Op racowanie metod monito rowania aktywno5ci psychofi zj olo gicznej z funkcj 4 autom aty cznego wykrywania zagr oilefr Raport kwartalny - Raport nr I Czerwiec2009 Kopie dla: Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej: Dr Olaf Truszczyriski Prof. Marek Prost Dr hab. Wieslaw Kowalski Dr fuir,. Krzysztof R6Zanowski Dr fui1.tr-ukaszdziuda Dr in2. Franciszek Skibniewski Mgr Anna Wyszpolska-D4browicz Mgr inz. Zbigniew Zukowski OSrodek Przetwarzania Informacji: Dr Olaf Gajl Projekt wsp6lfinansowany przez Unig Europejskq ze Srodk6w Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze Srodk6w bud2etu pafstwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka INNOWACYJNA cospooanka NARODOWA STRATECIA SPOINO5CI WOJSKOWY INSTYTUT MEOYCYNY LOTNICZEJ unraeuroperska '".fi'"13?'1:i:[xi3yi5 WIML/POIG-1/RAP-1
Raport nr: Okres raportowania: I I kwiecieri 2009-30 czerwiec2009 Niniejszy raport streszcza dzialalnol1 zwiqzan1 z projektem pn.,,opracowanie metod monitorowania aktp,vnosci psychofizjologicznej z funkcj4 automatycznego wykrywania zagroaen", podjgt4 w pierwszym kwartale realizacji, tj. w okresie pomigdzy 1 kwietnra a 30 czerwca 2009 r., przeprowadzonq zgodnie z harmonogramem projektu. Ponadto, raport nakresla zakres prac zaplanowanych do wykonania w kolejnym okresie raportowania, tj. w drugim kwarlale reahzacji projektu. Postep proiektu w okresie raportowania Zad,, 1. Zarz4dzanie operaryj ne proj ektem W ramach zadania 1 okreslono wymagania dotyczqce bezkontaktowego monitorowania aktywno5ci psychofizjologicznej, scharakteryzowano Srodowisko pracy, wytyczono cele do osi4gnigcia, okreslaj4c, jakie wyniki bgd4 przyjgte za pozytywne, a jakie za negatywne. Ponadto, w ramach niniejszego zadania okreslono zakres prac do wykonania przez poszczeg6lnych wykonawc6w, skonsultowano z ekspertami (fizjologami i psychologami) obecne rozwiqzania w zakresie medycznych przyrzqdow pomiarowych oraz przygotowano umowy dla wykonawc6w. Zacl,2, Szczeg6lowa identyfikacja mozliwych technik pomiarowych i rozu,iqzafr w zakresie czujnik6w bezkontaktowych maj4cych zastosowanie w monitorowaniu aktywnosci p sychofizj olo gicznej Zadanie 2 polegalo na opracowaniu przegl4du obecnej wiedzy (ang. state of the art) w zakresie mozliwych do zastosowania technik pomiarowych r przyrzqd6w, za pomocqt kt6rych mog4 byc realizowane pomiary bezdotykowe. Przedstawiono przyklady wykonania czujnik6w, ich parametry, zastosowanie i uklady aplikacyjne. Przeszukiwano bazy wiedzy - Internet, arfykuty, ksi42ki, noty techniczne. Przeprowadzono konsultacje z ekspertami (fizjologami, psychologami) dolycz4ce istniej4cych rozwrqzan bezkontaktowych przyrzed6w pomiarowych. Przeanahzowano mozliwos6 zastosowania konstrukcji wzglgdnie prostych w budowie, takich jak rezystancyjne, pojemnosciowe, indukcyjne czujniki drgan, czy elektrody pojemno5ciowo-sprzghone, jak r6wnie2 konstrukcje o wigkszej zlozono(ci - czujniki mikrofalowe, czujniki MEMS, uklady z czujnikami Swiatlowodowymi oraz sensory pola magnetycznego typu SQUID. Zastosowanie czujnik6w drgan w mechanokardiografri (balistokardiografii) zostalo dokladnie przebadane i tylko balistokardiografia ilosciowa oraz sejsmokardiografia ilosciowa s4 w stanie dostarczyf pewnych informacji o stanie frzjologrcznym monitorowanej osoby. Pod k4tem aplikacji w fotelu pilota, b4dz kierowcy, problemowym mog4 okaza1 sig jednak za\<n6cenia w postaci drgari pochodz4cych od silnika samolotu lub samochodu. Stwierdzono, 2e wyeliminowanie tych drgan i pozostawienie w sygnale informacji u?ttecznych - dtgan pochodz4cych od serca - mohe okazac sig wyj4tkowo trudne, b4d2 cankowicie niemozliwe. Tylko dokladne przebadanie tego typu uklad6w opartych o metody mechanokardiograficzne (w tym r6wniez z czujnikami Swiatlowodowymi) mohe da6 odpowied? czy jest to mozliwe.
