LERCO

VP5 – Neurorehabilitace s využitím umělé inteligence

Výzkumný program je tvořen 4 hlavními aktivitami.

Hlavní aktivita 1 Humanoidní robot v medicíně

Cílem aktivity je vyvinout funkční model humanoidního robota včetně dílčích prvků odpovídajících fyziognomii lidského těla, vyvinout vhodný software k novému typu robota a to tak, aby byl model humanoidního robota využitelný v oblasti telemedicíny, respektive v neurorehabilitaci.

Aktivita bude realizována v dílčích etapách s definovanými cíli, očekávanými pravděpodobnými výstupy, přínosy a poznatky:

  • Rešerše současného stavu využití robotického systému v rehabilitaci
    • sběr dat a podkladů pro definici struktury robota
    • vypracování rešerše na základě dat
    • upřesnění parametrů pro strukturu robota

  • Analýza struktury robota

    • upřesněné parametry budou zpracovány techniky
    • návrh struktury robota – skelet
    • návrh struktury robota – aktivní pohybové prvky (servopohony)

  • Projekce 3D částí robota
    • návrh 3D dílů robota v SW
    • projekce uchycení dílů ke skeletu

  • Projekce elektroniky robota
    • projekce elektroniky pro řízení servopohonů
    • projekce kabeláže
    • Výběr modulu pro řízení
    • výběr senzorů
    • návrh vlastního řídícího systému – elektroniky

  • Zajištění dílů robota skeletu
    • tisk dílů robota na 3D tiskárnách
    • začištění, kontrola provedení dílů
    • nákup a kompletace servopohonů, senzorů, řídícího systému

  • Kompletace a testování robota
    • postupná kompletace a testování dílů (L/P dolní končetina, L/P horní končetina, pánev, páteř, trup, hlava)
    • připojení řídícího systému a kompletace celého robota

  • Návrh a programování pohybů robota
    • popis pohybů jednotlivých částí robota z pohledu potřeb fyzioterapie
    • programování implementace pohybů robota
    • testování technické funkčnosti
    • testování z medicínského pohledu
    • úprava dle zpětné vazby

  • Výzkum využití vyvinutého robota pro telerehabilitaci
    • návrh řešení telemedicínského přenosu rehabilitace pacienta s vyvinutým robotem prostřednictvím dozorujícího robota (systému)
    • vývoj komunikačního SW
    • testování komunikace s lékařem prostřednictvím dozorujícího robota
    • zpětná vazba a úprava SW

  • Ošetření duševního vlastnictví

Hlavní aktivita 2 Integrace samostatných a Extended Reality (EX) technologií v neurorehabilitaci

Cílem této aktivity je vyvinout inovativní neurorehabilitační hardwarové a softwarové komponenty, které jsou efektivní jak samostatně, tak v kombinaci s rozšířenou virtuální realitou, aby se maximalizoval terapeutický přínos a zlepšila dostupnost rehabilitační péče pro pacienty s neurologickými postiženími.

Aktivita bude realizována v dílčích etapách s definovanými cíli, očekávanými pravděpodobnými výstupy, přínosy a poznatky:

  • Návrh a vývoj nezávislého hardwaru a softwaru:
    • Vyvinutí hardwarových komponent, které mohou fungovat samostatně bez VR.
    • Vývoj softwaru pro neurorehabilitační hry a aplikace, které jsou plně funkční i bez VR.
    • Zajištění, že HW a SW jsou optimalizovány pro použití jak samostatně, tak v rámci EX.

  • Integrace EX do HW a SW komponentů
    • Rozšíření vývoje HW a SW o EX funkce a kompatibility.
    • Návrh a implementace EX prvků, které rozšiřují možnosti samostatného HW a SW.
    • Adaptace a optimalizace HW a SW pro hladkou integraci s EX systémy.

  • Samostatné a EX testování odborníky
    • Testování HW a SW samostatně i v rámci EX.
    • Sběr zpětné vazby pro obě formy použití.
    • Modifikace a vylepšení HW a SW pro maximální efektivitu v obou režimech.

  • Preklinické testování ve dvojí podobě:
    • Testování HW a SW u pacientů v samostatném a EX režimu.
    • Srovnání účinnosti a přínosů obou přístupů.
    • Sběr a analýza dat pro každý režim zvlášť.

  • Implementace a optimalizace pro obě formy použití:
    • Integrace HW a SW do klinické praxe pro samostatné i EX použití.
    • Neustálé vylepšování a aktualizace na základě uživatelských zpětných vazeb.
    • Zajištění, že obě formy jsou uživatelsky přívětivé a snadno přístupné.

