Enikö Vargová vymýšlí algoritmus pro detekci srdečních arytmií pomocí chytrých zařízení

Biomedicínská doktorandka Enikö Vargová uspěla v soutěži Brno Ph.D. Talent. | Autor: Oto Janoušek

Biomedicínská doktorandka Enikö Vargová z Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT uspěla v soutěži Brno Ph.D. Talent a získala tak finanční podporu na svůj inovativní výzkum, který se zaměřuje na vývoj pokročilých algoritmů pro monitorování zdraví pomocí chytrých zařízení.

V rámci své dizertační práce „Advanced algorithms for health monitoring using smart devices“ využívá Enikö fotopletysmografické (PPG) signály k detekci srdečních arytmií. PPG signály reflektují změny v objemu protékající krve v našem kardiovaskulárním systému, zejména v cévním systému pod povrchem kůže. Srdce pumpuje krev do cév a díky jejich elasticitě vzniká pulzní vlna, která se šíří až do konečků prstů. Pulzní vlnu je možné zachytit na určitém místě těla (např. v konečku prstu) pomocí světla a senzoru. Z PPG lze získat mnoho zajímavých informací o stavu kardiovaskulárního systému včetně detekce srdečních arytmií.

Stávající chytrá zařízení dokáží ale detekovat pouze jeden druh srdeční arytmie, a to fibrilaci síní. Práce Enikö Vargové se zaměřuje na včasnou detekci také dalších srdečních patologií, a to s využitím metod umělé inteligence. To posílí prevenci a včasný záchyt těchto patologií i u lidí, kteří žádné příznaky nepociťují nebo je pociťují jen nepravidelně a zřídka. Takový člověk tak může být včas odeslán k odborníkovi, který provede podrobnější vyšetření a může zavčas předepsat medikamenty, případně řešit daný problém jinými způsoby.

Cílem je diagnostika různých typů srdečních arytmií

„Můj výzkum otevírá nové možnosti v oblasti monitorování zdraví pomocí chytrých zařízení, zejména chytrého telefonu, v němž vidím silný nástroj, jehož potenciál není v oblasti zdravotní péče a hlavně prevence plně využitý. Hlavním cílem projektu je především zlepšit prevenci a včasnou diagnostiku srdečních arytmií,“ vysvětluje Enikö přínos své práce.

Snímání PPG pomocí videozáznamu v telefonu. | Autor: Oto Janoušek

PPG signály se ve zdravotnictví používají už delší dobu a o jejich možnostech se ví. Lze z nich získat informaci například o tepové frekvenci, dechové frekvenci, saturaci krve kyslíkem nebo o krevním tlaku. „Stanovením krevního tlaku se mimochodem zabývá můj kolega Ing. Jan Šíma,“ dodává Enikö.

Extrasystola vede k předčasnému stahu srdce a narušuje tak pravidelný rytmus. Někteří pacienti je nevnímají. Jiní pociťují nepříjemné projevy (např. bušení srdce, nevolnost, tlak na hrudi) a u malého procenta mohou vést až k dysfunkci levé komory srdeční. „Já se soustřeďuji na srdeční arytmie. Již delší dobu jsou populární tzv. chytré hodinky. Ty v současnosti dovedou odhalit pouze jednu ze srdečních arytmií, a to fibrilaci síní, což se projevuje nepravidelným tepem. Mým cílem je, aby chytrá zařízení dokázala pomocí PPG signálů odhalit i další typy srdečních arytmií, jako například extrasystoly,“ popisuje Enikö.

