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66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e. V. (TMF)

26. - 30.09.2021, online

Anforderungen für die Weiterentwicklung eines Ballistokardiographie-Messsystems zu einem Wearable

Meeting Abstract

  • Marie Cathrine Wolf - Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik der Technischen Universität Braunschweig und der Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany
  • Nico Jähne-Raden - Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik der Technischen Universität Braunschweig und der Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany
  • Ulf Kulau - DSI Aerospace Technology, Bremen, Germany
  • Peter Klein - User Interface Design GmbH, Berlin, Germany
  • Klaus-Hendrik Wolf - Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik der Technischen Universität Braunschweig und der Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie. 66. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS), 12. Jahreskongress der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e.V. (TMF). sine loco [digital], 26.-30.09.2021. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2021. DocAbstr. 168

doi: 10.3205/21gmds017, urn:nbn:de:0183-21gmds0170

Veröffentlicht: 24. September 2021

© 2021 Wolf et al.
Dieser Artikel ist ein Open-Access-Artikel und steht unter den Lizenzbedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 License (Namensnennung). Lizenz-Angaben siehe http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.


Gliederung

Text

Einleitung: Herz-Kreislauf-Erkrankung sind weltweit die häufigste Todesursache und auch bei nicht-tödlichen Verläufen mit erheblichen Krankheitsfolgen und Kosten verbunden [1], [2], [3]. Daher ist die kontinuierliche Beobachtung der Herzfunktion von besonderer Bedeutung. Die Ballistokardiographie (BCG) misst nicht-invasiv mechanische Kräfte, verursacht durch die Bewegung des Blutvolumens durch die Herzkammern und den Auswurf in die Arterien. Dies ermöglicht die Abbildung der rhythmischen Aktivität und Rückschlüsse auf die mechanische Arbeit des Herzens [4]. Aktuell untersuchen verschiedene Forschungsgruppen den Einsatz von Beschleunigungssensoren für BCG-Messungen [5], [6], [7], [8], [9]. Den Autoren sind keine kommerziell verfügbaren Wearables für BCG-Messungen bekannt. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Sensoren gestattet inzwischen die kostengünstige Herstellung von Sensorsystemen, deren Messgenauigkeit hinsichtlich Empfindlichkeit und Abtastrate die der bisher verwendeten Systeme übersteigt. In Vorarbeiten erfolgten die Entwicklung eines hochpräzisen BCG-Sensorsystems mit kostengünstigen Beschleunigungssensoren und anschließend Testmessungen bei gesunden Erwachsenen und Kindern [10], [11], [12]. Das Ziel der vorgestellten Arbeit ist es, Anforderungen zu identifizieren, die für die Weiterentwicklung des BCG-Sensorsystems zum Wearable zu erfüllen sind.

Methodik: Die Testmessungen sind hinsichtlich ihrer für das kardiovaskuläre Monitoring ableitbaren Parameter auszuwerten. Des Weiteren sind Anforderungen zu identifizieren, die für die Weiterentwicklung des bestehenden BCG-Messsystems zu einem Wearable zu erfüllen sind. Dabei erfolgt eine Unterteilung in technische Anforderungen an das Gerät und organisatorische Anforderungen für die Weiterentwicklung.

Ergebnisse: Die Ergebnisse der ausgewerteten Testmessungen zeigen, dass das BCG-Sensorsystem grundlegende medizinische Parameter wie Puls und Atmung, aber auch spezifischere Merkmale wie Herzklappenöffnungen sowie -schlüsse abhängig von der Sensorposition am Körper abbilden kann. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung des Sensorsystems ist dieses aktuell am Körper tragbar, allerdings aufgrund seiner Größe und Energieversorgung noch nicht für das kontinuierliche Monitoring praktikabel. Für die Weiterentwicklung ergibt sich damit die technische Anforderung, das Sensorsystem zu miniaturisieren, sodass es ein Wearable wird oder direkt in Textilien integrierbar ist. Des Weiteren ist der Energiebedarf des Wearables zu reduzieren, eine mobile Energieversorgung zu integrieren und es sind geeignete Sensorpositionen für das Wearable aus den in Vorarbeiten erprobten Positionen zu ermitteln. Für effiziente Übertragungen auf andere Geräte muss eine Vorverarbeitung der BCG-Signale auf dem Sensorsystem erfolgen. Nach der Übertragung sind die Signale auszuwerten und für die Nutzer*innen zu visualisieren. Hierfür bestehen bereits erste Visualisierungskonzepte [13]. Aus den erzielbaren Signalqualitäten und organisatorischen Anforderungen folgt die Zweckbestimmung und Einordnung des Wearables als Gesundheitstracker oder Medizinprodukt. Zusätzlich muss die Planung und Durchführung von Testmessungen mit Nutzer*innen erfolgen.

Diskussion: Die Datenqualität des entwickelten Prototyps übertrifft die aktuell verwendeter Systeme. Für die Weiterentwicklung ergibt sich die Herausforderung, das Sensorsystem bei gleichbleibend hoher Signalqualität zu miniaturisieren. Die Ergebnisse der Testmessungen sind im Hinblick auf den Einsatz der BCG im kardiovaskulären Monitoring vielversprechend. Für den medizinischen Einsatz wären Algorithmen notwendig, die eine leichte Interpretation ermöglichen und Abweichungen zum gesunden Signal erkennen.

Schlussfolgerung: Die Ballistokardiographie ist zur Messung von medizinischen Parametern einsetzbar und das entwickelte BCG-Sensorsystem bildet eine Grundlage für die Weiterentwicklung zum Wearable. Für die Umsetzung eines alltagstauglichen Wearables ergeben sich Anforderungen, bei deren Erfüllung es möglich wäre, die Ballistokardiographie in Form von Gesundheitstrackern für das kardiovaskuläre Monitoring im Alltag oder Medizinprodukten z. B. in Telemedizin Szenarien einzusetzen.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Die Autoren geben an, dass kein Ethikvotum erforderlich ist.


Literatur

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