Věda a vývoj
Firma BABY patron s.r.o. v oblasti výzkumu úzce kooperuje s výzkumným týmem VŠB-TU Ostrava pod vedením profesora Radka Martinka.
Tento výzkumný tým dlouhodobě působí na Fakultě elektrotechniky a informatiky, na Katedře kybernetiky a biomedicínského inženýrství. Profesor Radek Martinek a jeho výzkumný tým patří v oblasti monitorování plodu ke světové špičce. Díky úzké kooperaci vědeckého týmu z VŠB-TU Ostrava s firmou BABY patron se posouvá pokrok v oblasti neinvazivního monitorování plodu, vzniká řada odborných publikací a patentovaných řešení.
Výzkumný tým VŠB-TU Ostrava stojí za kompletním vývojem softwarové i hardwarové části přístroje MaMuCare.
Tým VŠB a BABY patron definoval v roce 2023 pojem Fetal monitor 4.0 v prestižním žurnále BMC Pregnancy and Childbirth. Zde vědci představují budoucnost monitorování plodu v podobě monitorování v domácím prostředí. Výsledky výzkumu jsou pravidelně prezentovány na významných mezinárodních konferencích po celém světě.
Vědci z VŠB-TUO vyvinuli unikátní bio-zesilovač s požadavky na nízkou spotřebu, který představuje hardwarové srdce zařízení MaMuCare.
Pomyslný mozek zařízení MaMuCare pak tvoří pokročilé algoritmy zpracování signálu, které jsou implementovány na výpočetním serveru. Tyto algoritmy se starají např. o vhodný výběr měřících elektrod, filtraci plodového EKG, ale i vykreslení tepové frekvence plodu. Samozřejmostí je komunikace skrze Bluetooth 5.1 v mobilním zařízení, kde má nastávající maminka nainstalovaný software, jehož architektura rovněž vznikala v laboratořích VŠB-TUO.
Jistota a bezpečí pro miminko i maminku
MaMuCare je nejmodernější zařízení v oblasti monitorování plodu.
MaMuCare umožňuje bezpečné a spolehlivé sledování srdeční aktivity miminka v období těhotenství. Unikátnost přístroje spočívá ve zcela neinvazivním měření srdeční aktivity miminka bez vysílání jakékoliv energie.
Unikátní pás MaMuCare
MaMuCare je jediný dostupný přístroj pro domácí monitorování miminka již v průběhu těhotenství, jehož výsledky měření jsou srovnatelné s přístroji v odborné ordinaci.
Vývoj monitorovacího přístroje započal výzkumný tým z Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB-TUO před více než deseti lety.
Bezpečnost a spolehlivost MaMuCare potvrzují zkušení porodníci a gynekologové.
Baby patron pro maminky
MaMuCare umožňuje mamince kdykoliv v pohodlí domova zkontrolovat srdeční tep svého miminka v děloze.
Výsledek měření se mamince ihned zobrazí v mobilní aplikaci, která vyhodnotí aktuální tepovou frekvenci miminka.
Tlukot srdíčka miminka v maminčině bříšku zůstává v mobilní aplikaci jako krásná vzpomínka i po narození miminka a jeho nahrávku lze také pohodlně sdílet.
Publikační činnost
1. Pregnancy in the Time of COVID-19: Towards Fetal Monitoring 4.0
Autoři: Radana Kahankova, Katerina Barnova, Rene Jaros, Jan Pavlicek, Vaclav Snasel, Radek Martinek
Článek byl publikován v kvalitním časopise BMC Pregnancy and Childbirth, který se zaměřuje na všechny aspekty těhotenství, porodu, kojení, zdraví matek a mateřské péče. Tato studie je výsledek spolupráce týmu vedeného prof. Martinkem ve spolupráci s doc. MUDr. Janem Pavlíčkem, Ph.D., který je přednostou oddělení pediatrické resuscitační a intenzivní péče ve FNO, a prof. RNDr. Václavem Snášelem, CSc., který je rektorem VŠB-TUO. Cílem studie byla prevence přenosu onemocnění SARS-CoV-2 řešením vzdáleného domácího monitorování. To by umožnilo sledování zdravotního stavu matky a plodu během těhotenství z pohodlí domova, snížení počtu fyzických návštěv u lékaře a eliminovat tak nutnost navštěvovat riziková veřejná místa. Práce poskytuje technický a kritický přehled nejnovější literatury na toto téma, aby čtenářům poskytl pohled na aplikace a budoucí směry monitorování plodu.