Uklady z elektrodami pojemnosciowo-sprzgzonymi s4 w ostatnim czasie dosd intensywnie testowane przez dalekowschodnie grupy badawcze. Jak pokazuj4 najnowsze doniesienia, uklady wbudowane w fotel, krzeslo, l6zko,jak r6wniez w wanng i deskg sedesow4 s4 w stanie monitorowa6 pracg serca na poziomie podstawowym, za pomoc4 np. sygnalu tgtna, obliczanego na podstawie obliczeri odcink6w czasu pomigdzy kolejnymi falami R. Daje to mozliwos6 badan nad szacowaniem poziomu aktywnosci psychofizjologicznej na podstawie obserwacji HRV. Na dziefr dzisiejszy nie jest mozliwe zakupienie gotowych urzqdzeh tego typu - nie s4 dostgpne komercyjnie. Dokonane analizy pozwalajqjednak na stwierdzenie, iz mozliwe jest opracowanie urzqdzenia do pomiaru pojemnosciowo sprzghonego. Tylko wlasne testy laboratoryjne pozwol4 na oszacowanie przydatnosci takiego rozwiqzania w aplikacjach, o kt6rych mowa we wniosku. Zastosowanie bioradar6w pracuj4cych w pasmie mikrofalowym, podobnie jak metod opisanych powyzej, na dzieh dzisiejszy nie pozwala na otrzymanie pelnej informacji EKG, jednak do zastosowaf, bgd4cych przedmiotem zainteresowania wykonawc6w projektu, wydaje sig by6 wystarczaj4ce. Z punktu widzenia mozliwosci zastosowan oraz mobilnosci, pomiar rytmu serca, jak r6wnie2 aktywnosci oddechowej za pomoc4 tego typu urzqdzen jest uniwersalny i mozliwy do wykonania, majqc na uwadze budzet projektu. Dyskusyjnym problemem, kt6ry sygnalizowany jest zar6wno przezlekarzy jak i bioinzynier6w, jest wptyw fal elektromagnetycznych na Zywy organizm. PoniewaZ jednak do tej pory nie powstaly opracowania jednoznacznie opisuj4ce ten wplyw, tylko przebadame we wlasnym zakresie i dlugoterminowe testy mog4 da6 odpowiedl na przynajmniej czgs(, pytaf z tym zwi4zanych. NaleZy r6wnie? podkresli6, iz emitowana moc bioradar6w jest znacznie mniejsza od mocy emitowanej chociazby przez telefony kom6rkowe iurz1dzenia sieci WiFi. Czujniki typu SQUID, mimo ogromnej czulosci, odznaczaj4 sig kilkoma wadami, kt6re prawdopodobnie uniemozliwi4przebadanie ich w warunkach budzetowych projektu. Pierwsza z nich wi4ze sie z koniecznosci4 utzymania czujnika wykorzystuj4cego rdzen wykonany zmalerialu nadprzewodzqcego w temperatutze 0 K, co odznacza potrzebg umieszczania go w kriokomorze, a co za tym idzie, utrzymania tej kriokomory i stosunkowo duzymi jej rozmiarami. Zastosowanie takiego rozwiqzania w samolocie, b4dz samochodzie nie wydaje sig byi na dzien dzisiejszy racjonalne. Inn4 wad4 urzqdzenia jest koniecznoil wykonania specjalnego ekranowania, tak, by wykluczyi wplyw zewngtznych p6l elektromagnetycznych, co w pov,ry2szych aplikacja byloby niezwykle trudne do wykonania. I wreszcie wada koszt vzqdzenia z czujnikiem SQUID molna szacowal na co najmniej 2 mln. zasadnicza - PLN, co przekracza mozliwosci budzetu projektu. Wszystkie wymienione metody lqczy koniecznosci wypracowania skutecznych technik ptzetwarzanra sygnal6w, zar6wno w aspekcie opracowania nowych algory4m6w, jak i w sferze sprzgtowej realizacji. O ile, w przypadku