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Wearbles: Die Weste hat die Lunge unter Kontrolle

Wearables
Wearable überwacht Lungenfunktionen

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Auch eine Form von Wearable: In der Vorder- und Rückseite dieser Textilweste sind Akustiksensoren integriert, die den Thorax abhören (Bild: Fraunhofer IKTS)
Mehr Diagnosemöglichkeiten bei Atemwegs- oder Lungenerkrankungen soll die Technik aus dem Projekt Pneumo.Vest bieten. Was Sensoren in der Weste messen, wertet zugehörige Software gleich aus.

Verstärkung für das Stethoskop: Im Projekt Pneumo.Vest haben Forscher eine Textilweste mit integrierten Akustiksensoren entwickelt. Diese soll eine leistungsfähige Ergänzung zum klassischen Stethoskop sein: In der Vorder- und Rückseite der Weste sind Akustiksensoren auf Piezokeramik-Basis eingearbeitet. Diese registrieren rund um den Thorax jedes noch so leise Geräusch, das die Lunge produziert. Eine Software nimmt die Signale auf und gibt sie elektrisch verstärkt aus.

Wearable misst, Display zeigt, wie es steht

Entwickelt haben die Weste Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS am Standort Berlin. Sie haben ergänzend zur Weste auch ein Display bereitgestellt, auf dem eine visuelle Darstellung der Lunge erscheint. Da die zugehörige Software die Position jedes einzelnen Sensors kennt, platziert sie dessen Daten an der entsprechenden Stelle. Ergebnis: Es entsteht ein detailreiches akustisches wie optisches Szenario der Belüftungssituation aller Lungenbereiche.

Dabei soll Pneumo.Vest weder das Stethoskop überflüssig machen und noch die Fähigkeiten erfahrener Pneumologen ersetzen. Doch eine Auskultation oder auch ein Lungen-CT ergeben immer nur eine Momentaufnahme zum Zeitpunkt der Untersuchung. „Der Mehrwert unserer Technik“ erläutert Ralf Schallert, Projektleiter am Fraunhofer IKTS, „besteht darin, dass sie ähnlich wie ein Langzeit-EKG die kontinuierliche Überwachung der Lunge erlaubt.“

Winziger Bildsensor für Wearables und Endoskope

Da das System die Daten permanent erfasst und speichert, kann die Untersuchung zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Beisein des Krankenhauspersonals erfolgen. Außerdem zeigt Pneumo.Vest den Status der Lunge im zeitlichen Verlauf an, also beispielsweise über die vergangenen 24 Stunden. Auch die klassische Auskultation direkt am Patienten ist möglich. Doch: Anstelle der manuellen und punktuellen Auskultation mit dem Stethoskop sind viele Sensoren gleichzeitig im Einsatz. Während der Untersuchung muss der Patient auch nicht an Geräten auf der Intensivstation angeschlossen sein, sondern kann sich in der Normalstation aufhalten.

Machine-Learning-Algorithmen unterstützen die Diagnose des Wearables

Herzstück der Weste ist neben den Akustiksensoren die Software. Sie ist für das Speichern, Analysieren und Darstellen der Daten zuständig. Mit ihr kann der Arzt das akustische Geschehen in einzelnen Lungenbereichen auf dem Display betrachten. Durch Algorithmen lässt sich auch der Herzschlag herausfiltern, charakteristische Frequenzbereiche können hingegen verstärkt werden. Lungengeräusche wie Rascheln oder Röcheln sind dann viel deutlicher hörbar.

Die Forschenden am Fraunhofer IKTS entwickeln darüber hinaus Machine-Learning-Algorithmen. Diese sind zukünftig in der Lage, die komplexe Geräuschkulisse im Thorax zu strukturieren und zu klassifizieren. Die endgültige Bewertung und Diagnose nimmt dann die Pneumologin oder der Pneumologe vor.

Wearables: Wenn das T-Shirt den Herzschlag misst

Mit der Weste können sich Patienten während der Untersuchung freier bewegen

Patienten können mit angelegter Weste ohne ständige Beobachtung durch das medizinische Personal genesen. Sie können auf die Normalstation verlegt und vielleicht sogar nach Hause geschickt werden und sich dort weitgehend frei bewegen. Die Lunge bleibt trotzdem fortlaufend unter Kontrolle. Über eine plötzlich eintretende Verschlechterung wird das medizinische Personal sofort informiert.

Erste Tests mit Personal an der Klinik für Intensivmedizin der Universität Magdeburg zeigen, dass das Konzept in der Praxis aufgeht. „Das Feedback von Ärztinnen und Ärzten war überaus positiv“, sagt Schallert. Auf die Technik freut sich auch Dr. Alexander Uhrig von der Universitätsmedizin Berlin. Der Spezialist für Infektiologie und Pneumologie an der renommierten Charité war einer der Initiatoren der Idee: „Pneumo.Vest adressiert genau das, was wir brauchen. Wir bekommen damit ein Instrument, das die Diagnosemöglichkeiten erweitert, unser Klinikpersonal entlastet und den Klinikaufenthalt für die Patientinnen und Patienten angenehmer gestaltet.“

Die Technologie ist in erster Linie für Beatmungspatienten konzipiert, doch sie eignet sich genauso gut für Menschen in Pflegeeinrichtungen oder auch für den Einsatz im Schlaflabor. Eine weitere Anwendung ist das Training junger Ärztinnen und Ärzte für die Auskultation.

Was sind Clinical Grade Wearables?

Unter Clinical Grade Wearables (CGW) versteht man kompakte medizinische Geräte, die man direkt am Körper trägt und die Vitalfunktionen wie etwa Herzschlag, Sauerstoffsättigung des Blutes, Atemfrequenz oder Hauttemperatur messen. Diese sind zunehmend gefragt. Als flexibel einsetzbares medizinisches Gerät passt Pneumo.Vest sehr zu dieser Entwicklung.

Kontakt zu den Forschern:
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28
01277 Dresden
www.ikts.fraunhofer.de

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