Chytré zariadenia v priemysle (8)

Chytré zariadenia v priemysle (8)

Nositeľné zariadenia v medicínskej doméne

Medicína, zdravotníctvo a farmaceutický priemysel patria k odvetviam s najväčším obratom. V roku 2016 predstavoval celosvetový obrat farmaceutického priemyslu 1 105,2 mld. amerických dolárov [1]. Chytré zariadenia našli v tejto oblasti široké využitie. Od jednoduchých aplikácií pre bežné chytré telefóny vytvorené na zmenu životného štýlu alebo evidenciu lekárskych záznamov až po senzory umiestnené priamo na tele. V tomto článku zhodnotíme rôzne riešenia využívajúce chytré zariadenia v medicínskej oblasti.

Aplikácie zamerané na zmenu správania

Najrozsiahlejšie a na realizáciu najjednoduchšie využitie chytrých zariadení v medicínskej doméne je v aplikáciách, ktoré slúžia na sledovanie a zaznamenávanie zdravotného stavu pacienta. Približne 25 % používateľov mobilných telefónov niekedy použilo nejaký typ aplikácie na zlepšenie svojho zdravotného stavu a približne 38 % používateľov sleduje takýmto spôsobom svoju fyzickú aktivitu [2]. Pre všetky mobilné operačné systémy existuje veľké množstvo podobných aplikácií (viac ako 100 000). Preto je veľmi ťažké preraziť v tejto oblasti s novým riešením. Ich hlavným cieľom je umožniť používateľovi vytvárať záznamy o svojom zdravotnom alebo fyzickom stave. Väčšinou umožňujú sledovať vývoj týchto parametrov, prípadne ich zdieľať s ostatnými používateľmi alebo ich poskytnúť lekárovi. Niektoré aplikácie využívajú rôzne metódy na dosiahnutie zmien správania používateľa a tým vylepšenia jeho zdravotného alebo fyzického stavu. Rôzne metódy, ako dosiahnuť zmeny v správaní, sa skúmajú napríklad v štúdii [2], ktorá sa zaoberá 167 najvyššie ohodnotenými aplikáciami „zdravie a fitnes“ pre operačný systém iOS a Android. V tejto štúdii sa uvádza niekoľko techník na podporu zmeny správania používateľa, ktoré sú bližšie opísane v tab. 2.

Technika zmeny správania  Početnosť Podiel
Poskytnutie pokynov ako vykonať(pretvoriť) správanie 111 0,66
Model/návrh správania 88 0,53
Poskytnutie spätnej väzby výkonu 83 0,50
Nastavenie cieľa – správanie 63 0,38
Plánovanie sociálnej podpory/zmeny 61 0,37
Informácie o ostatných schváleniach 46 0,28
Nastavenie cieľa – výsledok 40 0,24
Okamžité preskúmanie cieľov správania 31 0,19
Uľahčenie sociálneho porovnania 25 0,15
Okamžité preskúmanie výsledných cieľov 22 0,13
Nastavenie triedených úloh 22 0,13
Uvedenie informácie o tom, kde a kedy vykoná test správania 18 0,11
Rýchla sebakontrola správania 17 0,10
Rýchle sebahodnotenie behaviorálnych výsledkov 16 0,10
Naučenie sa používať výzvy/pokyny 11 0,07
Rýchle odmeny závisia od úsilia alebo pokroku smerom k správaniu 10 0,06
Poskytnutie odmien – podmienené úspešným správaním 10 0,06
Plánovanie akcií 6 0,04
Informácie o dôsledkoch správania jednotlivca 6 0,04
Požiadanie o zameranie na minulý úspech 5 0,03
Informácie o dôsledkoch správania všeobecne 4 0,02
Stimulácia predvídania budúcich odmien 4 0,02
Reštrukturalizácia životného prostredia 2 0,01
Normatívne informácie o správaní ostatných 1 0,01
Prevencia relapsu/plánovanie zvládania 1 0,01
Tvarovanie 1 0,01

Tab. 2 Techniky zmeny správania

Jednou z najrozšírenejších aplikácií tejto kategórie je Endomondo Sports Tracker, ktorá je dostupná pre OD Android aj iOS. Je zameraná na manažment každodenných aktivít. Na základe GPS umožňuje sledovať polohu používateľa, prejdenú vzdialenosť a rýchlosť pohybu a vypočítať čas a dráhu športovej aktivity. Výsledok možno zdieľať a porovnať s ostatnými známymi prostredníctvom sociálnych sietí Facebook či Twitter, ako aj v rámci socializácie obsiahnutej v aplikácii, ktorá umožňuje porovnanie s kolegami, dosahovanie rôznych cieľov či iné motivačné programy.

