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Radar statt Stethoskop?: Neues Verfahren für die berührungslose Herztonmessung

Wissenschaftler ein Verfahren entwickelt, mit dem Herztöne per Radar exakt detektiert und diagnostiziert werden können. Mobile Radargeräte könnten künftig herkömmliche Stethoskope ersetzen, außerdem ist eine permanente berührungslose Überwachung der Vitalfunktionen mit stationärem Radar möglich.

FAU-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektronik haben ein Radarsystem entwickelt, das Herztöne berührungslos messen kann. Die roten Strahlen zeigen, wo gemessen wird. Bildquelle: © FAU/Kilin Shi

FAU-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektronik haben ein Radarsystem entwickelt, das Herztöne berührungslos messen kann.

Das Stethoskop ist – neben dem weißen Kittel – das Markenzeichen von Ärztinnen und Ärzten. Es wird verwendet, um Geräusche von Herz und Lunge zu diagnostizieren. Beim klassischen »Abhorchen« werden Schwingungen der Körperoberfläche auf eine Membran im Kopf des Stethoskops übertragen, an das Trommelfell des Untersuchenden weitergeleitet und als Töne wahrgenommen. Akustische Stethoskope sind vergleichsweise preiswert und arbeiten seit vielen Jahrzehnten zuverlässig, aber sie haben einen Nachteil: Die Diagnose von Herzgeräuschen, etwa die Beurteilung der Herzklappenfunktion, erfolgt subjektiv und ist unmittelbar von der Erfahrung des Arztes abhängig.

Radar kann Herztöne messen

In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekt haben Erlanger Forscher vom Lehrstuhl für Technische Elektronik (LTE) jetzt ein Verfahren entwickelt, das die klassische Phonokardiologie eines Tages ablösen könnte: Mittels eines sogenannten Sechstor-Dauerstrich-Radarsystems messen sie Vibrationen der Haut, 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.

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, zum Beispiel Insuffizienzen, Stenosen oder nicht korrekt schließende Herzklappen.

So zuverlässig wie etablierte Messverfahren

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 Prozent mit dem EKG. Im direkten Vergleich der Signalformen mit dem digitalen Stethoskop liegt die Korrelation bei 83 Prozent. Das ist absolut zuverlässig.«

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 ein Grund für unterschiedliche Messwerte. (me)

 

FAU-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektronik haben ein Radarsystem entwickelt, das Herztöne berührungslos messen kann. Die roten Strahlen zeigen, wo gemessen wird. Bildquelle: © FAU/Kilin Shi

FAU-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektronik haben ein Radarsystem entwickelt, das Herztöne berührungslos messen kann. Die roten Strahlen zeigen, wo gemessen wird.