Jednoczesny pomiar oddechu, pracy serca i aktywności

Na Wydziale Mechatroniki PW powstał Pneumonitor, który pozwala monitorować częstość i głębokość oddechu oraz powiązać je ze zmiennością rytmu serca czy aktywnością osoby badanej. To pierwsze tego typu „mobilne” rozwiązanie przeznaczone do długotrwałej obserwacji.

Opracowanie urządzenia koordynował dr inż. Marcel Młyńczak, który zajmuje się badaniem i analizą sygnałów fizjologicznych, w szczególności oddechu. Nad Pneumonitorem pracuje już od czasu studiów. – Jako członek koła naukowego uczestniczyłem w spotkaniu z lekarzami różnych specjalizacji w jednym z warszawskich szpitali. Rozmawialiśmy o ich potrzebach. Przygotowałem sobie wtedy notatki, do których wróciłem na etapie wyboru pracy inżynierskiej – wspomina naukowiec. – Wraz z moim promotorem dyskutowaliśmy, jak można część tych pomysłów zrealizować. Pneumonitor jest w pewnym sensie owocem tej rozmowy. Później rozwijałem urządzenie i metody analityczne w pracy magisterskiej i w ramach doktoratu – mówi.

Przewag jest wiele

Zaletą urządzenia jest przede wszystkim jego nieinwazyjność. Elektrody przyklejane są tak, że nie wpływają na swobodę poruszania się. Przewagą jest również sam sposób pomiaru. – Nie wykonujemy pomiaru punktowego, czyli oceny jednego wydechu (jak w spirometrii), możemy rejestrować sygnały fizjologiczne 24 godziny na dobę, także poza środowiskiem szpitalnym – podkreśla dr inż. Marcel Młyńczak.

Pneumonitor pozwala na dokonanie pomiaru aktywności oddechowej bez konieczności stosowania specjalnej maski.  

– Dzięki temu pomiar jest wygodniejszy i nie zaburza przestrzeni oddechowej wokół ust i nosa – mówi dr inż. Marcel Młyńczak. – Dodatkowo mamy możliwość powiązania czynności oddechowej z parametrami opisującymi zmienność rytmu serca czy pozycją ciała i poziomem wysiłku badanej osoby – podkreśla. – Poza tym kiedy lekarz wykonuje spirometrię, nie przeprowadza badania EKG i odwrotnie. Urządzenie umożliwia wykonanie obu badań jednocześnie. To jest innowacja procesowa – dodaje.

Jak to działa?

Elektrody przykleja się pod pachami i na rękach, by w pełni objąć płuca. Można je także umieścić w ramach plastra przyklejonego na klatkę piersiową (tzw. patch). Pneumonitor wykorzystuje metodę pneumografii impedancyjnej. – Mierzymy zmiany impedancji elektrycznej klatki piersiowej, czyli obserwujemy zmiany w zakresie tego, jaki zmienny opór elektryczny mają tkanki w obrębie klatki piersiowej. W uproszczeniu, jeśli powietrza w płucach jest więcej, czyli jesteśmy po fazie wdechu, to wtedy impedancja jest większa, natomiast jeśli powietrza jest mniej, to impedancja jest odpowiednio mniejsza. Widzimy falowanie krzywej zmian impedancji pod wpływem oddechu – mówi dr inż. Marcel Młyńczak.

Nie tylko pacjenci

Rozwiązanie jest skierowane do lekarzy, ale powstało oczywiście z myślą o ich pacjentach i nie tylko. – Obecnie przede wszystkim zależy nam na dokonywaniu długotrwałych pomiarów zarówno aktywności oddechowej, jak i aktywności serca. Dzięki temu będziemy mogli przygotować profil krążeniowo-oddechowy, który składałby się z grupy biomarkerów zależnych od grupy docelowej. Myślimy przede wszystkim o osobach starszych, osobach z problemami kardiologicznymi czy alergiami oddechowymi, ale i sportowcach, przygotowujących się do startu w zawodach – wyjaśnia dr inż. Marcel Młyńczak.

Co dalej?

Obecna wersja urządzenia spełnia wszystkie docelowe funkcje, natomiast była wykonana „ręcznie”, np. z wykorzystaniem dostępnej na rynku obudowy. Dr inż. Marcel Młyńczak myśli o przygotowaniu wersji przedprodukcyjnej, którą w przypadku większego zamówienia można by było w sposób zautomatyzowany powielić. Do tego potrzebne są jednak fundusze.

– Planuję złożyć wniosek w konkursie SONATA organizowanym przez Narodowe Centrum Nauki – zapowiada dr inż. Marcel Młyńczak. Naukowiec chciałby również, by kolejna wersja urządzenia była bardziej zminiaturyzowana i jeszcze wygodniejsza w użyciu. Planowane jest także stworzenie aplikacji, która umożliwi lekarzom, trenerom, sportowcom i pacjentom łatwą i szybką obsługę bazy danych zbieranych przy użyciu Pneumonitora.

Dodatkowe środki pozwoliłyby także na udostępnienie urządzenia większej grupie sportowców i trenerów. – Od kilku lat współpracuję z Centralnym Ośrodkiem Medycyny Sportowej, który bada znaczną grupę olimpijczyków, zwłaszcza uczestników letnich igrzysk. Na testy przyjeżdżają specjalnie do Warszawy, co często jest kłopotliwe. Badania są punktowe, a po nich sportowcy wracają do domu. Nie ma tu żadnej wartości dodanej – wyjaśnia dr inż. Marcel Młyńczak.

Z Pneumonitora mogliby korzystać w dowolnym miejscu i z możliwością powiązania wyników z programem treningowym czy innymi wynikami sportowymi. Celem jest skorelowanie parametrów krążeniowo-oddechowych z ich formą sportową i dostarczenie trenerom informacji, jak ewentualnie zmodyfikować trening, aby trend wzrostowy był optymalny, by trafić z mistrzowską formą w najwłaściwszy czas, czyli np. igrzyska olimpijskie.

– To jest moment, kiedy merytorycznie wszystko jest zrobione, funkcjonalnie urządzenie działa, ale potrzebne są środki finansowe, by zrobić kolejny krok – przyznaje dr inż. Marcel Młyńczak.