Projects

Biomedicínské inženýrské systémy XV

SP2019/152

Penhaker Marek prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.

01. 01. 2019 - 31. 12. 2019

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 prof. 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 as the responsible 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 MEYS. 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 32 publications were published in the past year, including three in impact journals, 29 at ISI WOK and SCOPUS conferences. The results of the solution were subsequently transformed into the Protection of Intellectual Property in 2018, where two patents are granted 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. The project involves 100% only workers with non-zero performance at RIV 2017. In 2018, the team created about 473 RIV points. The following tasks will be solved during the project solution: 1. The output of the use of inertial sensors for objectification of the rehabilitation process will be a corresponding publication of the results in cooperation with LF OU and FN Ostrava. 2. The aim of the project is to create a large database of retinal images. The adjacent outcomes include the autonomic model of the retinal vascular system, allowing calculations of tortuosity to evaluate the degree of global curvature of the vascular system in order to automatically classify pathological curvature of retinal vessels. The last output is a robust model of retinal lesions based on machine learning, enabling automatic detection of retinal lesions and their quantification and objectification to the optical disk serving as a reference object. 3. The aim of the project is to implement a large set of EGG measurements to create a database of EGG signals that are scanned under unified laboratory conditions for different stomach activity. Consecutive activities of the EGG signal processing database include the extraction of significant EGG signal signals in the frequency and time-frequency domains in order to automatically identify and classify gastric activity. The output of the activity is also the design and implementation of the filtering procedure with the aim of eliminating EGG signal artifacts and detecting its trend. 4. The aim of the MHD analysis during MR scanning will be a set of experimental measurements of ECG signal by different ECG electrodes and during different MR sequences that are assumed to affect the quality of ECG signal capture. Signal processing of ECG signal on MR will include algorithms for automatic detection of significant sections of ECG signal and testing of their robustness and effectiveness in MR measurements. An important output will also be the analysis of the MHD effect in the frequency and time-frequency analysis with the aim of autonomous identification of this phenomenon. 5. Cardiovascular Diagnostic Methods - The result will be the design and implementation of a new electrochemical sensor for continuous measurement of dissolved glucose content in the fluid. Prototype tests and measurements will be carried out on calibrated spectrophotometry systems. The output will be patent application and publication of discoveries. The output will be new sensors for flow measurement in the cardiovascular system model, with the related development of innovative diagnostic approaches to estimate continuous blood pressure measurement and journal publication. 6. Using a rotating 3D display for VKG visualization. The output of the project will be the implementation of a measuring chain with a programmable FPGA logic design for visualizing the spatial VKG curve on the rotating 3D display. Experimental patient-to-patient measurements will be performed in real-time with the evaluation of the spatial image quality for cardiologist assessment. The findings will determine the possibility of using the used visualization type in clinical practice.

prof. Ing. Marek Penhaker, Ph.D.
Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
prof. Ing. Martin Augustynek, Ph.D.
Ing. Lukáš Peter, Ph.D.
Ing. Iveta Bryjová
Ing. Radim Klečka
Ing. Radek Halfar, Ph.D.
Ing. Daniel Barvík, Ph.D.
Ing. David Oczka, Ph.D.
Ing. Klára Bajgarová
Bc. Dominika Krejcarová
Bc. Jana Dobešová
Bc. Martin Závodný
Bc. Daniel Laryš
Bc. Jan Suchánek
Ing. Martin Schmidt
Ing. Jaroslav Vondrák, Ph.D.
Ing. Alice Varyšová, Ph.D.
Bc. Jakub Möhwald
Bc. Ladislav Havelka
Bc. Michal Hanáček
Ing. Daniel Volný
Ing. Boris Novosad
Ing. Marta Ševčáková
Ing. Michal Strýček
Ing. Dominik Vilímek
Ing. Klára Balážová
prof. Ing. Martin Černý, Ph.D.
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.
Dílčí cíle projektu vyplývají z jeho částí a to:
1. Využití inerciálních senzorů pro objektivizaci rehabilitačního procesu. V rámci výzkumného záměru budou realizovány rehabilitační pomůcky s implementovanými inerciálními senzory, které budou testovány v rámci již schválené klinické studie ve spolupráci s FN Ostrava a LF OU Ostrava. Nad naměřenými daty bude prováděna odpovídající analýza za účelem zhodnocení přínosů kontrolované a řízené rehabilitace.
2. Analýza a modelování zájmových oblastí z retinálních obrazových dat – Aktivita je řešena ve spolupráci FNO, oční klinikou. V rámci této aktivity bude vyvíjena a implementována široká databáze klinických retinálních dat jak ze systému RetCam 3, tak z Fundus kamery. Databáze bude obsahovat jak retinální obrazová data, tak klinické diagnózy. Databáze bude využita k vývoji a implementaci moderních segmentačních metod pro autonomní modelování retinálního cévního systému, optického disku a retinálních lézí.
3. Analýza a měření EGG signálu – v rámci této aktivity bude řešen rozsáhlý soubor měření EGG signálu v laboratorních podmínkách při různých aktivitách žaludku. Cílem konsekventního zpracování EGG signálu je návrh metod pro analýzu EGG signálu v časové a časově-frekvenční oblasti, filtraci a klasifikaci EGG signálu.
4. Analýza a modelování MHD efektu na kvalitu snímání EKG signálu v průběhu MR skenování – v rámci analýzy budou realizovány testovací měření EKG signálu na MR s cílem kvantifikace a objektivizace MHD efektu pro různé testovací elektrody a MR sekvence.
5. Metody diagnostiky kardiovaskulárního systému a vývoje nových diagnostických metod – Předmětem výzkumu bude návrh nové elektrody pro měření srdečního výdeje založený na dilučním principu s ohledem na existující model cévního řečiště. Vývoj senzorických řešení pro model kardiovaskulárního systému za účelem zvýšení přesnosti realizovaného modelu a vývoji dalších biochemických měření pro zpřesnění diagnostiky. Optimalizace algoritmů pro určení hodnot krevního tlaku ze zpoždění pulsní vlny a její další závislosti na variabilitě tepové frekvence.
6. Využití rotačního 3D displeje pro vizualizaci VKG. Projekt je zaměřen na rozbor možností vizualizace VKG křivky ve válcovém prostoru 3D displeje s RGB LED diodami. První část projektu je zaměřena na nalezení vhodného typu reprezentace zobrazovaných dat ve vnitřní paměti FPGA, který je hlavním obvodem pro implementaci náročných grafických algoritmů použité logiky. V dalších aspektech se zabývá vlivem parametrů, jako jsou rychlost rotace, rozlišovací schopnost a barevnost, na možnost vnímání informačního obsahu VKG křivky. Současně bude vyvíjen protokol bezdrátového přenosu dat mezi měřicím místem a vizualizačním prostředkem.