konstrukcji sensor6w, naprzeciw wychodzi dostgpna literatura, kt6ra dos6 szeroko opisuje warstwg sprzgtowq sensor6w, to problemy przetwarzania sygnal6w opisane sq w znacznie mniejszym stopniu. NaleZy, zatem, zal<lada6, 12 znaczny wysilek badawczy bedzie ukierunkowany na udoskonalanie, bqdl opracowanie nowych metod i algorytm6w przetwarzanra sygnalsw. Zad.3. Ocena teoretyczna przydatno5ci poszczeg6lnych technik pomiarowych oraz rozwi4zafi sensor6w W zakresie zadania 3 przedstawiono mozliwe rozwi4zania techniczne sensor6w sluz4cych bezkontaktowym pomiarom parametr6w psychofrzjologicznych ekspertom z zal<restt
medycyny lotniczej, frzjologii oraz psychologii i pozyskano ich opinie nt. potencjalnych rozwiezan. Zastosowanie Swiatlowodowych siatek Bragga jako czujnik6w drgari mechanicznych dla monitorowania skurcz6w serca obejmuje, co jest szczeg6lnie istotne, mozliwos6 sfigmograficznej rejestracji efekt6w mechanicznych przeplywu krwi w wigkszycvpowierzchownych naczyniach krwionosnych. Aczkolwiek wprowadzenie ultrasonografri, tomografii i pochodnych ograniczylo rolg metod mechanokardiograf,rcznych, to ich zastosowanie do cel6w nie diagnozy, d utrzymywania funkcji organu, zwlaszcza zmoahwolci4 oceny innych wskaznik6w fizjologicznychzapomocqczujnik6w rejestruj4cych ruchy mechaniczne, jest rozwiqzaniem godnym uwagi. Na koniecznosi/zasadnosi stosowania takich pomiar6w zwlaszcza w lotnictwie komunikacyjnym, wskazuj4 przypadki zaslabnig6 lub Smierci czn.onka zalogi w czasie lotu lub w trakcie przygotowania do lotu. Ocz)ryvistym jest mozliwosci zastosowania tego typu czujnik6w w stosunku do Iudzi chorych i innych zajmujqcych miejsca IeLqce. Zar6wno metody elektryczne polegaj4ce na konwertowaniu drgan i pochodnych na sygnaly elektryczne jak i optyczne (Swiatlowodowe siatki Bragga i inne sensory optyczne) mog4 spelnia6 zanohenia projektu, jeleh zapewni1 wlasciw4 czt:loi(, rejestracji. Bylaby to rejestracja oparta np. na zmianach natehenra przeptywu hydrodynamicznego w naczyniu, zwiqkszanie przel<roju naczynia, czy zabarwienia. Nale2y zauwazyc, 2e molliwa jest ocena sztywnosci tgtnic. Nie nalezy dyskredytowa6 montowania uklad6w pomiarowych w fotelach. Mohna tel zdublowac czujniki pomiarowe. System wymagalby pr6b doswiadczalnych z symulowaniem warunk6w dzialania operatora - symulatora lotu, pojazdu itd. Inne czujniki Swiatlowodowe, kt6re molna by wykorzystad do rejestracji funkcji charakteryzuj4cych aktualny stan psychofrzyczny (aktywnosi) czlowieka, moglyby zostac zastosowane do detekcjr zmian frzycznych towarzysz1cych funkcji ukladu kcrqhenra, zar6wno serca jak I zmran naczyniowych (przeptywu - rozci1gania, uginania). Przyjgcie takich metod pomiarowych wymagaloby doswiadczalnego badania. NaleZy chyba wykluczy6 mozliwosi montazu w siedzisku, natomiast trzebarozwalyf detekcjg optycznych zmian czynnoscio!