Стартап для проверки мозга

Сейчас во время процедуры врач наносит специальный гель на кожу головы, а электроды крепятся на шапочку. Разработка студентов основана на безгелевых электродах, а крепиться они будут на шлем с подвижными элементами. Это позволит повысить точность исследования, а саму процедуру сделать комфортнее и для пациента, и для медработника.

Созданием нового устройства занимается стартап студентки Высшей школы технологического предпринимательства Института передовых производственных технологий петербургского Политеха Анны Винокуровой. Она рассказала «Стимулу», почему ее команда решила заняться разработкой шлема.

«Мои коллеги из университета долгое время занимаются изучением свойств биосовместимых электропроводящих материалов, — говорит исследователь. — Такие материалы обладают удивительными свойствами и могут быть использованы во многих областях, но мы выбрали медицину как приоритетное направление. Дело в том, что спектр применения электродиагностики в медицине значительно расширился после того, как стало известно, что электроактивными являются не только клетки нервной системы и ткани сердца, но также кожа, слизистые оболочки, костная ткань, мышцы. То есть это бурно развивающееся направление в медицине. Кроме того, с каждым годом растет потребность в электроэнцефалографических исследованиях. Причины — такие факторы, как старение населения, стрессовая атмосфера в больших городах, последствия коронавируса».

Разработчики изучали современные тренды и прогнозы аналитиков, а базой для исследований в этой области послужили отчеты таких аналитиков, как IMD, Deloitte, из медицинской отрасли — статьи из журнала Lancet.

Что такое ЭЭГ

При помощи электроэнцефалографии исследуют состояние человеческого мозга, регистрируют его электрическую активность. ЭЭГ позволяет обнаружить патологические процессы и признаки эпилепсии. Средняя продолжительность процедуры — около часа.

Головной мозг человека состоит из миллионов особых клеток — нейронов. Любая активность нейронов порождает тонкий электрический импульс, который называется потенциалом. Конечно, вспышку отдельного нейрона трудно зафиксировать, не имея с ним прямого контакта. Но когда тысячи нейронов выстреливают одновременно, они генерируют электрическое поле, причем достаточно сильное, чтобы распространиться через ткани, кости и череп. В результате мы можем измерить его на поверхности головы.

Биоэлектрическую активность мозга регистрируют специальные электроды, которые накладывают на кожу головы. Они улавливают колебания и усиливают их, данные записываются в виде особых кривых, так называемых волн. В зависимости от формы, частоты и амплитуды их подразделяют на пять видов: α- (альфа), β- (бета), δ- (дельта), θ- (тета) и μ- (мю) волны. Каждая отображает работу определенного отдела мозга и названа первой буквой его латинского наименования.

Одним из основателей метода считается физиолог и психиатр из Германии Ганс Бергер. В 1924 году он первым провел процедуру, напоминающую запись ЭЭГ, при помощи гальванометра. Позже для проведения электроэнцефалографии разработали энцефалограф. Изначально ЭЭГ применяли исключительно для выявления у человека психических нарушений. Лишь со временем ученые выяснили, что метод позволяет обнаруживать и другие отклонения, не связанные с психиатрией.

Когда нужна ЭЭГ

Врачи назначают ЭЭГ при следующих показаниях:

— затяжная бессонница и другие расстройства сна, в том числе апноэ, сомнамбулизм и разговоры во время сна;

— судорожные приступы;

— заболевания щитовидной железы;

— признаки нарушения развития у детей или психические отклонения у взрослых;

— опухоли мозга, патологические изменения сосудов шеи и головы, обнаруженные в ходе УЗИ;

— частые мигрени, жалобы на регулярные головокружения, ощущение постоянной усталости;

— панические атаки, аутизм, синдром Аспергера, заикание, нервный тик, задержка речевого и психического развития у детей;

— менингиты, энцефалиты;

— после недавно пережитых черепно-мозговых травм;

— после инсульта и микроинсульта;

— после нейрохирургических операций.

Стоит отметить, что энцефалография не только дает возможность выявить определенные отклонения, но также помогает отличить истинные расстройства от истерических проявлений или симуляции.

Главное ноу-хау в разработке – подвижные электроды, которые меняют свое положение в нескольких плоскостях; медработник движением руки сможет настроить оборудование с учетом индивидуальных особенностей формы головы

Пресс-служба СПбПУ

Инновационный шлем

«Создать “сухие” электроды нам посоветовали врачи, — рассказывает Анна Винокурова. — Они указали на недостатки гелевых проводников. Даже самый качественный гель немного, но искажает показания во время исследования, а на его нанесение и удаление с волос после ЭЭГ тратится время. Таким образом, идея создания устройства родилась на стыке фундаментальных исследований физико-химических свойств новых материалов, практического медицинского опыта и изучения глобальных трендов в сфере охраны здоровья».

Команда разработчиков покрыла электроды полимерным материалом с высокой электропроводностью. Испытания прошли в одной из петербургских клиник и сразу показали хороший результат с точки зрения точности исследования. Но медики честно признались, что на крепление «сухих» электродов уходит даже больше времени, чем раньше. «Так родилась идея создать не просто электрод с полимерным покрытием, а принципиально новый способ их крепления с помощью универсального для всех пациентов шлема, — говорит Анна Винокурова. — К работе над проектированием мы привлекли студентов Высшей школы автоматизации и робототехники Института машиностроения, материалов и транспорта Политеха».

Молодые инженеры сначала провели исследование рынка аналогичных устройств. Подобные изделия зарубежных производителей выглядят в разы массивнее из-за встроенных прямо в шлем wi-fi-модулей. Кроме того, у них нет возможности менять положение электродов на голове пациента, из-за чего шлемы подходят не всем. Так родилась идея создать простой и компактный шлем с подвижными электродами и без сложной дополнительной нагрузки. «Данные со шлема по проводам поступают на стандартный прибор, который есть в любом медицинском учреждении. Кроме удобства это в будущем позволит медикам сэкономить бюджет и не менять весь парк медоборудования для электроэнцефалографии», — отметил руководитель студенческой команды разработчиков Джафар Коваленко.

Главное ноу-хау в разработке — подвижные электроды, которые меняют свое положение в нескольких плоскостях. После того как шлем наденут на пациента, медработник движением руки сможет настроить оборудование с учетом индивидуальных особенностей формы головы. Так будет обеспечена максимальная точность при проведении электроэнцефалографии. Но важно и то, что серьезно снижается время на проведение процедуры, это позволит врачу за одну смену принять больше пациентов. Отметим, что покрытые полимером электроды можно дезинфицировать спиртом или помещать в автоклав с высокой температурой.

После подготовительной работы на основании расчетов разработчики распечатали прототип устройства на 3D-принтере и сейчас проводят очередной этап отладки. Разработкой уже заинтересовались зарубежные партнеры: команда участвовала в акселерационной программе Start for Future мюнхенского центра предпринимательства, где получила приглашение продолжить работу над проектом в португальском бизнес-инкубаторе. Однако исследователи приняли решение остаться в России и подали заявку на грант «Старт-1» для молодых предпринимателей от Фонда содействия инновациям. Студентов поддерживают и в родном вузе. Они выиграли в конкурсе студенческих проектов курса «Основы проектной деятельности» в номинации «Научно-технические проекты». Денежный приз выделили из Фонда целевого капитала развития СПбПУ.