9. Биотелеметрия физиологических параметров

ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
«Биотелеметрия»
НОМИНАЦИЯ:
«реализованный / готовый к реализации проект»
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА:
Предлагаемый проект «Биотелеметрия» имеет большое значение для
специалистов и организаций, выполняющих работы по изучению различных
функций
организма
экспериментальной
исследования
расстоянии.
в
условиях
патологии.
физиологических
В
данном
физиологической
Биотелеметрия
параметров
нормы
позволяет
живых
проекте разрабатываются
и
проводить
организмов
специальные
на
виды
биотелеметрических сенсоров – радиоимплантанты.
Данная система может широко использоваться в фармакологических
исследованиях по изучению влияния новых веществ и лекарственных
препаратов на различные функции организма.
Сбор физиологических данных с использованием радиоимплантантов
имеет ряд преимуществ. Биотелеметрия позволяет проводить исследования
на бодрствующих животных в свободном поведении, исключая влияние
наркоза, стресса и ограничения свободы перемещений.
В настоящее время для исследований давления внутри левого
желудочка, объема крови внутри левого желудочка, объемной скорости
потока крови через сосуд используются инвазивные методы, но после
хирургической
операции
животные
погибают.
При
использовании
имплантантов животные могут быть использованы в многочисленных
опытах, что удешевляет проведение серии исследований.
Физиологические данные могут быть получены круглосуточно, без
привлечения лаборантов. Теоретически для круглосуточного наблюдения
можно использовать и старые методы, однако это практически невозможно,
так как для этого используется установка датчика внутрь животного с
выводом контактных элементов вне организма животного, в результате через
разрез в кожном покрове проникают различные инфекции, что существенно
сокращает сроки проведения эксперимента.
Вместе с тем, практически любые лабораторные животные могут быть
использованы в исследованиях с применением радиоимплантантов.
Кроме исследований на лабораторных животных радиоимплантанты
могут быть использованы для экологических исследований, так как
позволяют получать физиологические параметры у птиц в полёте, крупных
рыб в естественных условиях и других животных, исследование которых
старыми методами было вообще невозможно.
Все
старые
методы
вносят
значительные
погрешности
в
измерения, так как требуют проведения анестезии или ограничения
свободы перемещения при проведении исследований.
Использование радиоимплантантов требует определенного изменения
в
технологии
происходит
проведения
хирургическим
исследований.
методом,
Вживление
особенно
в
имплантантов
случае
анализа
гемодинамики, и требует послеоперационного восстановительного периода.
Однако, несмотря на необходимость проведения операции, как показывает
опыт, восстановление и адаптация проходит за сравнительной короткий
период, метод обладает меньшей травматичностью и в целом
оказывает
меньшее влияние на состояние экспериментального животного.
Следует
отметить
существенное
снижение
себестоимости
исследований за счёт уменьшения необходимого количества животных,
ведения протоколов, сокращения времени обработки данных и уменьшения
эксплуатационных затрат. Нельзя не сказать и о том, что данный метод
является более гуманным.
Применение биотелеметрии позволяет проводить многоцентровые
исследования, при этом лаборатории могут располагаться в разных городах, а
исследователи могут получать данные в реальном времени, что позволит
исключить
преднамеренные
результатов исследований.
фальсификации
и
случайные
искажения
Главной
задачей
является
создание
системы,
повышающей
эффективность биомедицинских исследований широкого профиля и в
частности исследования новых лекарственных средств. Комплекс может
представлять собой как замкнутый комплекс, находящейся в пределах одной
лаборатории, так и распределённую систему с соответствующими уровнями
иерархии или центральным серверов.
В общем виде система состоит из четырёх ключевых компонентов:
1. Имплантируемый телеметрический модуль, функционирующий
внутри животного по определённому алгоритму, осуществляющий прямое
измерение физиологических показателей и передачу результатов по
радиоканалу.
