Zespół naukowców pod kierunkiem dr. Pawła Janika z Wydziału Informatyki i Nauki o Materiałach Uniwersytetu Śląskiego opracowuje nowe rozwiązania biomedyczne

System wspomagający rehabilitację

Jednym z wyzwań demograficznych na świecie są starzejące się społeczeństwa. Rozwój medycyny sprawia, że ludzie żyją dłużej, chociaż wraz z upływem czasu muszą sobie radzić z pogarszającym się stanem zdrowia. Coraz więcej osób nie tylko w Polsce, lecz również w Europie, może potrzebować m.in. stałego monitoringu parametrów życiowych oraz rehabilitacji. Takie systemy pojawiają się na rynku medycznym, swoją propozycję w tym zakresie przygotowali również naukowcy z Zakładu Komputerowych Systemów Biomedycznych.

Dr Paweł Janik na stanowisku Uniwersytetu Śląskiego podczas Europejskiego Kongresu
Małych i Średnich Przedsiębiorstw (Katowice 2017)
Dr Paweł Janik na stanowisku Uniwersytetu Śląskiego podczas Europejskiego Kongresu Małych i Średnich Przedsiębiorstw (Katowice 2017)

Zespół, którym kieruje dr Paweł Janik, zajmuje się przede wszystkim inżynierią biomedyczną, a w szczególności sposobami wykorzystania technologii informacyjno-komunikacyjnych w medycynie. Naukowcy szukają nowych rozwiązań, które m.in. mogą wspomagać rehabilitację pacjentów, być wykorzystywane w systemach ułatwiających poruszanie się i dostęp do informacji osobom niewidomym i niedowidzącym, mogą wreszcie służyć monitorowaniu zdrowia i parametrów życiowych osób wymagających intensywnej opieki lekarskiej. Proponowane rozwiązania znajdują zastosowanie nie tylko w szpitalach czy ośrodkach rehabilitacyjnych, lecz również w przestrzeni publicznej i prywatnej. Wysoka aplikacyjność opracowanych projektów sprawia, że naukowcy z Wydziału Informatyki i Nauki o Materiałach nawiązują coraz szerszą współpracę ze środowiskiem medycznym i fizjoterapeutycznym.

– Pomysły najczęściej rodzą się w oparciu o nasze osobiste doświadczenia. Gdy bliska nam osoba zaczyna chorować, zadajemy sobie pytanie, jak można wesprzeć proces leczenia i pomóc tym samym innym ludziom. Dlatego wyszliśmy poza zakres badań podstawowych i skoncentrowaliśmy się na realizacji projektów o wysokiej aplikacyjności – mówi naukowiec.

Jednym z dopracowywanych obecnie rozwiązań jest system wspomagający rehabilitację osób cierpiących na różne schorzenia. Ma on służyć przede wszystkim wspomaganiu leczenia chorób o podłożu neurologicznym, czyli skierowany jest głównie do pacjentów, którzy muszą być poddawani rehabilitacji do końca swojego życia.

Osoby samodzielnie wykonujące ćwiczenia rehabilitacyjne mogą mieć problemy z oceną ich jakości. Rozwiązaniem może się okazać zaawansowany system wspomagający wykonywanie takich ćwiczeń. Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego pracują obecnie nad wytworzeniem środowiska, które umożliwi wyświetlenie postaci osoby ćwiczącej będącej modelem komputerowym ciała pacjenta. Otrzymywany jest on dzięki zastosowaniu kilkunastu niezależnych czujników umiejscowionych w wyznaczonych miejscach na ciele, aby system mógł precyzyjnie odwzorować jego ruchy. Pacjent ma zatem możliwość zobaczyć na ekranie obraz swojego ciała, widzi również postać, która wykonuje ćwiczenia zaprogramowane i dostosowane do rehabilitacyjnego planu pacjenta. Naśladując jej ruchy, osoba ćwicząca w czasie rzeczywistym uzyskuje również informację zwrotną, czy owe ćwiczenia wykonywane są poprawnie, aby mogła je na bieżąco korygować.

Pierwsza opracowana wersja systemu akwizycji ruchu prezentowana przez doktoranta mgr.
inż. Michała Pielkę
Pierwsza opracowana wersja systemu akwizycji ruchu prezentowana przez doktoranta mgr. inż. Michała Pielkę

– Załóżmy, że pacjent powinien poprawnie robić przysiady. Na ekranie może widzieć postać wykonującą prawidłowo ćwiczenie (czyli fantom), natomiast system analizuje informacje z czujników i na tej podstawie określa jakość wykonywanego przez pacjenta ćwiczenia. Jeśli rozbieżności ruchu są nieakceptowalne, może otrzymać informację, która sygnalizuje konieczność poprawy pozycji – mówi naukowiec.

Dane zapisywane są następnie w pamięci systemu, dzięki czemu pacjenci, fizjoterapeuci i lekarze prowadzący mają wgląd w postępy rehabilitacji.

