Ein miniaturisiertes optisches System überwacht den Blutfluss in den Gefäßen im Innenohr. Das ermöglicht ein Langzeitmonitoring, mit dessen Ergebnissen die Prävention für Herz-Kreislaufkrankheiten verbessert werden könnte. Der Patient merkt kaum etwas davon.
Ein neuartiges Langzeitmonitoringsystem, mit dem sich Vitalparameter im Ohr erfassen lassen, haben Forscher der RWTH Aachen, zusammen mit Hörakustikingenieuren der Audia Akustik Sömmerda und Entwicklern des CiS Forschungsinstituts für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH entwickelt. Es soll für die weit verbreiteten Erkrankungen des kardiovaskulären Systems bessere Präventionsmaßnahmen ermöglichen.
Während bei einem Arztbesuch nur punktuelle und zeitlich begrenzte Informationen gesammelt werden können, erlaubt das Langzeitmonitoring eine Überwachung des Gesundheitszustandes rund um die Uhr. Dadurch können die natürlichen, tageszeitlichen Schwankungen von Vitalparametern und physiologischen Prozessen wie auch individuelle Eigenschaften eines Patienten berücksichtigt werden.
Herzstück des neuen Systems ist ein miniaturisierter Sensor aus der Mores-Technologieplattform. Er misst nur 5,4 mm x 3,2 mm x 0,7 mm und kann in ein flexibles, otoplastisches Formmaterial eingebaut werden. Das erschließt den äußeren Teil des Gehörganges als Messort für kontinuierliche Messungen.
Die Vitalparameter werden über die Photoplethysmographie ermittelt. Das ist ein belastungsfreies und unblutiges Verfahren, mit dem die Blutmengenänderung im Gewebe optisch gemessen wird. Diese Signale enthalten eine Vielzahl von Informationen und geben Aufschluss über Pulsrate und Atemfrequenz, arteriellen Sauerstoffgehalt und Durchblutung.
Der neue Mini-Sensor, der diese Signale erfasst, heißt VIP. Er dringt in Regionen vor, die mit den bekannten Verfahren der Transmissions-Pulsoximetrie nicht genutzt werden können. Das System basiert auf einem spezifizierten reflexions-/remissionssensorischen Verfahren, das auf einer patentierten Silizium-Glas-Keramik-Technologie aufsetzt. Mit optisch aktiven Gläsern wurden Blendenstrukturen realisiert, die parasitäre Überkopplungen von der Lichtquelle zum Detektor und die damit verbundenen Dynamikbegrenzungen bereinigen. Simulationen, die zeigen, wie Photonen das Gewebe im äußeren Gehörgang durchdringen, und deren stetiger Abgleich mit Laboruntersuchungen haben das Design des VIP unterstützt.
Diese sensorische Kernkomponente wurde als Ein-Chip-Lösung entwickelt, um sie klein genug fürs Ohr zu machen. Die Elektronik, die den Sensor steuert und die Signale erfasst, kann problemlos am Körper getragen werden. Eine Bluetooth-Verbindung überträgt die Rohsignale an eine Datenerfassungseinheit, wo sie ausgewertet und bearbeitet werden.
Da sich die Durchblutung mit tageszeitlichen, herz- und atemsynchronen Rhythmen ändert, schwanken die Signale jedoch. Diese Muster gilt es bei der Analyse zu erkennen und zu unterscheiden. Das machte das Projekt zu einer technologischen Herausforderung. Das entwickelte System bietet aber vielfältige Einsatzmöglichkeiten – vom Langzeitmonitoring über die Integration des Systems in Hörgeräte oder Kopfhörer bis zur ersten Hilfe in Notfällen.
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- Thomas Hennig CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik in Erfurt
- Weitere Informationen Das Projekt ist für den Sensor-Innovationspreis 2010 nominiert, der im Rahmen der Messe Sensor+ Test in Nürnberg verliehen wird.
Zum Projekt: www.in-monit.de
Messort Ohr
Der äußere Gehörgang ist für pulsoximetrische Langzeit-Untersuchungen bestens geeignet, weil
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- das Hautgewebe im Inneren des menschlichen Hörkanals sehr gut durchblutet ist,
- er sich nahe dem Herzen und der Lunge befindet,
- die Temperatur am Messort im Tagesverlauf nur geringen Schwankungen ausgesetzt ist,
- er kaum orthostatischem Stress ausgesetzt ist,
- systematische Fehler durch Fremdlichteinfall ausgeschlossen oder minimiert werden, da sich der mikro-optische Sensor im Ohrinnern befindet, und
- die Integration der sensorischen Komponente in eine individuell geformte Otoplastik automatisch eine sichere Fixierung des Systems garantiert.
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Ihr Stichwort
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- Miniaturisierter Sensor
- Mores-Technologieplattform
- Langzeitmonitoring
- Hörgeräte, Kopfhörer, Erste Hilfe
- Nominierung für den Sensor-Innovationspreis
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