LABORATÓRIUM ZDRAVOTNÍCKYCH APLIKÁCIÍ

Laboratórium zdravotníckych zariadení (HEALTHlab)

Laboratórium zdravotníckych zariadení (HEALTHlab) sa zameriava na výskum a aplikácie snímačov mozgových signálov, pričom hlavnou oblasťou záujmu je kognitívna aktivita človeka a jej interakcia s technológiami. Laboratórium využíva EEG zariadenia na meranie elektrickej aktivity mozgu, ktoré sú tradične používané v zdravotníckom sektore, no jeho výskum sa snaží tieto technológie adaptovať do bežného života a praktických aplikácií. Získané signály umožňujú štúdium reakcií mozgu na rôzne podnety, vrátane vizuálnej stimulácie, čo je analyzované prostredníctvom metódy Visual Evoked Potentials. Takto získané poznatky poskytujú základ pre vývoj inovatívnych riešení v oblasti interaktívnych systémov a neurotechnológií.

Laboratórium je vybavené moderným 16-kanálovým EEG capom openBCI, ktorý umožňuje presné a flexibilné meranie mozgových signálov. Výskum zahŕňa spracovanie a analýzu EEG dát s využitím metodík hĺbkového učenia neurónových sietí, ako aj vizualizáciu EEG potenciálov pre lepšie porozumenie mozgovým reakciám. Získané dáta umožňujú skúmať princíp Brain–Computer Interface (BCI), teda priame prepojenie medzi mozgom a počítačovými systémami. Laboratórium tak vytvára interdisciplinárne prostredie, ktoré prepája neurovedu, informatiku a technológie interakcie človek–stroj, pričom aktívne zapája študentov do riešenia pokročilých experimentálnych a aplikovaných projektov.

Image
Image
Image

Laboratórium zdravotníckych zariadení (HEALTHlab) sa v rámci svojho výskumu intenzívne venuje aj oblasti bezkontaktnej fotopletyzmografie (PPGI – Photoplethysmography Imaging), ktorá predstavuje inovatívnu alternatívu k tradičným kontaktným medicínskym senzorom. Hlavným cieľom tohto smerovania je neinvazívne monitorovanie kardiovaskulárnej aktivity človeka bez potreby fyzického kontaktu s pacientom. Výskum sa opiera o publikované vedecké práce autorov a zameriava sa na detekciu jemných zmien vo farbe ľudskej pokožky, ktoré sú spôsobené pulzovou vlnou pretekajúcej krvi. Tieto mikroskopické zmeny, zachytené bežnou kamerou, umožňujú presné stanovenie srdcovej frekvencie (HR) a jej variability (HRV), čo otvára dvere pre praktické aplikácie v telemedicíne, inteligentnom automotive sektore či pri dlhodobom monitorovaní pacientov v domácom prostredí.

Na snímanie a analýzu PPGI signálov laboratórium využíva pokročilé kamerové systémy s vysokým rozlíšením a citlivosťou v oblasti viditeľného aj infračerveného spektra. Kľúčovou výzvou výskumu je potlačenie nežiaduceho šumu a pohybových artefaktov, ktoré prirodzene vznikajú pri pohybe človeka pred kamerou. Výskumný proces zahŕňa:

  • Izoláciu a čistenie signálu: Surové dáta z farebných kanálov (RGB) podliehajú filtrácii na potlačenie pohybových artefaktov a zmien okolitého osvetlenia. Výskum sa zameriava na dekompozíciu signálov s cieľom izolovať čistú pulzovú vlnu z jemných variácií intenzity svetla odrazeného od pokožky.
  • Spracovanie pomocou hlbokého učenia (Deep Learning): Extrahované dáta sú spracovávané pokročilými regresnými modelmi hlbokých neurónových sietí. Výskum tímu sa zaoberá benchmarkovaním rôznych architektúr a porovnávaním vytvorených modelov.
  • Predikciu a validáciu vitálnych funkcií: V záverečnej fáze neurónové siete predikujú výslednú PPG krivku, z ktorej sa vypočítava výsledná hodnota úderov za minútu (BPM). Tieto predikované hodnoty sú matematicky validované voči signálom z kontaktného senzora, čo umožňuje neustále zvyšovanie presnosti a robustnosti celého bezkontaktného systému v reálnom čase.
    Vďaka prepojeniu umelej inteligencie, spracovania medicínskych signálov a počítačového videnia vytvára laboratórium modernú platformu, do ktorej aktívne zapája študentov. Tí majú možnosť pracovať na vývoji bezkontaktných diagnostických systémov, ktoré definujú budúcnosť digitálneho zdravotníctva.