Kontaktloses Gesundheitsmonitoring

Atemaussetzer im Schlaf, kritische Vitalparameter eines Säuglings oder das notwendige Monitoring von Atmung und Herzrate auf der Intensivstation und in der Pflege: Es gibt viele Gründe, um Vitaldaten aufzuzeichnen. Eine Lösung ist das kontaktlose Monitoring mittels Radar. Durch den kontaktlosen Einsatz verringert man den Aufwand im Vergleich zu kontaktbasierten Sensoren. Das Desinfizieren, Anbringen oder notwendige Justieren der Sensoren fällt weg - genauso wie der konstante Druck auf den Körper. Ein Radar misst Vital- und Bewegungsparameter des Menschen kontaktlos und ist daher insbesondere für ein Monitoring über länger Zeiträume hinweg geeignet. Die Besonderheit am Fraunhofer IDMT: Bei seitlicher Positionierung des Sensors relativ zum Menschen können einzelne Körperabschnitte unabhängig voneinander untersucht werden, um Vitalparameter aufzunehmen. Dadurch können Atmungsbewegungen am Torso und Pulsbewegungen beispielsweise an den Beinen voneinander getrennt aufgenommen werden. Eine nachfolgende Trennung durch komplexe Auswerteverfahren ist nicht nötig. Dies ist beispielsweise für die Erkennung von einer chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) oder einer Schlafapnoe interessant, da hier Bauch- und Brustatmung asynchron verlaufen können. Aber auch die Gliedmaßenbewegungen lassen sich aufzeichnen.

Im Projekt REMUS (»Respiration Measurement Using Sensors«) lag der Fokus zunächst auf der Erkennung der Atmung mittels Radar. Im Anschluss an die Projektlaufzeit wurde die Technologie so weiterentwickelt, dass nun durch die gezielte Positionierung des Radars weitere Vitalparameter erkannt werden können. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat für das beschriebene Verfahren ein Patent angemeldet (Patentnummer: 102022208945.6). 

Lösungsportfolio

  • Kontaktlose Erfassung von Gliedmaßen-, Atmungs- und Pulsbewegung basierend auf neuartigen Auswertungsalgorithmen
  • Branchenübergreifender Einsatz: Automotive/Autonomes Fahren, Schlafüberwachung, Pflege, Intensivmedizin
  • Synchrone Messung von weiterer Sensorik wie EEG und Audio

Monitoring von Vitaldaten für den Automotive-Bereich

Radar wird im Automotive-Bereich bereits erfolgreich eingesetzt. Zusammen mit Lidar und Kamera bildet es die Basis für moderne Fahrerassistenzsysteme. Für das autonome Fahren ist das Radar für die Überwachung außerhalb des Fahrzeugs bekannt. Doch der Fahrzeuginnenraum bietet ebenfalls verschiedene Anwendungsmöglichkeiten.

Sobald die Assistenzsysteme an ihre Grenzen kommen, soll perspektivisch mittels Radar schnell festgestellt werden können, ob die Fahrerin oder der Fahrer bereit ist das Steuer wieder zu übernehmen. Das Fraunhofer IDMT testet bereits den Einsatz des Radars im Fahrzeug für Personen im Sitzen, um die Vitalparameter des Fahrenden zu überwachen, z. B. bei Berufskraftfahrenden oder perspektivisch in autonomen Fahrzeugen. Hierdurch soll zukünftig der Zustand des Fahrers schnell und robust eingeschätzt werden können. Für diesen Anwendungsfall ist die Positionierung des Radars beispielsweise in der Fahrzeugdecke denkbar.

