web page maker

Качественные гаджеты, проблематика создания.

Организация мониторинга состояния профессиональных операторов

"Mediadoctor, передача "Медицинские гаджеты"

28 апреля 2017г. Тимур Бергалиев, Заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ

Добрый день, в эфире «Медиадоктор» программа Медицинские гаджеты. Сегодня у меня в гостях Заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ - Тимур Бергалиев.


 Здравствуйте.

Как выяснилось, МФТИ активно работает в направлении создания умных браслетиков. У меня очень много вопросов, много интереса в последнее время к носимым устройствам. К гражданским, и к устройствам, которые можно использовать в профессиональной деятельности ответственных операторов, водителей, Тимур, поделитесь?

Здесь область необъятная, за одну встречу, рассказать все достаточно сложно. Но если начинать по порядку, наверно следует отталкиваться все-таки от человека, многие принципы, на основе которых устроены измерительные приборы, известны нам достаточно давно. Это все что касается электрофизиологии, механических способов измерения сигналов человека, различные пьезодатчики, стабилограммы, море всего. Особенность заключается в том, что со временем меняется сознание людей, что необходимо за собой следить, за своим здоровьем. Меняется сознание предприятия о том, что интересно наблюдать за состоянием здоровья своего сотрудника, тем самым влияя на его продуктивность, эффективность, качество и так далее. 
При этом параллельно развивается и разрабатывается современная электронная компонентная база. Об этом тоже забывать нельзя, потому что многие решения которые были созданы в 60-х, 50-х годах, работают по тому же принципу. Многие устройства сейчас имеют новую компонентную базу. В третье направление, я бы выделил развитие методов обработки сигналов, работы с шумами, как говорил один известный человек, электрофизиология – это наука о шумах. Вот здесь мы полностью это поддерживаем, мы к этому относимся непосредственно с практической стороны, каждый раз с этим сталкиваемся и работаем. Таким образом, объединяя вот эти все три направления: есть потребность определенная, есть технологический задел, есть способы, инструменты, решения создания продуктов. Выливается в то, что сейчас на рынке появляются многие-многие различные носимые устройства. Они, все различаются по области применения, по направлениям, где это можно использовать, а где нельзя использовать, как Вы правильно заметили. Начиная с самого простейшего акселерометра, который замеряет некую механическую активность человека да: телепание рукой или хождение. Заканчивая более сложными устройствами, например, как компания «Нейроком», которая несколько десятков лет является поставщиком решений для РЖД, для оценки состояния машиниста. Система позиционируется как система предотвращения рисков в транспорте, и достаточно давно успешно используется. При этом, конечно же, есть очень большой прирост, решений которые используются для спорта, для состояния личного здоровья, 

Чуть-чуть перебью, по спорту качественных устройств достаточно. Для спортсменов, на мой взгляд, разработано очень много. Для лыжников, для велосипедистов, для бегунов, есть и компьютеры, и носимые устройства. Но для гражданских устройств, как мы видим, нет такого выбора. Вот акселерометр, плюс программное обеспечение: дневник питания, напоминалка, расчет калорий – например есть браслет ONETRAK российский. Что мешает прийти к тому, чтобы к акселерометру добавить данные по сбору данных пульсовой волны, вариабельности сердечного ритма, чего не хватает подобным устройствам, чтобы стать более профессиональными?

Прокомментирую по поводу спорта, с Вами согласен, спорт направление, особенно Олимпийский спорт, у них достаточно серьезное финансирование, да? И спортсмены для достижения высоких результатов используют различные решения. Однако здесь тоже стоит сделать оговорку, спортивные носимые устройства достаточно сложно использовать в повседневной жизни. Вы наверное имели ввиду компанию Polar.

Да.

Это одна из старых, опытных, финских компаний, которая давно этим занимается. Они большие профессионалы своего дела.

Они много вкладывают в исследования.

