Kontaktloses EKG per Radar - Monitoring mit Hochfrequenztechnik

Das kontaktlose Verfahren nutzt Radarchips und Antennen zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen. Diese werden durch Bewegungen der Brustwand – ausgelöst durch Herzschlag und Atmung – moduliert und vom Sensor erfasst. Prof. Ivan Ndip, Leiter der Abteilung RF & Smart Sensor Systems am Fraunhofer IZM, erklärt: „Das Radarsensorsystem erzeugt mithilfe der Radarchips und Antennen elektromagnetische Wellen, die vom Körper reflektiert werden. Die reflektierten Wellen werden durch die rhythmische Bewegung der Brustwand aufgrund der Atem- und Herzaktivität moduliert. Dies kann mithilfe des Radarsensors gemessen und ausgewertet werden, um die Vitalparameter zu extrahieren.“ 

Die Vitaldaten können durch Kleidung, Decken und Matratzen hindurch präzise gemessen und automatisch an Monitoringsysteme übermittelt werden. Dies verbessert den Komfort für Patientinnen und Patienten, insbesondere in Situationen, in denen klassische Elektroden ungeeignet sind – etwa bei Brandverletzungen, Infektionskrankheiten oder bestimmten psychischen Erkrankungen. 

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „iCampus Cottbus“ wird das Sensorsystem gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg, dem Ferdinand-Braun-Institut, dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik und der Thiem-Research GmbH entwickelt. Eine klinische Prüfung läuft seit September 2023 in der Medizinischen Hochschule Lausitz – Carl-Thiem in Cottbus. 

Durch gezielte Designanpassungen an Antenne und Frontend-Board konnte die Reichweite verbessert werden. Der Sensor lässt sich somit künftig auch an Wänden oder Decken anbringen. „Ziel ist es, in Zukunft Messungen mit größerer Distanz zum Patienten und das gleichzeitige Monitoring mehrerer Patienten zu ermöglichen“, so Uwe Maaß, Teammitglied am Fraunhofer IZM. 

Die kontaktlose Messung ist technisch anspruchsvoll, da das reflektierte Signal sehr schwach ist. Hinzu kommen Störungen durch andere Bewegungen oder Umgebungsreflexionen. Deshalb optimierten die Forschenden Antennendesign, Signalverarbeitung und Fertigungstoleranzen gezielt. Das Ergebnis ist ein robustes Sensorsystem mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). 

Die ersten Tests verliefen erfolgreich: „Erste Messungen mit Probanden in Rücken-, Seiten- und Bauchlage sind erfolgreich verlaufen“, resümiert Ndip. In der zweiten Projektphase wurde ein Mehrkanalsystem entwickelt, das das gleichzeitige kontaktlose Monitoring mehrerer Personen erlaubt. 

MEDICA.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft