Zameranie výskumu

Oddelenie biomeraní je orientované na výskum meracích metód a prístrojov pre biológiu a medicínu. S využitím modelov a počítačových simulácií sa navrhujú nové metódy merania biosignálov, analyzujú sa možnosti ich využitia na neinvazívne určenie stavu a charakteristík vybraných biologických objektov a vyvíjajú sa špecializované meracie systémy umožňujúce ich aplikáciu v biologicko-lekárskom výskume a pri diagnostike a terapii ochorení.

V súčasnosti je výskum zameraný na mnohokanálové meranie elektrického poľa srdca na povrchu hrudníka, ktorého cieľom je neinvazívne určenie fyziologického stavu srdca a diagnostické a terapeutické využitie získanej informácie. Navrhujú sa modely srdca a hrudníka ako nehomogénneho objemového vodiča, modelujú sa procesy aktivácie srdca a generovania elektrického poľa v hrudníku a testujú sa možnosti ich použitia na priamu simuláciu EKG a na inverznú identifikáciu vybraných patológií, napr. arytmogénneho tkaniva alebo jedného či dvoch ložísk lokálnej ischémie v srdci. Výskum zahŕňa tiež vyhodnotenie citlivosti modelov a metód na chyby v reálnych meraných údajoch.

Ďalšie výskumné aktivity zahŕňajú napr. meranie a hodnotenie elektrickej aktivity žalúdka, tlakov vo vaskulárnom systéme, signálov z kardiovaskulárneho a neuromuskulárneho systému ako indikátorov činnosti štítnej žľazy alebo meranie elektrogramov a ďalších elektrofyziologických signálov pri experimentoch na izolovaných srdciach malých zvierat.

Vybrané vedecké výsledky

• V spolupráci s Ústavom normálnej a patologickej fyziológie SAV bol navrhnutý model na priamu simuláciu elektrického poľa srdca. Model zahrnuje analytickú definíciu tvaru komôr s vodivým systémom vedenia vzruchu a realistickú geometriu nehomogénneho torza. Propagácia vzruchu v myokarde je modelovaná celulárnym automatom, potenciály v hrudníku sú počítané metódou konečných rozhraní a s využitím ekvivalentného generátora vo forme homogénnej dipólovej dvojvrstvy alebo mnohonásobného dipólu;
• Bola navrhnutá inverzná metóda na lokalizáciu miesta preexcitácie pri WPW syndróme založená na dipólovom modeli. Presnosť metódy bola testovaná s použitím počítačových simulácií a overená na skupine WPW pacientov, pričom bola dosiahnutá priemerná chyba okolo 1,5 cm;
• Bola skúmaná možnosť neinvazívne identifikovať ložiskové zmeny repolarizácie srdca pri ischémii s použitím rozdielových integrálových EKG máp a modelu zdroja zodpovedajúceho ischemickej lézii s jedným alebo dvomi dipólmi. Možnosti metódy  boli testované pomocou simulačných experimentov a overené na ischemických pacientoch a pacientoch, ktorí sa podrobili koronárnej intervancii. Výsledky naznačujú, že v bežných podmienkach možno očakávať určenie miesta lézie s chybou do 2 cm;
• Bol vyvinutý mnohokanálový merací systém ProCardio 8 na povrchové mapovanie EKG potenciálov s aktívnymi elektródami a pracujúci s vysokým rozlíšením, ktorý môže byť využitý na neinvazívnu kardiologickú diagnostiku vybraných chorôb srdca na základe potenciálových a integrálových máp, vrátane vyššie uvedených metód. Prístroj je určený na výskumné aj experimentálne klinické použitie.

Kooperácie

Oddelenie úzko spolupracuje s výskumnými kolektívmi v oblasti medicíny a biomedicínskeho inžinierstva na Slovensku aj v zahraničí. V súčasnosti k nim patria:

• Ústav normálnej a patologickej fyziológie SAV v Bratislave
• Národný ústav srdcových a cievnych chorôb v Bratislave
• Fakulta biomedicínskeho inžinierstva ČVUT v Prahe, Kladno, Česká republika
• Ústav problémov prenosu informácií Ruskej akadémie vied v Moskve
• Ústav biokybernetiky a bioinžinierstva PAV vo Varšave.

Výsledkom spolupráce na výskumných projektoch sú publikácie, výmena programov a nameraných experimentálnych údajov ako aj spoločné medicínske overovanie navrhnutých metód a meracích systémov.