Abschied vom Stethoskop: Herztöne mit Radar zuverlässig abhören

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Mithilfe von Radar wollen Forscher Herztöne zuverlässig abhören und beurteilen. Künftig sollen mobile Radargeräte herkömmliche Stethoskope ersetzen und Vitalfunktionen berührungslos überwachen.

Beim klassischen Abhören von Herz und Lunge verwendet der Arzt ein Stethoskop. Dazu werden die Schwingungen der Körperoberfläche auf eine Membran im Kopf des Stethoskops übertragen und an das Trommelfell des Arztes weitergeleitet. Akustische Stethoskope sind vergleichsweise preiswert und arbeiten seit vielen Jahrzehnten zuverlässig, aber sie haben einen Nachteil: Die Diagnose auf Grund der Herzgeräusche, etwa die Beurteilung der Herzklappenfunktion, erfolgt subjektiv und ist unmittelbar von der Erfahrung des Arztes abhängig.

Jetzt haben Elektrotechniker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus und der Palliativmedizinischen Abteilung des Universitätsklinikums Erlangen ein Verfahren entwickelt, mit dem Herztöne per Radar zuverlässig abgehört und eine Diagnose gestellt werden kann. Damit soll es in Zukunft möglich werden, mit mobilen Radargeräte herkömmliche Stethoskope zu ersetzen. Außerdem lassen sich berührungslos Vitalfunktionen permanent mit stationärem Radar überwachen.

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Radar misst die Vibrationen der Haut

Mithilfe eines sogenannten Sechstor-Dauerstrich-Radarsystems können die Forscher Vibrationen der Haut messen, die durch den Herzschlag verursacht werden. „Wir bedienen uns im Grunde einer ähnlichen Methode, die auch bei der Geschwindigkeitsmessung im Straßenverkehr zum Einsatz kommt“, erklärt Christoph Will, Doktorand am LTE in Erlangen.

„Dabei wird eine Radarwelle auf die Oberfläche eines Objektes gerichtet und reflektiert. Bewegt sich das Objekt, ändert sich die Phase der reflektierten Welle. Daraus errechnen wir dann die Stärke und Frequenz der Bewegung, in unserem Fall des Brustkorbes.“ Im Unterschied zum Verkehrsüberwachungsradar ist das biomedizinische Radarsystem in der Lage, Bewegungsänderungen im Bereich weniger Mikrometer zu erfassen – eine wichtige Voraussetzung dafür, selbst kleinste Anomalien zu diagnostizieren, beispielsweise Insuffizienzen, Stenosen oder nicht korrekt schließende Herzklappen.

Das Radar im Vergleich zum Stethoskop

Die ersten Testversuche verliefen erfolgreich: Die Probanden wurden in verschiedenen Aktivierungszuständen – in Ruhe, nach dem Sport – untersucht und ihre Herztöne detektiert. Der direkte Abgleich des Radarsystems mit herkömmlichen Standardinstrumenten – einem digitalen Stethoskop und einem Elektrokardiografen – zeigte eine sehr hohe Korrelation. Kilin Shi, ebenfalls Doktorand am LTE: „Bei der Diagnose des S1, des ersten Herztons, beispielsweise erreichen wir eine Übereinstimmung von 92% mit dem EKG. Im direkten Vergleich der Signalformen mit dem digitalen Stethoskop liegt die Korrelation bei 83%. Das ist absolut zuverlässig.“

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Die geringen Abweichungen erklären die Forscher damit, dass die gleichzeitigen Messungen von Radar- und Referenzwerten nicht an exakt derselben Stelle des Körpers vorgenommen werden können. Außerdem erfasst das Radarsystem im Unterschied zum Stethoskop eine Fläche und nicht einen einzelnen Punkt – auch das ist ein Grund für unterschiedliche Messwerte.

Mensch als Fehlerquelle wird ausgeschlossen

Die Erlanger Wissenschaftler sind optimistisch, dass mobile Radarsysteme in naher Zukunft die klassischen Stethoskope bei der Diagnose der Herzfunktion ersetzen könnten. Ein großer Vorteil des Radars liegt darin, dass die Werte digital erfasst und somit objektiviert werden – der Mensch, als Fehlerquelle bei der Diagnose von Anomalien oder Krankheiten, kann so zunehmend ausgeschlossen werden. Vorstellbar wäre auch, biomedizinische Radarsysteme eines Tages für automatisierte prophylaktische Untersuchungen beispielsweise in Wartezimmern von Arztpraxen, in Arbeitsumgebungen oder auch zuhause einzusetzen.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

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