разбиране и промяна на света. Така изглежда тя през погледа на 21-годишната Александра Умленска – студент, изследовател и млад учен, за която математическите модели, сигналите, роботите и медицината са части от една и съща картина.

Три университета, една посока

Александра Умленска е от Кюстендил и учи едновременно в три висши училища. Тя е II курс математика в Софийския университет „Св. Климент Охридски“, IV курс по автоматизация и информационни технологии в Химикотехнологичния и металургичен университет и IV курс по телемедицина в съвместна програма на Висшето училище по телекомуникации и пощи и медицинските университети в Пловдив и Плевен.

Този академичен профил очертава ясно и спектъра на нейните научни интереси – медицинска физика, сигнали и системи, математически анализ, приложение на диференциалните уравнения във физиологията, механика, философия, математически модели в симулационната техника, автомобилостроене и роботизирана хирургия.

„Никога не съм гледала на дисциплините като на отделни светове. Те се допълват – математиката дава езика, инженерството дава инструментите, а медицината дава смисъла“, разказва Александра.

Първите научни форуми и срещата с публиката

Още в I курс тя започва активно участие в научни форуми и конгреси като гост-лектор. Представя свои разработки на Младежката научна сесия „Физиката за един по-добър свят“ на Съюза на физиците в България, на Националния фестивал „Наука на сцената 2023“, както и на Националната STEM конференция с международно участие, където изнася презентация на тема „STEM и инженерство: Практически ефект от STEM проекти“.

„Контактът с публика ме научи да обяснявам сложни идеи по разбираем начин, което е изключително важно“, споделя тя.

Интегралите на Уолис – от теорията към сигналите

Първата научна тема, върху която работи, е свързана с употребата на интегралите на Уолис и сравнение между теоретично изведените и практическите резултати. Интегралите на Уолис се използват за изучаване на процеси в електромагнетизма, механиката и флуидите и задават важни формули и взаимовръзки, приложими в алгоритми с рекурентни зависимости.

Първото приложение, което тя разглежда, е при хармоничния сигнал. Получените резултати показват точност до петия знак след десетичната запетая при направените преобразования.

„Това беше моментът, в който видях колко силна може да бъде връзката между абстрактната математика и реалните измервания“, казва Александра.

Интересът ѝ постепенно се насочва към m-интегралите на Уолис при изследването на сигнали. С тази разработка Александра Умленска печели първо място на Националния младежки форум „Наука, технологии, иновации и бизнес“ през 2025 г., в който участват студенти, докторанти и преподаватели в обща категория.

От сигналите към интензивната медицина

 

Резултатите от тези изследвания Александра прилага  в разработката „Откриване на автотригериране чрез електрическата активност на диафрагмата“, с която печели първо място на XXII национална младежка научно-практическа конференция.

Електрическата активност на диафрагмата се използва като показател за откриване на асинхрония – несъответствие между дихателните усилия на пациента и подавания от вентилатора поток.

„Сигналът от диафрагмата може да се разглежда като съвкупност от импулси и квазипериодични сигнали. Именно тук математическите модели дават възможност за надеждно откриване на асинхрония“, посочва Александра.

Паралелно с медицинските изследвания Александра продължава и ученическия си проект Magnebot – катерещ се робот, донесъл ѝ редица международни отличия.

„Роботизацията в строителното инженерство изисква безопасност, ефективност и бързина“, обяснява тя.

Медицинска физика и лазерно лъчение

След участие в редица национални и международни обучения Александра създава първата си разработка в областта на медицинската физика в съавторство с екип от Катедрата по медицинска физика и биофизика на МУ – Пловдив.

Темата е посветена на разпределението на температурата в биологичните тъкани под действието на лазерно лъчение и е представена на 53. национална конференция по въпросите на обучението по физика.

Разработката стъпва върху биотоплинни математически модели, чрез които се отчитат оптичните и термичните свойства на тъканите, както и взаимодействието им с лазерното лъчение. Целта е минимизиране на увреждането на околните тъкани.