  • Analýza a optimalizace léčebných programů pro samostatné a EX použití:
    • Detailní vyhodnocení výkonu a efektivity v obou režimech.
    • Upravení a zdokonalení terapeutických programů na základě analýzy.
    • Diskuse a rozvoj v kontextu nejnovějších výzkumných poznatků.

  • Publikace výsledků a ochrana duševního vlastnictví pro oba režimy:
    • Publikace výsledků používání pro samostatný i EX režim.
    • Ochrana duševního vlastnictví pro unikátní aspekty obou přístupů.

Hlavní aktivita 3 VR Simulation

Cílem aktivity je vyvinout, otestovat a navrhnout postupy pro trénink operačních postupů ve virtuální realitě (např. vertebroplastika obratle, karpální tunel, kraniotomie apod.)

Aktivita bude realizována v dílčích etapách s definovanými cíli, očekávanými pravděpodobnými výstupy, přínosy a poznatky:

  • Návrh vhodné operace či operačního postupu
    • Výběr vhodnosti a návrh operace pro simulace lékaři, zhodnocení vhodnosti operace z pohledu využití ve virtuální realitě

  • Příprava podkladů pro zpracování operace do VR
    • Komplexní videodokumentace
    • Kompletní textová dokumentace
    • Popis nejčastějších chyb a krajních variant

  • Naprogramování funkční operace ve VR
    • Příprava wireframe
    • Konzultace s lékaři nad medicínskými tématy vs. SW
    • Naprogramování funkční verze

  • Testování operace ve VR
    • Testování týmem VRL
    • Testování funkčnosti interním týmem lékařů
    • Testování nezávislými lékaři

  • Revize programu
    • Zpracování zpětné vazby z testování, úprava SW
    • Opětovné testování SW

  • Zavedení simulačního programu do cloudového prostředí
    • Návrh administrace
    • Připojení do cloudu
    • Administrativně-organizační zajištění pro využívání SW (správa/zadávání/vyhodnocování)
    • Dopracování případné ZV z testování

  • Publikování výsledků a ošetření duševního vlastnictví

Hlavní aktivita 4 VR Surgey

Cílem aktivity je vývoj aplikací ve virtuální realitě, které pomohou při operacích mozku a jiných operacích, kde je pacient při vědomí - př. AWAKE, relaxace při operacích (odstínění pacienta od operačního okolí)

Aktivita bude realizována v dílčích etapách s definovanými cíli, očekávanými pravděpodobnými výstupy, přínosy a poznatky:

  • Návrh vhodné operace či operačního postupu
    • Výběr vhodnosti a návrh operace při vědomí pro simulace lékaři, zhodnocení vhodnosti operace z pohledu využití ve virtuální realitě

  • Příprava podkladů pro zpracování operace mozku/při vědomí do VR
    • Komplexní videodokumentace
    • Kompletní textová dokumentace
    • Popis nejčastějších chyb a krajních variant

  • Naprogramování funkční operace ve VR
    • Příprava wireframe
    • Konzultace s lékaři nad medicínskými tématy vs. SW
    • Naprogramování funkční verze

  • Testování operace ve VR
    • Testování týmem VRL
    • Testování funkčnosti interním týmem lékařů
    • Testování nezávislými lékaři

  • Revize programu
    • Zpracování zpětné vazby z testování, úprava SW
    • Opětovné testování SW

  • Zavedení simulačního programu do cloudového prostředí
    • Návrh administrace
    • Připojení do cloudu
    • Administrativně-organizační zajištění pro využívání SW (správa/zadávání/vyhodnocování)
    • Dopracování případné ZV z testování

  • Publikování výsledků a ošetření duševního vlastnictví

Spolupráce s dalšími VP a spolupracujícími subjekty

Z důvodu velmi silné mezioborové vazby spolupracuje výzkumný tým VP5 na některých dílčích aktivitách s výzkumnými týmy:

  • VP 7 – konzultace s lékařskými obory FNO pro vývoj robota a SW k léčbě pomocí virtuální reality nebo k tréninku operativních technik pomocí VR.

Pro přípravu aplikovatelnosti výzkumu do praxe budou v době experimentálního výzkumu zapojeny minimálně 2 spolupracující subjekty (bez generování zisků pro spolupracující subjekty), které budou participovat na

  • vývoji humanoidního robota
  • vývoji SW k využití v neurorehabilitaci


Vedoucí výzkumného programu

Foto