Donnersdorf, 28.11.2022. Frühgeborene Säuglinge benötigen intensive medizinische Betreuung. Die Kinder sind deswegen auf einer neonatologischen Intensivstation in einem schützenden Inkubator untergebracht und stehen unter besonderer Beobachtung. Verschiedenste Geräte messen dabei die Vitalparameter der vulnerablen Säuglinge, um bei einer Verschlechterung des Gesundheitszustandes ein schnelles medizinisches Handeln zu ermöglichen. Doch die bisherigen Messverfahren benötigen in der Regel direkten Körperkontakt. Die Kabel, Elektroden oder Schläuche der Überwachungsinstrumente müssen am Säugling befestigt sein. Dies führt häufig zu Hautirritationen, Allergien oder Druckstellen bei den unterentwickelten und empfindlichen Frühchen.
Forschungsprojekt NeoWatch
Mit dieser Problematik setzt sich das im Jahr 2018 gestartete Projekt NeoWatch auseinander. Mit Hilfe technischer Innovation und Synergien soll ein zeitgemäßes Messsystem entstehen, welches die physische Belastung der Babys minimiert, sichere Überwachung bietet und den Alltag des Klinikpersonals erleichtert.
Um ein umfassendes Bild der Vitalparameter zu erhalten, müssen verschiedene Technologien perfekt zusammenarbeiten. Durch die Kombination soll höchste Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Messung erreicht werden.
Das Zusammenwirken der einzelnen Messverfahren und die Datenaufbereitung ist jedoch eine Herausforderung. Hierfür entwickelt ein Forschungsteam der Technischen Hochschule Nürnberg komplexe Algorithmen für die Bild- und Signalverarbeitung. Mit Hilfe der Datenfusion und entsprechender Auswertung lassen sich, die für die Medizin notwendigen Vitalparameter ableiten.
Eingesetzte Technologien für das Monitoring
Insgesamt drei Kamerasysteme sind im aktuellen Prototyp integriert. Eine Wärmebildkamera für die Messung der Körpertemperatur und Atmung, eine RGB-Farbkamera und eine Time-of-Flight-Kamera, die eine dreidimensionale Punktwolke für die Erkennung der Atembewegung ausgibt.
Zusätzlich kam dann die Radardetektion hinzu - eine extrem wichtige Komponente, die aber eine noch komplexere Signalverarbeitung mit sich bringt. Das integrierte Radargerät bringt den Prototypen technisch auf das nächste Level. Es ermöglicht die Erkennung von Distanzveränderungen im Mikrometerbereich. Dadurch lässt sich selbst der Herzschlag erkennen. Ein weiterer Vorteil der Bewegungserkennung mit Radar – sie funktioniert unabhängig von Lichtverhältnissen. Auch in der Dunkelheit, die aufgrund der Reizbarkeit der Kinder auf der neonatologischen Station vorherrscht, erkennt die Sensortechnologie jede Atembewegung und Herzschläge.
Radar detektiert Herzschlag
Das Überwachungssystem nutzt ein hochauflösendes CW-Radar, welches im ISM (Industrial, Scientific and Medical) Frequenzband arbeitet. Es verfügt über 6 Kanäle (2 Input- und 4 Output Ports) und berechnet mit Hilfe der Phasenverschiebung die relative Entfernung im Mikrometerbereich. Eine Problematik des Radars ist, dass andere Objekte oder Personen in der Nähe durch Bewegungen unerwünschte Reflexionen verursachen. Mit aufwendiger Signalverarbeitung und Filterfunktionen lassen sich derartige Messfehler eliminieren. Fortschrittliche Radare ignorieren unerwünschte Störungen und detektieren zuverlässig.
Das NeoWatch-Team wählte für seinen Prototyp das Radarsystem iSYS-4001 von InnoSenT, welches bereits im Forschungsprojekt GUARDIAN für die Vitalparameterüberwachung älterer Personen im Einsatz war. Das System ist sogar in der Lage, Unregelmäßigkeiten beim Herzschlag zu erfassen. Mit dieser Technik lassen sich die ersten Anzeichen von Herzinfarkten oder anderen Risiken erkennen. Die radarbasierte Überwachung des Herzschlags ist eine bedeutsame Innovation im Bereich der Medizintechnik, die nicht nur mehr Komfort für die kleinen Patienten bietet, sondern die Diagnostik deutlich verbessert.
Die Experten von InnoSenT stellten jedoch nicht nur das notwendige Radargerät für den Prototypen bereit, sondern unterstützen die Arbeit auch mit ihrer Radarexpertise.
Aktueller Entwicklungsstand
Nachdem alle Messtechnologien und deren Signalverarbeitung erfolgreich im Prototyp eingebracht wurden, erfolgte die Testung der Time-of-Flight-Kamera und des Radarsensors an einem extra angefertigten Simulator. Die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems muss den hohen Ansprüchen der Neonatologie bestehen.
Bis zur Etablierung des Überwachungssystems im Klinikalltag sind noch eine Vielzahl von bürokratischen Auflagen sowie Tests zu absolvieren. Dennoch macht die Forschungsarbeit bereits Hoffnung auf fortschrittliche Technik, die das Monitoring, den Komfort und die medizinische Versorgung der Frühchen verbessert.
Weitere Informationen zum Forschungsprojekt erhalten Sie auf der Website der TH Nürnberg.
www.th-nuernberg.de/fakultaeten/efi/forschung/forschungsaktive-labore/mobile-robotik/neowatch/.
Über die Forschungstätigkeiten der InnoSenT GmbH können Sie sich auf der Firmenwebsite unter www.innosent.de/unternehmen/forschung-entwicklung/ informieren.
Die InnoSenT GmbH
Die InnoSenT GmbH aus Donnersdorf wurde 1999 gegründet und ist weltweit eines der führenden Unternehmen im Bereich Radartechnik. Als Hersteller und Entwickler bietet das Unternehmen die ganze Bandbreite von Engineering Dienstleistungen an – von der kundenspezifischen Entwicklung bis hin zur Serienfertigung. Dank des starken Fokus auf Qualität und Innovation ist die InnoSenT GmbH seit Jahren weltweit auf Erfolgskurs.
Mehr Informationen unter www.InnoSenT.de
