Od pájky po neuronovou síť. Senzory týmu hradeckých vědců hlídají přes matraci srdce i dech pacientů

8 fotografií

Tak nám představte, na čem pracujete a jak to vlastně funguje, pánové.
Filip Studnička: Já to řeknu jednoduše. My se u nás na katedře fyziky na Přírodovědecké fakultě věnujeme už 12 let zkoumání mikrovibrací lidského těla. To jsou takové drobné otřesy lidského těla vyvolané jednak srdeční, ale rovněž i dechovou aktivitou. A po letech výzkumu jsme už načerpali řadu zkušeností. Náš pilotní projekt odstartoval asi před třemi lety, kdy jsme začali vyvíjet zcela nové supercitlivé senzory, které měří tyto velice drobné otřesy. A zaměřili jsme se mimo jiné i na měření respiračních funkcí lidí. Potom přišel covid a jedním z jeho projevů jsou právě respirační potíže. Tak jsme se rozhodli, že se zaměříme skutečně přímo na sledování parametrů projevů této nemoci. A zatím se nám to daří.

RNDr. Filip Studnička, Ph.D. a Ing. Richard Cimler, Ph.D. ve studiu Českého rozhlasu Hradec Králové|foto:Milan Baják,Český rozhlas

Chcete k tomu pane Cimlere něco dodat?
Richard Cimler: Já bych možná připojil, že se podařilo získat i projekt v rámci Technologické agentury České republiky, který je zaměřen právě na tyto covidové pacienty. Tam se snažíme tyto senzory společně s doktory uvést do praxe. Vše s nimi konzultujeme, získáváme informace o průběhu nemoci a vytváříme algoritmy tak, aby do budoucna pomáhaly doktorům se stanovením progrese té nemoci.

Zkoumáme mikrovibrace lidského těla. Drobné otřesy vyvolané srdeční, ale i dechovou aktivitou. Po letech výzkumu už máme řadu zkušeností.
Filip Studnička, výzkumný tým z Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové

Měříte tedy impulsy, které člověk prostě přirozeně vydává když dýchá, když mu bije srdce. Jakým způsobem se to ale teď uvádí do života? Musíte senzory přilepit na toho pacienta?
Richard Cimler: To je jedna z hlavních výhod celého systému, protože senzorů, které je nutné lepit na tělo, píchat nebo zářit na člověka, je na celém světě spousta. My jsme se rozhodli, že půjdeme trošku jinou cestou, naše senzory, kterými měříme tyto velice drobné mechanické projevy, umísťujeme zpravidla pod matraci. Čili zcela mimo přímý kontakt s člověkem.

Čtěte také

Vývoj léků je práce týmu lidí. Každý má jiné nápady a když se je podaří skloubit, přináší to ovoce

Jak ale můžete něco pod matrací změřit, když je v okolí celá řada mechanického šumu, někdo projde okolo, mohou nastat různé vibrace budovy a tak dále.
Richard Cimler: Jednak jsou senzory vyvinuté opravdu s cílem měřit konkrétní projevy, takže jsou supercitlivé, jedny z nejcitlivějších, které v dnešní době existují. Například když se po takovém senzoru projde mravenec, tak uvidíme ohromný signál, jak tam dupe. A díky tomu, že jsou senzory skutečně v uvozovkách bezkontaktní, bez přímého kontaktu s pacientem, mají řadu výhod. Zejména u covidových pacientů například na jednotkách intenzivní péče, kde je zapotřebí monitorovat vitální funkce. To znamená, skutečně na ně něco nalepit, fotopletyzmograf, EKG a další věci, ti pacienti mohou být zmatení. Lékař nebo sestra se musí obléct do ochranné kombinézy, přilepit senzory na pacienta, odejdou, a on si to strhá. Taková je naše zkušenost. Protože s lékaři dlouhodobě spolupracujeme, tak umisťujeme senzory pod matraci, pacient ani nemusí vědět, že tam něco má. A může být kontinuálně monitorován, můžeme sledovat všechny vitální parametry související jednak se srdcem, tak zejména s dýcháním, s projevy kašle.

Čtěte také

Získala jsem zkušenosti i kamarády. Klára Rybenská byla oceněna za koordinaci dobrovolnické pomoci

Vzpomněl jsem si na miminka, protože novorozenci leží také na takové podušce, která snímá jejich základní vitální funkce. Takže to je něco podobného?
Richard Cimler: Ano. Když bych to měl přiblížit, tak základní princip je velice podobný. Ale srovnání podložek, které monitorují v podstatě jen dech novorozenců, s našimi senzory, to je jako kdybychom srovnávali dětskou tříkolku a nejmodernější automobil Lamborghini.

Váš původní výzkum tedy začal vlastně ještě před pandemií covidu-19. Co bylo vaším původním cílem?
Filip Studnička: Původní myšlenkou bylo sledování mikropohybů lidského těla. Dokonce se to už i v praxi využívá, ovšem ne k tomu účelu, ke kterému to využíváme my. Zpravidla tyto drobné mikropohyby dělají problémy na rentgenu, u cétéčka, u magnetické rezonance. Takže řada vědců cílí na to, jak tyto projevy odstranit. My naopak cílíme na to, jak vše zesílit a podívat se na tyto projevy.

