Von Seesternen inspiriertes Pflaster löst wichtige Probleme bei tragbaren Herzsensoren
Der Bereich der tragbaren Geräte ist sprunghaft gewachsen , nicht nur im Hinblick auf die Massenakzeptanz, sondern auch aufgrund einiger erstaunlicher Innovationen . Tragbare Herzfrequenzsensoren können jetzt alles messen, von der Herzfrequenz über den Blutsauerstoffgehalt bis hin zum EKG, und das in Formfaktoren, die von einer Uhr bis zu Fingerringen reichen .
Allerdings bringen diese Sensoren eine Reihe von Problemen mit sich. Bewegungsartefakte, die durch Bewegung oder starke Aktivität entstehen, verändern den Blutfluss und beeinträchtigen deren Genauigkeit. Optische Herzfrequenzsensoren (Photoplethysmographie oder PPG-Technologie) haben auch Probleme mit dunkleren Hauttönen, Tätowierungen oder sogar der Körperpositionierung.
Die Natur kommt wieder einmal zur Rettung
Die Lösung für diese Probleme – und noch mehr – könnte tief im Meeresboden liegen. Wissenschaftler der University of Missouri haben ein seesternförmiges tragbares Gerät entwickelt , das die Herzfrequenz in Echtzeit messen kann. Das Gerät ist von den Armbewegungen eines Seesterns inspiriert und verfügt über mehrere Sensor-Haut-Verbindungspunkte.
Der größte Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die Bewegungsherausforderungen beseitigen und die Herzfrequenzaktivität genauer messen kann. Das Multisensorformat ermöglicht es dem Gerät, Multisignaldaten mit höherer Präzision zu erfassen, selbst wenn Benutzer körperlich aktiv sind.
„Ähnlich einem Seestern verfügt unser Gerät über fünf Arme, die jeweils mit Sensoren ausgestattet sind, die gleichzeitig sowohl die elektrische als auch die mechanische Herzaktivität erfassen“, bemerkt Sicheng Chen, Hauptautor der Studie, in der die Innovation detailliert beschrieben wird.
Großes Versprechen für das Wohlbefinden des Herzens
Das Gerät erfasst mit seinem Sensorarray elektrische (Elektrokardiogramm) und mechanische (Seismokardiogramm und Gyrokardiogramm) Herzsignale. Das Team entwickelte außerdem ein Modell für maschinelles Lernen, um Bewegungsvariablen zu kompensieren und Herzsignale von mehreren Punkten zu analysieren.
In ihren Tests konnten schwerwiegende Herzerkrankungen wie Vorhofflimmern (A-Fib), Myokardinfarkt, MI und Herzinsuffizienz (HF) genau erkannt werden. Bisher ist kein tragbares Massenmarktgerät in der Lage, die drei oben genannten Herzprobleme gemeinsam zu erkennen.
„Studien am Menschen zeigen, dass die Integration dieser multimodalen Biosignale die diagnostische Genauigkeit erheblich verbessert und eine Genauigkeit von mehr als 91 % für verschiedene Herzerkrankungen erreicht – und übertrifft damit Modelle, die auf weniger Eingaben angewiesen sind“, heißt es in dem im Science Journal veröffentlichten Forschungsbericht.
Kein Ärger mit dem Aufladen mehr
Insbesondere verwendete das Team handelsübliche elektronische Komponenten, um sein Multisensor-Herzfrequenzmessgerät herzustellen. Ein weiterer entscheidender Vorteil besteht darin, dass alle Daten in Echtzeit über Bluetooth übertragen werden können, was eine Fernüberwachung für Gesundheitsexperten ermöglicht.
Darüber hinaus unterstützt es kabelloses Laden. Der pentaradiale Herzfrequenzsensor ist mit einem integrierten 50-mAh-Akku ausgestattet, der pro Ladung bis zu 8 Stunden Herzaktivitätsmessung ermöglicht.
Es kann mit handelsüblichen Ladegeräten aufgeladen werden und die Energieübertragung kann über kabellose Ladespulen erfolgen, selbst wenn das Gerät verwendet wird oder unter Wasser. Das Team arbeitet nun daran, die Sensorhardware auf eine atmungsaktive Schicht zu übertragen, damit sie problemlos getragen werden kann.