Технологии для здоровья. Ученые ГрГУ имени Янки Купалы разработали систему визуализации вен
Курировал проект его научный руководитель – заведующий кафедрой электротехники и электроники, кандидат физико-математических наук, доцент Купаловского вуза Андрей Герман.
Как идея воплотилась в жизнь
В прошлом году ГрГУ имени Янки Купалы выпустил первых специалистов, которые обучались по совершенно новой специальности – «Промышленные роботы и робототехнические комплексы». Среди выпускников был и наш герой Максим Шкута. Тему для дипломной работы молодой человек выбирал вместе со своим научным руководителем Андреем Евгеньевичем Германом.
– Поскольку вопросы автоматизации в условиях современного производства во многом решаются с использованием технологий машинного зрения, мы решили посвятить ему одно из направлений нашей работы. Вот так у меня родилась идея дать Максиму тему для дипломной работы, ориентированную на решение задач в области машинного зрения и искусственного интеллекта, – рассказывает Андрей Герман.
Чуть позже преподаватель вместе со студентом окончательно определились, что займутся разработкой системы визуализации вен. Она предназначена для облегчения поиска вен при выполнении различных медицинских манипуляций. К примеру, при заборе крови, различных инъекциях. Выбранная тема интересовала физиков не столько с точки зрения медицины, сколько с точки зрения самой технологии, анализа изображения.
Прибор для визуализации вен
В целом, отмечает Андрей Герман, задача по визуализации вен для научного сообщества не новая. Существует немало различных устройств, выпускаемых как в Беларуси, так и за рубежом. Но у системы, разработанной учеными Купаловского университета, есть ряд преимуществ.
Безопасно и бюджетно
Главное – простота использования. Прибор не требует специальных навыков, а также доступен в цене: она значительно ниже, чем у аналогов. Устройство гродненских физиков компактное и легкое, а также не использует инвазивные методы и опасные излучения.
Что еще немаловажно: в отличие от подобных устройств эта система использует современные инфракрасные светодиоды и недорогую IP-камеру с разрешением 4K. Это дает возможность создавать высококонтрастное изображение, позволяя быстро находить вены даже в самых сложных случаях.
– Устройство позволяет снизить количество неудачных венепункций, а это, в свою очередь, приводит к сокращению расходов на иглы, шприцы, ватные тампоны и другие расходные материалы. Использование разработки будет способствовать экономии рабочего времени, снижению затрат на обучение медицинского персонала, повышению качества оказания медицинских услуг и в целом комфортному лечению пациентов, – поясняет Андрей Евгеньевич.
Изображение в реальном времени
Максим Шкута приступил к работе над проектом осенью 2023 года, а уже к весне 2024 года система была практически готова. Для создания устройства требовалась видеокамера и система подсветки. Поскольку профессиональная видеокамера, которая используется в системах машинного зрения, стоит немалых денег, наши ученые решили поэкспериментировать и купили бюджетный вариант – IP-камеру, которая используется для систем видеонаблюдения и ориентирована на работу в темноте с использованием инфракрасной подсветки.
Максим сделал собственный модуль подсветки, после этого потрудился над конструктивным исполнением прибора: смастерил шасси, на котором установлена камера, создал источник питания, элементы подключения. Вскоре устройство протестировали и получили тестовые изображения.
Заключительным этапом стало написание софта (программного обеспечения), по которому прибор должен в реальном времени обрабатывать изображения: находить вены, повышать их контрастность и отображать итоговую картинку на мониторе компьютера.
– Наша система использует безвредный ближний инфракрасный свет, который направляется на кожу пациента. Гемоглобин поглощает инфракрасное излучение, а окружающая ткань отражает его. Дальше получаемое с помощью камеры изображение передается для обработки в персональный компьютер. И все это в реальном времени, – объясняет Максим Шкута.
По словам молодого человека, самым трудным этапом стала итоговая сборка прибора. Сразу выявились небольшие проблемы с корпусом, чуть позже с программным обеспечением. Но стоило приложить усилия и исправить недочеты – проект был готов.
А что дальше?
Дипломную работу Максим Шкута защитил на отлично. После выпускного он устроился на работу инженером на одно из ведущих промышленных предприятий областного центра – «Завод Химволокно» ОАО «Гродно Азот». В рабочий процесс Максим влился быстро. Теперь он на практике применяет то, что получил за годы обучения в вузе. Молодой специалист охотно работает с инновационными технологиями. Меньше чем за год он уже реализовал несколько важных проектов.
Сейчас выпускник Купаловского вуза отмечает: во время студенчества разработка системы визуализации вен полностью его устраивала, но, если бы он занимался этим сегодня, многое сделал бы иначе. К примеру, значительно модернизировал бы устройство.
Прибор Максим оставил в университете. Теперь он используется в образовательном процессе. С помощью него и других устройств нынешние студенты физико-технического факультета обучаются технологиям машинного зрения. Но надежд на то, что у прибора все еще может быть большое будущее, гродненские ученые не теряют. Тем более идеи по его доработке уже есть.
– Если видеокамеру в устройстве заменить на более профессиональную, оптимизировать программные алгоритмы, а также в целом чуть доработать прибор, его вполне можно использовать в реальной жизни, в том числе в медучреждениях, – говорит Андрей Герман.
Андрей Евгеньевич приводит пример: используя технологию дополненной реальности, при помощи небольшого внешнего проектора можно проецировать рисунок вен непосредственно на кожу пациента. То есть медработнику не нужно следить за изображением на мониторе: проекция вен будет прямо на теле человека, что значительно облегчит различные медицинские манипуляции.
– Если позволит время и появится возможность доработать систему, буду рад снова этим заняться. Но, как автор разработки, не возражаю, если кто-то из сегодняшних студентов доработает и улучшит систему вместо меня, подарит ей вторую жизнь, – заключил Максим Шкута.
В ТЕМУ
Прототип системы визуализации вен был представлен на нескольких выставках, в том числе на Международной специализированной выставке ТИБО, которая минувшим летом прошла в Минске. Гости мероприятия не только с интересом наблюдали за работой системы, но и пробовали испытать устройство на себе.