Radar-gestützte, berührungsfreie Herztonüberwachung

Stethoskope werden verwendet, um die von Herz und Lunge erzeugten Geräusche zu diagnostizieren. In der konventionellen Anwendung werden Vibrationen von der Körperoberfläche an eine Membran im Bruststück und dann an das Trommelfell des Benutzers übertragen, wo sie als Geräusche wahrgenommen werden. Akustische Stethoskope sind vergleichsweise kostengünstig und werden seit mehreren Jahrzehnten zuverlässig eingesetzt, aber sie haben einen Nachteil. Die Diagnose von Herzgeräuschen, wie die Beurteilung der Herzklappenfunktion, wird subjektiv durchgeführt und ist direkt von der Erfahrung des untersuchenden Arztes abhängig.

Ein Verfahren wurde entwickelt, um Herztonen zuverlässig mit Radar zu detektieren und zu diagnostizieren. Mobile Radar-Geräte könnten konventionelle Stethoskope ersetzen und eine permanente, berührungsfreie Überwachung der Vitalfunktionen von Patienten könnte mit stationären Radar-Geräten möglich sein.

Mit einem Sechsport-Continuous-Wave-Radar-System wurden Vibrationen auf der Haut gemessen, die durch den Herzschlag verursacht werden. Dabei wird eine Radarwelle auf die Oberfläche eines Objekts gerichtet und reflektiert. Bewegt sich das Objekt, ändert sich die Phase der reflektierten Welle. Dies wird genutzt, um Stärke und Frequenz der Brustkorb-Bewegung zu berechnen. Im Gegensatz zu Radarsystemen für die Verkehrsüberwachung kann das biomedizinische Radarsystem Bewegungsänderungen im Mikrometerbereich detektieren, was eine wichtige Voraussetzung für die Diagnose selbst kleinster Anomalien wie Insuffizienz, Stenosen oder nicht richtig schließender Herzklappen ist.

Testpatienten wurden in verschiedenen Aktivitätszuständen untersucht, wie in Ruhe und nach Sport, und ihre Herztonen detektiert. Ein direkter Vergleich zwischen dem Radarsystem und konventionellen Standardinstrumenten mit digitalem Stethoskop und Elektrokardiogramm (EKG) zeigte eine sehr hohe Korrelation – 83 Prozent im direkten Vergleich der Signalkurven mit dem digitalen Stethoskop. Die leichten Abweichungen werden dadurch verursacht, dass Messungen mit dem Radarsystem und den Referenzsystemen nicht simultan exakt an derselben Körperstelle durchgeführt werden können. Zusätzlich misst das Radarsystem einen Flächenbereich und nicht einen einzelnen Punkt wie das Stethoskop, was auch ein Grund für die variierenden Messwerte ist.

Ein signifikanter Vorteil des Radars ist die Tatsache, dass die Werte digital aufgezeichnet werden und somit nicht subjektiv sind, was menschliche Fehler bei der Diagnose von Anomalien oder Krankheiten zunehmend ausschließt. Der Einsatz biomedizinischer Radarsysteme für automatisierte prophylaktische Untersuchungen – beispielsweise in Arztwartezimmern, am Arbeitsplatz oder zu Hause – ist ebenfalls realisierbar.