Čtěte také

Prestižní cenu pro mladé chemiky získal první Čech: Štěstí je potřeba vždy, protože hraje svoji roli

Musíte ale umět odfiltrovat projevy vitálních funkcí člověka od vnějších rušivých vlivů.
Filip Studnička: Přesně tak. Já jsem fyzik a ve fyzice používáme docela hezké matematické metody. Na ty signály nekoukáme jako na projevy člověka, ale jako na jednorozměrné křivky žijící v n-rozměrných prostorech. Pak na to aplikujeme krásnou matematiku z obecné teorie relativity, kde se třeba používá.

Takže Einstein vám krásně pomáhá.
Filip Studnička: Samozřejmě, matematika je všude stejná. Takže ty ruchy dokážeme odfiltrovat. Otázkou je, jakým způsobem. Máme matematickou černou skříňku, která je poměrně dost sofistikovaná a komplikovaná. Do ní nám vstupují naměřené signály plné šumu a z ní lezou veškeré vitální funkce krásně odfiltrované. Takže když se někdo projde kolem postele, tak nám to nevadí.

Čtěte také

Následovník profesora Holého. Mladá vědkyně je na stopě nejúčinnějšího léku proti pikornavirům

Kolik vás na tomto projektu pracuje?
Filip Studnička: Od nás z fyziky na tom pracuje v podstatě pět lidí, kteří jsme se tím původně začali zabývat. Potom jsme se naštěstí dali dohromady tady s kolegou Cimlerem a dalším ohromným týmem lidí.
Richard Cimler: Máme tam zhruba nějakých 10 lidí. S Filipem jsme se dali dohromady před třemi roky a udělali jsme vše okolo projektu. Což znamená návrhy elektroniky, systémy na přenos dat, abychom stíhali dostatečně rychle měřit. A podařilo se na Přírodovědecké fakultě vytvořit tým, já vždy říkám od pájky po neuronovou síť, což znamená, že tam máme lidi, kteří jsou schopni udělat jak práci s hardwarem, serverové řešení, k tomu mobilní aplikace a samozřejmě ta data zpracovat. Asi poslední dva roky se hodně zaměřujeme na umělou inteligenci. S už vyhodnocenými daty děláme další výzkum a predikce právě pomocí umělé inteligence o vývoji stavu člověka.

V ideálním případě uděláme pro lékaře takový semafor, který jim poskytne informace ve smyslu: tady se něco děje, tomuto se musíme věnovat.
Richard Cimler, výzkumný tým z Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové

Co říkají na váš výzkum samotní lékaři? Jaké jsou výsledky? Protože systém už testujete v několika nemocnicích.
Richard Cimler: Tak doktoři jsou překvapeni, protože nečekají, že taková podložka pod matrací dokáže detailně monitorovat vitální funkce. A jsou nám velice nápomocni. I když nemají teď skoro vůbec čas, snaží se s námi vše konzultovat, předávají nám informace a doufají, že jim to do budoucna usnadní práci. V ideálním případě pro ně uděláme takový semafor, který jim poskytne informace ve smyslu zelená, oranžová, červená, tady to vypadá v pořádku, tady se něco děje, tomuto se musíme hodně věnovat. Lékaři ocení co nejjednodušší výstup ze systému.

Čtěte také

Novičok, sarin, yperit. Obranu proti bojovým chemickým látkám vyvíjí laboratoř v Hradci Králové

První zkušenosti už máte, je o váš výzkum zájem? Mohl by sloužit například v domovech pro seniory?
Richard Cimler: Je to tak. Na to máme dokonce také jeden projekt, kdy pomáháme ošetřovatelům v České republice, instalujeme podložky a ošetřovatelé vidí, jestli je klient ve svém pokoji, respektive na posteli, jestli v noci necestuje, monitoruje mu to vitální funkce. Přesně na toto cílíme, ušetřit pečovatelskou zátěž pomocí moderních technologií. Dáváme dohromady celý systém pro ošetřovatele přesně na míru jejich potřebám.

Pracujete ještě na něčem podobném?
Richard Cimler: Senzory se dají samozřejmě využít leckde. Protože jsou velice přesné, tak se v tuto chvíli zaměřujeme rovněž například na studium progrese Parkinsonovy choroby. Protože ta se projevuje zejména vibracemi celého těla. Takže optimalizujeme senzory i pro měření těchto pacientů. Sledujeme, jak reagují na různé medikace.

Senzory mohou snímat i jednotlivé údery srdce. Můžeme tak odhalit například i vaše sklony k nevěře. Přímo je měřit.

Richard Cimler, výzkumný tým z Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové

A dále jsou tyto senzory dokonce schopné sledovat nejen tepovou frekvenci, ale skutečně každý jednotlivý úder srdce. Takže můžeme měřit něco, co se označuje jako variabilita srdečního tepu, která má řadu lékařských aplikací. Jedna z nich, na které v uvozovkách pracujeme na naší univerzitě, je, že lze sledovat i vaše sklony k nevěře. Přímo je měřit.

To se dá změřit? Tak to se začínám trošku bát. Aby potom prostřednictvím senzorů všichni okolo o mě nevěděli víc než já sám o sobě.
Richard Cimler: Až to bude jednou možné, tak vám to vše na Dnu otevřených dveří rádi předvedeme.

RNDr. Filip Studnička, Ph.D. a Ing. Richard Cimler, Ph.D. ve studiu Českého rozhlasu Hradec Králové|foto:Milan Baják,Český rozhlas

Našimi hosty byli dnes šikovní vědci Filip Studnička a Richard Cimler, členové výzkumného týmu z hradecké univerzity. Moc děkuji za rozhovor a přeji vám, ať jste úspěšní. Na shledanou.
Na shledanou.