Да, это очень здорово, да. И совершенно с Вами согласен, возникает вопрос как эти все наработки перенести в гражданское русло. А кстати еще забыл добавить, что в свое время одним из таких драйверов подобной электроники, в какой-то степени «носимой», в кавычках выступил космос. Потому что было очень важно оценивать состояние космонавта на орбите, это было очень интересно, что с ними вообще происходит. Состояние невесомости как-то влияет на организм и так далее. То есть совершенно новая история. Возникает вопрос, как перенести в некое гражданское русло определенные вещи. Тут уже на первый план выступает не только потребности, но и еще вопрос удобства.
Безусловно. Потому что как только возникают провода, наклейка дополнительных датчиков, всё. Пока устройство на руке, оно ничему не мешает, всё хорошо. 
Стоит сделать оговорку, что как раз электронно-компонентная база, в этом смысле играет очень большую роль. В свое время были выпущены миниатюрные радиомодули, которые позволяют беспроводным способом передавать сигнал. Другой аспект влияющий - это носимость, малые габариты. Появились микроконтроллеры, небольшие, которые обладают определенной обрабатывающей способностью: обрабатывать в режиме онлайн или более хитро в офлайн и так далее. Появились такие средства, и теперь мы приходим к самому главному. Приходим к сенсорам. Сенсорам, которые считывают состояние, даже не состояние, а определенные параметры. Тут очень много своих нюансов. То есть три основных части.

Да, да.

Условно говоря радиомодуль, контроллер и сенсор. Понятное дело, есть определенные обвязки электронные и так далее, но суть она такая. Что касается сенсоров, на рынке представлено достаточно много производителей, кто занимается, допустим, оптической плетизмографией, кто занимается акселерометрией, кто занимается созданием пьезодатчиков, кто занимается изучением кожно-гальванической реакции, так называемая электротермальная активность. Есть разветвление на постоянном токе, на переменном токе. Если смотреть на переменном токе, импедансометрия, когда мы смотрим реактивную и активную составляющие.

Вот у меня в руках браслет с компоновкой импеданс плюс пьеза от healbe gobe. 

Да-да-да и возникает такой момент, каким образом лучше всего это всё дело скомбинировать. И здесь возникают уже некие различия между производителем и конечными поставщиками, кто продаёт эти устройства в зависимости от того на что они направлены.
Допустим мы говорим про определенный стресс, с какой-то долей вероятностью можно использовать вариабельность. Если мы говорим про вещи специализированные, как допустим засыпание и утомляемость, скорее всего с определенной вероятностью используется влияние вегетативной нервной системы, которые проявляются в виде выделения пота, а это непосредственно влияет на сопротивление кожи, нужен сенсор КГР / кожно-гальваническая реакция/, он по сути замеряет сопротивление на участке кожи.
Единственное что после этого возникает следующий вопрос, как теперь со всем этим делом и добром работать, как это всё примостить …

Как все запихать в одно маленькое устройство?

Да, как это всё запихать в одно маленькое устройство, как это сделать таким красивым, носимым, чтобы это было понятно и не страшно для потребителя. Которые в большинстве своем как бы понимают в принципе основные вещи, но не хотели бы погружаться в эту тематику.

Пользователям вообще чем проще, тем лучше. Ещё точность цифр отображаемых важна.

Совершенно верно, пользователя не обманешь. Они прекрасно знают, какое у них давление, они прекрасно знают какой у них пульс.

Опять же надо не забывать, что есть ещё предыстория по тому же давлению, с тонами Короткова, с манжетными устройствами, которые вроде бы и точны, но это всё равно не трубка стеклянная в артерию. Всё равно это система с расчётными показателями. Но знания о них уже устоявшиеся, скажем так привычка есть. 

Умные люди собрались, решили, что такой уровень точности мы считаем медицинским, условно говоря, да? И теперь все приборы, которые сравнивают с этим, если не подходят, то они не считаются таковыми. 

Хотя при этом есть и другие методики измерения.

Конечно, совершенно верно.

Методики не новые, это 60-е года прошлого века.

Да, совершенно верно. 

Хорошо, чего вам удалось добиться в лаборатории? Что создаете вы?

