Robert Koprowski

1998 - 2001

Początkowy okres badań dotyczył pogranicza elektroniki, metrologii i  medycyny. W okresie tym powstało wiele prototypów urządzeń wspomagających zarówno prace lekarza jak też przebieg rehabilitacji. Do głównych zakresów badań należały tematy:

• System monitorowania obiektów (w tym pacjentów) GPS. W ramach przeprowadzonych badań zrealizowano aplikację oraz moduł elektroniki przeznaczony do odbioru danych z satelit niezbędnych do ustalenia położenia, odpowiedzialny za przesył danych za pośrednictwem radiowego lub komórkowego systemu naziemnego oraz wizualizacji zarówno przebytej trasy jak też bieżącego położenia na mapie cyfrowej w stworzonej aplikacji. Zrealizowany system został wdrożony i do dziś jest dystrybuowany w firmie egrotel.
• System  wielokanałowej  fotopletyzmografii  w diagnostyce zespołu wibracyjnego  i  niedoczynności  tarczycy. Wielokanałowy system detekcji, przesyłania i matematycznej obróbki krzywej tętna w mikrokrążeniu. Procedura daje możliwości pozyskania czynnościowej charakterystyki morfometrycznej obiektów biologicznych w celu wspomagania diagnozy.
• System  oceny  patologii  chodu  z  zastosowaniem  przestrzennej  analizy  akcelerometrycznej. Zastosowano przestrzenny układ akcelerometrów, percepujących ruch jako sekwencyjne i wielopłaszczyznowe odchylenie kątowe od strzałki grawitacji. Stworzony układ cyfrowy umożliwia dokładne wyodrębnienie faz, sekwencji oraz symetrii ruchu kończyn i bezpośrednie przełożenie tych danych na parametry kliniczne, a także porównanie okresów przed i po terapii.
• Sterownik skanera lasera. W ramach zrealizowanej pracy został stworzony skomputeryzowany system sterowania skanerem laserowym, umożliwiający przeprowadzanie zabiegów laseropunktury. Prototyp wyposażony jest w możliwość naświetlania pojedynczych punktów w określonej sekwencji lub kreślenia nieregularnych figur. Proponowane rozwiązanie daje możliwość bardziej elastycznej i dokładnej terapii
• Mikrokomputerowy  przezskórny  miernik  stężenia  substancji  chemicznych  we  krwi. Stworzono urządzenie mikroanalityczne adresowane do pacjentów z zaburzeniami krzepnięcia,  umożliwiające przezskórne pobranie osocza krwi bez naruszenia ciągłości skóry i wykonanie w nim szybkich oznaczeń stężenia różnych związków chemicznych. Proces pobierania osocza realizowany jest za pomocą odwróconej fonoforezy, która umożliwia pobranie ściśle zaprogramowanej ilości osocza na krążek żelowy, zawierający aktywne związki służące do identyfikacji wybranej substancji we krwi. Sterowany elektronicznie obwód fotodensytometryczny określa ekstynkcję światła przechodzącego przez zmieniający barwę krążek. Parametry prądowe obwodu fonoforezy, fotodensytometrii i kalibracji integruje układ cyfrowy, którego funkcje wyświetlane są na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu lub przesyłane łączem RS 232 do komputera.
• Akcelerometryczna diagnostyka narządu równowagi oraz monitorowanie procesu leczenia. Zrealizowana została prototypowa, ilościowa metoda akcelerometrycznego pomiaru odchylenia pozycji ciała pacjenta od wektora grawitacji ziemskiej. Interaktywny, autorski program umożliwia rzutowanie aberracji wychwiania ciała do osi równowagi na płaszczyznę podparcia i planimetryczne określenie proporcji ruchów w czasie i przestrzeni. Oprogramowanie znalazło zastosowanie w diagnostyce oraz w ilościowej ocenie efektów leczenia.
• Procedura indywidualnego nadzoru spirometrycznego w poradni  pulmonologicznej. Realizacja urządzenia oparta jest na kartach pamięciowych, które stanowią nośnik informacji pomiędzy pracownią spirometryczną i gabinetem lekarza, a ponadto stanowią przenośną kartotekę danych o chorobie na wypadek nagłego ataku astmatycznego i konieczności hospitalizacji. Niewielkie gabaryty karty w połączeniu z dość dużą pojemnością informacyjną potwierdziły swoje zalety w trakcie próbnej eksploatacji w Poradni Rehabilitacyjnej Śląskiego Szpitala w Cieszynie
• Cyfrowy plurimetr w ocenie kąta ruchomości stawów. Zaproponowano autorski program pomiarowy sprzężony z elektronicznym akcelerometrem, funkcjonującym jako czujnik ruchu. Prototypowy system umożliwia bardzo szybki pomiar zakresu ruchu w interaktywnej procedurze dialogu z lekarzem, bez konieczności wprowadzania wyników z klawiatury komputera