2. Базовая станциюя, с возможностью предварительной обработки и
хранения данных, а также реализующая протоколы обмена и управления
радиоимплантантами.
3. Распределенная система сбора и обработки экспериментальных
данных, обеспечивающая сбор информации с нескольких географически
распределенных лабораторий, хранения результатов в унифицированном
формате,
предоставления
исследователям
удаленного
доступа
к
накопленным данным.
4. Программный комплекс анализа данных, реализующий все
необходимые
математические
методы
для
полученных данных.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНИЦИАТОРЕ:
Инициатор
ФИО, контактного
лица
Пол
Почтовый индекс
Почтовый адрес
Регион
Город
ООО «ВЗМТ»
Сергеев Сергей Иванович
мужской
Волгоградская область
Волгоград
всестороннего
изучения
Телефон
Факс
Адрес
электронной
почты
89645744297
n/a
[email protected]
ОПИСАНИЕ ПРОДУКЦИИ (УСЛУГ):
В настоящее время разработан опытный образец, который позволяет
снимать показания температуры и электрокардиограммы.
Разрабатываемые имплантанты имеют различное исполнение и
параметры в зависимости от назначения. Конструктивное исполнение
учитывает подкожное и внутрибрюшное исполнение, в зависимости от
возможности, времени непрерывной работы и назначения (от мышей и крыс
до собак и приматов).
Проектируемые
имплантанты
позволят
снимать
следующие
физиологические параметры:
1. Температуру тела,
2. Частоту дыхания (косвенно),
3. Электрокардиограмму, миограмму, энцефалограмму,
4. Давление внутри левого желудочка,
5. Объём крови внутри левого желудочка,
6. Объёмную скорость потока крови через сосуд
7. Скорость распространения пульсовой волны
и оценку эластичности сосудов.
8. Горизонтальную и вертикальную активность
Наряду
с
прочими
оригинальными
техническими
решениями,
особенностью данной разработки является использование технологии
передачи данных шумоподобными сигналами с кодовым разделением
каналов CDMA (Code Division Multiple Access). По сравнению с прочими
технологиями - временное разделение каналов TDMA (Time Division Multiple
Access) и частотное разделение каналов FDMA (Frequency Division Multiple
Access), CDMA имеет ряд преимуществ. В стандарте CDMA передаваемую
информацию
кодируют
и
код
превращают
в
шумоподобный
широкополосный сигнал. При этом одновременно можно в широкой полосе
передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу.
Технология CDMA повышает отношение сигнал/шум за счёт преобразований
ширины спектра полезного сигнала, что позволяет системе работать при
уровне фонового шума и интерференционных помех, превышающих уровень
полезного сигнала. Кроме того, при частотном разделении каналов
необходимо
планировать
распределение
частотной
сетки,
в
случае
использования нескольких базовых станций, в системах CDMA достаточно
изменить
синхронизацию
источника
псевдослучайного
шума,
можно
использовать один и тот же участок полосы частот для работы нескольких
базовых станций одновременно.
В системах, использующих методы доступа с временным или
частотным
разделением
каналов,
количество
радиоимплантантов
работающих одновременно жёстко ограничено и определяется числом
доступных каналов связи или временных интервалов. Системы на базе
CDMA имеют динамическую ёмкость.
В системе предусмотрен алгоритм регулировки, который ограничивает
мощность до необходимого уровня для каждого терминала, для получения
приемлемой вероятности ошибки при передаче данных. Таким образом,
оптимизируется количество передатчиков на одну базовую станцию и
минимизируется потребляемая мощность. По данным различных тестов
известно, что средняя излучаемая мощность в CDMA режиме меньше чем в
системах, использующих другие методы доступа. Это очень существенно в
случае радиоимплантантов, так как задача потребления энергии стоит
наиболее остро.
Таким образом, технология CDMA позволит снизить потребляемую
энергию, что продлит срок эксплуатации без замены элементов питания,
снизить мощность излучения, что снимет необходимость регистрации
системы в соответствующих органах, увеличить потенциальную емкость
системы на каждую базовую станцию, существенно упростить настройку
системы в случае использования нескольких
базовых станций для
увеличения одновременно работающих радиоимплантантов.
Заложенные возможности позволят использовать комплекса в других
областях жизнедеятельности человека. В частности возможно использование
и в спортивной медицине, но уже не в качестве радиоимплантантов, а как
биосенсоры с минимальными размерами и возможностью передачи данных
по радиоканалу. Например для спортивного плавания, что раньше было
невозможно. В случае групповых видов спорта, например футбол или
хоккей,
появится
возможность оснастить
всех
членов
команд
при
одновременной передаче данных для анализа характеристик в реальном
времени. Такие возможности могут существенно расширить рынок сбыта
продукции.
Необходимость
экспертными
создания
заключениями
подобной
экспертов
системы
в
данной
подкреплена
области
из
г.Волгограда и г.Москвы.
Основные технические параметры комплекса:
Частота дискретизации до 10 КГц, динамический диапазон до 64 дБ.
Общее число радиоимплантантов на одну базовую станцию 120 штук.
Дальность передачи данных, без дополнительного усилителя, при
использовании встроенной чип-антены до 200 м.
Масса радиоимплантанта 5 гр. (без элемента питания).
Время
работы
от
одного
аккумулятора
зависит
от
ёмкости
аккумулятора и следовательно размеров имлантанта и режима работы
(непрерывный, по расписанию) и может составлять 9 месяцев и более.
Разработаны оригинальные алгоритмы предварительной обработки
данных, помехоустойчивого кодирования и протоколы управления и обмена
между базовой станцией и радиоимплантатами.
В настоящее время разрабатываются:
- различные модификации радиоимплантантов
- базовая станция на большое количество трансмиттеров
- сетевое программное обеспечение для реализации серверных
возможностей
- программное обеспечение обработки данных
По проекту предполагается защитить не менее шести патентов на
изобретение и производственный образец.
Патентный поиск показал чистоту наших разработок. Имеются
аналогичные разработки за рубежом. В России по нашим данным
коммерческих систем не создано, хотя подобные исследования ведутся
(подробные сведения отсутсвуют).
До сих пор все наши разработки не запатентованы. Этому имеется
несколько причин:
1.
Их широкое опубликование основных оригинальных идей
(неизбежное при патентовании) – возможно, даст старт параллельных
исследований, а при недостаточном финансировании возможно отставание от
потенциальных конкурентов.
2.
Требуется закрепить наши разработки большим количеством
патентов, что требует значительных усилий и времени от разработчиков, так
и
патентных
поверенных
и
юристов.
Написание
узких
заявок
нецелесообразно, так как было найдено большое количество эффективных
решений. Однако, отброшенные (или даже умозрительные) альтернативы не
представляют для нас ценности, но могут быть более или менее успешно
использованы конкурентами.
3. Финансовая причина. Стоимость данных работ – около 150 тыс.
рублей. В условиях дефицита финансов – бессмысленно патентовать то, на
что может не хватить денег для окончания проекта и вывода продуктов на
рынок.
По
причине новизны
и оригинальности
проекта вложения
в
реализацию инвестору представляются рискованными, при этом инвестор
или предлагает получить сначала конечный результат, что лишает смысла
таких инвестиций, или предлагает неприемлемые условии инвестирования.
По этому заявитель выбрал вариант проекта – саморазвитие.
Для реализации такого варианта проекта разрабатываемый комплекс
предполагается реализовать по возможности максимально гибким.
Что бы начать реализацию в конце первого года сначала будет
реализован
вариант
с
возможностями
–
снятия
биопотенциалов
и
температуры, при этом конкурентоспособность будет обеспечена более
низкой ценой.
На первом этапе будет реализована возможность работы без
центрального сервера и распределенного анализа.
