Sub-Terahertz-Frequenzen im Gesundheitswesen nutzen

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), Nokia Bell Labs und die Charité – Universitätsmedizin Berlin starten eine strategische Partnerschaft, um die Nutzung von Sub-Terahertz(THz)-Frequenzen im Gesundheitswesen für Medizintechnologien zu evaluieren.

Im Rahmen der Zusammenarbeit soll untersucht werden, wie drahtlose Kommunikationstechnologien im Sub-THz-Bereich für nicht-invasive medizinische Technologien eingesetzt werden können. Sie bieten beispielsweise neue Möglichkeiten, Vitaldaten von Patent*innen aus der Ferne zu erfassen und damit zukunftsweisende, nicht-invasive Monitoring- und Diagnoselösungen zu entwickeln.

Sub-THz-Funksysteme bei Frequenzen zwischen 90 und 300 Gigaherzt (GHz) zeichnen sich durch extrem kurze Wellenlängen und hohe Bandbreiten aus, was eine deutlich höhere Empfindlichkeit und Genauigkeit im Vergleich zu bisherigen Sensing-Technologien ermöglicht. Ein besonders vielversprechender Ansatz ist „Joint Communication and Sensing“ – die gleichzeitige Nutzung des drahtlosen Kommunikationssystems für die Datenübertragung und die Umgebungserkennung. Diese besonderen Eigenschaften von Sub-THz werden von den Projektpartnern genutzt, um ein Kommunikationssystem zu entwickeln, das neben extrem hohen Datenraten hochauflösende räumliche Scans in Krankenhäusern unterstützen kann.

„Die Sub-THz-Technologie hat das Potenzial, die Medizin zu revolutionieren,“ erklärt Prof. Slawomir Stanczak, Abteilungsleiter Drahtlose Kommunikation und Netzwerke am Fraunhofer HHI. „Mit ihren hohen Bandbreiten ermöglicht sie die Echtzeitüberwachung von Vitaldaten wie Herzschläge und Atemfrequenzen und bietet eine genauere Verfolgung von Behandlungsfortschritten. Diese Technologie könnte die Art und Weise, wie wir Krankheiten erkennen und Patient*innen behandeln, entscheidend verändern.“

Sub-THz-Kommunikationsnetze könnten kabelgebundene Sensoren, wie etwa Elektrokardiogrammelektroden oder Pulsoximeter an den Fingerspitzen, ablösen. Dadurch würden Fehlalarme, die durch versehentliches Ablegen tragbarer Monitore entstehen, vermieden und den Patient*innen gleichzeitig eine größere Bewegungsfreiheit ermöglicht. Mit Hilfe von Beamforming-Technologien könnte das Netzwerk zudem einzelnen Patientinnen und Patienten folgen und sicherstellen, dass ihre Vitaldaten kontinuierlich erfasst werden, selbst wenn sie sich im Krankenhaus bewegen.

Darüber hinaus eröffnen sich neue Möglichkeiten für lebensrettende Anwendungen in der häuslichen Gesundheitsversorgung. Intelligente Heimsysteme könnten kontinuierlich Vitaldaten erfassen und medizinisches Personal bei lebensbedrohlichen Veränderungen alarmieren.

„Im Rahmen des Forschungshubs 6G-RIC haben wir bedeutende Fortschritte in der Entwicklung sub-THz-basierter Technologien erzielt.“, erklärt Dr. Michael Peter, Gruppenleiter mm-Welle am Fraunhofer HHI. „Diese Expertise möchten wir gemeinsam mit unseren Partnern nutzen, um innovative drahtlose Lösungen für völlig neue Anwendungsbereiche, beispielsweise im Gesundheitswesen, zu entwickeln.

Als Europas führendes akademisches Forschungszentrum wird die Charité die Sub-THz-Technologie validieren und bewerten. Nokia Bell Labs, eine der weltweit führenden Institutionen für angewandte Forschung, wird seine Expertise in den Bereichen Funkdesign und Sensing einbringen.