2. Nature Inspired Method for Noninvasive Fetal ECG Extraction
Autoři: Akshaya Raj, Jindrich Brablik, Radana Kahankova, Rene Jaros, Katerina Barnova, Vaclav Snasel, Seyedali Mirjalili, Radek Martinek
Tato studie je výsledkem a zároveň počátkem spolupráce mezi týmem vedeným prof. Martinkem, prof. RNDr. Václavem Snášelem, CSc., který je rektorem VŠB-TUO a špičkovým vědcem prof. Mirjalilim, který vyvinul řadu optimalizačních algoritmů inspirovaných chováním zvířat v přírodě. V této práci bylo využito velice efektivního Grey Wolf optimalizačního algoritmu pro automatické nastavení počátečních parametrů extrakčního algoritmu. To vede k eliminaci potřeby nastavit danou metodu empiricky dle zkušeností a redukci možného snížení přesnosti extrakce plodového EKG vlivem lidského faktoru.
3. A Comparative Study of Single-Channel Signal Processing Methods in Fetal Phonocardiography
Autoři: Katerina Barnova, Radana Kahankova, Rene Jaros, Martina Litschmannova, Radek Martinek
Studie vznikla jako výsledek spolupráce týmu prof. Martinka a Ing. Martiny Litschmannové, Ph.D., která působí na Katedře aplikované matematiky VŠB-TUO a je odborníkem v oblasti pravděpodobnosti a statistiky. Práce uvedla souhrnné srovnání osmi jak konvenčních, tak pokročilých metod pro zpracování fonokardiografických signálů. Pro důkladné ověření efektivity algoritmů bylo použito několik hodnotících metrik a bylo testováno velké množství scénářů zahrnující různé druhy a úrovně rušení, kterými byly fonokardiografické signály zatíženy. Pro testování byly zvoleny pouze jednokanálové přístupy pro zajištění vysokého komfortu a mobility těhotné ženy.
4. A Review of Recent Advances and Future Developments in Fetal Phonocardiography
Autoři: Radana Kahankova, Martina Mikolasova, Rene Jaros, Katerina Barnova, Martina Ladrova, Radek Martinek
Tato hloubková rešerše vznikla jako výstup vědecké práce týmu prof. Martinka a sumarizuje současný stav zejména v oblasti extrakce a zpracování plodového fonokardiografického signálu, a dále uvádí dostupné prostředky pro klasifikaci zdravotního stavu plodu. Práce poskytuje také rozsáhlý přehled praktických poznatků a souhrn zbývajících výzev a návrhů pro budoucí výzkum, mezi které patří zejména myšlenka kombinování techniky plodového EKG a plodové fonokardiografie. Kombinace těchto dvou technik by mohla poskytnout přesnější informace o zdravotním stavu plodu, ale také by zvýšila senzitivitu a specificitu monitorování. Výhodou tohoto kombinovaného přístupu by dále byla možnost kontinuálního monitorování pro detekci arytmie plodu nebo jiných srdečních poruch i v raném období těhotenství a nízká pořizovací cena umožňující využití jak v domácí péči, tak klinické praxi.
5. System for Adaptive Extraction of Non-Invasive Fetal Electrocardiogram
Autoři: Katerina Barnova, Radek Martinek, Rene Jaros, Radana Kahankova, Khosrow Behbehani, Vaclav Snasel
Tým vedený prof. Radkem Martinkem a prof. RNDr. Václavem Snášelem, CSc. z VŠB-TUO, ve spolupráci s prof. Khosrow Behbehani, odborníkem z oblasti biomedicínského inženýrství z Texaské univerzity v Arlingtonu, navrhl a experimentálně ověřil komplexní adaptivní systém pro extrakci neinvazivního plodového EKG. Optimalizace systému byla provedena jak z hlediska efektivní extrakce plodového EKG a přesného stanovení tepové frekvence plodu, tak z hlediska zachování morfologie signálu pro účely provedení hlubší morfologické analýzy. Systém byl optimalizován také z hlediska výpočetní rychlosti, což by umožnilo jeho implementaci v rámci zařízení pracujícího v reálném čase.