Rozšírená realita

Rozšírená realita, známa aj ako augmented reality je prístup, keď do reálneho sveta okolo používateľa vkladáme virtuálne prvky. Väčšinou sa vytvára pomocou okuliarov, ktoré na priehľadnom displeji zobrazujú doplňujúce grafické prvky. S príchodom rozšírenej reality nachádza rozsiahle využitie aj v medicínskej oblasti. Jej využi­tie sa uberá viacerými smermi [3]:

  • Sprístupňovanie informácií lekárovi. Viaceré projekty, napríklad Atheer či Augmedix, sú schopné sprístupniť lekárovi údaje o pacientovi priamo na okuliaroch, ktoré má stále k dispozícii.
  • Vizualizácia výsledkov. Ďalšou zaujímavou cestou je využitie rozšírenej reality na vizualizáciu výsledkov vyšetrení ako CT, MRI, röntgen, prípadne ultrazvuk aj v 3D podobe lekárovi.
  • Priama rehabilitácia pacienta. Rozšírená realita nemusí byť zameraná iba na lekára. Vo viacerých projektoch sú zariadenia rozšírenej reality použité na priamu rehabilitáciu či pomoc pacientovi. Zaujímavé je využitie opísané v [4] a prezentované na viacerých zahraničných konferenciách; je zamerané na liečbu fóbií s využitím rozšírenej reality. Pacientovi sú vkladané do reality v jeho okolí prvky, ktoré u neho vyvolávajú strach. Podľa postupov pacienta sa vytvára čoraz vyhrotenejšia situácia, až je pacient nakoniec schopný prísť do kontaktu s reálnym objektom vyvolávajúcim strach. Toto riešenie je všeobecne využiteľné na liečbu rôznych druhov fóbií, ako je strach z hmyzu (pavúkov, švábov) či z uzavretého priestoru (klaustrofóbia), ako aj na liečbu posttraumatických syndrómov (napríklad syndrómu vojny v Perzskom zálive) a pod.

V [4] je opísaný prípad 26-ročnej ženy trpia­cej strachom z hmyzu, najmä švábov. Pri prvom stretnutí mala strach vojsť do priestoru, kde bola čo i len pravdepodobnosť, že by sa tam mohol vyskytnúť šváb, čo značne obmedzovalo jej bežné denné aktivity. Dostala odporúčanie na experimentálnu liečbu využívajúcu rozšírenú realitu. Na liečbu bol vyvinutý systém, ktorý kamerou snímal priestor, kam sa pacient pozerá, a pomocou ARToolkit-u vyvinutým Washingtonskou univerzitou doň vkladá požadované objekty. Na obr. 15 je priebeh sedenia, ktoré žena absolvovala s cieľom liečby strachu zo švábov. Počas tohto sedenia sa pacientke postupne do zorného poľa vkladá hmyz, z ktorého má strach. Postupne sa tieto ilustrácie zväčšujú a čoraz viac približujú. Po absolvovaní tejto liečby bola pacientka schopná sama sa zbaviť niekoľkých skutočných švábov.