\rych w obrgbie twarzy lub/i klatki piersiowej. W ocenie pojemnosciowych metod pomiaru slusznie sformulowano zagadmente jako,,szacowanie poziomu aktywnosci psychofizjologicznej". Monitorowanie mogloby umozliwi6 kontrolg z miejsc oddalonych w oparciu o sie6 intemetow4. Stwierdzono, ze czujniki wcale nie musialyby by6 montowane w siedzisku, moglyby by6 umieszczone w odziely, opracowane jako struktury montowane w typowq odziel np. ubi6r, kombinezon pilota lub typowy innego operatora, gdyl operatorzy czesto noszq ubiory sluzbowe. Przy rozwa?anit nieinwazyjnego monitorowania czynnosci serca za pomocq sensor6w mikrofalowych kr6tkiego zasiggu wykorzystuj4cych emisjg fal EM w pasmie telekomunikacyjnym wskazuje sig na zastosowanie do rejestracji czynnosci oddechowej i pracy serca sensor6w ultraszerokopasmowych (o malej ggstosci mocy). Warta rozwaaenia jest mozliwosd rejestrowania parametr6w wskazuj4cych na,,psychiczn4" skladow4 tzw. psychofizycznej zdolnosci do pelnienia funkcji operatorskich. Inna spraw4 jest sygnalizowanie funkcji, a inn4 - jej udzial w algorytmie sygnal6w zagroaenia. Mikrofale maj4 zdolnos6 do przenikania badanego materialu, wigc istnieje mo2liwos6 tworzenia zaldscen przebiegu, mog4cych wylvolywad tzw.,,nietermiczne dzialanie mikrofal". Nie mohna z cal4
pewnosci4 twierdzii, 2e dlugotrwale promieniowanie mikrofalowe jest nieszkodliwe dla badanego czlowieka. Pomiary oparte o pole magnetyczne generowane przez czlowieka wymagaj4 stosowania cztt\ych przyrz4d6w i problemem jest ich pomiar w Srodowisku p61 magnetycznych generowanych przez urzqdzenia pokladowe, kabinowe. Systemy pomiarowe z czujnrkamr SQUID maje wymagania wskazuj4ce na ich zastosowanie raczej w warunkach laboratoryj nych (gabaryty, system chlodzenia). W trakcie realizacji zadafi 1,2 i 3 projektu dokonano identyfikacji dostgpnychbaz wiedzy. Nastgpnie zweryfikowano te bazy pod k4tem ich przydatnosci w zakresie przedmiotowej dziedziny projektu. Okazalo sig, i2 wigkszos6 najcenniejszych merytorycznie artykul6w o tematyce bezpo5rednio zwi4zanej z zal<resem projektu, znajduje sig w najwigkszej inajbardziej cenionej przez in2ynier6w bazie wiedzy IEEEIIET Electronic Library (IEL). JednoczeSnie stwierdzono na podstawie rozm6w oraz ofrcjalnego pisma dostarczonego przez wyn4cznego dystrybutora IEL na Polskg, firmg EBSCO IPS Information Services Sp. z o.o. (w zat4czeniu), i2 Srodki finansowe zaplanowane na pomoce naukowe (w tym dostgp do internetowych baz wiedzy) s4 niewystarczaj1ce na zakup prenumeraty IEL. W zwiqzku z kluczowym charakterem problemu, jakim jest koniecznoil zakupu dostgpu do IEL w dalszej, zgodnej z harmonogramem, reahzacji projektu, przygotowano propozycjg aneksu do Umowy ff UDA-POIG.01.03.01-14-136/08-00, w kt6rym to w ramach obecnego calkowitego budzetu bgdzie mozliwy dostgp do tej bazy. Aby stalo sig mozliwe, zdecydowano sig ograniczyt (1uL na pocz4tku reahzacji projektu) do minimum ponoszenie koszt6w zw r4zany ch z dele gacj ami or az ko s ztami o 96 lnymi. W ramach zadan:1-3 projektu przeprowadzono nastgpuj4ce dzialania promocyjne: 1. Powstala strona internetowa projektu zawierajqca informacje o projekcie oraz dane teleadresowe os6b kieruj4cych