DP TN02000067-002 – Systémy distanční rehabilitace a diagnostiky

Hlavní řešitel: doc. Ing. Patrik Kutílek, MSc., Ph.D., Fakulta biomedicínského inženýrství
Kontakt: kutilek@fbmi.cvut.cz

Předmětem dílčího projektu je zlepšení stavu návrhu, struktury a využití nositelných systémů pro dálkovou rehabilitaci a diagnostiku. V rámci DP tak bude realizován výzkum a vývoj hardwaru a metody přenosu, algoritmy zpracování dat založené na nových technikách a interpretace dat implementované v software.

V současné době existuje několik typů nositelných systémů, které se liší technickým provedením, ale ve většině případů se jedná o modulární systémy, které využívají specifické senzory umožňující sledování konkrétních parametrů na základě požadavků na jejich využití. Některé kliniky potřebují sledovat mnoho parametrů (např. teplotu, EKG, EMG atd.), což je možné díky modularitě většiny dostupných systémů. Pro širší použití musí být systémy tvořeny malými elektronickými zařízeními a umožňovat přenos a zpracování dat bez zásahu uživatele. Funkcí těchto inteligentních systémů je získávat, převádět, přenášet a interpretovat určitý signál. Tyto systémy nejen komplexně monitorují pohyb a fyziologické hodnoty a zdravotní stav subjektů, ale také sledují jejich fyzickou zátěž a další faktory, které vedou k identifikaci nebezpečných stavů. Přestože bylo v České republice vyvinuto mnoho nositelných senzorů pro dálkové monitorování srdce, dýchání, teploty apod. žádný z nich se až na výjimky v praxi systematicky a rutinně nepoužívá. Nositelné systémy jsou v ČR využívány pouze experimentálně.

Cíle a aktivity:

Healthcare senzory

Vývoj Healthcare senzorů Medicíny 4.0., pro monitorování pohybových a fyziologických dat. Senzory budou cílit na distanční monitorování kinematických dat nositelnými senzory a  záznam fyziologických dat robustními senzory s uplatněním v průmyslu 4.0 i medicíně 4.0. Aktivity povedou k vytvoření autonomních senzorových a mechatronických systémů umožňujících měřit pohybové aktivity a fyziologické změny pro využití v biomedicíně pro monitorování během rehabilitace v menších klinikách a domácím prostředí a dále využitelných pro sledování stavu zaměstnanců IZS nebo technologických celků (např. montážních linek) ve spolupráci se závodním lékařem, nebo přímo na pracovišti průmyslu 4.0 jako součást zvyšování bezpečnosti výrobních procesů a BOZP.

Ergonomické nositelné systémy

Budou vyvíjeny systémy se zlepšenou ergonomií, nové ergonomicky optimalizované senzory pro aplikace v medicínské praxi. Pro snížení fyzického zatížení subjektů využívajících nositelných systémů monitorování fyzikálních a biologických dat, systémů provádění pracovních úkonů, atp. je nutná ergonomická optimalizace používaných senzorů a systémů. Jedná se například o optimalizaci mechatronických nástrojů používaných při provádění operačních výkonů (s důrazem na chirurgii, endoskopii apod.). Během vývoje takovýchto systémů se nezohledňuje pouze funkčnost, ale také uživatelská přívětivost, tj. ergonomie. V rámci vývoje ergonomických nositelných systémů se na základě naměřených ergometrických dat budou určovat problematické oblasti dnešních pracovišť lékařů a dalších zaměstnanců ve zdravotnictví, a budou vyvíjena nová řešení pro mitigaci rizik přetížení muskuloskeletálního aparátu, minimalizaci vlivů na rozsahy a intenzitu pohybu, a eliminaci negativních vlivů dlouhodobého používání nositelných senzorů/systémů na zdraví pokožky. Ergonomické senzory a systémy tedy najdou uplatnění ve všech oblastech klinické praxe.

