ANIPULS
Entwicklung eines Hybridverfahrens zur nichtinvasiven Bestimmung des Blutdrucks mit UWB-Radar (Ultra wideband) und Ultraschall
| Laufzeit: | 01.06.2018 - 31.05.2020 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Roman Kreiger, B.Sc. |
Hintergrund
Seit der Freigabe der UWB-Technik durch die Federal Communications Commission im Jahr 2002 entstand eine Reihe von Applikationen im medizinischen Bereich. Ultraschall findet bereits Anwendung in der Medizin und hat sich in nahezu allen medizinischen Bereichen, so auch der Gefäßdiagnostik, etabliert.
Die medizinischen Applikationen von UWB-Systemen unterteilen sich in die Bereiche Detektion von Vitalparametern sowie Bildgebung. Es werden reflexionsbasierte Radarsysteme eingesetzt, die die Grenzflächenreflexionen einzelner Gewebeübergänge detektieren. So kann etwa die Durchmesseränderung der Aorta detektiert werden, deren herzschlagbasierte Durchmesseränderung in der Größenordnung von einigen 100 Mikrometern liegt.
Experimentelle Ansätze mit Ultraschall belegen, dass unter definierten Bedingungen auch eine Bestimmung des Blutdrucks in Arterien möglich ist. Mit Ultraschall werden die Dicke und Ausdehnung der Gefäßwände sowie die Flussgeschwindigkeitsprofile im Blut gemessen.
Beide Verfahren besitzen das Potential zur Messung des Blutdrucks. UWB kann hierbei eher für die dynamische Anwendung unter Belastung und Bewegung eingestuft werden, während Ultraschall bei einem ruhig liegenden Messort und niedrigen Blutdruck Vorteile bietet. Die parallele Anwendung kann in der Entwicklungsphase und Anwendung wesentliche synergistische Effekte liefern.
Ziel
Das wesentliche Ziel des Forschungsprojekts ANIPULS besteht darin, ein Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Detektion des arteriellen Blutdrucks auf der Basis eines kombinierten Transmissions- und Reflexionsansatzes mit elektromagnetischen Ultrabreitband-Signalen zu entwickeln. Insbesondere soll erforscht werden, wie weit über die derzeit verfügbaren Verfahren hinaus die Messgenauigkeit durch den neuartigen Ansatz gesteigert werden kann. Die Kombination als Hybridverfahren mit Ultraschall dient der Referenzierung und der Verbesserung der Messung bei hypotonen Kreislaufsituationen. Zentrale Ziele sind der Entwurf eines geeigneten Messverfahrens sowie der Aufbau eines Modells zur Auswertung der Messergebnisse. Dieser Ansatz, gestützt durch parallel erstellte Simulationsergebnisse, verfolgt das Ziel die Druckzustände im Gefäß über den gesamten klinisch relevanten Bereich zu messen. Hierbei wird im aufgebauten Modell und innerhalb des zu untersuchenden Gefäßabschnitts der Druck mit einem Referenzsystem kontinuierlich aufgezeichnet. Die Flussmessung im System und die Analyse der Änderungen der Gefäßwand durch Ultraschall liefern dabei zusätzliche Parameter zur Integration in die abschließende Validierung des Aufbaus unter Berücksichtigung eines standardisierten, statistisch abgesicherten Verfahrens. Ein weiteres Ziel ist die Erprobung des Systems an gesunden Probanden, bei einer entsprechenden Datenlage der Modelluntersuchungen.
Ansatz
Aufgrund der Anforderung, den arteriellen Blutdruck nichtinvasiv und kontinuierlich präzise messen zu können, sowie aufgrund der bislang noch unzureichenden Genauigkeit bestehender Verfahren, wird hier ein Ansatz verfolgt, der bisherige Transmissions- und Reflexionsansätze der UWB-Technik verbindet und mit Ultraschall kombiniert. Hierbei dient Ultraschall als Referenz zur mittels UWB bestimmten Gefäßwandausdehnung, und bei niedrigem Blutdruck als zusätzliche Information zur Erhöhung der Messgenauigkeit.
