EKG-Messungen: "Unser Brustgurt befeuchtet sich selbst"

Interview mit Michel Schmid und Dr. Simon Annaheim, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA)

01.07.2015

 
Foto: Michael Schmid (links) und Simon Annaheim (rechts)

Michel Schmid (links) und Dr. Simon Annaheim (rechts); © EMPA

Bei der Messung der Herzmuskelaktivität ist es wichtig, dass die Haut unter den Elektroden des EKGs stets feucht bleibt. Nur so können die Daten konstant übertragen werden. Sportler haben es hier leicht: Sie schwitzen fast immer. Bei älteren Patienten ist es wiederum schwieriger.

Forscher an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, EMPA, haben nun einen EKG-Brustgurt entwickelt, der sich selbst befeuchtet und somit eine ununterbrochene Datenübertragung ermöglicht. Michel Schmid und Dr. Simon Annaheim sprechen auf MEDICA.de über die vielseitigen Möglichkeiten der Technik.

Herr Schmid, wie funktioniert der Brustgurt genau?

Michel Schmid
: Mit unserem Gurt bieten wir eine Alternative zum Goldstandard der EKG-Messung, der Gel-Elektrode. Diese herkömmliche Gel-Elektrode kann man nicht über längere Zeit tragen: Nach einigen Tagen können Hautirritationen entstehen und die Elektroden müssen an eine andere Hautstelle angebracht werden. Außerdem müssen die Elektroden mit Kabel verbunden werden, welche störend sein können. Um eine kontinuierliche EKG-Aufzeichnung mit einer trockenen Elektrode, wie zum Beispiel bei herkömmlichen Herzfrequenz-Messgurten, muss die Kontaktfläche zwischen Haut und Elektrode befeuchtet sein. Anderenfalls entstehen Signalartefakte.

Unser EKG-Brustgurt ist eine textile Lösung und bietet einen besseren Tragekomfort. Zudem befeuchtet er sich selbst, sodass man auch bei Patienten, ohne dass sie schwitzen müssen, gute Signale bekommt. Dafür haben wir flexible Befeuchtungselemente entwickelt, die auf wasserdampfdurchlässigen Membranen basieren. Dieses Befeuchtungselement wird mit 30 Millilitern Wasser gefüllt und gibt kontinuierlich ein bis zwei Gramm Wasserdampf ab. Diese Menge ist so gering, dass der Gurtträger sie nicht merkt. Die Signalübertragung wird dadurch verbessert. Außerdem sind wir es gewohnt, textile Kleider zu tragen, deshalb ist eine textile Lösung auch für EKG-Messungen naheliegend.

Foto: EKG-Brustgurt

Je zwei gestickte Sensoren-Pads sind in dem Brustgurteingearbeitet, die direkt mit einem Datenloger verbunden sind; © EMPA

Brustgurte, die Herzfrequenzen messen, werden bereits bei Sportlern angewendet…

Simon Annaheim
: Unser textiler Brustgurt basiert auf dieser Technologie. Bei Sportlern sind Messungen mit solch einem Brustgurt möglich, weil bei ihnen die Elektroden durch den Schweiß stetig feucht gehalten werden. Durch die künstliche Befeuchtung können wir nun, Langzeit-Messungen auch ohne besonderen Körpereinsatz vornehmen. Die Bedienung des Brustgurtes ist außerdem einfach, sodass der Anwender keine Hilfe vom medizinischen Personal braucht.

Welche Materialien haben Sie bei der Entwicklung des Gurtes verwendet?

Schmid
: In unserem Brustgurt haben wir zwei elektrisch leitende Flächen gestickt, welche die Elektroden ergeben. Die Elektroden bestehen aus einem Garn: eine 50 Mikromillimeter dünne PET-Faser, auf der wir mit einer Plasmamaschine etwa 100 Nanometer Silberschicht aufgedampft haben. Für medizinische Applikationen muss der Gurt auch den sogenannten Zytotoxizitätstest bestehen. Aus diesem Grund haben wir über die Silberschicht zusätzlich eine vier bis sieben Nanometer dünne Titanschicht aufgetragen. Wenn die Titanschicht in Kontakt mit Luft kommt, bildet sie eine hauchdünne Titandioxid-Schicht, mit der wir die Silberabgabe reduzieren können. Auf diese Weise werden die Anforderungen des Zytotoxizitätstests erfüllt und die Elektrode kann für längere Zeit auf der Haut getragen werden.

Herr Annaheim, Sie betreuen die Entwicklung des Brustgurtes von der medizinischen Anwendungsseite. Für welche Untersuchungen eignet sich der Gurt besonders gut?

Annaheim
: Der Gurt eignet sich für die Messung der Herzfrequenz sowie der Herzfrequenzvariabilität. Diese bezeichnet die Schwankung der Zeitphase zwischen zwei Herzschlägen. Eine niedrige Variabilität weist auf eine starke Belastung des Herzens und somit auf ein gesteigertes Risiko hin, einen Herzinfarkt zu erleiden. Mit unserem Gurt ermöglichen wir den Patienten, nicht nur diese Variabilitätsmessung, sondern auch weitere Auswertungen zur sympathischen und parasympathischen Aktivität des autonomen Nervensystems in Ruhe durchführen zu können. Aufgrund der einfachen Handhabung ist dies auch zu Hause möglich.

Foto: EKG-Brustgurt
Foto: Darstellung der Funktionsweise des Befeuchtungspads
Foto: EKG-Brustgurt

Für welche Patienten kommt die Technik noch infrage?

Annaheim
: Besonders für ältere Patienten, die sich weniger bewegen und auch weniger schwitzen, ist der Gurt von Vorteil. Bei Untersuchungen beim Arzt kann das sogenannte White-Coat-Syndrom auftreten. Die Patienten sind nervös und haben eine erhöhte sympathische Aktivität. Die durch den Arzt erhobenen Messwerte entsprechen daher nicht den Ruhewerten des Patienten. Können diese Patienten diese Messungen zuhause in gewohnter Umgebung durchführen, stehen dem Arzt realitätsnähere Werte für seine Diagnose zur Verfügung.

Zukünftig möchten wir, dass die Daten, die während der Tragezeit gesammelt werden, direkt an den Arzt weitergeleitet werden und ihm auch schon während der Messung zur Verfügung stehen. Bei auffälligen Ergebnissen kann der Arzt den Patienten direkt kontaktieren. Somit wird ein Home Monitoring oder Homecare möglich.

Welche weiteren Anwendungsgebiete sind für die selbstbefeuchtenden Elektroden noch denkbar?

Annaheim
: Wenn wir weitere Elektroden in den Gurt integrieren – und nicht nur an zwei Stellen, so wie es zurzeit der Fall ist – könnte unter Umständen ein komplexeres EKG-Signal erfasst werden, um weitere Krankheitsbilder des Herzens wie zum Beispiel das Vorhofflimmern erfassen zu können.

Außerdem ist es denkbar, auch Hirn- oder Muskelströme mit diesen Elektroden zu messen. Momentan können wir aber noch nicht viel darüber sagen, wie gut es in diesen Bereichen funktioniert. Wir möchten auch versuchen, die Technologie direkt in Textilien zu integrieren. An den zahlreichen Möglichkeiten arbeiten wir zusammen in verschiedenen Abteilungen der EMPA und mit mehreren Industriepartnern.

Foto: Michalina Chrzanowska; Copyright: B. Frommann

©B. Frommann

Das Interview führte Michalina Chrzanowska.
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