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Gastro Digital Shirt – ein Wearable für die Gastroenterologie

Wearable für Langzeitmessung
Gastro Digital Shirt – ein Wearable für die Gastroenterologie

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Was im Darm passiert, kann der Arzt mit dem Stethoskop nur kurzzeitig erlauschen. Mikrofone in der Kleidung – wie im Gastro Digital Shirt – übernehmen diese Aufgabe auch längerfristig. So hilft das Wearable zu erkennen, welche Maßnahmen bei einem Patienten mit Darmproblemen am besten wirken.

Im Bauch rumpelt und gluckert es. Ein Arzt, der sich einen Eindruck davon verschaffen möchte, was da gerade passiert, setzt das Stethoskop an den Bauchraum an und führt die so genannte abdominelle Auskultation durch – eine der ältesten und wichtigsten Untersuchungsmethoden in der Gastroenterologie. Darm- und Gefäßgeräusche geben ihm dabei Anhaltspunkte für pathologische Veränderungen im Bauchraum.

Doch was immer in diesem Augenblick zu hören ist, muss eine Momentaufnahme bleiben und verrät nichts darüber, was zwischen den Untersuchungen noch alles passiert. Für eine detaillierte Diagnose von Magen-Darmerkrankungen stehen heute vor allem hoch-invasive, endoskopischen Verfahren zur Verfügung, die für den Patienten aber unangenehm sind.

Innovationspreis Digitale Gastroenterologie

Darüber, wie eine neue, nicht-invasive Untersuchungsmethode aussehen könnte, die Patienten kaum belastet und über längere Zeiträume eingesetzt werden kann, haben zwei Experten daher länger diskutiert: Prof. Markus Neurath, Direktor der Medizinischen Klinik I des Universitätsklinikums Erlangen, und Prof. Oliver Amft, der den Lehrstuhl für Digital Health der Universität Erlangen-Nürnberg leitet. Aus ihren Überlegungen entstand das Projekt „Gastro Digital Shirt“: Entwickelt haben es Assistenzärzte zusammen mit Ingenieuren – und sind dafür Ende 2019 mit dem Innovationspreis „Digitale Gastroenterologie“ ausgezeichnet worden, mit dem die Deutsche Gesellschaft für Gastroenterologie, Verdauungs- und Stoffwechselkrankheiten (DGVS) die Entwicklung digitaler Innovationen in ihrem Fachbereich fördert.

Das T-Shirt ist auf der Bauchseite mit sechs bis acht miniaturisierten, digitalen Mikrofonen ausgestattet, die Bauchgeräusche über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen kontinuierlich erfassen können. Was dabei aufgenommen wird, sortieren Computeralgorithmen vor, kategorisieren und isolieren auffällige Bauchgeräusche. Das Ziel der Wissenschaftler: Die über einen längeren Zeitraum gesammelten akustischen Daten sollen – in Kombination mit klinischen Parametern – helfen, besser zu verstehen, unter welchen Umständen und aufgrund welcher Risikofaktoren und bei welchem Lebensstil gastrointestinale Erkrankungen oder Beschwerden entstehen.

Bisher keine vergleichbare praxistaugliche Lösung

Erste Tests mit verschiedenen akustischen Aufnehmern wurden am Lehrstuhl für Digital Health durchgeführt. Dabei stellte sich schnell heraus, dass mehrere Aufnahmeorte im Bereich des Bauches vorteilhaft sein würden. In der wissenschaftlichen Literatur fanden sich Hinweise auf ähnliche Ansätze unter Laborbedingungen, jedoch wurde bisher keine vergleichbare tragbare und über längere Zeit einsetzbare Lösung vorgeschlagen. Daraufhin wurde ein Prototyp des Gastro Digital Shirts hergestellt und zunächst mit gesunden Probanden getestet.

Wearable hilft bei Diagnostik für chronische Erkrankungen

Die über Stunden, Tage oder gar Wochen erfassten akustischen Signale geben Einblicke in die Prozesse des Magen-Darm-Systems und sollen die Diagnostik vor allem bei chronischen Erkrankungen wie dem Reizdarmsyndrom ermöglichen. Auch eine regelmäßige Kontrolle von Patienten und bedarfsgesteuerte Therapieanpassung lässt sich so zukünftig erreichen.

Das Shirt in die Praxis umzusetzen, war aber nur möglich, da heute winzige Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) für Mikrofone vorliegen und neue digitale Fertigungstechniken für die Integration von Elektronik in Textilien zur Verfügung stehen. Um die Herstellungskosten niedrig zu halten, werden im Gastro Digital Shirt Standardkomponenten genutzt, wie sie in Smartphones zu finden sind. Solche Komponenten sind klein und robust – was wichtig ist, da das System auch im Alltag getragen werden soll.

Für die Integration der Elektronik werden Methoden getestet, die auf 3D-Drucktechniken aufbauen. Auch sind inzwischen die auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierenden Computeralgorithmen zur Mustererkennung weit genug fortgeschritten. Das Ergebnis ist ein Computer im T-Shirt, der heute schon so klein ist wie eine Kreditkarte.

Krankheitszustand erfassen und Behandlungen bewerten

Das textile Material für das T-Shirt selbst ist komfortabel und dehnbar. Prototypen der alltagstauglichen und waschbaren T-Shirts werden derzeit an Patienten mit Darmerkrankungen sowie an gesunden Probanden getestet. Einen Krankheitszustand zu erfassen, ist aber nicht die einzige Einsatzmöglichkeit des Shirts. In der regulären Versorgung könnte es helfen, bekannte und neue Behandlungsmethoden für einen einzelnen Patienten im Krankheitsverlauf zu bewerten. Darüber hinaus lässt sich mit den im Shirt erhobenen Daten die Grundlage schaffen, um individuelle Strategien für das persönliche Risikomanagement abzuleiten.

Wie bei anderen digitalen Projekten ist auch hier der Datenschutz ein Thema. Denn abgesehen von akustischen Signalen aus Magen und Darm registriert das System natürlich auch die Geräusche rundherum, erfasst also ebenfalls Gespräche. Von denen dringt allerdings aus dem Computer nichts nach außen, denn die Datenanalyse findet gleich „im Textil” statt. Nur die Ergebnisse der Musteranalyse werden weitergeleitet.

Aus Sicht der Gastroenterologie ist die zuverlässige und nicht-invasive Untersuchung des Magen-Darm-Trakts – vergleichbar zu einem EKG für das Herz-Kreislauf-System – eine große Chance, mehr über eine Erkrankung und ihren Verlauf zu erfahren. Heute stehen neben der kurzzeitigen akustischen Untersuchung nur Aussagen des Patienten selbst zur Verfügung sowie die in Serum oder Stuhl gemessenen Entzündungswerte.

Demnächst werden weitere Studien mit gesunden Probanden und Patienten durchgeführt, um das Gastro Digital Shirt weiter zu optimieren. Passform und Tragekomfort spielen dabei eine wichtige Rolle – denn für Untersuchung und Therapie ist es am besten, wenn Patienten
das Shirt regelmäßig benutzen. Es muss
also sowohl komfortabel als auch praktisch genug sein, um sich als unauffällige Technologie in den Alltag des Patienten zu integrieren. (op)


Kontakt zu den Forschern:

Prof. Dr. Oliver Amft
Department of Medical Informatics, Biometry and Epidemiology
Leiter des Lehrstuhls für Digital Health
Henkestr. 91, Geb. 7, Raum 375
91052 Erlangen
Tel.: +49 – (0) 9131 85–23601
E-Mail: oliver.amft@fau.de
www.cdh.med.fau.de

Prof. Dr. Markus F. Neurath

Medizinische Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Innere Medizin I
Ulmenweg 18
91054 Erlangen
Tel.: +49 (0) 9131 85–35204
E-Mail: markus.neurath@uk-erlangen.de

www.medizin1.uk-erlangen.de


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