6. Non-Invasive Fetal Electrocardiogram Extraction Based on Novel Hybrid Method for Intrapartum ST Segment Analysis
Autoři: Radek Martinek, Radana Kahankova, Rene Jaros, Katerina Barnova, Adam Matonia, Michal Jezewski, Robert Czabanski, Krzysztof Horoba, Janusz Jezewski
Velmi významné klinické poznatky přinesly výsledky studie založené na mezinárodní spolupráci mezi týmem prof. Martinka, týmem prof. J. Jezewski, který působí jako výkonný ředitel společnosti Institute of Medical Technology and Equipment v Zabrze, Dr. Matonia a Dr. M. Jezewski, kteří působí na Katedře kybernetiky, nanotechnologií a zpracování dat na Slezské technické univerzitě v Gliwicích. Bylo prokázáno, že je možné provést morfologickou analýzu (ST analýzu) neinvazivně snímaného plodového EKG signálu se stejnou přesností jako u invazivně měřeného plodového EKG, které se snímá pomocí skalpové elektrody. Neinvazivní plodové EKG je proto možné použít pro zvýšení přesnosti při diagnostice hypoxie plodu bez zbytečného rizika zanesení infekce nebo poranění plodu.
7. A Novel Algorithm based on Ensemble Empirical Mode Decomposition for Non-Invasive Fetal ECG Extraction
Autoři: Katerina Barnova, Radek Martinek, Rene Jaros, Radana Kahankova, Adam Matonia, Michal Jezewski, Robert Czabanski, Krzysztof Horoba, Janusz Jezewski
Další spolupráce mezi týmem vedeným prof. Martinkem, týmem prof. J. Jezewski, který působí jako výkonný ředitel společnosti Institute of Medical Technology and Equipment v Zabrze, Dr. Matonia a Dr. M. Jezewski, kteří působí na Katedře kybernetiky, nanotechnologií a zpracování dat na Slezské technické univerzitě v Gliwicích. Tato spolupráce vedla k vytvoření unikátního hybridního systému pro extrakci plodového EKG. Navržený hybridní systém kombinoval výhody tří dílčích algoritmů, a naopak limitace jednotlivých algoritmů byly v této kombinaci potlačeny. Efektivita systému byla ověřena na datech z klinické praxe zaznamenaných v rámci výzkumných projektů na Gynekologicko-porodnické klinice patřící pod Slezskou lékařskou univerzitu v Katowicích.
8. Passive Fetal Monitoring by Advanced Signal Processing Methods in Fetal Phonocardiography
Autoři: Radek Martinek, Katerina Barnova, Rene Jaros, Radana Kahankova, Tomasz Kupka, Michal Jezewski, Robert Czabanski, Adam Matonia, Janusz Jezewski, Krzysztof Horoba
Spolupráce týmu prof. Martinka, týmu prof. J. Jezewski, který působí jako výkonný ředitel společnosti Institute of Medical Technology and Equipment v Zabrze, Dr. Matonia a Dr. M. Jezewski, kteří působí na Katedře kybernetiky, nanotechnologií a zpracování dat na Slezské technické univerzitě v Gliwicích byla kromě plodového EKG zaměřena také na oblast plodové fonokardiografie. V této studii byly navrženy metody pro zpracování fonokardiografických signálů a experimentálně ověřeny na datasetu obsahujícím různorodé signály. Bylo potvrzeno, že pomocí plodové fonokardiografie je možné přesně stanovit tepovou frekvenci plodu, a že je tato technika velmi slibným doplňkem ke konvenčnímu monitorování zdravotního stavu plodu.
9. Hybrid Methods Based on Empirical Mode Decomposition for Non-Invasive Fetal Heart Rate Monitoring
Autoři: Katerina Barnova, Radek Martinek, Rene Jaros, Radana Kahankova
Tato studie, publikovaná týmem prof. Martinka, byla zaměřena na návrh, testování a porovnání několika hybridních metod pro extrakci plodových EKG signálů. Bylo zkoumáno využití jak neadaptivních, tak adaptivních systémů, které dokážou upravit své parametry vzhledem k měnícímu se charakteru signálu. Výsledky experimentů potvrdily, že pro zpracování nelineárních a nestacionárních plodových EKG signálů zatížených mnoha druhy rušení je použití adaptivního přístupu nevyhnutelné.