– Prowadzimy prace rozwojowo-badawcze, dlatego proponowane przez nas technologie musimy konsultować ze środowiskiem lekarzy i fizjoterapeutów. Współpraca jest podstawą tworzonych systemów – wyjaśnia dr Janik. Jak dodaje, na rynku są już obecnie dostępne urządzenia, które gromadzą i przetwarzają informacje na temat monitorowania zdrowia pacjenta. Z rozmów ze specjalistami wynika jednak, że zazwyczaj są one zbyt skomplikowane. – Dziś fakt, że może monitorować ponad 150 parametrów, nie robi już na nikim wrażenia. O wiele istotniejsza jest personalizacja terapii oraz dobór takich parametrów, które okażą się istotne z punktu widzenia postępów poczynionych przez osobę rehabilitowaną – wyjaśnia naukowiec.

Opracowywany system będzie miał przede wszystkim zastosowanie w medycynie, przy czym wykorzystanymi tam rozwiązaniami zainteresowani mogą być również np. twórcy gier komputerowych. System może zarówno odgrywać rolę trenera personalnego, jak też stać się podstawą do tworzenia bardziej naturalnych i realistycznych postaci w środowisku wirtualnej rozrywki.

– Ogromną zaletą naszego projektu jest również jego mobilność. Dzięki zastosowaniu czujników bezprzewodowych możemy monitorować postępy osób poddanych rehabilitacji w naturalnym środowisku – podczas spaceru, wycieczki, ćwiczeń wykonywanych w plenerze itd. Ludzie inaczej zachowują się w przestrzeni wirtualnej, a inaczej w rzeczywistości pozawirtualnej – mówi dr Paweł Janik.

Na rynku można już wprawdzie nabyć takie systemy, jednak naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego proponują własną technologię. Gotowe urządzenia nie dają możliwości modyfikacji swoich ustawień pod kątem realizacji wyznaczonych w projekcie celów, dlatego zespół dr. Janika implementuje własne rozwiązania, zaczynając od budowania sterowników, poprzez ich oprogramowanie, aż do tworzenia własnej grafiki.

Mgr. inż. Michał Pielka, prof. zw. dr hab. inż. Zygmunt Wróbel, dr Małgorzata Janik i dr Paweł
Janik
Mgr. inż. Michał Pielka, prof. zw. dr hab. inż. Zygmunt Wróbel, dr Małgorzata Janik i dr Paweł Janik

Obecnie członkowie zespołu pracują nad dalszym rozwojem systemu w celu zwiększenia jego efektywności. Prowadzone są testy nowej wersji czujników o większych możliwościach transmisyjnych i jeszcze większej precyzji odwzorowania ruchu. Naukowcy nie chcą wprowadzać na rynek urządzeń niedopracowanych, które później należałoby udoskonalać. Poznając dostępne na rynku systemy, odkrywają ich słabe punkty, a następnie zastanawiają się wspólnie, jakie rozwiązania mogą zastosować, aby poprawić funkcjonalność swoich projektów.

Oprócz systemu wspomagającego rehabilitację zespół dr. Janika zajmuje się opracowywaniem systemów dostępowych i przywoławczych opartych na nowoczesnych technologiach informacyjno- komunikacyjnych o szerokim zastosowaniu – na przykład w budynkach szpitali. Naukowcy stworzyli również m.in. model kamizelki oscylacyjnej dla osób cierpiących na schorzenia układu oddechowego, monitor oddechu i pulsu dla niemowląt, dzieci i osób dorosłych. Zastosowanie czujników na ciele pacjentów pozwala z kolei rozwijać systemy monitorujące parametry życiowe osób wymagających stałej opieki lekarskiej.

– To tylko kilka przykładów zainteresowań naukowych mojej grupy. Każdy z naszych projektów traktować możemy jako osobną pracę badawczo- rozwojową. Mamy świetny zespół specjalistów tak dobranych, abyśmy mogli przygotować produkty właściwie gotowe do wdrożenia – mówi kierownik grupy. Naukowcy nie zapominają również o prezentowaniu efektów prac szerokiemu gronu potencjalnych producentów. – Rozwiązania biomedyczne są przedmiotem naszej uwagi od wielu lat. Zaczynamy dostrzegać rosnące zainteresowanie tymi projektami. Mam nadzieję, że już wkrótce zaprojektowane przez nas produkty będą dostępne na rynku. Proszę za nas trzymać kciuki – mówi naukowiec.

Interdyscyplinarny zespół, którym kieruje dr Paweł Janik, tworzą absolwenci Uniwersytetu Śląskiego. Inicjatorem powstania grupy był prof. zw. dr hab. inż. Zygmunt Wróbel, dyrektor Instytutu Informatyki, który od wielu lat jest propagatorem fuzji m.in. technologii informacyjno-komunikacyjnych z medycyną.

Autorzy: Małgorzata Kłoskowicz
Fotografie: Małgorzata Janik, Jacek Nowak, Michał Pielka