Zobacz innych Facet贸w i Facetki od nauki z Uniwersytetu 艁贸dzkiego.
Fale radiowe dla diagnostyki kardiologicznej
Niewydolno艣膰 serca dotyka ponad 60 mln ludzi na 艣wiecie. Jednym z najwa偶niejszych symptom贸w zaostrzenia choroby jest gromadzenie si臋 p艂ynu w p艂ucach. To znak, 偶e konieczna jest zmiana leczenia, zanim stan pacjenta si臋 pogorszy.
Zesp贸艂 naukowc贸w i in偶ynier贸w z Uniwersytetu 艁贸dzkiego pracuje nad nieinwazyjnym urz膮dzeniem do oceny ilo艣ci p艂ynu w p艂ucach za pomoc膮 niskoenergetycznego promieniowania radiowego - fal, kt贸re otaczaj膮 nas na co dzie艅 i od ponad 100 lat zapewniaj膮 nam dost臋p do telekomunikacji, telewizji i oczywi艣cie radia.
Problem, kt贸rego nie wida膰 na czas
Serce dotkni臋te niewydolno艣ci膮 nie przestaje pracowa膰 lecz pompuje krew mniej wydajnie, ni偶 wymaga tego organizm. Konsekwencj膮 spowolnionego kr膮偶enia jest zast贸j krwi, a p艂yn z naczy艅 zaczyna przenika膰 do tkanek. Szczeg贸lnie gro藕ny jest zast贸j p艂ucny: p臋cherzyki p艂ucne, w kt贸rych tlen przenika do krwi, powinny by膰 wype艂nione powietrzem. Gdy stopniowo wype艂nia je p艂yn, oddychanie staje si臋 coraz trudniejsze. Pacjent m臋czy si臋 przy codziennych czynno艣ciach, pojawia si臋 duszno艣膰, a bez zmiany leczenia stan chorego mo偶e w ci膮gu kilku dni pogorszy膰 si臋 na tyle, 偶e trafia do szpitala.
Kluczowe jest wi臋c wychwycenie zastoju wcze艣nie. W momencie, gdy wystarczy korekta farmakoterapii. Tu jednak medycyna napotyka praktyczny problem. Klasyczne zdj臋cie rentgenowskie wykrywa p艂yn w p艂ucach dopiero w p贸藕nym stadium i potrafi przeoczy膰 nawet oko艂o 40% przypadk贸w. Tomografia komputerowa jest dok艂adna, ale kosztowna i wi膮偶e si臋 z promieniowaniem jonizuj膮cym, wi臋c nie nadaje si臋 do rutynowej, cz臋stej kontroli. Ultrasonografia p艂uc wymaga przeszkolonego operatora i interpretacji obrazu. 呕adna z tych metod nie przypomina tego, czego pacjent kardiologiczny potrzebuje najbardziej: badania tak prostego i powtarzalnego jak domowy pomiar ci艣nienia.
Jak dzia艂a RuFuS?
Odpowiedzi膮 na ten problem jest RuFuS - radiowy czujnik p艂ynu w p艂ucach rozwijany na Wydziale Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu 艁贸dzkiego. Urz膮dzenie wysy艂a w kierunku klatki piersiowej sygna艂 radiowy o bardzo ma艂ej mocy, a nast臋pnie analizuje, jak sygna艂 ten zachowa艂 si臋 po zetkni臋ciu z cia艂em: jaka jego cz臋艣膰 zosta艂a odbita, jaka poch艂oni臋ta, a jaka przesz艂a na drug膮 stron臋.
Fizyczna zasada dzia艂ania jest dobrze znana: woda i powietrze zupe艂nie inaczej oddzia艂uj膮 z falami elektromagnetycznymi. Zdrowe, wype艂nione powietrzem p艂uco przepuszcza sygna艂 radiowy inaczej ni偶 p艂uco, w kt贸rym gromadzi si臋 p艂yn. Analizuj膮c parametry fali odbitej i przechodz膮cej, mo偶na ilo艣ciowo oceni膰, ile p艂ynu znajduje si臋 w drodze sygna艂u.
Z perspektywy pacjenta badanie jest maksymalnie proste: pomiar trwa kilka sekund, nie wymaga udzia艂u operatora, wk艂uwania ig艂y ani pobierania krwi i nie wykorzystuje promieniowania jonizuj膮cego. Wynik dost臋pny jest od razu. Co istotne, urz膮dzenie zaprojektowano z my艣l膮 o 艣ledzeniu zmian w czasie. Pojedynczy pomiar m贸wi, jak jest dzisiaj. Seria regularnych pomiar贸w mo偶e pokaza膰 trend np. narastanie ilo艣ci p艂ynu z dnia na dzie艅 jest informacj膮, kt贸ra pozwala lekarzowi zareagowa膰, zanim pojawi膮 si臋 nasilone objawy.
Od prototypu do bada艅 z pacjentami
Projekt narodzi艂 si臋 na Uniwersytecie 艁贸dzkim, a jego pocz膮tki si臋gaj膮 programu Inkubator Innowacyjno艣ci 4.0. Zesp贸艂 艂膮czy kompetencje z zakresu fizyki, technik radiowych, in偶ynierii, uczenia maszynowego i medycyny.
