Tiefenselektives Photoplethysmographie-basiertes Verfahren zur Erfassung der Pulswellenlaufzeit an nur einer Messposition (DeePPG)

• Antragsteller: Professor Dr. Anton Grabmaier
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429529735

Die Pulswellenlaufzeit (Pulse Transit Time, PTT) ist ein kardiovaskulärer Parameter der in verschiedenen medizinischen Anwendungsfeldern genutzt wird, von denen derzeit die zukünftige Anwendung für die manschettenlose Blutdruckmessung die herausforderndste ist. Das etablierte Verfahren zur Messung der PTT basiert auf der Kombination der Elektrokardiographie (EKG) und der Photoplethysmographie (PPG). Dabei wird der zeitliche Abstand zwischen der elektrischen Anregung des Herzens (EKG) und der Ankunft der durch die Herzkontraktion verursachten (Blut-) Pulswelle an einem perfundierten Hautareal (PPG) gemessen. Hierfür sind mehrere verteilte Messpunkte am Körper und somit eine vorherige Präparation des Messprobanden notwendig. Die PPG ist ein optisches Verfahren, welches durch die Kombination eines optischen Senders und eines optischen Empfängers die Messung von Blut- und Blutflussparametern in der Haut ermöglicht. In diesem Vorhaben soll dieses Verfahren derart weiterentwickelt werden, dass eine lokale PTT an einer einzigen Messposition erfasst und auf ein EKG und somit auf eine weitergehende Präparation verzichtet werden kann. Hierzu werden der Schichtaufbau der Haut und die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Eigenschaften von Blut und Gewebe genutzt. Untersuchungen sollen zeigen, ob durch die parallele Messung mit verschiedenen Wellenlängen ein tiefenselektives PPG Verfahren entwickelt werden kann. Mit dieser Tiefenselektivität soll die vertikal zur Hautoberfläche verlaufende Pulswellenausbreitung analysiert und dadurch eine lokale PTT bestimmt werden. Hierzu werden die physiologisch-physikalischen Zusammenhänge anhand eines Modells der Mikrozirkulation der Haut dynamisch simuliert und mit realen Messungen korreliert. Für die Simulation soll ein eindimensionales optisches Modell der Haut mithilfe der durch die Leitungstheorie modulierten Pulswellenausbreitung kombiniert werden. Hierdurch soll eine dynamische Simulation der optischen Wechselwirkung im Messvolumen ermöglicht werden. Zur Validierung der Simulationsergebnisse wird eine Messeinrichtung entwickelt, die die speziellen Randbedingungen (z. B. durch den inhomogenen Aufbau der Haut), einbezieht. Basierend auf den so erlangten Erkenntnissen soll ein Verfahren entwickelt werden, welches die Messung der PTT an nur einer Messposition am Körper ermöglicht. Anhand etablierter Referenzmessmethoden soll abschließend die Korrelation mit dem neuen Verfahren validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen