Projects

Biomedicínské inženýrské systémy XIV

SP2018/164

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.

01. 01. 2018 - 31. 12. 2018

The project is a follow-up to the research activities carried out in previous years within the framework of internal grants of Biomedical Engineering Systems. Therefore, the research team has sufficient experience with the implementation and quality outputs of projects of this type. The project's solvers were always PhD students and promising students of the Master's program, who realized their dissertation, diploma theses within these projects. As part of the project sponsored by the PhD student, Doc. Ing. Marek Penhaker, Ph.D. there are created working groups that solve partial tasks of the project, which are made up of one doctoral student or employee in the position of group leader, or an employee in charge of the group leader, younger doctoral students as solver and last but not least students as solvers of partial project problems. The project clearly leads to the upbringing of promising R & D workers from the analysis of specific problems, through proposals for solution and realization to presentation of outputs according to the current published methodology of R & D MSMT. The evidence of the quality of the submitted project is that in the previous years the current scientific and research problems were always solved based on practice. This is also evidence of a project where over 26 publications were published in the past year, including four in impacted journals, 22 at ISI WOK and SCOPUS conferences. The results of the solution were subsequently transformed into the Protection of Intellectual Property in 2017, where two patents are filed in the Czech Republic. Overall, the project fulfilled the expected results of the project according to the records of science and research of the methodology of the Ministry of Education, Youth and Sports. 100% only workers with non-zero performance in RIV 2016 participate in the project. In 2017, the team created 393RIV points. The following tasks will be solved during the project solution: 1.Diagnostics of extrapyramidal mobility disorders using inertial sensors. - In close cooperation with the Neurological Clinic of FN Ostrava, a set of experimental measurements of patients with extrapyramidal diseases using inertial sensors will be performed. The measured data will then be evaluated and analyzed for the purpose of detecting the symptoms of the disease in question, as well as analyzing the development of the disease in question. Another part of the research project is the application of innovative rehabilitation aids to increase the effect of therapy for these types of diseases. 2.Digitalization of Ophthalmic Exercises III - The project deals with the digitization of diagnostic methods in ophthalmology as well as digitization of HW trainer for rehabilitation of ocular disorders in children and adults. It is a mathematical modeling of retinal structures in order to extract the area of the optical disc, retinal lesions and the retinal vascular system. 3.VectoCariography V - Creation of algorithms and models for modern methods of processing, sharing and evaluation of electrophysiological data. The partial activities aim at constructing a vector cardiograph with a DC measurement of the ECG signal component, the Franck lead and electrode distribution optimization methods for long-term vectocardiography measurements. 4. Analyzes and modeling of X-rays - it is expected to solve the problem of analysis and modeling the effect of scattered X-ray radiation on the quality of the skiagraphic records under clinical conditions. The goal is to determine the lifetime and effect of the number of cassette irradiation on image quality. 5.BioSensation V - The subject of the research will be new possibilities of electrochemical materials usable for measurement and stimulation of biological objects and objectification of measurement effects. Research will be directed to the possibility of diagnosis and therapy using ionizing radiation and elimination of artifacts using imaging techniques. 6.Methods of Diagnostics of Cardiovascular System - The subject of the research will be the design of a new electrode for measurement of cardiac output based on the dilution principle with respect to the existing model of vascular system. Development of sensory solutions for the cardiovascular system model in order to increase the accuracy of the implemented model. Optimization of algorithms for determination of blood pressure values from pulse wave delay and its further dependence on heart rate variability.

doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.
Ing. Lukáš Peter, Ph.D.
MUDr. František Jurek
Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
Ing. Iveta Bryjová
prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.
Bc. Jaroslav Adzima
Ing. Radek Halfar, Ph.D.
Ing. Jan Foltyn
Ing. Daniel Barvík, Ph.D.
Ing. Karel Fojtík
Ing. David Oczka, Ph.D.
Ing. Lenka Plačková
Ing. Klára Bajgarová
Ing. Daniel Bielčik
Ing. Iveta Fajtová
Bc. Jan Polomík
Bc. Matouš Procházka
Bc. Jan Suchánek
Ing. Jaroslav Vondrák, Ph.D.
Bc. Pavel Stolbenko
Bc. Tereza Kunová
Bc. Lucie Slaninová
Bc.Ing. Karolína Danišová
Bc. Miriam Zwierzyna
Bc. Barbora Šulyová
Antonino Proto
prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.

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.
Dílčí cíle projektu vyplývají z jeho částí a to:
1.Diagnostika extrapyramidových poruch hybnosti s využitím inerciálních senzorů - výsledkem výzkumného záměru je využití inerciálních senzorů a pokročilých metod zpracování signálů za účelem diagnostiky vývoje neurodegenerativních onemocnění, které se projevují poruchami hybnosti.
2.Digitalizace oftalmologických cvičení III- V rámci projektu budou navrženy SW algoritmy pro digitalizaci jednotlivých cvičení (Lancasterovo plátno, nácvik a prohlubování stereopse, aj..), které budou nasazeny k testování na oční klinice. Dílčí částí projektu je zpracování obrazu očního pozadí předčasně narozených dětí, které trpí retinopatií. Návrh algoritmu pro vyhodnocení obrazů a následné zpracování a vyhodnocení pokroku léčby.
3.VectoCariography V – Výstupem výzkumu v této oblasti by mělo být definování algoritmy a modely podpory diagnostiky na základě klasifikace prostorového pohybu vektoru u dílčích signálů. Současně bude výstupem optimalizace rozložení elektrod pro dlouhodobý monitoring vektokardiografických záznamů.
4.Analýzy a modelování RTG zářen – výsledkem výzkumu bude návrh a realizace měření a ověřovacích postupů pro zjištění stálosti kvalitativních záznamů ze skiagrafie v klinických podmínkách. Zjištění povede k definování objektivní použitelnosti ozařovací kazety v provozu.
5.BioSensation V - Výstupem bude výzkumu možnosti elektrochemických materiálů pro měření a přenos bioelektrických signálů. Budou realizovány klinické zkoušky a validační experimenty s cílem ověřit možnost použití nekovových materiálů pro stimulaci a měření biologických objektů s využitím zobrazovacích technik.
6.Metody diagnostiky kardiovaskulárního systému – Výsledkem bude návrh a realizace nového elektrochemického snímače pro kontinuální měření obsahu rozpuštěné glukózy v tekutině. Bude realizovaný prototypové zkoušky a měření na kalibrovaných systémech spektrofotometrie. Výstupem bude přihláška patentu a publikace objevů. Výstupem budou nové senzory pro měření průtoku v modelu kardiovaskulárního systému, s tím souvisejícím vývojem inovovaných diagnostických přístupů k odhadu kontinuální měření krevního tlaku a žurnálové publikace.