Bio-elektromagnetismus

Výzkumný tým Bio-elektromagnetizmu

 

Výzkumný tým Bio-elektromagnetizmu se především zabývá návrhem přístrojového vybavení pro tzv. mikrovlnnou hypertermii, která se úspěšně využívá k léčbě rakoviny. Nejčastěji se tato metoda kombinuje s radioterapií, kde i při radikálním snížení dávek radioterapie dochází ke zvýšení celkové účinnosti léčby. Snížení dávek radioterapie dále vede k omezení nežádoucích vedlejších účinků léčby.
Dále se zabýváme vývojem metody a systému povrchového mapování bioelektrické aktivity srdce. Pomocí této metody lze neinvazivně diagnostiko
vat procesy de-/repolarizace komor srdce. To je zvláště důležité pro pacienty s více patologiemi, jako je infarkt myokardu nebo ischemie s mimoděložním činnosti v komorách.


Kdo jsme?
Praktický význam
Kdo financuje náš výzkum
Projekty pro studenty
Publikace v impaktovaném časopise
Monografie
S kým spolupracujeme
 

Kdo jsme?

Náš výzkumný tým je zaměřen na základní i aplikovaný výzkum možností využití EM (elektromagnetického) pole v oblasti biomedicíny. Výzkum je zaměřen nejen na léčebné, ale i na diagnostické aplikace EM pole v medicíně. Další významnou aktivitou tohoto týmu je výzkum pozitivních i negativních interakcí elektromagnetického pole s živými organizmy a stanovování bezpečných limitů pro vystavení populace elektromagnetickému poli.

prof. Ing. Peter Kneppo, DrSc. - Po odborné stránce se věnuje zejména nejistotám při měření a metrologii, povrchovému mapování srdečních potenciálů a dále otázkám ekonomiky a managementu zdravotnictví.
 

doc. Dr.-Ing. Jan Vrba, M.Sc. - Předmětem zájmu jsou především numerické simulace současně probíhajících fyzikálních jevů a návrh systémů pro měření komplexní permitivity v mikrovlnné oblasti.
 

Ing. David Vrba, Ph.D. - Zabývá se vývojem nových typů EM aplikátorů pro lékařské účely na bázi metamateriálových struktur.
 

Mgr. Ksenia Sedova,Ph.D. – Zaměřuje se na hodnocení heterogenity repolarizace srdečních komor prostřednictvím počítačových simulací a in vivo experimentů a na predikce fatálních komorových arytmií při ischemie/reperfuze myokardu na základě analýzy EKG signálu.
 

Olena Punshchykova, M.Sc. – Cílem je nalézt optimální metodu řešení inverzní úlohy elektrokardiografie pro ektopické aktivity v komorách.

 

Praktický význam

Nové technologiena bázi využití EM pole, zpravidla využívající mikrovlnné principy, hrají v oblasti moderní medicíny stále významnější roli (viz např. MR, EKG, EEG, hypertemie, termoterapie, termoablace, atd.) a lze očekávat, že technologie na bázi EM pole mají velký potenciál přinést mnoho nových významných příspěvků do terapie a diagnostiky i v blízké budoucnosti. A tím zvýšit pravděpodobnost úspěšné léčby pro mnohé pacienty. 
Nejčastější příčinou náhlého úmrtí jsou fatální komorové arytmie v důsledku porušení elektrických vlastností srdce. Jednou z aktivity našeho týmu je vyvinout neinvazivní hodnocení elektrofyziologické poruchy v komorách srdce. Proto používáme systém povrchového mapování srdce Procardio-8 s 64 aktivními elektrodami. Analýza distribučních map elektrického potenciálu na povrchu trupu člověka vyhodnotí bioelektrické aktivity srdce. Tak je možné pomocí této metody diagnostikovat srdeční funkce neinvazivně. To je zvláště důležité pro pacienty s více patologiemi, jako je infarkt myokardu nebo ischemie s mimoděložními činnostmi v komorách.

