Układ scalony BioSoC, czyli jak monitorować zdrowie człowieka

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych PW jest jedną z niewielu jednostek w kraju, które specjalizują się w projektowaniu układów mikroelektronicznych. Nic więc dziwnego, że to właśnie naukowcy z Politechniki Warszawskiej mieli za zadanie opracowanie nowej technologii, umożliwiającej monitorowanie stanu zdrowia człowieka w warunkach dynamicznych. Prace prowadził zespół prof. nzw. dr. hab. inż. Witolda Pleskacza z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych. Budowa układu scalonego BioSoC (ang. Bio System on Chip) była częścią projektu BIOSIP pt. "Mikroukładowa technologia pomiaru parametrów psychofizjologicznych w warunkach dynamicznych". BioSiP to minimoduł integrujący funkcje i możliwości pomiarowe współczesnych urządzeń diagnostycznych. Opracowany system pomiarowy stanie się atrakcyjny jako element urządzeń mobilnych nowej generacji, składnik systemów monitorowania i ochrony zdrowia. Pięć w jednym W układzie BioSoC zintegrowane zostały systemy monitorujące parametry psychofizyczne człowieka: aktywność elektryczną serca (EKG), aktywność elektryczną mięśni (EMG), temperaturę ciała, poziom stresu (rezystancja skóry) i częstość oddechu. Układ ten będzie integrował wiele torów analogowych wraz z przetwornikami analogowo-cyfrowymi oraz mikrokontrolerem w jednej strukturze krzemowej. Zamknięcie tego systemu w jednej strukturze gwarantuje jego większą niezawodność. Ponadto pobiera on mniej energii, dzięki czemu nie ma żadnych przeszkód, żeby zasilać go bateriami. Mikroukłady są też po prostu tańsze w produkcji. Efektem dotychczasowych prac jest zaprojektowana i wyprodukowana w krótkiej serii prototypowej pierwsza wersja układu BioSoC. Układ scalony składa się z 4,6 miliona tranzystorów, wymiary struktury krzemowej to 5 mm x 5 mm (25 mm2), a liczba wyprowadzeń wynosi 84. Na straży bezpieczeństwa Technologia ta pozwoli na monitorowanie stanu zdrowia człowieka w warunkach dynamicznych, np. pilota podczas lotu, maszynisty kolejowego, motorniczego w tramwaju, kierowcy autobusu lub ciężarówki czy operatora koparki lub dźwigu na budowie. – Jeśli taka osoba zasłabnie podczas wykonywania swojej pracy może spowodować katastrofę, zagrażać własnemu życiu czy życiu innych – podkreśla prof. Witold Pleskacz. – Dzięki urządzeniu, które będzie na bieżąco monitorować parametry życiowe takich osób, możemy kontrolować ich samopoczucie i w razie zagrożenia jak najszybciej zainterweniować. Często takie osoby pracują z dala od ludzi, którzy mogliby im pomóc w stanie zagrożenia życia. Urządzenie przekazywałoby sygnał do bazy, pracownik otrzymywałby polecenie jak najszybszego przerwania pracy, a jednocześnie można by do niego wysłać pomoc medyczną. Prywatne urządzenie monitorujące System umożliwia zbieranie informacji, ich analizę i interpretację przy wykorzystaniu tylko jednego układu scalonego. Jest to osiągnięcie unikalne w skali światowej. Dzięki powyższym cechom stanowi doskonałą bazę do budowy rozwiązań technicznych na rynek urządzeń przenośnych, jak również bardzo szybko rozwijający się rynek tzw. technologii ubieralnych (ang. wearables). Przede wszystkim nie szkodzić Praca naukowców z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych odbywała się na styku nauk medycznych i inżynierskich. Dlatego niezwykle ważna była współpraca z Instytutem Techniki i Aparatury Medycznej i Wojskowym Instytutem Medycyny Lotniczej, które mogły służyć wiedzą z zakresu medycyny. – Dla wielu osób z zespołu to był pierwszy projekt biomedyczny i musieliśmy poszukać informacji poza dziedziną, którą zajmujemy się na co dzień – zaznaczał mgr inż. Krzysztof Siwiec, doktorant w Instytucie Mikroelektroniki i Optoelektroniki, pracujący przy projekcie BioSoC. – Poznać parametry, które nasz układ ma odczytywać, zapoznać się z normami. Zresztą zawsze podczas projektowania trzeba szukać nowych rozwiązań, wychodzić ponad to, co było nam znane do tej pory. Urządzenie przygotowane przez naukowców z Politechniki Warszawskiej oczywiście nie zastąpi sprzętu znajdującego się w szpitalach czy gabinetach lekarskich. W warunkach dynamicznych zbieranie informacji np. o aktywności elektrycznej serca jest znacznie trudniejsze i mniej dokładne niż wyniki EKG wykonanego w gabinecie lekarskim. Urządzenie ma raczej pełnić funkcję kontrolną. W przyszłości mogłoby np. pomagać monitorować parametry stanu zdrowia osób potrzebujących regularnej opieki medycznej, np. po zawałach, wylewach lub udarach, operacjach serca, z chorobami układu krążenia lub chorych na cukrzycę. Docenieni na arenie międzynarodowej Wynalazek został już doceniony przez międzynarodowe środowisko naukowe. Badacze zdobyli złoty medal z wyróżnieniem na 64. Światowych Targach BRUSSELS INNOVA 2015 oraz złoty medal na Międzynarodowych Targach Wynalazczości INOVA CROATIA 2015. Działania naukowców prowadzone były od października 2012 roku do końca kwietnia 2016 roku w ramach projektu NCBR. Badania realizowało konsorcjum, w skład którego, obok Politechniki Warszawskiej, wchodziły: Instytut Techniki i Aparatury Medycznej (lider), Wojskowy Instytut Medycyny Lotniczej, Instytut Technologii Elektronowej (odpowiedzialny za projekt topografii masek części bloków analogowych układu BioSoC) i FONON Sp. z o. o. (Partner przemysłowy)." Źródło: Politechnika Warszawska