pracami w projekcie. Strona znajduje sig serwerze Wojskowego Instytutu Medycyny Lotniczej, pod adresem hups://projektuel.wiml.waw.pl, wigc nie zawrera baner6w reklamowych ograniczaj4cych czltelnos6 zawartych informacji. Zo stana wykonana pr zy u2y ciu b ezplatny ch nar zg dzi w te chno I o gi i HTML/P HP. 2. Powstalo forum dyskusyjne dostgpne dla wykonawc6w projektu. Znajduje sig pod adresem https://projektue1.wiml.waw.pllforum. Jest form4 grupy dyskusyjnej w Internecie i umozliwia wymiang informacji przy :u?yciuprzegl4darki intemetowej. Forum dyskusyjne powstalo przy pomocy rozpowszechnianego na licencji freeware skryptu Simple Forum Machine, ver.1.1.9. Technologia wykonania: PHP, baza danych MySQL. 3. Powstaly proj ekty grafrczne material6w informacyj no-promocyj nych : - Projekt grafrczny oznakowania segregator6w do przechowyrvania dokumentacji zgodnie z,,przewodnikiem w zakresie promocji projekt6w finansowanych w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka,2007-2013". Przygotowano 10 segregator6w oznakowanych zgodnie z P rzew o dnikiem. - Wz6r dokumentu Wniosku na dostawg, uslugg oznakowanych zgodnie z,,przewodnikiem w zakresie promocji projekt6w hnansowanych w ramach Programu Operacyj ne go Innowacyj na Go spo dark a, 20 07-20 I 3". - Projekty szablon6w do korespondencji dotyczqcej projektu z danymi os6b uprawnionych do prowadzenia korespondencji dotyczqcej realizacji projektu zgodne zprzewodnikiem.
- Wz6r naklejki/plakietki informacyjnej w celu oznakowania Srodk6w trwalych oraz wartosciach niematerialnych (wersja dla produkt6w o malych gabarytach) zakupionych ze Srodk6w EFRR w ramach POIG. - Projekt tablicy informacyjnej wewngtrznej. - Projekt naklejki na plytg CD/DVD. Zakres prac planowanych na koleinv okres raportowania Zad,4.Identyfikacja dostgpnych na rynku sensor6w i przetwornik6w W okresie rcalizacji zadania 4 dokonany zostanie przegl4d rynku sensor6w r przyrzqdsw do pomiar6w bezdotykowych parametr6w fizjologicznych oraz pozyskane zostan4 kontakty z producent ami p o szcze g6lnych urzqdzen. Zad.5. Poryskanie wybranych przetwornikriw i urz1dzefi w celu ich laboratoryjnego testowania W ramach zadania 5 planuje sig zakup przetwornik6w, aparatury i oprzyrzqdowania, niezbgdnego do prowa dzema test6w i wyceny (ewaluacj i) laboratoryj nej. Finanse Calkowite Srodki w proiekcie 2 505 000,00 Wydatki w okresie radortowania Dotychczasowe wydatki w proiekcie Znaczenie prac w okresie raportowania Eksploracja wiedzy pozwolila ra zestawienie technik pomiarowych umozliwiaj4cych pozyskanie informacji o stanie psychofizjologicznym monitorowanej osoby. Tym samym w1vznaczono kierunki dalszych prac i pola badawcze,kt5rebgd1przedmiotem eksperyment6w laboratoryjnych. Podsumowanie Kod projektu: POIG-1 Nr projektu: UDA-POIG.O1.03.01-14-1 36108-00 Poczatek proiektu: 1 kwiecieri 2009 Koniec proiektu: 3l marzec 2017 Data spotkania: 23 czerwrec2009 Mieisce snotkania: WIML Okres raportowania: 01 kwiecief 2009-30 czerwic 2009 Data kolejnego spotkania: 22 wrzesief 2009