Pierwszy prototyp badawczy zosta艂 obj臋ty patentem (nr 245498), a kolejne rozwi膮zania 鈥� dostosowane do wymaga艅 kompatybilno艣ci elektromagnetycznej jest przedmiotem zg艂oszenia europejskiego (EP.26167020.2). Technologi臋 przetestowano najpierw w warunkach laboratoryjnych, m.in. na uk艂adach fantomowych imituj膮cych w艂a艣ciwo艣ci ludzkich tkanek, a metody pomiarowe zespo艂u doczeka艂y si臋 publikacji w czasopismach naukowych, np. w 鈥濻cientific Reports" czy w 鈥濾irtual and Physical Prototyping" poniewa偶 sama technika radiowa okazuje si臋 bowiem przydatna tak偶e poza diagnostyk膮 medyczn膮, np. w kontroli jako艣ci druku 3D i materia艂贸w kompozytowych.
Najwa偶niejszym sprawdzianem by艂 jednak eksperyment medyczny z udzia艂em pacjent贸w kardiologicznych. Jego pierwsze wyniki zesp贸艂 zaprezentowa艂 na kongresie American Heart Association Scientific Sessions 2024 w Nowym Orleanie - jednej z najwa偶niejszych konferencji kardiologicznych na 艣wiecie. Prototyp wykry艂 zast贸j p艂ucny u wszystkich badanych pacjent贸w, kt贸rzy w referencyjnym badaniu potwierdzeni jako pacjenci z zastojem.
Praca zespo艂u zosta艂a dostrze偶ona r贸wnie偶 w konkursach dla wynalazc贸w. RuFuS zdoby艂 nagrody g艂贸wne w konkursach M艂ody Wynalazca 2024 i Forge of Talents 2025. Na dalszy rozw贸j technologii zesp贸艂 pozyska艂 ponad 12 mln z艂 finansowania ze 艣rodk贸w europejskich, m.in. z program贸w TEAM-NET FENG i NextGenerationEU. 艢rodki te przeznaczone s膮 na opracowanie czujnika drugiej generacji.
Co dalej?
Powstaj膮 r贸wnolegle dwie wersje urz膮dzenia: instytucjonalna, przeznaczona dla szpitali, przychodni i o艣rodk贸w rehabilitacji kardiologicznej oraz przeno艣na, do u偶ytku osobistego. To w艂a艣nie z t膮 drug膮 wi膮偶e si臋 najbardziej perspektywiczny scenariusz: pacjent z niewydolno艣ci膮 serca wykonuje w domu kr贸tki, kilkusekundowy pomiar, a wynik trafia do systemu telemedycznego. Je艣li ilo艣膰 p艂ynu w p艂ucach zaczyna rosn膮膰, lekarz mo偶e skontaktowa膰 si臋 z pacjentem, zleci膰 dodatkowe badania lub zmodyfikowa膰 leczenie zanim konieczny stanie si臋 pobyt w szpitalu
鈥� dr in偶. Maciej 艢lot przedstawia koncepcj臋 urz膮dzenia, nad kt贸rym od kilku lat pracuje wraz ze swoim zespo艂em.
RuFuS nie ma zast臋powa膰 kardiologa ani tomografu. Ma pe艂ni膰 rol臋 systemu wczesnego ostrzegania jako narz臋dzie, kt贸re da lekarzowi i pacjentowi kilka dni przewagi nad chorob膮. W przypadku niewydolno艣ci serca te kilka dni cz臋sto decyduje o tym, czy wystarczy korekta leczenia w domu, czy potrzebna b臋dzie kolejna hospitalizacja. Ka偶da unikniona hospitalizacja to nie tylko oszcz臋dno艣膰 dla systemu ochrony zdrowia, ale przede wszystkim lepsza jako艣膰 偶ycia chorego.
Zanim urz膮dzenie trafi do pacjent贸w, przed zespo艂em jeszcze d艂uga droga: udoskonalenie konstrukcji, szersze badania kliniczne potwierdzaj膮ce skuteczno艣膰 i bezpiecze艅stwo w r贸偶nych grupach pacjent贸w, przygotowanie pilota偶owej serii urz膮dze艅 oraz certyfikacja wymagana dla wyrob贸w medycznych. Kierunek jest jednak jasny. Fale radiowe, kt贸re od ponad wieku s艂u偶膮 nam do przesy艂ania d藕wi臋ku i obrazu, mog膮 wkr贸tce zacz膮膰 przekazywa膰 informacj臋 znacznie cenniejsz膮 - t臋 o stanie naszego zdrowia.
窜诲箩臋肠颈补: dr Bartosz Ka艂u偶ny, Centrum Wsp贸艂pracy z Otoczeniem i Spo艂ecznej Odpowiedzialno艣ci Uczelni
惭补迟别谤颈补艂: dr in偶. Maciej 艢lot, Wydzia艂 Fizyki i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet 艁贸dzki
Opracowanie: Centrum Wsp贸艂pracy z Otoczeniem i Spo艂ecznej Odpowiedzialno艣ci Uczelni, Uniwersytet 艁贸dzki
Zobacz innych Facet贸w i Facetki od nauki z Uniwersytetu 艁贸dzkiego