• Sterownik do laseroterapii dermatologicznej i punktowo-stymulacyjnej. Został zrealizowany system sterowania skanerem laserowym, umożliwiający przeprowadzanie zabiegów laseropunktury. Proponowane rozwiązanie daje możliwość bardziej elastycznej i dokładnej terapii
• Automatyczny   regulator   przepływu  moczu dla   przypadków  z  nabytą   dysfunkcją   pęcherza   moczowego. Prototypowe urządzenie wyposażone jest w połączoną z cewnikiem Foley’a komorę, w której wypływ moczu kontroluje zawór elektromagnetyczny. Sterowanie zaworem realizowane jest przez układ elektroniczny zbierający informacje z umieszczonego również w komorze czujnika hydrostatycznego. Parametry objętościowe moczu powodujące sygnały alarmowe oraz funkcję opróżnienia pęcherza są programowane przez lekarza. Urządzenie oprócz walorów higienicznych umożliwia prowadzenie ćwiczeń rehabilitacyjnych kontroli mikcji
• Sterowanie gradientem temperatury okładów leczniczych przy pomocy modułu peltiera. W rozwiązaniu prototypowym omawiane procedury zastąpione zostały sterowanym komputerowo modułem Peltiera. Urządzenie, transportuje ciepło w kierunku zależnym od przepływającego prądu, spełniając rolę ogrzewczą lub chłodzącą. Istotną zaletą proponowanego rozwiązania jest zespolenie modułu z okładem, dzięki czemu istnieje możliwość dość szybkich zmian temperatury zabiegu według dowolnie zaprogramowanej krzywej. Proponowane periodyczne zmiany temperatury okładów mogą znaleźć zastosowanie w leczeniu nerwic naczyniowych typu zespołu Reynaud
• Psychometryczna  analiza  osobowości  i  uzdolnień  w  procedurze interaktywnego dialogu z  komputerem. W celu ułatwienia i przyspieszenia procedury testowej zaproponowano uniwersalny autorski program psychometryczny wzorowany na teście Mitteneckera i Tomana,  który po przeprowadzeniu testów klinicznych potwierdził swoją przydatność w diagnostyce psychologicznej i procesach doboru kadrowego
• Procedura nadzoru leczenia izotopem  j 131 z zastosowaniem analizy scyntygraficznego obrazu tarczycy. Stworzono system nadzoru skuteczności leczenia nadczynności tarczycy przy pomocy izotopu J131 w oparciu o analizę porównawczą rozkładu maksimów emisji w scyntygramach wyjściowych i kontrolnych. W odróżnieniu od stosowanego aktualnie uśrednionego pomiaru jodochwytność lub wzrokowej oceny scyntygrafii metoda umożliwia obserwację ewolucji nawet niewielkich ognisk patologii
• Uniwersalna komora do eksperymentalnej  preparatyki laboratoryjnej. Stworzono uniwersalne urządzenie do prowadzenia prac eksperymentalnych z zakresu biologii, bioinżynierii, mikrobiologii i medycyny. Urządzenie jest podsumowaniem doświadczeń zarówno inżyniersko-konstrukcyjnych jak i biologiczno-eksperymentalnych, zdobytych przez autorów w trakcie wcześniejszych prac doświadczalnych.
• Interaktywny skomputeryzowany system pomiaru kąta zgięcia i wyprostu w stawie biodrowym. System pomiaru kąta zgięcia i wyprostu w stawach biodrowych. Urządzenie umożliwia znaczną obiektywizację wykonywanych w reumatologii i neurologii testów Lasegu’a oraz Genslena-Menela. Zestaw pomiarowy składa się z uchylnej prowadnicy zaopatrzonej w podnośnik elektryczny, umożliwiający kontrolowane unoszenie badanej kończyny oraz miernik kątowy, połączony z mikrokomputerem.
• System nadzoru procesów ziarninowania pod opatrunkiem poliamidowo-poliuretanowym. Zaproponowano autorskie rozwiązanie umożliwiające wielodniowy, elektroniczny nadzór procesu ziarninowania pod zamkniętym opatrunkiem, z rozróżnieniem obszarów wolniej proliferujących i możliwością stymulowania tych obszarów polem elektromagnetycznym w celu uzyskania przyspieszenia procesu regeneracji.
• System  wieloparametrycznej analizy antygenowej obiektów biologicznych w mikrobiologii i immunopatologii. Rozwiązaniem jest wieloparametryczny analizator matrycowy umożliwiający kompleksowe rozpoznawanie determinant antygenowych ściany komórek bakteryjnych, immunologicznych i nowotworowych w oparciu o zmiany impedancji wywołaną reakcją immunologiczną w poszczególnych komórkach oraz analizę 2d matrycy z zastosowaniem sieci neuronowych