10. A Review of Signal Processing Techniques for Non-Invasive Fetal Electrocardiography
Autoři: Radana Kahankova, Radek Martinek, Rene Jaros, Khosrow Behbehani, Adam Matonia, Michal Jezewski, Joachim A Behar
Mezinárodní spolupráce odborníků v oblasti elektronického monitorování plodu, tým prof. Martinka, prof. Behbehani, jenž je odborníkem v oblasti biomedicínského inženýrství a působí na Texaské univerzitě v Arlingtonu, Dr. Matonia, Dr. M. Jezewski, kteří působí na Katedře kybernetiky, nanotechnologií a zpracování dat na Slezské technické univerzitě v Gliwicích a Dr. Behara, který vede Laboratoř umělé inteligence v medicíně na Fakultě biomedicínského inženýrství Technion v Haifě, vyústila v rozsáhlou odbornou rešerši zaměřenou zejména na pokročilé algoritmy pro zpracování neinvazivního plodového EKG. V práci byly zdůrazněny výhody a limitace jednotlivých algoritmů díky kterým jsou tyto metody vhodné pro různé scénáře a typy signálů. Součástí přehledu bylo také shrnutí klíčových parametrů, které je nutné nastavit pro zajištění optimálního výkonu. Byla zde tedy nastíněna potřeba optimalizace nastavení parametrů zejména adaptivních algoritmů pro dosažení vysokého výkonu.
11. Novel Hybrid Extraction Systems for Fetal Heart Rate Variability Monitoring Based on Non-Invasive Fetal Electrocardiogram
Autoři: Rene Jaros, Radek Martinek, Radana Kahankova, Jiri Koziorek
Kooperace týmu prof. Martinka a prof. Koziorka, který je vedoucím Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství na VŠB-TUO, vedla k vývoji unikátních extrakčních systémů. Pro extrakci plodového EKG byl testován jak adaptivní systém, tak systém založený na umělé neuronové síti. Oba tyto přístupy byly navrženy a porovnány v této studii. Výsledky experimentů ukázaly, že adaptivní systém dokázal extrahovat kvalitnější fEKG signál a přesněji stanovit tepovou frekvenci plodu. U obou systémů se ukázala jako problematická fáze pozpracování, kdy došlo k porušení morfologie signálu. To by neumožnilo provést další morfologickou analýzu, která je velmi významnou součástí při detekci hypoxie plodu. Tento krok je proto vhodné použít pouze při potřebě přesného stanovení fHR, avšak pro dosažení přesné morfologické analýzy signálu by měl být tento krok vynechán.
12. Non-Adaptive Methods for Fetal ECG Signal Processing: A Review and Appraisal
Autoři: Rene Jaros, Radek Martinek, Radana Kahankova
Tým pod vedením prof. Martinka uvedl velmi rozsáhlou literární rešerši, která prezentuje přehled a srovnání neadaptivních algoritmů, které byly v oblasti neinvazivního plodového EKG publikovány. Na základě uvedených výsledků autoři dospěli k významnému závěru, jenž ovlivnil další směřování výzkumu v této oblasti. Ukázalo se, že hybridní metody se zdají být nejslibnějším přístupem pro zpracování jak syntetických, tak reálných plodových EKG signálů a jejich aplikace umožní vyvinout a uvést tuto neinvazivní diagnostickou techniku do klinické praxe.
13. Comparative Effectiveness of ICA and PCA in Extraction of Fetal ECG From Abdominal Signals: Toward Non-invasive Fetal Monitoring
Autoři: Radek Martinek, Radana Kahankova, Janusz Jezewski, Rene Jaros, Jitka Mohylova, Marcel Fajkus, Jan Nedoma, Petr Janku, Homer Nazeran
Mezinárodní a multioborová spolupráce mezi týmem prof. Martinka, prof. J. Jezewski, který působí jako výkonný ředitel společnosti Institute of Medical Technology and Equipment v Zabrze, Ing. Jitkou Mohylovou, Ph.D. působící na Katedře elektrotechniky VŠB-TUO, Ing. Marcelem Fajkusem, Ph.D. a doc. Ing. Janem Nedomou, Ph.D. působících na Katedře telekomunikační techniky, MUDr. Petrem Janků, Ph.D., který je vedoucím Perinatologického centra FN Brno a prof. H. Nazeran, který působí na Katedře elektrotechniky a informatiky, University of Texas El Paso, vedla k vytvoření jedné z prvních významných publikací zaměřených na zpracování plodového EKG. Tyto úvodní experimenty na reálných datech zahrnující různé gestační stáří plodu, polohy plodu, indexy tělesné hmotnosti matky, potvrdily, že pomocí neinvazivního plodového EKG bude možné stanovit fetální tepovou frekvenci plodu se stejnou přesností jako pomocí invazivní varianty.
