Na konferencji dot. przyszłości medycyny „nMedycyna2018+” która odbyła się na Uczelni Łazarskiego dr inż. Mariusz Chmielewski opowiadał o biosensorach, czyli urządzeniach rejestrujących sygnały biomedyczne. To zarówno gadżety dla sportowców, np. opaski mierzące tętno, jak i urządzenia medyczne, takie jak biotatuaże dla cukrzyków czy inteligentne pigułki analizujące ciało od wewnątrz.

Piotr Szostak: Świat żył ostatnio sprawą dziennikarza „The Washington Post” Jamala Khasgoggiego zamordowanego w konsulacie Arabii Saudyjskiej w Stambule. Khashoggi miał w tym czasie na ręce zegarek Apple’a. Jakie informacje można z niego odczytać?

Ppłk dr inż. Mariusz Chmielewski*: Jak biło serce, czyli parametry związane z pulsem. Jeżeli Apple dostałby się do danych pierwotnych, to podejrzewam, że można by z nich wywnioskować, co działo się z dziennikarzem w ciągu ostatnich kilkudziesięciu minut. Najpierw trauma, czyli wysoki puls, a później uraz i wykrwawianie się, czyli spadający puls. Z zegarka można też prawdopodobnie odczytać, czy był krępowany. Jeśli nie był, najprawdopodobniej wykonywał gwałtowne ruchy rękami, starając się bronić.

Mierzy pan swoje funkcje życiowe?

Oczywiście, ze względu na aktywny tryb życia. Zegarek mierzy mój puls i aktywność fizyczną w ciągu dnia. Dziś mój puls wzrósł w trakcie prelekcji na konferencji. Tętno wynosiło ponad 80 uderzeń na minutę, a spoczynkowe to zwykle 54 uderzenia na minutę.

Był pan zestresowany.

To nie zdenerwowanie, ale bardziej ekscytacja z opowiadania o czymś fascynującym. To dobry, motywujący stres lub lekka euforia. Zły stres blokuje, ale adrenalinę można wykorzystać również w pozytywny sposób.

Jakie funkcje życiowe monitorujecie u żołnierzy?

Dla wielu zastosowań wystarczy dobre EKG jednokanałowe. W ćwiczeniach operacyjnych monitorujemy, czy nie przesadzamy z treningiem. Jeżeli chodzi o jednostki specjalnie, to tam nikogo nie interesuje, czy kogoś boli, czy nie. Oni muszą być przygotowywani do działania nawet na granicy bólu, zmęczenia fizycznego lub psychicznego. W działaniach operacyjnych badanie pulsu odpowie nam na podstawowe pytanie: czy żołnierz żyje, czy nie. Analiza wielokanałowego EKG pozwoli z kolei stwierdzić, czy jest zmęczony. Czy jest w sytuacji zagrożenia życia i wymaga pomocy? Możemy wykryć skutki zatrucia sarinem czy inną substancją paralityczno-drgawkową. Gdy znany wszystkim wygląd sygnału EKG zmienia się w sinusoidę, to raczej zmierzamy nieuchronnie ku linii prostej.

Mierzenie aktywności to jednak nie wszystko. Czy użytkownicy wyciągają wnioski z zebranych danych?

Na rynku jest dostępnych wiele smartgadżetów i aplikacji do fitnessu. Wiele z nich zbiera dane, ale nie podpowiada użytkownikowi, czy wyniki są poprawne, czy wskazują pewne ryzyka dla naszego zdrowia, np. czy trening był za bardzo intensywny i zakwasił organizm. W moim zespole budujemy aplikacje decyzyjne, czyli podpowiadające użytkownikowi, co powinien zrobić. Mamy teraz otwarte dwa projekty biomedyczne, pierwszy dotyczy epilepsji. Budujemy start-up wokół systemu Nerve składającego się z sensora naramiennego połączonego z aplikacją mobilną. Rejestrujemy drgawki i jesteśmy w stanie przewidywać następne – oczywiście z pewną dokładnością. Padaczka jest chorobą najczęściej dotykającą dzieci albo osoby starsze, wynika to albo z wad wrodzonych, albo ze schorzeń nabytych.

