Kontaktloses Monitoring von Atembewegungen: Messungen mit RFID-Tags für hilfreich befunden

Dieselbe drahtlose Technologie, mit der man Haustiere wie Hunde und Katzen orten oder Gegenstände in Lagerhallen lokalisieren kann, lässt sich, wie es scheint, auch zur Atemüberwachung einsetzen.

Forschende von der Technischen Universität Chalmers, dem Universitätsklinikum Sahlgrenska und der Universität Göteborg (alle in Schweden) präsentieren nun eine völlig neue Methode zur Atemüberwachung beziehungsweise der Messung der Atembewegungen bei Patienten mit eingeschränkter Lungenfunktion. Mithilfe kleiner, pflasterähnlicher Sensoren könne die Atmung detailliert und berührungslos analysiert werden – im Krankenhaus oder zu Hause, berichten die Autoren aus ihrer Proof-of-Concept-Studie.

Leichter zugängliche, kostengünstigere und weniger belastende Messung

Für Patienten mit Lungenerkrankungen oder nach Operationen ist die genaue und zuverlässige Atemüberwachung unerlässlich. Derzeit werden in der Regel bildgebende Verfahren wie Röntgenaufnahmen und Computertomographien eingesetzt – mit dem Nachteil, dass man dafür eine entsprechende Einrichtung aufsuchen muss und die Patienten einer Strahlenbelastung ausgesetzt sind.

Mit dem Ziel, präzise Messungen einfacher verfügbar und kostengünstiger zu ermöglichen, hat das Forschungsteam einen neuen Ansatz zur Analyse der Atemfunktion getestet. In einer kürzlich im Journal „IEEE Access“ veröffentlichten Arbeit demonstrieren die Wissenschaftler, dass sich Hochfrequenztechnologie für die präzise Messung der Atemfunktion und -bewegungen eignet. Die Technologie findet bereits breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, von der Mobilkommunikation bis zur Warenverfolgung mittels RFID (Radio Frequency Identification).

„Um die Idee zu testen, nutzten wir in einem Machbarkeitsnachweis handelsübliche Geräte“, berichtet Xuezhi Zeng, außerordentliche Professorin und Dozentin am Institut für Elektrotechnik der Technischen Universität Chalmers. „Wir freuen uns über die vielversprechenden Ergebnisse, die das Potenzial der Technologie für die fortschrittliche Überwachung im Gesundheitswesen aufzeigen.“ Zeng forscht seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Hochfrequenztechnologie und führte gemeinsam mit Kollegen des Universitätsklinikums Sahlgrenska und der Universität Göteborg die Studie durch, die die Eignung der Technologie für die präzise Atemüberwachung belegt.

Tests mit RFID-Tags an einem Dummy

Die Tests wurden im Simulationszentrum des Universitätsklinikums Sahlgrenska durchgeführt. Dort statte man eine computergesteuerte Puppe mit vier pflasterähnlichen RFID-Tags aus, die an verschiedenen Stellen auf der Brustwand angebracht waren. Mithilfe von Funkwellen eines tragbaren Lesegerätes konnten die Bewegungen der Tags aufgezeichnet und grafisch auf einem Monitor dargestellt werden.

In den meisten Tests ließen sich selbst geringfügige Unterschiede in den Atembewegungen an den verschiedenen Messpunkten feststellen. Die Ergebnisse lieferten somit ein detailliertes Bild der Atembewegungen.

„Im Gesundheitswesen besteht ein großer Bedarf an flexiblen, zuverlässigen und kostengünstigen Messmethoden“, betont Gunilla Kjellby Wendt, Leiterin der Ergotherapie und Physiotherapie am Universitätsklinikum Sahlgrenska und außerordentliche Professorin an der Chalmers-Universität. „Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einer personalisierten Rehabilitation, beispielsweise für Patienten nach Operationen oder mit chronischen Lungenerkrankungen.“ Die Wissenschaftlerin ist überzeugt, dass die RFID-Technologie die Durchführung einer Atemüberwachung vereinfacht, da die Geräte tragbar sind und sowohl im Gesundheitswesen als auch zu Hause eingesetzt werden können.

Die kleinen, mit einem Chip ausgestatteten Tags, die jeweils eine eindeutige ID besitzen, beziehen ihren Strom vom Lesegerät. Dadurch funktionieren sie kontaktlos und ohne Batterien oder Kabel.

Hoffnung auf klinische Studien innerhalb von fünf Jahren

Der nächste Schritt für die Forschenden ist die Entwicklung eines eigenen Prototyps. Signalverarbeitung, Systemdesign und Analysefunktionen werden so angepasst, dass die Geräte und Methoden robust genug für klinische Studien sind.

„Es wird einige Jahre dauern, aber ich hoffe, dass unser Prototyp innerhalb von fünf Jahren an Patienten getestet werden kann“, sagt Zeng.

Langfristig erhoffen sich die Wissenschaftler, dass die Methode es ermöglicht, mehr Patienten in einem breiteren Spektrum an Versorgungseinrichtungen zu testen. Ziel ist es außerdem, Patienten mit eingeschränkter Lungenfunktion über einen längeren Zeitraum in ihrem Zuhause zu überwachen, um Verschlechterungen frühzeitig zu erkennen und zu behandeln.

„Dies könnte einen bedeutenden Einfluss darauf haben, wie wir Patienten mit eingeschränkter Lungenfunktion monitoren und behandeln, insbesondere da immer mehr Pflegeleistungen zu Hause erbracht werden“, macht Monika Fagevik Olsén, Koautorin der Studie und Professorin für Physiotherapie an der Universität Göteborg, deutlich. (ac)