Projekty

Biomedicínské inženýrské systémy XIX

SP2023/028

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

Projekt navazuje na vědecko-výzkumnou činnost realizovanou v předchozích 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, kteří v rámci těchto projektů realizovali své disertační, diplomové práce. V rámci projektu garantovaného školitelem doktorandů je prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D. 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. Projekt jednoznačně vede k výchově nadějných VaV pracovníků od analýzy konkrétních problémů, přes návrhy řešení a realizace až po prezentaci výstupů dle aktuální vydané metodiky VaV MŠMT. Průkaznost kvality podávaného projektu je, že byly v předchozích letech vždy řešeny aktuální vědecko-výzkumné problémy vycházející především z praxe. Dokladem toho je i řešením projektu, kde v minulém roce 2022 bylo publikováno přes 9 publikací impaktovaných žurnálech. Souhrnně projekt splnil předpokládané výsledky projektu dle evidence vědy a výzkumu metodiky MŠMT. Na projektu se podílejí 100 % pouze pracovníci s nenulovým výkonem v RIV 2021. V průběhu řešení projektu budou řešeny tyto dílčí úkoly: Cíle projektu: 1. Inteligentní dávkování léků - Inteligentní modulární dávkování léků. Předmětem výzkumu je výzkum a vývoj inteligentního dávkovače léků, díky kterému bude možné SW monitorovat kdy uživatel léky z dávkovače vytáhl a další pokročilé funkce pro monitorování dávkování a účinnosti léků. Jedná se o zařízení, které bude možné přizpůsobit pro různé skupiny uživatelů, senioři, lidé s hendikepem, psychiatričtí pacienti. Pro všechny tyto skupiny, které mají jiné potřeby a nároky na dávkování lze zařízení přizpůsobit. 2. Rozpoznání emocí z biologických signálů - aktivita se zabývá měřením biologických signálů: HRV a impedance kůže s cílem extrakce signifikantních příznaků, které kvantifikují dílčí biologické signály. U těchto příznaků se předpokládá, že by měly mít potenciál odhadnout vybrané emoce člověka. 3. Model KVS s možností stanovení CO – realizace modelu KVS s možností měření srdečního výdeje vybranými dilučními metodami včetně vyvíjeného senzoru Glykodiluce za účelem jeho verifikace. 4. Zpracování velkých dat na platformě FPGA – Předmětem výzkumu budou metody přenosu a zpracování velkého objemu dat na programovatelné logice FPGA zejména pro biomedicínské aplikace. Potřeba vychází především z časově velmi náročných výpočtů v neurologii a kardiologii, kde se očekává zkrácení výpočetního času. Efektivnímu využití FPGA techniky pro tuto oblast však často stojí v cestě malá datová propustnost komunikačních linek na vývojových deskách nebo malá kapacita rychlé paměti na čipu FPGA. Tyto nedostatky lze v jistých případech řešit efektivnějším návrhem hardwarové výpočetní struktury, která bude předmětem výzkumu a vývoje. 5. Výzkum a vývojové činnosti v oblasti moderních metod pro detekci pádů, a měření biologických signálů bezkontaktními metodami. Vývoj inovativních senzorických řešení pro chytrou ortotiku a protetiku. 6. Rozvoj telemedicínských a asistivních technologií a aplikace fuzzy expertních systémů. Výzkum a vývojové činnosti v oblasti moderních metod pro detekci pádů, a měření biologických signálů bezkontaktními metodami. Návrh a realizace nových fuzzy modelů pro diagnostiku zvolených onemocnění, jako například diagnostika poruch stabilizačního systému.

prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.
prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.
Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
Ing. David Oczka, Ph.D.
Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
Ing. Daniel Barvík, Ph.D.
Ing. Vendula Mahrová
Ing. Tomáš Mimra
Bc. Tadeáš Bartošek
Bc. Michal Baron
Bc. Tadeáš Blokscha
Bc. Dominik Frydecký
Bc. Veronika Gebauerová
Bc. Dominik Gorný
Bc. Petra Hofferová
Bc. Jakub Holý
Bc. Tereza Hrnčířová
Bc. Natálie Iříková
Bc. Kamila Krupová
Bc. Jiří Lerche
Bc. Pavla Nikelová
Ing. Marta Oškrobaná
Bc. Vojtěch Pavelek
Bc. Jana Putová
Bc. Tomáš Rýpar
Bc. Jakub Tůma
Bc. Petr Vláčil
Bc. Daria Vorobiova
Bc. Matúš Červienka
Bc. Jiří Holík
Bc. Karolína Kašná
Bc. Tereza Martiníková
Bc. Marie Skočková
Bc. Eva Štěpánková
Bc. Filip Židlík
Ing. Michal Procházka
Ing. Dan Hrubý
Ing. Michal Strýček
Bc. Vojtěch Benda
Bc. Michaela Bojková
Bc. Martin Hudský
Ing. Aleš Koštoval
Ing. Jan Krmela
Ing. Martin Lajdolf
Bc. Michal Matoška
Ing. Andrea Vinklerová
Bc. Milan Závada
Ing. Terezie Kauzlaričová

Příprava a návrh řešení dílčích úkolů se opírá o dlouhodobou dílčí spolupráci založenou jak na osobních kontaktech, tak institucionální spolupráci subjektů VŠB – TUO, FN Ostrava a Městské Nemocnice 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 zvýšit a podpořit vědecko-výzkumné aktivity studentů doktorských a magisterských studijních programů ve spolupráci s akademickými pracovníky. 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 diplomových prací. Ve čtvrté fázi září – prosinec budou k dispozici finální výsledky a hotové algoritmy a metodiky zpracování, optimalizace dat tak, aby byly podány patenty, užitné vzory, funkční vzorky, presentovány finální výsledky řešení a zpracovávaná závěrečná zpráva projektu.

1. Inteligentní dávkování léků - Bude realizován prototyp dávkovače léků se senzorickým řešením a s potřebnou elektronikou. Bude realizována SW aplikace pro správu a vzdálený přístup pro řízení a monitorování dávkování. Budou realizované prototypové zkoušky. Výstupem bude 1x prototyp dávkovače, 1x FV, 1x UV, 1x SW, 1x publikace.
2. Rozpoznání emocí z biologických signálů - v rámci této aktivity se předpokládá, že vznikne extraktor příznaků, které korespondují s vybranými emocemi člověka. V rámci výstupů se předpokládá, že vznikne statistická analýza signifikantnosti těchto příznaků a klasifikační procedura, která má potenciál tyto příznaky diferencovat. Výstupem této aktivity se předpokládá žurnálová publikace na vybrané příznaky biologických signálů pro predikci vybraných emocí.
3. Výstupem bude model KV s možností nastavení vybraných parametrů pro měření CO. 1x FV, 1x SW, 1x IF publikace.
4. Zpracování velkých dat na platformě FPGA – v rámci této aktivity se předpokládá návrh logické struktury FPGA, která bude umožňovat rychlé vícekanálové vyhodnocení biosignálů, jako EEG nebo EKG. Současně s výpočty bude umožňovat i zrychlený přenos dat do/z nadřazeného systému. Výstupem se předpokládá 1xUV, 1xFV, 1xSW, 1x publikace.
5. Výstupem bude výzkum v oblasti detekce pádů,1 v oblasti bezkontaktních metod měření biologických signálů. 1 publikace v oblasti senzorických řešení pro chytrou ortotiku.
6. Rozvoj telemedicínských a asistivních technologií a aplikace fuzzy expertních systémů. Výstupem budou 2 publikace zaměřené na metodiku detekce pádů a na využití UWB technologií. Dále vznikne dva fuzzy model zaměřující se na diagnostiku poruch stability s následnou publikací.