Kontaktlose Überwachung der Herz- und Atemtätigkeit mittels magnetische Induktion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im geplanten Forschungsvorhaben wurden Technologien für die kontaktlose Überwachung der Atemtätigkeit und der Herzaktivität mit einem Fokus auf die Überwachung von Früh- und Neugeborenen entwickelt und erste Studien zum Einsatz während und nach einer Operation innerhalb einer OP-Liege und einem Intensivpflege-Bett durchgeführt. Dabei wurde die magnetische Induktions-Messung eingesetzt werden, welche eine kontaktlose Messung von Veränderungen der elektrischen Impedanz des durchfluteten Gewebevolumens ermöglicht. Dies erlaubte Rückschlüsse auf die Atemtätigkeit und die Herzaktivität. Hardware: Im Rahmen des Projektes erfolgte eine Weiterentwicklung und Optimierung des am Institut vorhandenen Prototyps, so dass eine gleichzeitige Überwachung beider Vitalparameter beim Erwachsenen möglich ist Simulation: Zusätzlich wurden verschiedene Simulationsmodelle entwickelt und eingesetzt. Diese Simulationsergebnisse ermöglichten sowohl eine vorab Bewertung verschiedene Spulenanordnungen, als auch eine systematische Optimierung der Spulenposition. Zusätzlich kann so die Einhaltung der entsprechenden Grenzwerte vorab in der Simulation überprüft werden, was insbesondere für zukünftig geplante Humanversuche notwendig sein wird. Tierversuche: Parallel zu den Simulationen wurde die laufende Tierversuchsreihe an neugeborenen Schweinen weitergeführt und nach 9 weiteren erfolgreichen Versuchen abgeschlossen. Für die Bewertung des neuen Meßverfahrens zur Überwachung wurden parallel die Signale von Pulsplethymograph und Atemflusssensor aufgezeichnet und mit den induktiv gemessenen Signalen verglichen. Für die Bewertung der Atemüberwachung wurden automatische Atemphasendetektoren entwickelt und auf beide Signale angewendet. Die Überwachung der Herzaktivität war aufgrund der komplexen Messaufgabe bis dato nur in Phasen der Apnoe oder unter Hochfrequenzbeatmung möglich. In beiden Fällen wurden die Signale von Hand annotiert. Algorithmik: Da bei den Tierversuchen in Summe über 20 Stunden an Messdaten gesammelt werden konnten, wurde für die Detektion der Atemphasen und damit die Bewertung der neuen Messtechnik im Vergleich zu existierenden Verfahren ein auf diese Problem angepasster Algorithmus zu Detektion bzw. Trennung der einzelnen Atemphasen entwickelt. Dieser arbeitete mehrstufig und kombiniert lineare, nichtlineare sowie adaptive und heuristische Verfahren; Ausblick: Kurzfristig stehen der Ausbau der Messtechnik, so wie die experimentelle Bestätigung der Simulationsergebnisse an. Darauf aufbauend ist die Umsetzung geeigneter Sicherheitskonzepte zwindend notwendig, um bei den geplanten Probandenstudien eine sichere Betrieb zu gewährleisten. Hierfür die eine strickte einhaltung' des ethischen und rechtlichen Rahmens und die 100% Sicherheit der Messaufbaus zwingend erforderlich. Im Bereich der Algorithmik ist insbesondere die Autoadaption und die (semi)- automatisch Wahl der Filter und Detektionsparameter wünschenswert, insbesondere im Zusammenhang mit einer (serni-)automatischen Auswertung der Versuchsdaten. Langfristig ist eine Erweiterung der Simulationsmodelle und eine Nachbildung der dynamischen Prozesse anzustreben. Darüber hinaus sind die Entwicklung einer tragbaren Messelektronik angedacht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- M. Steffen, Dissertation (geplant): Kontaktlose Überwachung der Herz- und Atemaktivität, RWTH-Aachen, geplant 2009
- Steffen, M.; Aleksandrowicz, A.; Leonhardt, S.: Mobile Noncontact; Monitoring of Heart and Lung Activity. In: IEEE Trans. Biomed. Circ. and Sys. 1 (2007), Nr. 4, S. 250-257
- Steffen, M.; Heimann, K.; Bernstein, N.; Leonhardt, S.: The Multichannel; Magnetic Induction Measurement System Musimitos. In: Physiol. Meas. 29 (2008), Nr. 6, S. 291-306