Intelligente Sensorik in medizinischen Anwendungsbereichen

© Fraunhofer IDMT/Anika Bödecker
Atmen ist lebenswichtig - deshalb kann es im medizinischen Bereich entscheidend sein die Atemparameter zu erfassen und zu überwachen.
© iStock.com/pondsaksit

Meist wird die Atmung in der Pflege oder im Krankenhaus, insbesondere während des Schlafs, nicht kontinuierlich überwacht. Eine Verschlechterung des Patientenzustandes wird hierdurch spät bemerkt. Eine kontinuierliche Erfassung der Atmungsparameter mit unauffälliger, externer Sensorik kann eine Lösung darstellen. Die erfassten Atmungsdaten geben dabei Informationen über den allgemeinen Gesundheitszustand und können für eine frühzeitige Alarmierung bei einer Verschlechterung genutzt werden. Die Messung wird durch ein Radar ermöglicht, das kontaktlos und deswegen besonders nutzerfreundlich und hygienisch misst. Patienten können sich unbeobachtet erholen, da durch das Radar kein Kamerabild oder Video erzeugt wird.

Schlafprobleme können zu einer gesundheitlichen Beeinträchtigung werden. Denn in Folge von schlechtem Schlaf erhöht sich beispielsweise das Risiko für Tagesschläfrigkeit. Das ist vor allem bei atmungsbezogenen Schlafproblemen, wie die COPD oder Schlafapnoe der Fall. Die nächtlichen Atmungsaussetzer bei der Schlafapnoe bergen auch ein hohes Risiko für Folgeerkrankungen. Das kontaktlose Atmungsmonitoring, entwickelt am Oldenburger Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA, richtet sich in diesem Kontext an Unternehmen im Bereich Consumer-Health sowie Märkte für Medizingeräte zur Vitaldatenerfassung. In unserem Arbeitsgebiet Connected Health entwickeln wir Lösungen für Gesundheitsleistungen, die flexibel von überall aus eingesetzt werden können und kontaktlos funktionieren.

© Fraunhofer IDMT
Durch eine seitliche Positionierung des Radars können die Forschenden am Fraunhofer IDMT besonders deutlich die Vitaldaten der verschiedenen Körperbereiche erheben, wie Atmungsparameter am Torso und den Puls an den Beinen.
© Fraunhofer IDMT
Die Rohdaten des Pulses wurden an den Beinen aufgezeichnet.
© Fraunhofer IDMT
Die am Torso gemessenen Rohdaten der Atmung lassen beispielsweise Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand zu.

Weitere Informationen

 

Pressemitteilung / 25.9.2023

Den ganzen Körper auf dem Radar

Fraunhofer IDMT entwickelt Aufnahme- und Analysemethoden für das Monitoring von Vital- und Bewegungsdaten via Radar.

 

Pressemitteilung / 8.11.2022

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DGSM 2022: Fraunhofer IDMT präsentiert Technologien und Verfahren für ein mobiles Schlafmonitoring

 

Datenschutz für Biosignale

Zwischen schützenswerten Daten und relevanter Forschung: Wie können anwendbare Datenschutzkonzepte und Anonymisierungsverfahren für Biosignale aussehen?

 

Fraunhofer IDMT in den Medien / 13.1.2023

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Das Magazin »c't« berichtet in der Ausgabe 01/23, S.146 über unseren Einsatz von Radar und EEG für das mobile Schlafmonitoring.

 

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Exakt aufgezeichnete Biosignale zum Zeitpunkt des Anfalls in alltäglichen Abläufen helfen bei der Klassifizierung von Epilepsie-Erkrankungen, bei einer optimalen Dosierung von Medikamenten - und vielleicht zukünftig sogar bei der Entwicklung von Systemen zur Frühwarnung.

Die Weiterentwicklung des Institutsteils Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg wird gefördert im niedersächsischen Programm »Vorab« durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die VolkswagenStiftung.

Mobile Neurotechnologien

Die Gruppe »Mobile Neurotechnologien« arbeitet an diskreten EEG-Systemen zur Analyse von Hirnaktivitäten - u. a. zur sicheren Arbeitsplatzgestaltung oder für den Einsatz in Gesundheitsanwendungen.