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IEDM 2015

Silizium zur Vorbeugung, Behandlung und Pflege

8. Dezember 2015, 9:24 Uhr | Gerhard Stelzer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Anwendungsfälle für tragbare Sensoren

Im Alter von 80 Jahren erkranken immer mehr Menschen an kongestiver Herzinsuffizienz, wobei sich Wasser in der Lunge bildet. Typischerweise wird diese Krankheit mit invasiven Kathetern, Echokardiographie und Röntgenuntersuchung des Thorax untersucht. Dies bedeutet in der Regel wiederholte Klinikaufenthalte. Beim IMEC wurde ein tragbares Bioimpedanz-Sensor-System entwickelt, das aus einem wiederverwendbaren Sensormodul und einem Wegwerf-Aufnehmer (Patch) besteht, und sowohl Flüssigkeitsaufbau als auch die Drainage während der Behandlung erfasst. Die Folge sind weniger und kürzere Klinikaufenthalte.

Atemstillstand im Schlaf ist ein in mittleren Jahren bereits weit verbreitetes Phänomen. Dabei schließt und öffnet sich zeitweilig der obere Atemweg, wobei die Atmung aussetzt. Dies kann zu chronischem Stress für den Körper führen und weitere Risikofaktoren begünstigen, wie Bluthochdruck, Herzkrankheiten, Schlaganfälle. Heute ist eine Polysomnographie ein aufwendiges Diagnoseverfahren, das in einer Schlafklinik stattfindet. Auch hier kann ein tragbares System auf Basis eines integrierten Multisensor-SoC, das die Vitalsignale wie Puls, Atemrate und –volumen aufzeichnen kann, Abhilfe schaffen. Nach Behandlung des Atemstillstands im Schlaf lässt sich mit einem Armband dann der Blutdruck überwachen. Gemessen wird dabei die Ankunftszeit des Pulses, woraus sich näherungsweise der Blutdruck ergibt.

Ebenfalls im mittleren Alter bleibt den meisten die Alterssichtigkeit nicht erspart, bei der die natürliche Linse des Auges nahe Objekte nicht mehr korrekt auf der Netzhaut abbildet. Anstelle von Lesebrillen, könnten Betroffene von einer smarten Kontaktlinse profitieren, bei der eine elektrooptische Linse ihre Brennweite einstellen lässt. Damit ließe sich das ursprüngliche Sehvermögen der körpereigenen Linse bei uneingeschränktem Sichtfeld wiederherstellen. Ein Komplettsystem in der Größe einer Kontaktlinse mit ausreichender Sauerstoffdurchlässigkeit konnte bislang noch nicht umgesetzt werden. Allerdings stehen die einzelnen Elemente für eine smarte Kontaktlinse mit einer Nutzungsdauer von einem Monat bereits zur Verfügung: LCD, Autofokus-Messung, Steuerschaltungen, flexible Batterie und drahtlose Ladetechnik.

Ein komplexerer Ansatz ist erforderlich, wenn beispielsweise Stress wirkungsvoll bekämpft werden soll. Handelsübliche Fitness-Tracker können zwar mangelnde Bewegung erfassen, meist aber nicht kardiorespiratorische Parameter. Van Hoof sieht hier einen in Textilien integrierten Gesundheitssensor als Ansatz, der eine kardiorespirative Fitnessbewertung ermöglicht. Typischer weise werden zur Erfassung des Stress-Niveaus der Puls und die Leitfähigkeit der Haut herangezogen. Das reicht jedoch noch nicht, denn Studien haben ergeben, dass sich mentaler Stress bei jedem Menschen anders ausdrückt. Also braucht man laut Van Hoof einen echten personalisierten Sensor, der kontext-bewusst auf Basis eines selbstlernenden Algorithmus bestimmen kann, wie er eine sinnvolle Kombination von 20 physiologischen Parametern auswertet. Derzeit führt das IMEC dazu einen Feldversuch mit 1200 Probanden durch.

Schließlich stellte Van Hoof noch einen tragbaren Sensor für die Schwangerschaft vor, der werdende Mütter und ihr ungeborenes Kind überwachen kann und umfangreiche Daten erhebt. Ziel ist es mit diesen Daten klinische Algorithmen zu entwickeln, die Schwangerschaftskomplikationen, wie Frühgeburt, Präeklampsie oder Schwangerschaftsdiabetes, vorhersagen und dann diagnostisch begleiten können.