Nápady a objevy

3. října 2019

Software doktoranda z FEKT VUT umí určit, který pacient má dostat kardiostimulátor. Předejde tak zbytečným operacím

Radovan Smíšek se dlouhodobě věnuje zpracování signálů ze srdce. Za svůj program získal i prestižní ocenění | Autor: pixabay
Kterému pacientovi má smysl dávat kardiostimulátor a kterému nepomůže? To je jedna z otázek, kterou ve svém výzkumu řeší Radovan Smíšek z Ústavu biomedicínského inženýrství FEKT VUT. Pomocí softwaru, na kterém pracuje, mohou lékaři přesněji vybírat vhodné kandidáty pro implantaci kardiostimulátoru. Smíškova práce, která je součástí většího výzkumu na Ústavu přístrojové techniky Akademie věd, byla oceněna i v prestižní mezinárodní soutěži.

Radovana Smíška dlouhodobě zajímá analýza signálů ze srdce. Díky jejich vyhodnocování pomáhá lékařům v léčbě nejrůznějších srdečních patologií. Konkrétně ve své dizertační práci spojuje vysokofrekvenční a nízkofrekvenční EKG a zpřesňuje hodnocení signálů. „Součástí mé dizertace jsou různé patologie detekované pomocí nízkofrekvenčního EKG. Já sleduju, jak se chovají ve vysokofrekvenčním EKG a snažím se z toho získat nové informace,“ vysvětlil Smíšek. V září také v Singapuru prezentoval novou metodu. Pomocí vysokofrekvenčního EKG umí určit, kdy se aktivují jednotlivé segmenty srdce. „Což pouze z nízkofrekvenčního EKG není vždy úplně zřejmé,“ dodal s tím, že lékaři díky tomu získají lepší informace o fungování srdce pacienta a případném nesprávném zapojování jednotlivých komor a síní.

Kromě toho se Radovanovi Smíškovi podařilo uspět i v prestižní mezinárodní soutěži, ve které týmy z celého světa vytvářely program schopný přesně detekovat dle striktních kritérií patologii s názvem blokáda levého Tawarova raménka. Pacienti s touto patologií mají vysokou pravděpodobnost, že jim implantace kardiostimulátoru pomůže. „Konkrétně se jedná o biventrikulární stimulátor, což je zařízení, které zároveň stimuluje pravou i levou komoru srdeční. U pacientů s blokádou levého Tawarova raménka se jedna komora svírá dřív než druhá. Ukazuje se ale, že až třiceti procentům z nich stimulátor vůbec nepomůže. Operace tak nemá žádný efekt a je zcela zbytečná. V USA nedávno vyšel vědecký článek popisující kritéria, která musí splňovat signál EKG, abychom mohli přesněji předpovědět, kterým pacientům operace skutečně pomůže. Celá soutěž pak byla o tom, kdo zvládne vytvořit počítačový program, který dokáže najít pacienty splňující co nejpřesněji podmínky stanovené daným článkem a automaticky tak vyhodnocovat vhodnost pacientů pro operaci,“ popsal Radovan Smíšek.

Jelikož se problematikou zabýval už předtím, přiznává, že nezačínal takzvaně na zelené louce. „Na druhou stranu ale toho, co jsem měl předpřipravené, bylo minimum. Data jsem dostal přímo z USA, takže většinu práce jsem musel udělat až v rámci soutěže,“ podotkl Smíšek. Od organizátorů obdržel data pacientů, u kterých věděl, zda splňují či nesplňují podmínky pro detekci blokády levého Tawarova raménka. Následně dostal data, o kterých ale nevěděl, zda podmínky splňují. Pomocí svého programu je vyhodnotil a poslal zpět do Spojených států, kde porovnali úspěšnost soutěžních výsledků s vlastními závěry. Smíškovy výsledky se ukázaly jako nejpřesnější a získal tak prvenství.

Úspěch podle něj tkvěl především v nevyužití umělé inteligence. „Většina ostatních týmů zapojila umělou inteligenci. Já touto cestou nešel, což se nakonec ukázalo jako moudré rozhodnutí. Měli jsme k dispozici poměrně málo dat, což je u umělé inteligence vždycky problém. V trénovací sadě bylo jen tři sta signálů. Na naučení a vytvoření spolehlivé neuronové sítě by jich ale bylo potřeba daleko víc,“ vysvětlil.

