Projekty

Biomedicínské inženýrské systémy VI

SP/2010190

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

01. 01. 2010 - 31. 12. 2010

Projekt navazuje na vědecko-výzkumnou činnost realizovanou v minulých letech v rámci interních grantů Biomedicínské inženýrské systémy. Řešitelská skupina má tedy dostatek zkušeností s realizací a kvalitními výstupy projektů tohoto typu. Řešiteli projektu byli vždy doktorandi a nadějní studenti magisterského studia, jak z katedry 455, tak z katedry 456 a 457, kteří v rámci těchto projektů realizovali své disertační, diplomové práce. V rámci projektu jsou vytvořeny pracovní skupiny řešící dílčí úkoly projektu, které jsou složeny vždy z jednoho doktoranda či zaměstnance ve funkci vedoucí skupiny, případně zaměstnance ve funkci zodpovědného vedoucího skupiny, mladší doktorandi ve funkci řešitel a v neposlední řadě studenti ve funkci řešitelů dílčích problémů projektu. Projekty tak podporují celou řešitelskou skupinu, jak v horizontální rovině (počet doktorandů v projektu zapojených), tak ve vertikální (napříč všemi stupni vysokoškolského vzdělání). V této žádosti chceme na zmíněný ověřený systém organizace navázat při realizaci předkládaného projektu a podpořit tak přirozený vývoj dovedností řešitelů z dříve podpořených projektů. Projekt jednoznačně vede k výchově nadějných VaV pracovníků od analýzy konkrétních problémů, přes návrhy řešení a realizace až po presentaci výstupů dle aktuální vydané metodiky VaV MŠMT. Projekt vždy řešil aktuální vědecko-výzkumnou problematiku vycházející především z praxe. Důkazem tohoto je publikační činnost řešitelského kolektivu uvedená výhradně ISI WOK databázi, podané užitné vzory viz. příloha a publikace v impaktovaných časopisech a časopisech uvedených na „bílé listině“ MŠMT ČR. V průběhu řešení projektu budou řešeny tyto dílčí úkoly: 1. SSVF – (Systém sledování vitálních funkcí) reálná měření a testy na miniaturním mobilním zařízení pro měření biologický signálů v testovacím bytě na Ostravské univerzitě. Tento systém měří data fyziologických funkcí, které se v projektu budou majoritně zpracovávat a tvořit VaV výstupy projektu. (Návaznost výstupů pro skupinu BioProcessing a CIRCADIAL II) (V roce 2009 podán užitný vzor na měření a koncepci komunikace) 2. BioProcessing - Moderní metody zpracování fyziologických signálů srdce si kladou za cíl výzkum a klasifikace redukovaného měření EKG, optimalizace Dowerova algoritmu pro transformaci klasického 12 svodového systému do Frankova ortogonálního systému. Dále z pracování a klasifikace pletysmografických záznamů (PZ) pomocí moderních matematických algoritmů k vyjádření korelačních vztahů mezi EKG a PZ. 3. CIRCADIAL II – Vyhodnocení cirkadiálních rytmů člověka se stanovením metodiky. V poloprovozu realizovaném systému monitorování pozice osoby v testovacím bytě, který bude v tomto projektu rozšířen o další zpřesňující snímače, budou provedeny testy a vyhodnocení měření, aby byly vyvinuty algoritmy pro automatickou detekci odchylek cirkadiálních rytmů, včetně algoritmu pro sestavení dlouhodobého osobního cirkadiálního rytmu. (V roce 2009 podán užitný vzor na systém měření) 4. VibraPoint – Vytvoření systémů měření pro monitorování pacienta s využitím akcelerometrů a bezdrátové komunikace. Jednak systému pro měření poloh a pozic pacienta, jehož cílem je určení míry fyzické zátěže pacienta. Dále pak systému sloužícího především pro detekci epileptického záchvatu s křečemi. Tento systém bude pacienta monitorovat na základě analýzy dat z akcelerometrických senzorů umístěných na pacientovi a také na jeho posteli. Realizace ve spolupráci s FNsP Ostrava (podán v roce 2009 užitný vzor na měřicí zařízení). 5. RONJA – (Radio-frekvenční operační nástroj jaterní ablace) Měření a optimalizace funkčnosti chirurgického nástroje pro operaci nádorů jater. Při realizaci chirurgického nástroje jsou navrženy prototypy, které budou testovány v prvé fázi mimo tělo pacienta a odzkoušena funkčnost na základě odběru patologických odběrů a analýzy vzorků spálené tkáně nádorů. Systém využívá optimalizačních nástrojů modelovaných v MATLABu. Problematika je řešena ve spolupráci s FNsP Ostrava a Fakultou strojní. 6. Posturomed - Analýza měřených dat z rehabilitační diagnostiky osob ve FNsP Ostrava se svalovou dis-balancí a lehčích mentálních postižení seniorů. Výzkum se orientuje na využití diagnostiky posturální analýzy u osob po operačním zákroku, pro diagnostiku účinnosti operačního zákroku a následné rehabilitace a diagnostiky porušení funkčního subsystému kolenou. 7. VolLikvor – Výpočet objemu likvoru v lebce pacienta s využitím u vrozených, nebo po úrazových stavech otoku mozku. Zpracování dat z 2D CT a MRI snímků pro výpočet objemu likvoru v lebce a stanovení prognózy léčby v čase. Řešeno společně s FNsP Ostrava