Это как раз самое интересное, о чем я хотел бы рассказать, что у нас есть. В свое время мы взаимодействовали и взаимодействуем с замечательной организацией Пилотажно-исследовательский центр. Я лично считаю, что замечательная организация. Почему? Потому что они на самом деле заинтересованы в том, чтобы научиться работать, чтобы была возможность использовать инструменты для считывания параметров пилотов на длинные и средние дистанции. Потому что одна из причин, зачем это нужно, то что работа достаточно монотонная, обстановка монотонная и пилоты могут засыпать. Понятное дело, что опять-таки стоит сделать важную оговорку, что ни одна авиакомпания не скажет: «наши пилоты спят». Но были исследования, анонимные, говорят о том, что иногда пилот, как минимум один раз за последние полгода проваливался в сон.
Именно поэтому, в кабине находится и второй пилот, не только поэтому, но отчасти. Дублирующий функции определённые. Обязательный медосмотр, это просто обязательно на входе до и после того, для оценки. Но всё-таки, интересно посмотреть, что происходит с человеком во время его профессиональной деятельности. Здесь возникает интересный момент. Если мы будем использовать существующие средства, которые представлены на рынке, то окажется что они недостаточны, я не могу говорить за все, конечно, но как практика показывает, достаточно сложно замерять требуемые параметры. Потихоньку переходим к той же вариабельности сердечного ритма, качественному съему кожно-гальванической реакции, импедансометрия, акселерометрию и так далее.  
Многие решения заточены под конкретный сегмент. Допустим есть решения, есть компании, которые занимаются больше дизайнерским оснащением своих устройств да? Они это преподносят в виде SmartWatch, но при этом в красивом дизайне: цвет, орнамент и так далее. 
Есть решение, скажем кондовые, то есть, ух! Мощные, большие которые претендуют на то, что они измеряют определенные параметры хорошо. Это еще не все. Даже если мы научились, к примеру, правильно считывать сигнал, возникает вопрос о том, что с этим делать дальше? На борту самолета никто не даст куда-либо подключаться. 

Каким-то образом необходимо передать.

Ни о каком блютузе (Bluetooth), ни о каком радиомодуле речь идти просто не может. Потому что любое вмешательство в электронную начинку чревато разбирательствами, расследованиями и так далее. Самолёт встанет. Таким образом, возникает вопрос, как это всё лучше сохранить, затем это всё надо передать уже и провести офлайн обработку.  
Это тоже не всё, как только мы получили эти хорошие данные, далее если мы, допустим, сделаем предположение что мы сняли их хорошо возникает вопрос, а что с этими данными делать?

Каким образом можно ликвидировать засыпание, если мы эти данные правильно поняли, устройство поняло, что пилот спит. Что оно должно сделать? Какие манипуляции произвести?

Это, кстати, тоже интересный момент обратной связи, это вообще отдельная тема разговора, самый интересный это сегмент дальнобойщиков. Которые опять-таки тоже имеют достаточно важный груз за спиной, дорогая машина, они сами несут определенную опасность. 

Любой транспорт, автобус. 

Общественный транспорт. И соответственно возникает вопрос. Мы замеряли хорошо сигнал, задетектировали засыпание, а что дальше?

Током водителя или пилота бить? Так он проснётся, ещё хуже сделает.

Конечно. Есть определённые правила, которые запрещают вообще, либо ограничивают определенный уровень воздействия на человека. В том числе и звук определенного уровня, шум и так далее. Но это отдельная тематика в целом этот вопрос решается, отчасти с помощью диспетчеризации. 
Возвращаясь к нашим баранам, мы получили хорошие данные, вопросы интерпретации, что теперь с ними делать? У нас есть вариабельность, к примеру, собранная с помощью пульсоксиметрии. Возникает вопрос, а что нам с этим делать? Разные участники этого процесса, по-разному это будут трактовать. Следует сделать оговорку, что есть небольшая разница между вариабельностью снятой с помощью ФПГ, то есть фотоплетизмограмма и вариабельностью снятой с помощью электрокардиограммы. Она не такая прямо принципиальная, но разница тем не менее есть. Чтобы эту разницу как бы объяснить, тут нужно чуть-чуть погрузиться скажем так в физиологию, но на инженерном уровне. То есть мы, как физтехи мы рассматриваем человека с точки зрения инженерии. Можно представить, как систему сосудов. Некую систему сообщающихся сосудов между собой и сердце, желудочек, когда он выплескивает кровь в аорту, является источником давления, которое дальше передаётся по сосудам. Вот это вот давление, оно выливается для физических измерений в виде пульсовой волны. Которая идя вперед расширяет сосуд. 

Расширение можно поймать, сфотографировать.

А здесь да, здесь теперь возникает интересный нюанс.

Это если оптикой снимаем.