 

Kdo financuje náš výzkum

Financování našich výzkumných aktivit je zajištěno formou výzkumných projektů podporovaných různými grantovými agenturami případně pak formou hospodářských smluv s průmyslovými firmami. V současné době jsou naše výzkumné aktivity financovány v rámci těchto projektů:

Evropské projekty COST
  1. BM1309 European network for innovative uses of EMFs in biomedical applications (David Vrba člen management committee projektu).
  2. TD1301, Development of a European-based Collaborative Network to Accelerate Technological, Clinical and Commercialisation Progress in the Area of Medical Microwave Imaging (Jan Vrba management committee substitute)
Agentura pro zdravotnický výzkum České republiky
  1. AZV (15-31538A) "Diagnostika a terapie orofaciální bolesti" (spoluřešitel Jan Vrba).
  2. AZV (15-30456A) "Prevence motorických deficitů po epileptochirurgických výkonech u dětí" (člen týmu David Vrba).

Grantová agentura České republiky

  1. GAČR (17-00477Y), "Fyzikální podstata interakcí EM pole generovaného MTM strukturami s lidským tělem a studie možnosti jejich perspektivního využití v medicíně" (řešitel Jan Vrba)
  2. GAČR (14-00386P), "Studium tepelných a netepelných účinků vysokovýkonových elektromagnetických polí na strukturu hmoty" (řešitel Jan Vrba)
  3. GAČR (14-10100S), "Využití nových kmenů myší pro výzkum regulační úlohy NK buněk v rozvoji a terapii nádorů" (člen týmu Jan Vrba)
  4. GAČR (13-29857P), "Interakce lidského těla s EM polem vyzářeným metamateriálovými strukturami" (řešitel David Vrba)

Projekty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

  1. LD – COST CZ , "Theranostické užívání MV a nanokonstruktů pro selektivní protinádorové intervence" (člen týmu Jan Vrba)
  2. Inova centrum ČVUT v Praze, "Systém mikrovlnného zobrazování mozkových příhod v reálném čase" (řešitel Jan Vrba)
  3. FRVŠ: Laboratoř pro praktickou výuku metod lékařské diagnostiky a terapie založených na využití elektromagnetických vlastností biologických tkání (spoluřešitel Jan Vrba)

Projekty ČVUT

  1. SGS16/259/OHK4/3T/17 Numerické modelování neurostimulací (řešitel David Vrba)
  2. SGS13/229/OHK4/3T/17 Modelování ektopického ohniska arytmie v komorách (řešitel Olena Punshchykova)

  

Projekty pro studenty

Modelové výpočty pro termoterapii
Termometrie pro mikrovlnnou termoterapii
Aplikátor pro intrakavitární termoterapii
Metody testování mikrovlnných aplikátorů
Aplikátor pro lokální mikrovlnnou termoterapii
Měření komplexní permitivity
Software pro mikrovlnnou laboratoř
Návrh mikrovlnného systému pro diagnostiku nádorů
Simulace komorových extrasystol
Zkoumání vlivu zprůměrnění EKG signálů řešení inverzní úlohy

 

 

Publikace v impaktovaném časopise

 

2017

  1. Vrba, D., Vrba, J., Rodrigues, D. B., Stauffer, P., “Numerical Investigation of Novel Microwave Applicators Based on Zero-Order Mode Resonance for Hyperthermia Treatment of Cancer,“ Journal of the Franklin Institute – In Press. IF = 2.395. Available online at: http://dx.doi.org/10.1016/j.jfranklin.2016.10.044

2016

  1. Vrba, D., Rodrigues, D. B., Vrba, J., and Stauffer, P. R., "Metamaterial antenna arrays for improved uniformity of microwave hyperthermia treatments," Progress In Electromagnetics Research, Vol. 156, 1-12, 2016. IF = 1.229.
  2. Punshchykova, O., Švehlíková, J., Tyšler, M., Grünes, R., Sedova, K., Osmančík, P., Žďárská, J., Heřman, D., Kneppo, P. "Influence of Torso Model Complexity on the Noninvasive Localization of Ectopic Ventricular Activity ". Measurement Science Review, vol. 16, no. 2, p. 96-102, 2016. ISSN 1335-8871. IF = 0.989

2015

  1. Vrba, J., Karch J., and Vrba D., „Microwave Glucose Monitoring in Aqueous- and Blood-Glucose Solutions: In Vitro Feasibility Study,” International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2015, 2015, Article ID 570870, 5 pages, ISSN 1687-5869. IF = 0.827.
  2. Vrba, J., Vrba, D., “A Microwave Metamaterial Inspired Sensor for Non-Invasive Blood Glucose Monitoring,” Radioengineering. 2015, vol. 2015, no. 4, p. 877-884. ISSN 1210-2512. IF = 0.653.
  3. Dario B. Rodrigues, Paul R. Stauffer, David Vrba and Mark D. Hurwitz, The use of therapy ultrasound in treatment and pain palliation of bone tumors, International Journal of Hyperthermia vol. 31, no. 3, p. 260-271 ISSN 0265-6736, IF 2.769
  4. Sedova K, Bernikova O, Azarov J, Shmakov D, Vityazev V, Kharin S. Effects of echinochrome on ventricular repolarization in acute ischemia. J Electrocardiol 2015. 48(2): 181-6. IF 1.363
     

2012 - 2014

  1. Vrba, D., Vrba, J., “Novel Applicators for Local Microwave Hyperthermia Based on Zeroth-Order Mode Resonator Metamaterial,” International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2014, 2014. ISSN 1687-5869. IF = 0.827.
  2. Vrba, J., Vrba, D., “Temperature and Frequency Dependent Empirical Models of Dielectric Properties of Sunflower and Olive Oil,” Radioengineering, vol. 22., no. 4, 2013. IF = 0.798. 
  3. Pokorny, J., Foletti, A., Kobilkova, J., Jandova, A., Vrba, J., Vrba, J., Nedbalova, M., Cocek, A., Danani, A. Tuszynski, J. A., “Biophysical Insights into Cancer Transformation and Treatment,” Sci. World J., vol. 2013, Jun. 2013. IF = 1.219.
  4. Weiss, R., Weiss, M., Beasley, K., Vrba, J., Bernardy, J., “Operator Independent Focused High Frequency ISM Band for Fat Reduction: Porcine Model,” Lasers Surg. Med., vol. 45, no. 4, pp. 235–239, 2013. IF = 2.611.
  5. Vrba, J., Jansen, R. H., Diewald, A. and Baum, G., “Investigation of electromagnetic field radiation and substrate mode excitation caused by microstrip via structures,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 26, no. 13, pp. 1779–1787, 2012.
  6. Polívka, M. - Vrba, D.: Input Resistance of Electrically Short Not-too-Closely Spaced Multi-Element Monopoles with Uniform Current Distribution. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012, vol. 11, no. 1, p. 1592-1595. ISSN 1536-1225. IF 1.948

 

Monografie

Titomir, Leonid I., and Peter Kneppo. Bioelectric and Biomagnetic Fields: Theory and Applications in Electrocardiology. CRC, 1994.

L. I. Titomir, P. Kneppo,“ Mathematical Simulation of the Bioelectrical Heart Generator“, Moscow: Fizmatlit, 2000, 448 pp., ISBN: 5-02-015245-5.

L. I. Titomir, P. Kneppo , V. G. Trunov, E. A. – I. Aidu,“Biophysical Foundations of Electrocardiotopographic Methods“, Moscow: Fizmatlit, 2009, 236 pp., ISBN: 978-5-9221-1162-1.

 

S kým spolupracujeme

Univerzitní Nemocnice Thomase Jeffersona, Filadelfia, USA
Eledia Research Center, Trento, Itálie
Fakulta elektrotechnická, ČVUT v Praze
Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.
ALBA – RESTEK Group, Itálie
BTL Praha
Mikrobiologický ústav AV ČR
Institute of Measurement Science Slovak Academy of Sciences
Intercollegiate College of Medical Engineering National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute"
National M.Amosov Institute of Cardiovascular Surgery of the Academy of Medical Sciences of Ukraine
E.O.Paton Electric Welding Institute of NAS of Ukraine
Laboratory of Cardiac Physiology Institute of Physiology, Komi Science Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences