Projekt agentúry na podporu výskumu a vývoja APVV-51-059005

Doba riešenia: 05/2006 – 06/2009

Zodpovedný riešitel : Ing. Ján Maňka, CSc.

Zástupca zodpovedného riešiteľa: Doc. Ing. Milan Tyšler, CSc.

Finančné zabezpečenie: 4.612.000,- Sk

Anotácia projektu

Neinvazívne metódy a prístroje na špecifické vyšetrovanie pečene a srdca.
Výskum metód a návrh systémov na magnetické meranie obsahu železa v pečeni. Bude navrhnutá bezkontaktná metóda - magnetická biopsia. Na tento účel bude vyvinutý špecializovaný SQUID magnetometrický systém. Budeme analyzovať možné nové korelácie medzi chorobami (rizikovými stavmi) pečene a množsvom železa v nej obsiahnutej - príspevok k prevencii týchto ochorení.
Výskum metód elektrokardiografického zobrazovania na neinvazívnu identifikáciu lokálnych poškodení srdca. Navrhnuté riešenia na báze mnohozvodových meraní EKG a modelov srdca ako zdroja elektrického poľa budú testované na simulovaných dátach s využitím elektrofyziologických modelov srdca. Bude vyvinutý mnohozvodový merací systém s vysokou odolnosťou voči rušeniu, umožňujúci aj merania EKG počas záťaže.
Výsledky riešenia budú experimentálne overené v spolupráci so Slovenskou zdravotníckou univerzitou.

Dosiahnuté výsledky a splnenie cieľov riešenia

Časť: SQUID magnetometria pečene

Výsledky riešenia projektu je možné zhrnúť do nasledovných celkov:

1. Pre meranie obsahu deponovaného Fe vpečeni sa doplnil súčasný SQUID systému o: a) jednotky zabezpečujúce elektronickú amplitúdovú afázovú kompenzáciu magnetických polí a generátor striedavého magnetizačného prúdu, b) nový magnetizačný systém Helmholzových cievok.
2. Uskutočnili sa výber amerania susceptibility maloobjemových vzoriek vodných roztokov paramagnetických anorganických zlúčenín, ktorými je možné zfyzikálneho hľadiska nahradiť biologický feritín resp. hemosiderín.
3. Realizovali sa modelové merania relaxačných charakteristík ferimagnetických mikročastíc deponovaných vmédiach aproximujúcich intracelulárne prostredie makrofágov.
4. Na biosusceptometri sa testoval elektronický model „generátora susceptibility" meraním maloobjemových vzoriek post mortem častí pečene. Získala sa kalibračná krivka pre stanovenie koncentrácie Fe vpečeni. Tento elektronický model je možné využiť aj na iné biomagnetické merania.
5. Návrh a realizácia polymetakrylátových modelov brušnej ahrudnej dutiny smodelmi pečene advoch pľúcnych lalokov. Stanovenie koncentrácie Fe c_Fev roztoku FeCl₃ vo vode. Bol zmeraná závislosť medzi výstupným napätím U_pp biosusceptometra a c_Fe. Štatisticky sa vyhodnotila regresná priamka závislosti priemernej c_Fe= f(U_pp) surčením intervalov 95% spoľahlivosti.
6. Vypracovala sa metodika merania obsahu Fe vpečeni živej osoby na základe modelových meraní. Pomocou nameraných detekčných charakteristík gradiometra druhého rádu acitlivosti upraveného biosusceptometra je možné, bez predchádzajúceho stanovenia susceptibility priamo stanoviť obsah Fe vtkanive. Bol navrhnutý metodický postup korekcií nameraných výsledkov vzávislosti na veľkosti pečene ajej lokalizácie pod snímačom.
7. Biosusceptometer bol testovaný aexperimentálne overený meraním so štyrmi osobami. Výsledky nameraných hodnôt koncentrácií SQUID biosusceptometrom sa porovnávali svýsledkami získanými zMR vyšetrení na Rádiologickej klinke Nemocnice akad. Ladislava Dérera v Bratislave. Na osobách nebola vykonaná ihlová biopsia pečene.

Bol navrhnutý a realizovaný systém na meranie obsahu Fe v pečeni živého organizmu človeka. Tento neinvazívny systém umožňuje testovať prítomnost a množstvo Fe, ktoré sa v komplexnej podobe feritínu nachádza v pečeni. Vzhľadom na pomerne široký interval spoľahlivosti je zatiaľ stanovenie hodnôt minimálnych koncentrácii obmedzené.V súčasnosti umožňuje z diagnostického hľadiska identifikovať hlavne stav nadmernej akumulácie Fe v pečeni voči normálnemu stavu.

Časť: Elektrokardiografické zobrazovanie

V oblasti elektrokardiografie bol projekt zameraný na tri základné ciele, ktoré boli riešené postupne v etapách 2,4,6 a 8. Boli to:

1. Nvrh metódy hodnotenia funkčného stavu srdca na báze mnohozvodového EKG merania a jedno alebo dvojdipólového modelu ekvivalentného srdcového generátora, ktorý umožnil charakterizovať jedno a dvojcievne poškodenie srdca.
2. Analýza podmienok použitia navrhnutej metódy z hľadiska vhodnosti použitých modelov a požiadaviek na vstupné údaje - merané povrchové EKG potenciály a informáciu o elektrickej a geometrickej štruktúre srdca a hrudníka,
3. Výskum a vývoj vhodného meracieho systému a experimentálne overenie metódy s jeho využitím.
4. Ako dokumentuje predošlá kapitola, všetky tri ciele boli prakticky splnené:

Bola navrhnutá metóda lokalizácie poškodenia srdca pomocou jedného alebo dvoch dipólových modelov využívajúcej povrchové EKG mapovanie, na neinvazívnu detekciu a lokalizáciu oblasti srdca so zmenenou repolarizáciou. Metóda bola otestovaná na simulovaných dátach a na skupine 10 pacientov s jedno- alebo dvojcievnym poškodením. Simulácie i experimenty ukázali, že vynechanie niekoľkých (vadných) zvodov neovplyvní zásadne výsledok merania, naopak, nezohľadnenie individuálnej polohy srdca alebo špecifickej geometrie sa priamo odrážalo v nepresnosti lokalizácie zdrojov. V rámci experimentálneho testovania nebol overený vplyv individuálnej geometrie (získaný z CT alebo MR), ktorá nebola dostupná. Praktické skúsenosti ukazujú, že vhodným kompromisom by mohlo byť použitie „individualizovanej" geometrie, získanej namodelovaním torza pacienta z niekoľkých základným rozmerov. K tomu bola metóda aj pripravená.

Navrhnutý jedno a dvojdipólový model bol programovo implementovaný do výpočtu depolarizácie a repolarizácie myokardu a metód výpočtu povrchového kardioelektrického poľa srdca tak, aby bolo možné realisticky simulovať aktiváciu myokardu a zodpovedajúce zmeny v povrchových potenciáloch.

Bol vyriešený 128-kanálový merací systém schopný mapovať EKG v kľude a pri záťaži. Doteraz používané meracie systémy boli najmä vzhľadom na riešenie snímacích elektród vhodné len na mapovanie EKG v kľudovom stave. Boli postavené 2 funkčné vzory systému a o systém prejavili záujem aj ďalšie medicínske pracoviská.

Navrhnutá metóda bola testovaná na simulovaných dátach a následne experimentálne overená na skupine 10 pacientov v IBIB PAV vo Varšave a vyhodnotenie výsledkov prebehlo v spolupráci so SZU v Bratislave. Experimentálne merania v súčasnosti pokračujú a budú sa vykonávať i na ďalších pracoviskách (LFUK v Bratislave, pravdepodobne aj KFKI v Budapešti).