Да, если мы оптикой снимаем, то так как я уже сказал есть источник возмущения, есть какое-то время. У наших сосудов длина фиксированная возникает некая задержка по времени. Если по-простому, то пики сдвинуты и наш стандартный любимый Р зубец, который мы видим…

На кардиограмме, на оптике он будет выглядеть немножко по-другому.

На пульсовой волне да, он будет чуть другой. Причём здесь море своих нюансов, начиная от простейших там гиперемия, заканчивая какими-то аспектами именно, скажем так, уже непосредственно самих сосудов.

Атеросклероз, прочие вещи.

Это да, но даже если мы сделаем предположение о том, что человек полностью здоров и никаких заболеваний нет. То сосуд если представить как шланг, который имеет свое растяжение и так далее, то пики на пульсовой волне, которые являются аналогами Р зубцами на кардиограмме, они будут сглажены. Это на самом деле большая проблема. Одна из таких, скажем так, нетривиальных задач которые предстоит решить. Это достаточно сложно, потому что надо применять различные методы и понять, что на самом деле эта точка является самой максимальной высокой. Много таких нюансов начиная от того, что пульсовая волна сдвинута по времени, заканчивая тем что есть особенности сосудов, есть свой модуль Юнга и так далее. Это всё накладывает некий отпечаток на работу с вариабельностью сердечного ритма. 
Добавлю ещё, всё-таки различия работы с вариабельностью от ЭКГ, oт ФПГ она имеется определённая. Но это всё решаемо. Возникает теперь вопрос о том, что есть достаточно большое количество методов работы с вариабельностью, полученных от электрокардиограммы, каким образом это всё лучше адаптировать под вариабельность именно снятой с помощью фотоплетизмограммы . Этот вопрос, он является объектом исследовательской работы, но в тоже время есть успехи. 

Кроме оптических датчиков существует большое количество других. Какие вы взяли за основу при работе над своими устройствами?

Непосредственно для нас интересен датчик кожно-гальванической реакции, как я уже говорил. Если совсем по верхам пройтись, мы говорим что есть так называемая вегетативная нервная система которая как раз таки отвечает за состояние работы наших органов, потому что там мы не можем заставить сердце биться чаще. Как бы мы этого не захотели, да мы его не заставим.

Нет, почему, кофе можем выпить. 

Я имею ввиду там силой мысли. Это хороший пример, кстати, то что мы говорим, то что мы выпили кофе, это является неким внешним фактором. Внешним воздействием, раздражителем. Организм должен реагировать определённым образом. В частности одним из способов, который всем нам знаком, это выделение пота. Конечно там очень много своих нюансов с потом с разных мест. Различные типы желез отвечает за различные, скажем так, механизм регуляции. Тот пот, который выделяется к примеру из тела, он в основном в большинстве случаев отвечает в основном, за терморегуляцию. Это уникальная способность нашего организма противостоять холоду и жаре. 
Если мы говорим про выделение пота в ладошках, в паховых областях, подмышками то это как раз непосредственно то, что является некой физиологической реакцией человека на внешние раздражители. При этом и там, и там есть конечно определенные связи. Есть очень много статей, которые показывают определённую зависимость. Таким образом, кожно-гальваническая реакция сенсора достаточно интересная, но с ним достаточно сложно работать. Почему? Потому что элементарно влажность на улице, элементарно влажность в комнате, элементарно там руки помыл и так далее, и так далее. Все эти вещи они достаточно сильно влияют.
Или я там выпил чаю горячего с малиной, всё пошло потоотделение при этом не сказать, что человек испытывал какой-то стресс, как мне кажется, наоборот это удовольствие попить чай с малиной да? Но при этом… 

Реакция пошла.

Возникает вопрос как это всё разделять? И тут возникает один из глобальных вопросов который стоит перед носимой электроникой вообще в целом. Это то как нам распределить, как нам произвести некое картирование? У нас ограниченное количество способов или классов реакции человека, но при этом достаточно намного большее количество факторов, которые на это влияют. Как нам определить, что допустим сенсор кожно-гальванической реакции зафиксировал какое-то изменение сопротивления кожи. Это стало причиной того что я переживаю или причина того, что я просто быстро прошёлся за автобусом? Такие моменты тоже возникают, это большая проблема. Опять-таки решение есть.