prof. Ing. Ondřej Krejcar, Ph.D.
Ing. Martin Milata
doc. Ing. David Horák, Ph.D.
prof. Ing. Vilém Srovnal, CSc.
doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Ing. Milada Hlaváčková, Ph.D.
Ing. Petr Grygárek, Ph.D.
Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.
Ing. Zuzana Vašíčková
Ing. Radka Pustková
Ing. Martin Stankuš, Ph.D.
Ing. Jan Kijonka, Ph.D.
Ing. Tomáš Peterek, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.
Ing. Dalibor Janckulík
Ing. Leona Motalová
Ing. Karel Musil
prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D.
Ing. Jakub Jirka
Ing. Ondřej Adamec
Ing. Monika Jasenská
Bc. Šárka Mlejnecká
Ing. Radka Jeziorská
Ing. Petr Klimeš
Bc. Kateřina Kriegelová
Bc. Vojtěch Skapa
Bc. Jiří Studník
Ing. Soňa Halagačková
prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.

Příprava a návrh řešení dílčích úkolů se opírá o dlouhodobou dílčí spolupráci založenou jak na osobních kontaktech tak institucionální spolupráci obou subjektů VŠB – TUO a FNsP Ostrava v minulosti. Tato spolupráce je nyní zastřešena nejen formálně.
Globálním cílem je úspěšně aplikovat znalosti a dovednosti řešitelů v oblasti Biomedicínského inženýrství do řešení reálných praktických problémů z klinické praxe a perspektivního výzkumu ve zpracování biosignálů. Harmonogram řešení je následující: Analytická fáze proběhla v rámci přípravy žádosti projektu a všichni řešitelé mají jasnou představu, jaké problémy a s jakými kroky bude potřeba řešit. Fáze přípravy řešení zahrnuje období leden až březen – kdy bude zprovozněno měření v dílčích částech projektu a dokoupeny senzory a prostředky pro měření tak, aby byl připraven HW k měření a zprovozněny snímače pro snímání dat. Ve druhé fázi duben– srpen proběhnou testy a první měření na realizovaném HW. Data budou otestována na správnost a započne fáze předzpracování dat a odladění problémů v měřicích řetězcích a případně nespolehlivosti měření. Ve třetí fázi červenec až září, budou publikovány první dílčí výsledky měření a zpracování dat a současně budou řešeny problémy analýzy a vyhodnocení biosignálů a měřených dat. Současně budou magisterští studenti finalizovat realizační části diplomek. Ve čtvrté fázi září – prosinec budou k dispozici finální výsledky a hotové algoritmy a metodiky zpracování, optimalizace dat tak, aby byly podány užitné vzory, funkční vzorky, presentovány finální výsledky řešení a zpracovávaná závěrečná zpráva projektu. V této fázi se rovněž očekává odevzdání disertační práce jednoho PhD. studenta a současně zahájení rigorózní zkoušky dalších tří doktorandů.
Dílčí cíle projektu vyplývají z jeho částí a to:
1. SSVF – (Systém sledování vitálních funkcí) Cílem je inovovat a rozvíjet realizaci funkčního prototypového bytu vzdálené domácí péče pro obyvatele, ve kterém budou zařízení pro monitorování životních funkcí. Výstupem bude článek uvedený v ISI WOK věnovaný výzkumu v oblasti elektroniky pro mobilní aplikace měření biosignálů. Data měřená z testovacího bytu systémem SSVF budou vstupem pro skupinu BioProcessing a CIRCADIAL II)
2. BioProcessing - Výstupem výzkumu v této oblasti by mělo být definování vzájemných korelací jednotlivých biologických signálu a definice vhodnosti použití těchto informací například pro výpočet krevního tlaku.
3. CIRCADIAL II – Cílem jsou navržené a otestované algoritmy pro automatickou detekci odchylek cirkadiálních rytmů, metodiky dlouhodobého vyhodnocení osobních cirkadiálních rytmů.
4. VibraPoint – Cílem řešení bude funkční vzorek měření a analýzy dat aktivity člověka použitý na nemocničním lůžku.
5. RONJA – (Radio-frekvenční operační nástroj jaterní ablace) Cílem úkolu je návrh a vývoj nového operačního nástroje umožňující nelineární řez a odstranění tkání kulovitého charakteru pod povrchem jater s minimálním porušením okolní zdravé tkáně, kvůli revitalizaci zbytku funkčního orgánu.
6. Posturomed - V rámci projektu bude vytvořena a klinicky testována nová metodika pro posturální analýzu osob včetně návrhu a realizace nových metod pro analýzu naměřených dat. Dále bude navržen, realizován a klinicky testován systém pro směrovou analýzu výchylek v korelaci s analýzou poruch funkčního subsystému kolene. Výsledkem projektu bude podaný užitný vzor pro směrovou analýzu a diagnostiku poruch subsystému kolene a konference zahrnuté v ISI proceedings.
7. VolLikvor – Cílem bude vytvořit software pro načtení dat z CT nebo MRI a poloautomatický výpočet objemu likvoru v lebce. Výstupem bude podání softwaru a funkčního vzorku jako VaV metodický výstup.
Výstupem v roce 2010 budou jednak užitné vzory 5ks, funkční vzorky předpoklad 6ks a samozřejmě kvalitní publikace v ISI WOK v cca. 15 ks. Samozřejmostí je podání návazných přihlášek do grantové agentury jako TAČR, FRVŠ, AV, MZ aj.