Projekty

Biomedicínské inženýrské systémy XVIII

SP2022/98

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.

01. 01. 2022 - 31. 12. 2022

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 2021 bylo publikováno přes 6 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 2020. 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.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. Rovněž budou probíhat vývojové činnosti na samotném modelu cévního řečiště za účelem zpřesnění simulace. 3.Vývoj metod pro retinální diagnostiku pacientů ROP - předmětem výzkumu je vývoj, implementace a testování metod pro automatizovanou klasifikaci a detekci retinálních lézí a cévního systému s cílem objektivizované analýzy těchto retinálních struktur včetně extrakce parametrů retinálních lézí a cévního systému pro kvantifikaci. 4.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. 5.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. Návhr a realizace nových fuzzy modelů pro diagnostiku zvolených onemocnění, jako například diagnostika poruch stabilizačního systému. 6.Rekonstrukce obrazu výpočetní tomografie technikou FPGA - V rámci této aktivity se předpokládá využití techniky FPGA a vysokoúrovňových návrhových metod pro implementaci Radonovy transformace do struktury programovatelné logiky. Cílem je výrazné urychlení výpočetních operací pro rekonstrukci obrazu v reálném čase. Projekt navazuje na úspěšnou realizaci demonstračního modelu výpočetního tomografu, na kterém proběhne ověřování metod.

Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.
MUDr. František Jurek
Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
Ing. David Oczka, Ph.D.
prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.
Ing. Daniel Barvík, Ph.D.
Ing. Michal Procházka
Ing. Martin Schmidt
Ing. Jaroslav Vondrák, Ph.D.
Ing. Alice Varyšová, Ph.D.
Ing. Michal Strýček
Ing. Vendula Mahrová
Ing. Ondřej Sojka
Ing. Dominik Vilímek
Bc. Miroslava Nováková
Bc. Eliška Szalbotová
Bc. Daniel Giera
Bc. Jan Larisch
Ing. Jan Hečko
Ing. Terezie Kubošková
Ing. Tomáš Mimra
Ing. Dan Hrubý
Bc. Vojtěch Benda
Bc. Martin Hudský
Bc. Karolína Kašná
Bc. Aleš Koštoval
Bc. Tereza Martiníková
Bc. Michal Matoška
Bc. David Přibyla
Bc. Marie Skočková
Bc. Eva Štěpánková
Bc. Filip Šrubař
Bc. Kateřina Szturcová
Bc. Andrea Vinklerová
Bc. Marek Zapletal
Bc. Milan Závada
Bc. Filip Židlík
Bc. Jan Burda
Bc. Aneta Dúbravová
Bc. Wilibald Antonín Freml
Bc. Žaneta Chlubnová
Bc. Jan Novák
Bc. Jan Pelíšek
Ing. Simona Školníková
Ing. Matouš Vondál
Ing. Adam Zemánek
Ing. Nikola Slaninová
Ing. Nela Skulová
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.
Výstupy 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.Metody diagnostiky kardiovaskulárního systému - Bude realizován návrh nového elektrochemického snímače pro kontinuální měření obsahu rozpuštěné glukózy v tekutině. Bude realizovaný prototypové zkoušky a měření na kalibrovaných systémech. Bude realizováno ověření srovnáním s jinými dilučními metodami. Výstupem bude 1x prototyp elektrody, 1x prototyp elektrochemického snímače, 1x publikace
3.Vývoj metod pro retinální diagnostiku pacientů ROP - aktivita navazuje na již existující modely, které byly v rámci skupiny realizovány. V současné době probíhá vývoj nové metody pro extrakci a detekci cévního systému, která má všeobecný potenciál využít jak u dospělých, tak dětských retin. Druhým výstupem bude optimalizovaný model na bázi umělé inteligence pro automatizované rozpoznání retinálních lézí u pacientů s ROP. U obou aktivit se předpokládá žurnálová publikace, která se bude zaměřovat na prezentaci daného modelu a analýzu dat.
4.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.
5.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.
6.Rekonstrukce obrazu výpočetní tomografie technikou FPGA - Očekává se však využití výsledků i pro techniku reálných CT přístrojů. Výstupem bude 1x publikace.