Ближайшие зарубежные патенты:
United States Patent 6582365 Advanced sensor systems for biotelemetry
Issued on June 24, 2003.
US Patent References 4703756 Telemetric measuring method and system
Issued on: May 8, 2001.
ФИНАНСОВЫЙ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ПЛАН:
Анализ ранка выявил следующих конкурентов: ADInstruments Pty Ltd
(USA),
Data Sciences Internatio ADInstruments Pty Ltd и Data Sciences
International ADInstruments Pty Ltd и Data Sciences International nal (USA).
Серьёзным конкурентом может быть Data Sciences International,
имеющая двадцатилетний опыт работы с подобными технологиями и
серьезные наработки в данной области. Однако предлагаемый проект имеет
ряд технических преимуществ. Например, в технолигии
Data Sciences
International
для
используются
индивидуальные
антенны
каждого
имплантанта, размещаемые у каждой клетки с животным. От каждой
антенны соответственно проложен отдельный кабель к системе сбора
данных. Все трансмиттеры работают на одной частоте, что накладывает
ограничения на расположение клеток для избежания интерференции.
Количество
подключаемых
антенн
к
системе
сбора
ограничено
и
существенно ниже чем в нашей разработке.
По нашим данным стоимость одной системы конкурентов составляет
30 тысяч долларов США и существенно возрастает при увеличении
сложности комплекса.
Минимальный
предлагаемый
комплект
будет
состоять
из
20
радиоимплантантов различного назначения, базовой станции и программного
обеспечения. Ориентировочная стоимость разрабатываемого комплекса
составит 300 тысяч рублей.
По нашим данным потребность в такой системе высока. В Росси 48
медицинских ВУЗов, 3 фармакологических института, 5 профильных НИИ
фармакологии, причём в каждом ВУЗе может быть несколько лабораторий.
По нашим расчётам минимальная потребность составляет не менее 60
комплексов минимальной конфигурации.
При стоимости минимальной конфигурации в 300 т.р. x 60 штук = 18
млн. рублей. – минимальная ёмкость рынка на первом этапе.
При выходе на рынок спортивной медицины ёмкость может возрасти
ещё больше.
По сравнению с ближайшими конкурентами ADInstruments Pty Ltd и
Data Sciences International предлагаемый комплекс имеет ряд преимуществ.
Прежде всего в цене. Ориентировочная стоимость одного имплантанта
составит порядка 10 тысяч рублей. По сравнению с конкурентами в нашей
разработке заложено большое количество одновременно работающих
трансмиттеров.
План действий по реализации проекта
В настоящее время проводятся НИОКР, изготовление опытной партии.
На начало четвертого квартала 2010 года должен быть окончательно
разработан комплекс и программное обеспечение, реализующие все
стандартные методы анализа данных, начало реализации продукции.
Учитывая отсутвие конкурентов на внутреннем рынке, заявитель планирует
реализовать к началу второго этапа 4 комплекса начального уровня.
К началу 2011 года предполагается закончить разработку основного
комплекса и начать разрешительные процедуры для выведения законченного
комплекса на рынок.
Заработанные средства от реализации первой партии планируется
инвестировать в развитие производственной базы и расширение штатов
фирмы.
Планируемая стоимость полного комплекса составит не более 800000
руб.
Прогнозируемый объём продаж комплексов за второй этап не менее 5
штук.
На следующем этапе (2012-2013 гг.) планируется продолжение
расширения производства.
Планируется выйти адаптировать возможности комплекса для работы в
спортивной медицине что позволит выйти на общий уровень продаж не
менее
20
штук
в
год.
Предполагается
провести
дополнительные
исследования для расширения функциональности комплексов и внедрения
новых методов в производство. Планируется
активное продвижение на
рынке. Сертификация в соответствии с международными стандартами ISO и
выходом на международный рынок.
Заработанные средства фирма инвестирует в дальнейшее развитие
производства и новые разработки.
Руководитель проекта
Сергеев С.И.