Statystyki są nieubłagane — ok. 1,2 miliona Polaków zmaga się z niewydolnością serca, a prognozy przewidują wzrost zapadalności na to schorzenie. To ogromny problem kliniczny, społeczny i ekonomiczny. Zespół badaczy z Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Łódzkiego rozpoczyna prace nad urządzeniem, które ma pomóc w prowadzeniu regularnej, dokładnej i przyjaznej diagnostyki będącej wsparciem dla pacjentów i lekarzy. Projekt pod nazwą „Opracowanie systemu do zintegrowanej analizy widmowej sygnałów mikrofalowych i bioimpedancyjnych w diagnostyce niewydolności serca” zostanie realizowany dzięki grantowi Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

***

Gdy serce nie jest zdolne do pompowania odpowiedniej ilości krwi i do narządów dociera zbyt mało tlenu albo zalega w nich zbyt dużo krwi, mówimy o niewydolności serca. Doprowadzić do niej może każda z chorób układu sercowo-naczyniowego. To problem, który globalnie dotyka 65 milionów ludzi, a w samej Polsce odpowiada za 1/3 zgonów rocznie. Niewydolność serca, jako schorzenie przewlekłe, o charakterze postępującym, stanowi poważne wyzwanie dla nadwyrężonego systemu opieki zdrowotnej.

Diagnoza ukryta w płucach

Jeśli lekarz nie jest w stanie ocenić stanu chorego między zaplanowanymi wizytami, rośnie ryzyko rozwinięcia się niepokojących objawów, z którymi pacjent najczęściej zgłasza się na SOR. Przewlekłej niewydolności serca w ponad 40% przypadków towarzyszy patologiczne gromadzenie się płynu w jamie opłucnej, co przy niewielkich ilościach może pozostać niewykryte. I to właśnie płuca, tuż obok serca, stają się jednym z głównych obszarów zainteresowań twórców projektu.

– Obecnie brak szybkiej, nieinwazyjnej i ilościowej metody oceny stopnia zastoju płynu w płucach, co prowadzi do opóźnionych diagnoz i gorszych rokowań — mówi dr hab. inż. Teodor Buchner, prof. PW, członek Polskiego Towarzystwa Kardiologicznego, główny wykonawca projektu. — Nasz zespół chce stworzyć rozwiązanie pomiarowo-analityczne bazujące na dwóch uzupełniających się technikach, czyli dielektrycznej spektroskopii mikrofalowej i spektroskopii bioimpedancyjnej. Dzięki temu zyskamy większą precyzję odczytu i uodpornimy pomiar na zakłócenia i artefakty — podkreśla fizyk.

Urządzenie ma pomagać w ocenie objętości płynu przesiękowego w płucach, przewodnienia klatki piersiowej, wskaźników świadczących o stopniu niewydolności serca i parametrów spirometrycznych płuc.

Inżynierska odpowiedź na medyczne życzenie

Technologia opracowywana przez zespół projektowy jest reakcją na realną potrzebę, o której mówi środowisko medyków. Na rynku nie ma bowiem przenośnych urządzeń, które pozwalałyby w sposób nieinwazyjny kontrolować stan pacjentów z niewydolnością zarówno na oddziałach, w przychodniach zdrowia, jak i w ich własnych domach, w ramach usług telemedycyny.

Aby stworzyć taki mechanizm, siły połączą inżynierowie z kilku laboratoriów PW i UŁ.

— Mamy za sobą doświadczenie konstruowania układów do mikrofalowego wykrywania płynu przesiękowego w płucach. Wyniki chcemy wykorzystać do integracji z drugą metodą, czyli bioimpedancją — mówi dr inż. Maciej Ślot, badacz, wynalazca i lider zespołu badawczego reprezentujący Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego. — W ostatnich latach skupiliśmy się na przejściu od koncepcji laboratoryjnej do rzeczywistego urządzenia pomiarowego. Oznaczało to m.in. zaprojektowanie i wykonanie prototypowego czujnika mikrofalowego oraz opracowanie algorytmów analizy sygnału. Kluczową rolę odgrywają analizy symulacyjne, które pozwoliły nam dobrać parametry pracy układu i jego geometrię, tak aby był czuły na niewielkie zmiany zawartości płynu w tkankach. Wyniki potwierdziliśmy w badaniach laboratoryjnych, gdzie obserwujemy wyraźną korelację sygnału z obecnością płynu. Równolegle pracowaliśmy nad tym, aby rozwiązanie spełniało wymagania stawiane wyrobom medycznym — wyjaśnia dr Ślot.

— W ramach projektu koncentrujemy się na pomiarze zintegrowanym, a największym wyzwaniem jest budowa urządzenia tak prostego w obsłudze, żeby mogły go używać osoby starsze lub personel medyczny po krótkim przeszkoleniu. Zarówno USG, jak i rentgen nie spełniają tego wymogu — podkreśla prof. Buchner.

Wielowektorowy wkład

W pracach kluczową rolę odegrają także laboratoria wydziałów PW: Elektroniki i Technik Informacyjnych (mikrofale), Mechatroniki (inżynieria biomedyczna, impedancja) oraz Fizyki (elektrofizjologia, grafen), których doświadczenie potwierdzone jest patentami i komercyjnymi zastosowaniami opracowanych technik.

Warunkiem wstępnym wejścia do projektu było posiadanie rozwiązań o już zbudowanej i udokumentowanej wartości komercyjnej. — Dlatego nie mogliśmy uwzględnić w projekcie wszystkich badań, które prowadzimy na Politechnice, chociaż i analiza stabilności elektrycznej serca, i nowatorskie badania magnetyczne prądów pochodzenia sercowego obejmują zakresem również pacjentów z niewydolnością. Poziom gotowości technologicznej był za niski, a decyzje trudne, ale dla dobra projektu należało je podjąć — wyjaśnia prof. Buchner.

Aspektem wdrożeniowym i komercjalizacyjnym w projekcie zajmie się Centrum Innowacji PW. — Chcemy dać lekarzom i pacjentom narzędzie, które pomoże wcześniej zauważyć pogorszenie stanu zdrowia i szybciej podjąć decyzję o dalszym leczeniu. Od początku myślimy o praktycznym zastosowaniu tej technologii tak, aby nie pozostała tylko obiecującym wynikiem badań, ale mogła w przyszłości działać w codziennej opiece nad pacjentem — mówi dr inż. Jakub Kaczmarski, szef Inkubatora Innowacyjności PW.

To oznacza nie tylko rozwój samego rozwiązania, lecz także przygotowanie całej drogi do wdrożenia: współpracę z partnerami medycznymi, ochronę wyników, dialog z rynkiem i budowę modelu, który pozwoli przenieść efekt pracy zespołu z laboratorium do realnej praktyki klinicznej. — Rozwiązanie będzie komercjalizowane w formie spółki spin-off, w której, obok twórców, udziały obejmą także Politechnika Warszawska i Uniwersytet Łódzki, co samo w sobie jest organizacyjną innowacją procesową i zapewni ciągłość rozwoju, sprawne zarządzanie prawami do wyników oraz dobre warunki do dalszych prac wdrożeniowych — podkreśla dr Kaczmarski.

— Kluczowym elementem będzie budowa wzajemnego zaufania między centrami innowacji obu jednostek. Centrum Transferu Technologii UŁ dysponuje szerokim portfolio patentów i zgłoszeń patentowych, w tym najważniejszego dla projektu rozwiązania dr. inż. Macieja Ślota, natomiast siłą PW jest doświadczenie w powoływaniu i wspieraniu spółek spin-off — dodaje prof. Buchner. — Fundacja na rzecz Nauki Polskiej zaproponowała ciekawą formułę współpracy w postaci Zespołu ds. Komercjalizacji, mamy gotowy proces, w którym wypracujemy wspólne stanowisko w kwestii komercjalizacji projektu.
 
Prace projektowe są przewidziane na trzy lata.

***

Projekt „Opracowanie systemu do zintegrowanej analizy widmowej sygnałów mikrofalowych i bioimpedancyjnych w diagnostyce niewydolności serca” jest finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach działania TEAM NET z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki.

Kwota dofinansowania: 8 286 408,65 zł