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.

Súčasný výskum je 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 a modelujú sa procesy aktivácie srdca a generovania elektrického poľa v hrudníku. Overujú sa možnosti použitia modelov 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 riešení na chyby v reálnych meraných údajoch a zjednodušenia v použitých modeloch.

Predchádzajúce výskumné aktivity oddelenia boli zamerané aj na 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

• Bol navrhnutý model na priamu simuláciu elektrického poľa srdca. Model umožňuje definíciu tvaru komôr s vodivým systémom vedenia vzruchu (v spolupráci s Ústavom normálnej a patologickej fyziológie SAV) a realistickú geometriu nehomogénneho torza. Propagácia vzruchu v myokarde je modelovaná buď celulárnym automatom alebo pomocou eikonálnych rovníc (v spolupráci s Università della Svizzera Italiana, Lugano, Switzerland). Potenciály v hrudníku sú počítané metódou konečných rozhraní s využitím ekvivalentného generátora vo forme homogénnej dipólovej dvojvrstvy alebo mnohonásobného dipólu;
• 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 možno očakávať určenie miesta lézie s chybou do 2 cm;

• Bola navrhnutá metóda na neinvazívnu predoperačnú lokalizáciu ohnísk ektopickej komorovej aktivity pomocou povrchového EKG mapovania a CT alebo MR zobrazovacích techník s využitím inverzného riešenia s dipólovým modelom zdroja. Rozptyl nájdenej pozície ohniska je okolo 1 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 spolupracuje s výskumnými kolektívmi v oblasti medicíny a biomedicínskeho inžinierstva na Slovensku aj v zahraničí. V súčasnosti k nim patria najmä:

• Národný ústav srdcových a cievnych chorôb v Bratislave
• Fakulta biomedicínskeho inžinierstva ČVUT v Prahe, Kladno, Česká republika
• Ústav biokybernetiky a bioinžinierstva PAV vo Varšave, Poľsko.

S viacerými ďalšími pracoviskami a pracovnými skupinami existujú neformálne spolupráce. Výsledkom spoluprác sú publikácie, výmena programov a nameraných experimentálnych údajov ako aj spoločné medicínske overovanie navrhnutých metód a meracích systémov.

Projekty oddelenia

Realizačné výstupy