Projects

Biomedicínské inženýrské systémy XIX

SP2023/028

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

The project builds on the scientific research activities carried out in previous years within the framework of internal grants Biomedical Engineering Systems. Therefore, the research group has sufficient experience with the implementation and quality outputs of projects of this type. The project leaders have always been PhD students and promising Master's students who have carried out their dissertations and theses within the framework of these projects. Within the project guaranteed by the supervisor of doctoral students is prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D. Working groups solving partial tasks of the project are formed, which are always composed of one doctoral student or employee in the function of group leader, or employee in the function of responsible group leader, younger doctoral students in the function of researcher and, last but not least, students in the function of solvers of partial problems of the project. The project clearly leads to the education of promising R&D workers from the analysis of specific problems, through the design of solutions and implementation to the presentation of outputs according to the current published R&D methodology of the Ministry of Education and Science. The evidence of the quality of the submitted project is that actual scientific research problems based mainly on practice have always been solved in previous years. This is evidenced by the project's solution, where over 9 publications in impacted journals were published in the past year 2022. In summary, the project has met the expected project outcomes according to the science and research evidence methodology of the Ministry of Education and Science. Only staff with non-zero performance in RIV 2021 are 100% involved in the project. The following subtasks will be addressed during the project: Project objectives: 1. Intelligent drug dosing - Intelligent modular drug dosing. The subject of the research is the research and development of an intelligent drug dispenser, which will allow the SW to monitor when the user has withdrawn the medication from the dispenser and other advanced features for monitoring the dosage and efficacy of the medication. This is a device that will be adaptable for different user groups, seniors, people with disabilities, psychiatric patients. For all these groups that have different needs and dosage requirements the device can be customized. 2. Recognition of emotions from biological signals - the activity deals with the measurement of biological signals: HRV and skin impedance in order to extract significant symptoms that quantify sub-biological signals. These signs are thought to have the potential to estimate selected human emotions. 3. A model of CVD with the possibility of CO - implementation of a model of CVD with the possibility of measuring cardiac output by selected dilution methods, including the Glycodilution sensor under development for verification. 4. Big data processing on FPGA platform - The subject of the research will be methods of transferring and processing of large volume of data on programmable logic FPGA especially for biomedical applications. The need is mainly based on very time consuming computations in neurology and cardiology where computation time is expected to be reduced. However, the effective use of FPGA technology for this area is often hindered by the low data throughput of the communication lines on the development boards or the small capacity of the fast memory on the FPGA chip. These shortcomings can in some cases be addressed by more efficient design of the hardware computing structure to be researched and developed. 5. Research and development activities on advanced methods for fall detection, and measurement of biological signals by non-contact methods. Development of innovative sensor solutions for smart orthotics and prosthetics. 6. Development of telemedicine and assistive technologies and application of fuzzy expert systems. Research and development activities in the field of advanced methods for fall detection, and measurement of biological signals by non-contact methods. Design and implementation of new fuzzy models for diagnosis of selected diseases, such as diagnosis of stabilization system disorders.

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.