Projekty

Biomedicínské inženýrské systémy XVII

SP2021/112

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.

01. 01. 2021 - 31. 12. 2021

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 2020 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 2019. V průběhu řešení projektu budou řešeny tyto dílčí úkoly: Cíle projektu: 1.Assistive Living - Cílem je rozvoj aktivit v oblasti vzdálené domácí péče v oblastech telemedicíny a asistovaného bydlení. Bude realizována sada experimentálních měření v obytných laboratořích, která budou základem vývoje algoritmů pro včasnou detekci změn zdravotního stavu, vývoje chronických nemocí a detekce krizových situací. Dojde k sycnhronizaci jednotlivých technologií umístěných v obytných laboratořích a příprava systému pro připojování dalších technologií. 2.OrtoSens - Cílem je vývoj nových low power senzorických řešení pro sledování doby a zejména intenzity užívání zvolených ortotických pomůcek a zjišťování parametrů chůze s využitím textilních snímačů. 3.Pokročilá analýza metod umělé inteligence pro zpracování retinálních dat. Aktivita se zaměřuje na dvě oblasti zpracování retinálních obrazů, konkrétně se jedná o analýzu cévního systému a patologických útvarů, zejména retinálních lézí, které se manifestují u onemocnění ROP (Retinopatie nedonošených). V kontextu cévní analýzy se budou vyvíjet a analyzovat matematické modely, které umožňují identifikaci retinálních cév s následnou kalkulací tortuozity. Druhou aktivitou je analýza pokročilých metod na bázi umělé inteligence, které dokáží klasifikovat oblasti retinálních lézí s cílem následné extrakce příznaků, které léze charakterizují. 4.SW pro automatickou identifikaci a kvantifikaci pankreatu. Cílem aktivity je návrh a implementace softwarových metod, které budou umožňovat automatizovanou segmentaci s primárním cílem identifikace pankreatu z MR obrazů. Na základě lokalizace pankreatu bude analyzována manifestace obrazové mapy s cílem klasifikace steatózy pankreatu. 5. Kvantifikace periostálního svalku z RTG obrazů. Cílem aktivity je design a realizace metod, které mají potenciál automatizované analýzy periostálních svalků z RTG obrazů. Aktivita se zaměřuje na segmentační metody, které budou umožňovat automatizovanou extrakci periostálního svalku z RTG obrazů. Předpokladem je vývoj dynamického modelu, který analyzuje data periostálního svalku v časové řadě po fraktuře kosti. Na základě tvorby matematického modelu svalku pro každý čas revize svalku bude model extrahovat geometrické a strukturální příznaky svalku. Tato procedura předurčuje tvorbu predikčního modelu s cílem popisu chování a dynamiky svalku v průběhu času a jeho relaci k hojení kosti. 6.Softwarové metody pro identifikaci žlučníkových kamenů z UZV obrazu. Cílem aktivity je návrh metod, které umožňují plně automatizovanou identifikaci a klasifikaci žlučníkových kamenů na základě dynamických UZV obrazových dat. Hlavním požadavkem na tento systém je práce v reálném čase, aby systém mohl být implementován jako doplňková funkcionalita UZV vyšetření s cílem indikace žlučníkových kamenů. 7.Metody diagnostiky kardiovaskulárního systému. Předmětem výzkumu bude optimalizace nové elektrody pro měření srdečního výdeje založený na dilučním principu s ohledem na existující model cévního řečiště a současně optimalizace elektrody pro kontinuální měření. 8.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 modulární 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. 9.Paralelní zpracování metod výpočetní tomografie. Projekt je zaměřen na návrh číslicové logiky pro akceleraci výpočtu rekonstrukce řezu technikou CT. Cílem je sestavení bezpečného edukačního modelu pro demonstraci metod výpočetní tomografie.

prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.
Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
Ing. Jan Kijonka, Ph.D.
Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.
Ing. Petr Bílek
Ing. Daniel Barvík, Ph.D.
Ing. David Oczka, Ph.D.
Ing. Michal Procházka
Ing. Klára Bajgarová
Bc. Andre Zakuťanský
Bc. Martin Závodný
Bc. Tomáš Kubát
Ing. Martin Schmidt
Ing. Jaroslav Vondrák, Ph.D.
Ing. Alice Varyšová, Ph.D.
Bc. Petr Kovács
Ing. Nikola Slaninová
Ing. Nela Skulová
Bc. Magdaléna Najbrtová
Ing. Michal Strýček
Bc. Nela Bořutová
Ing. Jakub Foltýn
Ing. Vendula Mahrová
Bc. Dominik Jiřík
Ing. Jiří Herget
Ing. Ondřej Sojka
Ing. Radim Klečka
Ing. Tomáš Mimra
Bc. Filip Barvík
Ing. Matěj Komár
Bc. Eva Beinhauerová
Ing. Dominik Muroň
Ing. Terezie Kubošková
Ing. Veronika Macková
Bc. Jan Piechaczek
Ing. Jiří Koutný
Ing. Filip Hošek
Ing. Dan Hrubý
Ing. Dominik Vilímek
Ing. Klára Balážová
Ing. Silvie Kovalová
Bc. Kristýna Hančarová, MBA
Bc. Vojtěch Fiala
Ing. Jan Hečko
Bc. Michala Bednářová
Bc. Kateřina Kubná
prof. Ing. Martin Augustynek, 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.
Výstupy projektu:
1.Výstupem projektu bude jednotná databáze experimentálních měření a navržené algoritmy pro detekci zvolených parametrů z oblasti asistovaného bydlení a telemedicíny.
2.Výstupem budou nová senzorická řešení, užitné vzory nebo patenty a publikační výstupy z realizovaných ověření nových senzorů v laboratorních podmínkách i v reálném prostředí.
3.Výstupem analýz budou softwarové modely, které budou umožňovat plně automatickou identifikaci retinálních cév s následnou kalkulací tortuozity, která klasifikuje patologické křivení cévního systému. Druhý model bude umožňovat plně automatizovanou analýzu retinálních lézí s cílem jejich extrakce a kvantifikace na základě charakteristických příznaků.
4.Výstupem by měly být softwarové nástroje, využívající metod umělé inteligence, které identifikují pankreas z MR obrazových dat z vybraných sekvencí s následnou klasifikací projevů steatózy pankreatu.
5.Výstupem aktivity bude design a realizace matematického modelu, který umožní identifikaci a kvantifikaci periostálního svalku s cílem deskripce chování svalku v čase a jeho relaci k procesu hojení fraktur kostí.
6.Hlavním výstupem aktivity je design a realizace matematických modelů, které budou umožňovat automatizovanou identifikaci žlučníkových kamenů z dynamických UZV obrazů při zpracování videa v reálném čase.
7.Bude realizován návrh nového elektrochemického snímače pro kontinuální měření obsahu rozpuštěné glukózy v tekutině. Bude realizovaný prototypové zkoušky a měření na kalibrovaných systémech spektrofotometrie. Výstupem bude 1x prototyp elektrody, 1x prototyp elektrochemického snímače, 2x publikace.
8.Bude realizován prototyp dávkovače léků se senzorickým řešením a s potřebnou elektronikou a SW pro řízení a monitorování dávkování. Budou realizované prototypové zkoušky. Výstupem bude 1x prototyp dávkovače, 1x FV, 1x SW, 1x publikace.
9.Výstupem bude fyzikální zjednodušený edukační 3D model tomografu s pohyblivými prvky využívající bezpečné neionizující záření(ve viditelném nebo IR spektru). Hlavním přínosem pak bude tvorba logického návrhu pro hardwarové řešení výpočetních metod CT. Předpokládá se urychlení výpočtu pro zobrazení výsledků na monitoru v reálném čase.