Už od roku 2021 spolupracujeme s týmem profesorky Julie Dobrovolné z Masarykovy univerzity v Brně na projektu, který se věnuje měření stresu pomocí inovativní termodynamické metody.
O stresu se mnoho napíše a povídá, ale přímé metody měření stresové zátěže téměř nemáme: něco můžeme sledovat z rozboru krve, a každé chytré hodinky umí ukazovat stresovou zátěž, kterou odvozují od jemných nepravidelností srdečního tepu (takzvané variability srdečního tepu – HRV). Odběry krve jsou nepříjemné a nejsou vhodné na dlouhodobé sledování. HRV je metoda výborná, ale nepřímá a nepřesná: stres musí ovlivnit autonomní nervový systém, ten ovlivní kardiovaskulární systém a teprve toto měříme.
Unikátnost nové metody SEL (Stress Entropy Score) spočívá v tom, že do algoritmu, který se na výpočet používá, vstupují jak fyziologická, tak i environmentální data, a výpočet je založen na entropii. To umožňuje přímé měření působení stresu na organismus v reálném čase. Laicky řečeno – u pozorované osoby se snímá například vdechnutý a vydechnutý kyslík, oxid uhličitý, teplota kůže a současně se měří teplota a vlhkost prostředí a rychlost proudění okolního vzduchu.
Na trhu ale neexistuje žádný přístroj, který by umožňoval všechny tyto veličiny měřit současně a ideálně je hned zpracovávat do algoritmu. Vědci proto oslovili naši firmu, abychom jim něco takového vymysleli a vyrobili.
Vědecký prototyp vyžadoval speciální elektroniku i software
Pro výpočet musíme měřit pomocí více než dvaceti senzorů asi čtyřicet parametrů těla a okolního prostředí. Některá měření jsou standardní, ale přístroje pro měření některých parametrů vůbec neexistují nebo jsou schopny pracovat jen v laboratoři, nejde je jen tak nalepit na sportovce, který se pohybuje venku. A hlavně neměří vše dohromady: jen stáhnout data z více přístrojů a časově je synchronizovat by byla hrozná práce.
Senzory pro měření fyziologických funkcí
Jako první jsme tedy vymýšleli systém senzorů – jaké použít, jak je vhodně umístit na tělo, jak zajistit jejich bezproblémový chod a spolehlivost měření. Nejdůležitější jsou velmi přesné snímače povrchové teploty kůže, u kterých jsme následně vyvíjeli i jejich bezdrátovou variantu, aby to bylo pro nositele pohodlnější.
Speciální senzor se vyráběl pro dýchací masku, protože se vědci chtěli zaměřit na detaily, které běžně dostupné přístroje neměří, a udržet přesnost srovnatelnou s laboratorními přístroji. Do budoucna plánujeme udělat i tuto masku zcela bezdrátovou a umožnit i měření bez masky, protože snížení přesnosti v mnoha případech nevadí.
Měření dat z prostředí
Sensory okolních podmínek jsou běžné průtokoměry vzduchu, barometry, vlhkoměry a teploměry, které jsou umístěné na vestičce tak, aby byly v kontaktu s okolím měřené osoby.
Software na míru
Software k přístroji je poměrně komplexní. Úplně základní funkce, kterou jsme řešili, byl záznam dat na paměťovou kartu, ze které si je pak vědci stáhnou a vyhodnotí. Použili jsme evropský standardní datový formát EDF+.
Už od začátku jsme ale věděli, že v zařízení je opravdu hodně senzorů a hrozí, že některý z nich nebude snímat stoprocentně spolehlivě (nalepí se špatně, bude vadný..). Proto jsme se zaměřili na možnost zobrazit surová data v podobě grafů na všech vstupech pomocí webového rozhraní, ke kterému se můžete připojit z tabletu nebo notebooku přes wi-fi. V současné době už přístroj počítá i kompletní analýzu a kromě surových dat zobrazuje i stresové skóre.
I prototypy musí být bezpečné
I když jde zatím o prototyp pro vědecké účely, musí být bezpečný a splňovat medicínské normy. Kromě elektrické bezpečnosti, která je v okamžiku, kdy něco připojujeme k člověku zcela zásadní (ano, i do takových prototypu pouštíme v rámci zkoušek několik kilovoltů, abychom ověřili bezpečnost izolace), je důležitá i biokompatibilita.
Biokompatibilitu jsme řešili jednak u samotných teplotních čidel, která se lepí na tělo, ale i u dýchací masky. Pro tu bylo třeba natvarovat uchycení se senzorem průtoku vzduchu a samplovací hadičkou kyslíkového a CO2 senzoru a zajistit i možnost jednoduché sanitace.
Jako materiál jsme zvolili speciální měkčenou pryskyřici splňující ISO 10993 a FDA-2013-D-0350 a na výrobu použili SLS tiskárnu. Díky tomu se daly v malé sérii vytvořit komponenty i s velmi drobnými detaily.
Závěrem můžeme říci, že i s poměrně malým rozpočtem závislým na vědeckém grantu se poměrně rychle podařilo vyrobit funkční prototyp, který slouží zamýšlenému účelu. Funguje už víc jak 3 roky a vědci ho použili nejen zde v České republice, ale i při výzkumech na polární základně ČR v Antarktidě a na simulované misi ESA na Islandu. V budoucnu se zvažuje i mise do vesmíru.