Фототермична терапия и наночастици

В резултат на тази работа Александра се включва в научен проект, ръководен от д-р Ценка Грънчарова, проф. д-р Пламен Загорчев и проф. Бисера Пиличева, за моделиране разпределението на топлината при лазерно лъчение във флуид, съдържащ магемит. Проектът е представен на международната конференция Physics for Physicists Students в Скопие.

Фототермичната терапия се очертава като минимално инвазивен метод за лечение на локализирани тумори.

Симулации, виртуална реалност и етика – медицината в дигиталното си отражение

Работата по дипломните разработки на Александра Умленска по телемедицина и по автоматизация и информационни технологии естествено прераства в самостоятелна научна дейност.

Именно тази разработка ѝ носи специална награда от IV национална конференция за ученици, студенти и докторанти „Информационни технологии и автоматика“.

Тематичният обхват е изключително широк и актуален – медицински симулации, виртуална и добавена реалност в денталната медицина, както и тяхното приложение в акушерството и гинекологията, съпътствани от етичните въпроси, които неминуемо възникват при навлизането на изкуствения интелект.

„Основният въпрос, който стои пред всички тези изследвания, е как технологиите могат да направят медицината по-ефективна и по-хуманна, без да изместват човешката отговорност“, подчертава Александра Умленска.

Симулациите в медицината заемат ключово място за  постигането на оптимални терапевтични резултати и при обучението на медицинския персонал. С разнообразни инструменти и методи могат да бъдат възпроизведени реалните условия, пред които е изправен медицинският екип.

„Симулационните софтуери предоставят безопасна среда за работа, в която може да се прилагат авангардни подходи за създаване на нови методи в денталната медицина“, обяснява младата изследователка.

Виртуална и добавена реалност

Александра прави ясно разграничение между възможностите на виртуалната и добавената реалност.

„Виртуалната реалност предлага изцяло симулационен подход към даден проблем, докато добавената реалност комбинира симулационния софтуер с физически симулатори“, уточнява тя.

Целта е свойствата на тъканите да бъдат възпроизведени възможно най-близо до реалността, за да може впоследствие да се симулира медицинска манипулация – било то с лазерен сноп, механично въздействие, химична обработка или друг вид интервенция.

Част от получените резултати намират приложение и в съвместна научна статия с Мартин Войнов под научното ръководство на преподаватели от МУ – Пловдив. Разработката е представена на престижната международна медицинска конференция „Наука и младост“ и е посветена на медицинските симулации в акушерството и гинекологията.

„Акушерството и гинекологията са области, в които симулационното обучение е изключително подходящо, защото се изискват бързи реакции, прецизност и сериозни познания за диагностика и лечение“, отбелязва Александра.

Данните показват, че въвеждането на симулационни методи води до значителен спад на майчината и неонаталната смъртност в страни с ограничени ресурси. Симулациите са в основата и на развитието на минимално инвазивната гинекологична хирургия, като първата стандартизирана програма за обучение по гинекологична ендоскопия се базира именно на тях.

В рамките на същия изследователски екип е разработена и статия на тема „Етични и философски аспекти на изкуствения интелект в медицината“. „Медицината е област, в която изкуственият интелект оказва директно въздействие върху живота и здравето на човека, и затова тук етичните въпроси са особено остри“, подчертава Александра.

Например доколко е допустимо опростяването на моделите за сметка на точността, кой носи отговорност при грешка на автономен софтуер или апарат, каква остава ролята на човешкия фактор. Към тях се добавят и въпросите за достъпността на новите технологии и грижата за психиката на пациента в процеса на лечение.

В своите научни търсения Александра Умленска последователно защитава идеята, че бъдещето на медицината не е в замяната на човека с технология, а в създаването на баланс, при който високите технологии служат на човешката отговорност, професионализма и грижата за пациента.