Nositeľné senzory

Chytré hodinky, fitnes náramky a iné nositeľné zariadenia výrazne zvýšili objem dát vhodných na analýzu. To umožňuje vytváranie rôznych aplikácií na sledovanie fyzickej aktivity, ako aj tepu a iných parametrov používateľa. Aplikácií na podobné sledovanie aktivít je už teraz k dispozícii mnoho. Nositeľné zariadenia poskytujú senzory, ako je akcelerometer, gyroskop, senzor tepu, osvetlenia a veľa iných. V tejto časti sa zameriame na menej známe (aj invazívne) medicínske zariadenia, ktoré výrazne zvyšujú kvalitu života. Sústredíme sa na zariadenia určené pre pacientov trpiacich cukrovkou. Cukrovka je ochorenie látkovej premeny, ktoré celosvetovo postihuje približne 8 % populácie [5]. Je spôsobená poruchou produkcie inzulínu – hormónu, ktorý umožňuje rozklad a spracovanie cukru (glukózy) v organizme. Neliečená alebo zle manažovaná cukrovka spôsobuje kolísanie hladiny cukru. Vysoká hladina cukru (hyperglykémia) alebo nízka hladina cukru (hypoglykémia) spôsobuje chronické problémy: poškodenie malých ciev, s tým súvisiace poškodenie zraku, obličiek a pod., prípadne iné problémy spojené s nedokrvením mozgu a končatín, čo môže zapríčiniť až amputáciu končatín. Pri extrémnych, aj krátkodobých odchýlkach môže dôjsť k akútnym problémom: slabostiam, nevoľnostiam až po upadnutie do kómy. Z tohto dôvodu je veľmi dôležité sledovať a správne regulovať hladinu cukru pri pacientoch s cukrovkou.

Pre správny manažment je dôležité poznať aktuálnu hodnotu cukru. V súčasnosti prebieha meranie cukru invazívnou metódou, keď treba odobrať kvapku krvi z konca prsta. Toto meranie však umožňuje zistiť hodnotu iba párkrát za deň. Jedno z najnovších riešení s názvom FreeStyle Libre, ktoré je už dostupné vo viacerých štátoch Európy, umožňuje merať hladinu cukru v niekoľkominútových inter­valoch. Ako možno vidieť na obr. 16, senzor má kruhový tvar s priemerom 35 mm, ktorý sa aplikuje na pokožku. Jemná, veľmi tenká ihla prenikne do vrchnej vrstvy pokožky, kde umožňuje merať hladinu cukru. Používateľ túto ihlu vôbec necíti a nosenie senzora je pohodlné. Čítanie hodnoty prebieha pomocou protokolu NFC do mobilnej aplikácie, s ktorej pomocou ju možno aj zdieľať. Toto riešenie odbremení pacientov od nutnosti niekoľkokrát za deň odoberať krv z prsta.

Literatúra

[1] Statista: Revenue of the worldwide pharmaceutical market from 2001 to 2016 (in billion U. S. dollars), online: https://www.statista.com/statistics/263102/pharmaceutical-market-worldwide-revenue-since-2001/ (Jul 2018).

[2] CONROY, D. E. – YANG, C-H. – MAHER, P.: Behavior Change Techniques in Top-Ranked Mobile Apps for Physical Activity. In: American Journal of Preventive Medicine, 2014, 46, vol. 6, pp. 649 – 652.

[3] The Medical Futurist, Webicina Kft: The Top 9 Augmented Reality Companies in Healthcare, online: http://medicalfuturist.com/top-9-augmented-reality-companies-healthcare/ (Jul 2018).

[4] BOTELLA, C. M. – JUAN, M. C. – BAN~OS, R. M. – ALCAN~IZ, M. – GUILLE´N, V. – REY, B.: Mixing Realities? An Application of Augmented Reality for the Treatment of Cockroach Phobia. In: CYBERPSYCHOLOGY & BEHAVIOR, 2005, vol. 8.

[5] IAKW-AG – Austria Center Vienna: Smart insulin pumps deliver – improving quality of life for diabetics. Vienna, February 14, 2018.

[6] Ahn, D.: Abbott’s Euro approved wearable glucose monitor is different than anything on the market. In: iMedicalApps, September 9, 2014.

Poďakovanie

Táto séria článkov vznikla vďaka realizácii projektov podporených Kultúrno-edukačnou grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR a Slovenskej akadémie vied pod číslom 05TUKE-4/2017 a Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-16-0213.

  

Ing. Pavol Šatala
pavol.satala@tuke.sk

Ing. Vladimír Gašpar, PhD.
vladimir.gaspar@tuke.sk

doc. Ing. Peter Butka, PhD.
peter.butka@tuke.sk

Ing. Juliana Ivančáková
juliana.ivancakova@tuke.sk

Technická Univerzita v Košiciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie – Oddelenie hospodárskej informatiky
Laboratórium chytrých technológií
Vysokoškolská 4, 042 00 Košice
http://kkui.fei.tuke.sk/chi/smart