Subskrybuj nas na Youtube
Najcenniejszy, ale i najtrudniejszy pacjent: dziecko w łonie matki. Bezpośrednie badanie nie wchodzi w rachubę. Dlatego naukowcy szukają nowych sposobów diagnostyki. Inżynierowie z ITAM z Zabrza opracowali technologię rejestracji sygnału EKG płodu.
Miejsce pobytu tego pacjenta sprawia, że każde bezpośrednie badanie trzeba byłoby przeprowadzić metodą inwazyjną – co mogłoby się źle skończyć. Dlatego klinicyści polegają na badaniach ultrasonograficznych i kardiotokograficznych. To drugie badanie, znane jako KTG, w efekcie daje podobną informację, co elektrokardiografia, czyli EKG. – Jednakże aktywność elektryczna, którą obrazuje EKG, jest pierwotna w stosunku do mechanicznej, którą bada KTG: w końcu, żeby serce zabiło, musi się najpierw pojawić impuls elektryczny. W tym sensie elektrokardiografia bada coś bardziej podstawowego – tłumaczy prof. Janusz Jeżewski kierujący pracami zespołu, który opracował tę technologię.
Są także inne zalety wynalazku, który opracowali inżynierowie z zabrzańskiego Instytutu Techniki i Aparatury Medycznej. Badanie KTG trwa od 30 do 60 minut. Dodatkowym utrudnieniem jest to, że płód w trakcie badania może się obrócić, co wpłynie na odczyt. W przypadku EKG taki problem nie zachodzi. W związku z czym nie ma potrzeby, aby badanie trwało tak długo. Poprawia się komfort nie tylko pacjentki (i niewdzięcznego pacjenta), ale wpływa to również na liczbę badań, którą personel medyczny jest w stanie wykonać w ciągu dnia. A im dana metoda jest tańsza i dokładniejsza, tym bardziej opłaca się z finansowego punktu widzenia.
Naukowcy z Zabrza nie są pierwszymi, którzy wzięli się do opracowania metody badań elektrokardiograficznych płodu. Prace nad nią prowadzone są na całym świecie, jednak przez wzgląd na wyzwania stojące na drodze można je uznać za swego rodzaju Świętego Graala diagnostyki prenatalnej. Najważniejszym z nich jest sama matka, której EKG jest kilkadziesiąt razy silniejsze niż EKG dziecka. To stawia przed naukowcami największe wyzwanie: z rejestrowanego sygnału trzeba wyodrębnić ten pochodzący z małego serca. Do tego jednak potrzebne są niezwykle zaawansowane metody przetwarzania sygnału.
Analiza sygnału innymi słowy to po prostu skomplikowana matematyka, od której może się napocić niejeden komputer. Nawet gdyby naukowcy dysponowali kilkanaście lat temu właściwym zestawem algorytmów, analiza zapisu EKG zajęłaby od kilku do kilkunastu godzin. Z tego względu podstawową przeszkodą na drodze do upowszechnienia się tej metody diagnostycznej był ówczesny poziom technologii mikroprocesorowej. Dopiero zwiększenie mocy obliczeniowej procesorów pozwoliło na prowadzenie takiej analizy na bieżąco.
Nazwy technik matematycznych, które trzeba było zaprząc do wydobycia ukrytych sygnałów, przyprawiają o zawrót głowy, np. filtracja przestrzenna oparta o uogólniony rozkład na wartości osobliwe. – Opracowanie właściwych algorytmów przy wykorzystaniu dostępnych technik matematycznych trwało kilka lat. Dzięki temu w instytucie powstały trzy doktoraty i połowa mojej habilitacji. W efekcie jesteśmy najbardziej zaawansowani na świecie, jeśli idzie o skuteczne usuwanie z sygnału wszystkich niepotrzebnych elementów – cieszy się prof. Jeżewski. Wynalazek jest efektem prac zespołu, w skład którego wchodzili mgr inż. Adam Matonia, mgr inż. Tomasz Kupka, mgr inż. Dawid Roj, dr inż. Krzysztof Horoba oraz dr inż. Janusz Wróbel.
Sam aparat to niewielkie pudełko, w którym mieści się elektronika odpowiedzialna za wstępną obróbkę sygnału. Ten podłączony jest do komputera, który odpowiada za analizę końcową (autorami oprogramowania są badacze z ITAM). W skład zestawu wchodzą jeszcze elektrody, które przykleja się do brzucha matki. – Z nimi wiąże się kolejne zagadnienie, które musieliśmy rozwiązać: ile właściwie tych elektrod musi być? Pracowaliśmy nad kombinacjami od 2 do 36, porównując odczyty, a także konsultując komfort pacjentek. Ostatecznie stanęło na czterech – tłumaczy prof. Jeżewski.
Elektrokardiografia płodu jest na razie na tyle świeża, że jeszcze nie jest gotowa do masowego zastosowania w szpitalach. Każda metoda diagnostyczna wymaga wyznaczenia na podstawie tysięcy pojedynczych badań takiego standardu, żeby lekarze byli w stanie na pierwszy rzut oka określić, co jest normą, a co odstępstwem od niej, a jeśli to ostatnie się pojawi, to na jakie problemy wskazuje i jak w związku z tym dopasować leczenie. W końcu lekarze muszą wiedzieć, jaki jest np. optymalny poziom cukru we krwi. Dodatkowo w grę wchodzą również przyzwyczajenia – jeśli ktoś przez całe życie polegał na ultrasonografii jako metodzie diagnostycznej, to przesiadka na elektrokardiogram nie przyjdzie mu łatwo.
Zdaniem wynalazców opracowany przez nich elektrokardiogram nadaje się nie tylko do rozwiązań przenośnych, ale też systemów telemedycznych, gdzie centralna jednostka monitoruje parametry pacjentów w ich domach. Profesor Jeżewski wskazuje jednak na potencjalny problem biofeedbacku – szczególnie niebezpieczny w warunkach domowych, gdzie pacjentka staje się bezpośrednim operatorem sprzętu medycznego. Stwierdzenie przez aparat braku sygnału serca dziecka, który w rzeczywistości może być spowodowany awarią urządzenia lub błędnym sposobem jego użytkowania, prowadzi do nieoczekiwanych i nieuzasadnionych reakcji matki. Jej interpretacja tego stanu zagrożenia, przy braku innego sposobu sprawdzenia oznak życia ukrytego w jej łonie dziecka, generuje niepotrzebny i szkodliwy stres. Profesor Jeżewski zapewnia jednak, że opracowany wynalazek został wyposażony w wiele inteligentnych mechanizmów samokontroli i zabezpieczeń. I pod tym względem jest bardziej komfortowy dla pacjentki niż jakiekolwiek inne podobne urządzenie. To zapewnia, że urządzenie sprawdzi się doskonale w telemonitorowaniu, zwłaszcza w przypadku ciąż zagrożonych.
Eureka! DGP
Trwa trzecia edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 47 nadesłanych przez 15 uczelni oraz 35 zgłoszonych przez 23 instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Konkurs zostanie rozstrzygnięty pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.