2001-2005

W dalszym etapie badań zawęził się obszar do analizy obrazów medycznych w szeroko rozumianym sensie.

• Analiza  morfologiczna  tęczówki  oka  w  tworzeniu  algorytmów  diagnostycznych. Dzięki zastosowaniu toru wizyjnego jako obiektywnego systemu pozyskiwania informacji oraz programowej segregacji zmiennej morfologii tęczówki, pojawiła się możliwość obliczania parametrów ilościowych w polach receptorowych wybranych narządów. Seria pomiarów kalibrujących umożliwiła praktyczne przetestowanie matematycznego modelu tęczówki  i rozpoczęcie prac nad standardem wzorca fizjologii.
• Komputerowa analiza obrazów w diagnostyce histologicznej i patomorfologicznej. Zrealizowano system przesyłania i obróbki obrazu mikroskopowego umożliwiający pozyskanie charakterystyki morfometrycznej obiektów biologicznych w celu wspomagania diagnozy. Matematyczne opracowanie proporcji struktur obrazu wykazało prawidłowości umożliwiające dokładny opis progresji nacieku nowotworowego tkanki.
• Wznaczanie konturu człowieka na zdjęciach termowizyjnych. Przedstawiono autorską metodę wyznaczania konturu człowieka na podstawie zdjęcia termowizyjnego. Metoda ta w porównaniu z innymi podobnymi metodami obróbki obrazu jest łatwa w implementacji a otrzymane wyniki są miarodajne. Metoda jest szczególnie potrzebna tam, gdzie ze względów anatomicznych i/lub fizjologicznych symetryczne ustawienie pacjenta względem kamery jest niemożliwe
• Procedura monitorowania ewolucji zmian zapalnych i zwyrodnieniowych w stawach krzyżowo-biodrowych. Sporządzenie modelu liniowego rozkładu gęstości optycznej szpary stawowej na zdjęciach rtg w stawach prawidłowych oraz ocena  odstępstwa od wyników analogicznej analizy przeprowadzonej w stawach zmienionych zapalnie. Matematyczne określenie wskaźników odstępstwa od wzorca fizjologii przy podejrzeniu o zmiany zapalne może dawać dodatkowe kryteria diagnostyki zmian w stawach krzyżowo-biodrowych

2004 - obecnie

W ostatnim etapie badań realizowano kilka wybranych profilowanych tematów związanych z przetwarzaniem obrazów medycznych :

Boczne skrzywienie kręgosłupa (2004,2005)

• Aproksymacja skalarna w problemie diagnostyki bocznych skrzywień kręgosłupa. Stworzono oprogramowanie przeznaczone do wyznaczenia przebiegu kręgosłupa na podstawie zdjęcia termowizyjnego wykorzystując metodę aproksymacji skalarnej.
• Homogeniczność jako miara cechy rozkładów temperatury w termowizji. Zaproponowano nowe podejście do analizy miary rozmieszczenia zbiorów punktowych występujących przy pomiarach  termowizyjnych.
• Uproszczona analiza obrazu termowizyjnego kręgosłupa w diagnostyce skolioz.
• Ocena dokładności pomiarów temperatury okolic przykręgosłupowych na podstawie zdjęć termowizyjnych
• Zastosowanie termografii do oceny ćwiczeń u pacjentów z idiopatycznym skrzywieniem kręgosłupa
• Analiza komputerowa termogramów patologii kręgosłupa u dzieci
• Zastosowanie termografii u pacjentów z różnymi chorobami kręgosłupa. Przedstawiono analizę rozkładów temperatur okolicy przykręgosłupowej u dzieci i młodzieży z idiopatycznym skrzywieniem kręgosłupa.
• Zastosowanie dekompozycji kwadratowo drzewowej do analizy rozkładów temperatury w diagnostyce skolioz. Podjęto próbę zastosowania dekompozycji kwadratowo-drzewowej do wyodrębnienia na podstawie zdjęć termowizyjnych pacjentów ze schorzeniami kręgosłupa.
• Zastosowanie metod identyfikacji obiektów w badaniach termowizyjnych pacjentów ze skrzywieniami kręgosłupa.
• Wykorzystanie termografii do doboru ćwiczeń w bocznych idiopatycznych skrzywieniach kręgosłupa

Trójwymiarowe pozycjonowanie ciała (2006,2007)

• Komputerowe metody analizy i przetwarzania obrazów podstawą automatycznej diagnostyki medycznej
• Automatyzacja pomiaru na obrazach cyfrowych w zastosowaniu do fotogrametrycznego systemu trójwymiarowego pozycjonowania ciała dla celów rehabilitacji leczniczej
• Lokalizacja położenia poszczególnych narządów na podstawie wcześniej wykrytych markerów.
• Detekcja źrenic oczu
• Własności wybranych typów sieci neuronowych wykorzystywanych do detekcji położenia oczu pacjenta

Analiza mikrotubul (2005,2006)

• Analiza zmienności kata nachylenia mikrotubul
• Modelowanie 3D wzrostu i podziału komórek merystemu pędu korzenia
• Zaawansowane metody analizy nachylenia mikrotubul
• Analiza orientacji mikrotubul z wykorzystaniem metod przetwarzania obrazów.

Analiza struktur komórkowych (2005,2006)

• Segmentacja struktur komórkowych
• The cell structures segmentation with using of decision trees.,
• The photometric analysis of selected cell structures.,

Analiza obrazów termowizyjnych bólów głowy (2004 - 2006)

• Diagnostyka bólów głowy na podstawie sekwencji obrazów termowizyjnych

Analiza obrazów tomograficznych oka

• Zrealizowano algorytm przeznaczony do wykrywania warstw pośrednich siatkówki oka (umieszczonych między warstwą wewnętrznej granicy siatkówki a warstwą barwnika).
• Stworzenie algorytmu wykrywającego warstwy wewnętrznej granicy siatkówki i warstw barwnika.
• Porównanie znanych oraz stworzonych algorytmów analizy warstw widocznych na obrazie tomograficznym wraz z oceną dokładności przeprowadzonej rekonstrukcji 3D i pomiarem grubości warstw.