Так. Рассказывайте.

Решение этого есть. Опять-таки закончим по сенсорам тогда и перейдем уже к такому всеобъемлющему решению, скажем так. И следующее направление наверно, наш взгляд опять-таки, мы никого не призываем, но провели достаточно большие исследования. Мониторинг двухсот различных коллективов, которые занимаются носимой электроникой. Ну, если нужно, могу скинуть для интереса.

Да безусловно интересно. 

Что касается другого направления сенсоров, которые мы используем, это сенсоры активности. Само по себе правильно снятая, интерпретированная активность человека, она даст очень много интересных инсайтов. Простой пример, какая-то суммарная активность в течение сегодняшнего дня. Если мы сравниваем с таким же днём предыдущего месяца или предыдущего года, мы видим изменения. Уже можно как часть интерпретации предметной можно использовать. Почему человек снизил свою активность, с чем это связано вот и так далее. 
Принцип вообще носимой электроники в чём? Потенциально в чем она может побеждать, только в том что мы имеем некие замеры на протяженном времени. Это пожалуй самое важное за счёт чего вообще носимая электроника развивается дальше. То есть с Вами полностью согласен, здесь это очень важно. Одно дело, когда мы делаем некие такие замеры разовые в лабораториях.

Да, да.

Там конечно вопросов нет да, там несколько отведений ЭКГ, там всё классно, там гель, присосочки, это всё без вопросов. Возникает момент, а что дальше? Вот я вышел из этого кабинета, я пробежался, я поднял груз, я не выспался ночью, я там выпил чего-то там запрещённого или не запрещённого. И возникает вопрос, а что происходит между этими измерениями? 

Да, да, да.

Как раз таки динамика, она очень интересна. И тут возникает опять вопрос. То что мы с чего начинали, необходимо иметь качественные сенсоры, которые смогут эту динамику с определенной точностью замерить.
Что у вас уже готово? Что на выходе получается?
Сейчас мы разработали браслет который качественно считывает вариабельность сердечного ритма, кожно-гальваническую реакцию, акселерометрию, разработаны алгоритмы, которые, обрабатывают и получают эти параметры и выдают интерпретацию определённую, которая нам интересна. Потому что сам по себе каждый сенсор недостаточно информативен. А если мы используем уже комбинацию определённую…

Дублируем.

Конечно да. Если мы используем комбинацию, то мы получаем более качественную интерпретацию и в этом наша сила. Здесь заложена большая работа конечно и физиологов именно вот таких практических физиологов, это авиационные медики, это спортивные.

Вы с врачами работали плотно.

И сейчас работаем. Физтех, во-первых, сам готовит физиологов очень качественных. Они, прежде всего физики, а затем уже физиологии. И для нас это то, что нужно. Но при этом мы имеем возможность консультироваться с врачами ведущими, потому что им это тоже интересно. Эти пути решения нам позволяют детектировать достаточно такие сложные вещи, конечно еще много работы предстоит, но определенные вещи, связанные с засыпанием, утомляемостью. 

Засыпание, стресс по сути да то есть уровень стресса, пульс.

Вариабельность да. 

И движение за счет акселерометра.

Да если какой-то здесь порядок наводить, параметры регистрируем: это вариабельность сердечного ритма, сам пульс, сопротивление кожи и подвижность, активность.
щё много вопросов именно связанных с изучением, с миром. Важно сказать слушателям, что есть фундаментальные исследования, есть научные исследования, и есть прикладные инженерные исследования. Мы сейчас находимся в формате инженерно прикладных исследований. Мы следим внимательно за фундаментальными исследованиями, но в тоже время пытаемся использовать те вещи, которые проверены. Потому что это сильно влияет на продукты.

Когда у вас релиз?

Мы планируем к лету запуститься, мы планируем, мы рассчитываем, а как там получится, не знаю, одному богу известно.

Производить здесь будете? 

Первую партию точно будем здесь делать, а потом будем смотреть.

В рознице ваш браслет стоит ждать или это будет под заказ?

Я думаю, что да.

С нетерпением ждем.

Спасибо за приглашение, было очень приятно.

Взаимно очень информативно. 

Надеюсь, Вам интересно было.

Очень, я думаю, что зрителям тоже.

Хорошо, спасибо. Пока-пока.