14. Non-Adaptive Methods of Fetal ECG Signal Processing
Autoři: Radana Kahankova, Rene Jaros, Radek Martinek, Janusz Jezewski, He Wen, Michal Jezewski, Aleksandra Kawala-Janik
Prvotní experimenty na syntetických datech byly provedeny pod vedením prof. Martinka a jeho týmu, prof. J. Jezewsi, který působí jako výkonný ředitel společnosti Institute of Medical Technology and Equipment v Zabrze, Dr. M. Jezewski, který působí na Katedře kybernetiky, nanotechnologií a zpracování dat na Slezské technické univerzitě v Gliwicích a doc. Ing. Aleksandrou Kawaly-Sterniuk, Ph.D., která působí na Technické univerzitě v Opole. Výsledky ukázaly, že pokročilé metody pro zpracování signálů jsou vhodným nástrojem pro oblast extrakce plodového EKG, jelikož bylo dosaženo vynikajících výsledků. Po úspěšném ověření metod na synteticky generovaných datech mohl další výzkum přejít k testování na reálných plodových EKG signálech naměřených v klinické praxi.
Ostatní publikace
1. New Method for Beat-to-Beat Fetal Heart Rate Measurement Using Doppler Ultrasound Signal
Autoři: Tomasz Kupka, Adam Matonia, Michal Jezewski, Janusz Jezewski, Krzysztof Horoba, Janusz Wrobel, Robert Czabanski, Radek Martinek
2. Simulator of Foetal Phonocardiographic Recordings and Foetal Heart Rate Calculator
Autoři: Anthony Joseph, Radek Martinek, Radana Kahankova, Rene Jaros, Jan Nedoma, Marcel Fajkus
Autoři: Janusz Jezewski, Janusz Wrobel, Adam Matonia, Krzysztof Horoba, Radek Martinek, Tomasz Kupka, Michal Jezewski
Autoři: Radek Martinek, Jan Nedoma, Marcel Fajkus, Radana Kahankova, Jaromir Konecny, Petr Janku, Stanislav Kepak, Petr Bilik, Homer Nazera
Autoři: Radana Kahankova, Martina Mikolasova, Radek Martinek
6. On ε-insensitive simplification of fuzzy rules for fetal distress assessment
Autoři: Michal Jezewski, Robert Czabanski, Jacek M Leski, Adam Matonia, Radana Kahankova
7. Fetal electrocardiograms, direct and abdominal with reference heartbeat annotations
Autoři: Adam Matonia, Janusz Jezewski, Tomasz Kupka, Michał Jezewski, Krzysztof Horoba, Janusz Wrobel, Robert Czabanski, Radana Kahankowa
8. Influence of gestation age on the performance of adaptive systems for fetal ECG extraction
10. Clustering with ε-Hyperballs Based Simplification of Fuzzy Rules to Support the Assessment of Fetal State
11. Wavelet transform decomposition for fetal phonocardiogram extraction from composite abdominal signal
12. Use of a hybrid method ICA-PCA-ICA for fetal electrocardiography extraction
13. Fetal ecg signal processing by different ica-based algorithms
14. Extraction of Fetal Electrocardiogram by Independent Component Analysis
15. New Possibilities for Fetal Monitoring Using Unobtrusive Abdominal Electrocardiography
16. Non-Invasive Fetal Monitoring: Extraction of Clinical Information of Fetal Electrocardiogram from Abdominal Signals
17. Optimization of RLS Algorithm for Hybrid Method ICA-RLS
18. A Comparative Analysis of Fetal Phonocardiograph Acoustical Performance