Radovan Smíšek získal v Americe prestižní mezinárodní ocenění | Autor: archiv Radovana Smíška
Jeho práce se nejvíc přiblížila kritériím stanoveným ve zmíněném článku. „Problém byl, že ona kritéria obsahují řadu nejasných pojmů. Jsou tam například takzvané zářezy. Kritéria říkají, že se musí vyskytnout zářez v signálu, což znamená, že signál chvíli klesá, a pak roste. Není už ale přesně stanoveno, jak má být zářez velký, aby se započítal. Stejně tak je řečeno, že je špatné, když je prudká změna náběžné hrany signálu. Co je prudká změna ale opět definováno není. Podíval jsem se tedy, jak to dělali autoři článku a snažil se tomu co nejvíc přiblížit,“ uvedl Radovan Smíšek.

Ačkoliv se Smíškův program ukázal v soutěži jako nejpřesnější, v týmu Ústavu přístrojové techniky Akademie věd pokračují na vývoji jiných metod. „Ne se vším, co bylo v článku uvedené, se ztotožňujeme. Zkoušíme proto i vlastní metody. Spolupracujeme například s Fakultní nemocnicí u sv. Anny, díky které máme už přes tři tisíce měření. Potřebovali bychom ale i data z USA, abychom naše metody mohli vzájemně porovnat. Spolupráci se nám bohužel zatím navázat nepodařilo,“ dodal Smíšek. Kromě brněnské nemocnice spolupracují nově i s Fakultní nemocnicí Královské vinohrady. „Skvělé je, že máme hned odezvu z praxe a můžeme software vylepšovat a měnit. Navíc tím, že pracujeme pouze s EKG a pacienta nijak neohrožujeme, nepotřebujeme žádné speciální certifikace. Dostat tak metodu do praxe je mnohonásobně rychlejší než například u nových léků,“ upozornil Smíšek. Kromě lepšího výběru pacientů vhodných pro implantaci stimulátoru je možné metodou vyvíjenou na Akademii věd při operaci přesněji umístit elektrody a vybrat i nejoptimálnější režim stimulátoru pro daného pacienta.

Kromě pokračujícího výzkumu detekce patologií má nyní Radovan Smíšek i řadu projektů v rámci FEKT VUT. „Jeden z projektů TAČR, který už bude končit, řeší detekci fibrilace síní, tedy patologii, kdy se srdce svírá nepravidelně. Dále máme také novou spolupráci s Janáčkovou akademií múzických umění v Brně. Nachystali divadelní představení, kde má herec za úkol vzbuzovat v divácích nějakou emoční odezvu. Mají teorii, že se herci během představení mění biosignály a přenáší se to i na diváky. My máme za úkol změřit, zda to tak je,“ objasnil Smíšek. Kromě toho bude řešit i odstranění šumu a zlepšení kvality EKG v projektu pro americkou armádu. „Když se snímají dlouhé záznamy, obvykle je v nahrávce hodně šumu a pouze krátké úseky jsou hodnotitelné. My vyvíjíme software, který projde záznam, označí pouze hodnotitelné pasáže, a navíc lékaři řekne, které z nich jsou zajímavé. Kde by například mohla být patologie, aby doktor nemusel sám procházet hodiny záznamů,“ uzavřel Radovan Smíšek, jehož největším úkolem na následující měsíce ale podle něj je dopsat dizertační práci a úspěšně dokončit doktorské studium.

(zep)

TémataFakulta elektrotechniky a komunikačních technologií studenti studentská soutěž

Související články:
Student FEKT VUT navrhl mobilní aplikaci pro seniory. Pomůže jim, pokud upadnou
Studentka biomedicíny uspěla se svou prací zaměřenou na interakci léčiv
Vodní pára je nejúčinnějším skleníkovým plynem, její efekt si studenti FEKT VUT budou moci sami ověřit
Přijela do Česka studovat jazyky, vymyslela aplikaci na šetrnější spotřebu energie
Za diagnostiku pomocí pokročilých metod zpracování obrazu získal student Cenu Ministra školství ČR