Rozpoczynamy też projekt monitoringu biomedycznego dla sportowców. Budujemy tekstroniczną koszulkę, dzięki której będzie można wspomagać sportowców i osoby aktywne, identyfikować progi zmęczenia lub nawet w dalszej perspektywie oceniać jakość treningów. Zakładamy że koszulka będzie mierzyć m.in. EKG, temperaturę ciał, reakcję skórno-galwaniczną (GSR) oraz dostarczy dane z elektromiografów.

Wykorzystujecie technologię GSR z wykrywacza kłamstw?

Tak, wykorzystujemy ją do wykrywania potliwości, ale GSR może być bardzo subtelna. GSR jest idealna do wykrywania np. zbliżających się napadów epilepsji, ale może być wykorzystywany również do wykrywania podenerwowania i stopnia irytacji – to właśnie robią wykrywacze kłamstw.

Koszulka będzie mogła być częścią munduru?

Oczywiście, a na podstawie danych z niej pozyskanych będę w stanie odczytać aktywność mięśni, czyli np. fazę napadu epilepsji. Będziemy mogli także wykrywać uderzenie bojowymi środkami trującymi, np. sarinem. Wtedy można natychmiast zareagować i podać zatrutemu żołnierzowi antidotum lub zmodyfikować operację i wysłać jednostki ratunkowe. Koszulka może wykrywać także upadek na skutek np. udaru lub zasłabnięcia u cukrzyków. Inne sensory pozwalają wykrywać stany lękowe przez analizę podwyższonego pulsu i wysokiej potliwości. To jednak dopiero lekarze nadadzą interpretację medyczną i stwierdzą, jaką jednostkę chorobową można odczytać, zestawiwszy dane.

Właśnie, bo osobno te dane są niejednoznaczne.

Tak, chodzi o fuzję kilku źródeł danych. Na przykład wykorzystujemy cztery sygnały: temperaturę danej osoby, jej puls, ruchy kończyn i informacje o potliwości. Co możemy powiedzieć, jeśli widzimy na wykresie, że temperatura wzrosła, puls również wrósł i jednocześnie rejestrujemy brak wzrostu potliwości? Możemy wywnioskować, że użytkownik rozpoczął aktywność ruchową bez znaczącego obciążenia organizmu, np. zaczął chodzić, ale nie biegnie, albo że przyjmuje środki farmakologiczne obniżające lub blokujące potliwość skóry. Jeśli nie wykryjemy ruchu u tej osoby, to może są to stany lękowe. Studenci na WAT tworzą algorytmy korelujące różne źródła danych wykorzystywane w wielu dziedzinach.

Na WAT pracujecie także nad projektem żołnierza przyszłości.

Międzynarodowy Salon Przemysłu Obronnego. Stoisko firmy AndropolMiędzynarodowy Salon Przemysłu Obronnego. Stoisko firmy Andropol Andropol

Wiele zespołów badawczych zajmowało się budową komponentów projektu Tytan, kilku kolegów zaangażowanych było w badanie funkcji biomedycznych i opracowanie elementów systemów optycznych. Pracujemy też nad osensorowaniem systemu dla wojsk lądowych, chcemy do tego włączyć kamery termowizyjne, celowniki, umundurowanie itd.

Wyobraźmy sobie takiego żołnierza w działaniach operacyjnych. System dostaje informacje, że żołnierzowi wzrósł poziom stresu, przeszedł jakąś traumę czy został ranny. Czy taki mundur przyszłości będzie mógł sam, automatycznie podać noszącemu go np. środki przeciwbólowe czy uspokajające?

Pewnie w przyszłości tak będzie, ale na razie to science fiction. Problem polega na tym, że pomiar może być obarczony błędem. Przez analogię – jeżeli dzisiaj pompa insulinowa poda insulinę przy niskim poziomie cukru, to pan umrze. Algorytmy decyzyjne analizują informację niepewną i niepełną, więc zanim decyzja o podaniu leku zostanie podjęta, trzeba przeanalizować dane z wielu źródeł i zminimalizować błąd pomiaru. W przypadku opracowywanego przez nas munduru jest podobnie.

*Ppłk dr inż. Mariusz Chmielewski – adiunkt Wydziału Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej. Jego główne obszary zainteresowań obejmują budowanie mobilnych narzędzi wspomagania decyzji medycznych i dowodzenia, konstrukcji systemów biomedycznych i specjalizowanych narzędzi z zakresu telemedycyny. Nagradzany za innowacyjność narzędzi zdalnego monitorowania zdrowia pacjentów i konstrukcję narzędzi budowy świadomości sytuacyjnej na polu walki