Tele-rehabilitační a diagnostický software

S vývojem perspektivních senzorů a systémů pro Medicínu 4.0 je úzce spojen vývoj SW resp. konkrétních aplikací, které umožní uživatelům HW jeho efektivní využití. SW nástroje koncipované do oblasti Internetu věcí (IoT) a Internetu průmyslových věcí (IoT) umožní například určování pohybových aktivit subjektů v distanční rehabilitaci, detekci nebezpečných stavů subjektů distančně v náročném pracovním prostředí, distanční ergonomická měření a hodnocení na pracovištích a další.  Aktivity v projektu povedou k vytvoření nových IoT nástrojů umožňujících distančně měřit a automaticky vyhodnocovat fyzikální a biologická data na straně odborného dohledu (lékař, fyzioterapeut, asistent) v klinických zařízeních, a dále využít tyto nástroje pro sledování stavu zaměstnanců, například členů IZS nebo operátorů výrobních zařízení. Nové IoT nástroje tedy najdou uplatnění v rámci včasné diagnostiky a dlouhodobé rehabilitace.

Plánované výstupy:

Výzkum bude úzce propojen s možnostmi a aktivitami zapojených průmyslových partnerů a bude využívat informace týkající se oblasti finálních medicínských aplikací. V rámci vývoje systémů distanční rehabilitace a diagnostiky s průmyslovými partnery je využito synergie ve vývoji healthcare senzorů, smart senzorů, ergonomie nositelných systémů a telerehabilitačního a diagnostického software. V rámci NCK bude využito sdílených technologií pro testování vyráběné technologie společně s technologiemi ostatních výzkumných skupin v rámci NCK, například kompatibilita komunikačních rozhraní vyvíjených senzorů s embedded systémy a rozhraní pro přenos a zpracování dat ostatních pracovišť NCK. Serverové služby a aplikační SW budou vyvíjeny tak, aby byly kompatibilní (pomocí API, frontend, backend) v rámci vyvíjených IOT a IIOT, které budou společnými výstupy synergetického systému mezioborové spolupráce NCK. SW bude finálně testován v rámci poloprovozů. SW bude v podobě licencí nabízen spolu s HW. Výroba HW bude zajištěna primárně firmami. K SW budou vázány serverové služby, např. InfluxDB, které budou zajišťovány firmami a dalšími komerčními partnery. Tímto propojením je vytvořen základ pro vytvoření komplexních konkrétních výstupů projektu uplatnitelných v praxi. Jednotlivé ověřené technologie pak budou testovány v klinickém měřítku, nebo v průmyslové praxi.

Projekt tedy počítá se spoluprací s podniky, které jsou do realizace DP zapojeny. Výsledky budou transferovány prodejem licencí, postupným transferem technologií a formou smluvního výzkumu zaměřeného na specifické aplikační využití dosažených výstupů dle potřeb konečného zadavatele.

Přehled plánovaných výsledků:

• 1x patent
  • Variabilní multisenzorová plošina pro komplexní měření na členitém podkladu při aktivním pohybu
    
• 2x funkční vzorek
  • Smart senzorový bezpečnostní a dohledový systém pro monitorování pracujících
  • Nositelný mechatronický systém pro endoskopující lékaře snižující riziko muskuloskeletálních onemocnění

• 2x užitný vzor
  • Smart senzorový bezpečnostní a dohledový systém pro monitorování pracujících
  • Nositelný mechatronický systém pro endoskopující lékaře snižující riziko muskuloskeltálních onemocnění

• 3x software
  • Smart senzorový bezpečnostní a dohledový systém pro monitorování pracujících
  • Variabilní multisenzorová plošina pro komplexní měření na členitém podkladu při aktivním pohybu
  • Nositelný mechatronický systém pro endoskopující lékaře snižující riziko muskuloskeletálních onemocnění

• 4x publikace
  • Smart senzorový bezpečnostní a dohledový systém pro monitorování pracujících
  • Variabilní multisenzorová plošina pro komplexní měření na členitém podkladu při aktivním pohybu
  • Distanční diagnostika a rehabilitace pomocí variabilní multisenzorové plošiny
  • Autonomní biofeedback pro zvýšení bezpečnosti a účinnosti operátorů v průmyslu