Měření PPG pomocí chytrých hodinek. | Autor: Oto Janoušek

Včasná detekce srdečních patologií pomocí PPG signálu. Komfortně pro pacienta

Veřejnosti známější metoda měření srdeční činnosti - EKG (elektrokardiogram) je záznam rozdílu elektrického potenciálu (napětí) na dvou místech na těle. PPG nemá být jeho náhradou, ale díky své široké dostupnosti může pomoci včasné detekci onemocnění srdce, a to poměrně komfortním způsobem. Jestliže má nyní člověk podezření na srdeční arytmii, což může být pocit slabosti, tlak na hrudi nebo zrychlený tep, obrátí se na svého ošetřujícího lékaře. Ten mu po vyšetření napíše žádanku na EKG vyšetření, na které je nutné se objednat. Je-li potřeba pacientovi monitorovat činnost srdce dlouhodobě (např. protože se patologie neprojevuje nepřetržitě), pak se používají tzv. Holtery. Tento přístroj je nutné nosit několik dní, což není zrovna pohodlné a ani to nezaručí, že patologie bude zachycena (nemusí se během měření vůbec projevit). Problémem jsou rovněž čekací doby na půjčení Holterovského záznamníku. „Neplnohodnotnou, ale komfortnější a dostupnější alternativou je měření EKG pomocí chytrých hodinek. Ale k tomu musíte vytvořit obvod – aktivně zapnout měření a držet druhou rukou příslušné místo na hodinkách. Nenaměříte tak EKG v průběhu celého dne, ale pouze krátký, většinou půlminutový úsek, který arytmii nemusí odhalit,“ popisuje Enikö.

Pomocí rozšířeného měření PPG signálů by tak mělo být možné zaznamenat více srdečních arytmií, a to dlouhodobě při pohodlném nošení chytrých hodinek nebo krátkodobě jen s využitím aplikace v chytrém telefonu. Pak by už jen zbývalo zajít k lékaři a uložená data včetně analýz mu předložit.

Brno Ph.D. Talent

Výzva v podobě detekce srdečních arytmií pomocí chytrých zařízení vyžaduje od Enikö propojení technických a medicínských znalostí. Pochopení obou disciplín jí umožnilo studium oboru Biomedicínské inženýrství. Technické znalosti získala na FEKT, medicínu se naučila na Lékařské fakultě MUNI, se kterou FEKT na výuce tohoto oboru spolupracuje.

Školitelka Andrea Němcová v Enikö rozpoznala vědecké schopnosti už během bakalářského studia: „Enikö již od dob bakalářských studií výrazně posunuje výzkumné téma kupředu, což vedlo k zaslouženému ocenění Brno Ph.D. Talent.“ Studenti v rámci soutěže musí na samém začátku svého doktorského studia předložit odborné komisi své již rozmyšlené téma. V této soutěži tedy má šanci uspět ten, kdo má jasnou představu, čemu by se chtěl následující tři roky věnovat.

„Mám velkou radost, že se mi podařilo uspět v tak velké konkurenci. Cena Ph.D. Talent pro mě znamená nejen ocenění mé práce, ale také velkou motivaci pro mé budoucí vědecké úsilí,“ dodává Enikö.

Enikö Vargová přebírá ocenění Brno Ph.D. Talent. | Autor: Václav Koníček

Rozhodl Den otevřených dveří

Už na gymnáziu Enikö bavila biologie, chemie a fyzika. Byla rozhodnutá jít studovat farmacii, a tak si také podala dvě přihlášky na tento obor v různých městech a na obě vysoké školy byla přijata. Ale nenastoupila. Nakonec se rozhodla pro biomedicínu na FEKT VUT právě proto, jak moc perspektivní tento obor je. Spojení techniky s medicínou má velkou budoucnost a obor nabízí široké uplatnění. Navíc je zde studium rozděleno na bakalářské a magisterské, což je výhoda, kterou na farmacii nenajdete. Návštěva Dne otevřených dveří na FEKT její rozhodnutí zpečetila.

Jméno Enikö není v Česku typické. Tatínek je původem Maďar a správně by se tak mělo psát s dvěma čárkami nad „o“ – Enikő. „V době mého narození si s tím česká matrika nedovedla poradit. Bylo možné napsat jen tečky, které už mi zůstaly,” usmívá se Enikö. | Autor: Oto Janoušek

Autoři: Oto Janoušek, Zdeňka Koubová