Kernkomponente des Sensors ist ein integriertes Strahler-Detektor-Modul mit bis zu 4 Lichtquellen und einen Photodetektor/-array
Weltweit arbeiten Forschung und Industrie an so genannten Health Wearables, mobilen und kaum sichtbaren Systemen, die mit hohem Komfort und unter Alltagsbedingungen Vitalparameter aufnehmen, analysieren und Medizinern zur Bewertung zur Verfügung stellen können.
Die kontinuierliche Aufzeichnung von sogenannten peripheren Photoplethysmogrammen soll in Zukunft weitere wertvolle Aussagen zur Gesundheit des Menschen liefern. Dazu zählen neben dem Puls und der arteriellen Sauerstoffsättigung, die Herzratenvariabilität, die Atemfrequenz sowie Informationen zur Gefäßsteifigkeit und Anzeichen von steigenden oder fallenden Blutdruck.
Ein erhöhter Blutdruck ist heute wichtigster Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Laut Deutscher Hochdruckliga leiden in Deutschland etwa 35 Millionen Menschen an der Volkskrankheit. Oft ohne Beschwerden wird die Erkrankung zu spät bemerkt. Die Folgen sind Schlaganfall, Herzerkrankungen, Nierenversagen, Demenz, um nur die Bekannten zu nennen.
Die kontinuierliche Verfolgung dieses wichtigen Vitalparameters mit Hilfe eines langzeitig tragbaren und patientenfreundlichen Sensors ohne Verwendung der allseits bekannten Manschette war das Ziel Erfurter Wissenschaftler um Projektleiter Dr. Hans-Georg Ortlepp, der auch das Patent für das ausgeklügelte Auswerteverfahren entwickelte. „Die notwendigen Rohdaten werden aus der Form der Pulswelle und deren zeitlichen Verhalten entnommen. Eine hohe Qualität der Sensorsignale und geeignete mathematische Algorithmen in der Datenanalyse sind für medizinisch-relevante Anwendungen zwingend“, erklärt Ortlepp.
Die CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH entwickelt bereits seit gut einem Jahrzehnt miniaturisierte, in Silizium integrierte, multispektrale Photoplethysmographie-Sensoren und erhielt hierfür bereits 2010 den Innovationspreis des AMA Fachverbands für Sensorik e.V.
Die winzigen Sensoren werden im äußeren Gehörgang platziert und sind individuell auf den Patienten abgestimmt. Ein angenehmer Tragekomfort ist für die Hightech-Kompontenen enorm wichtig, entscheidet dieser doch über die Akzeptanz beim Nutzer.
Der Sensor wird technisch mit bis zu 4 LEDs verschiedener Wellenlängen ausgestattet, um zusätzlich Messwerte aus verschiedenen Gewebetiefen aufnehmen zu können und um Bewegungsartefakte zu erkennen und zu eliminieren.
Gelungen ist dem CiS Forschungsinstitut dieser Erfolg durch einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz. Dieser umfasst alle technologischen Schritte vom Sensordesign bis zur Sensorfertigung im eigenen Hause, aber auch auch das notwendige Systemwissen, speziell zur optischen Simulation des Hautmodells und zur elektronischen Signalerfassung, deren Verarbeitung und Optimierung.
Technologische Besonderheiten der mikrosensorischen Lösung liegen in der Verwendung von 3D-strukturierten Siliziumwafern, auf denen bereits die Photodetektoren integriert sind. Anzahl und Wellenlängen der Lichtquellen werden nach exakter Spezifikation mit hoher Präzision als Nacktchips in die vorgegebene Kavitäten des Siliziumwafers montiert.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden in Teilergebnisen gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (FKZ: VP2020410KJ2 und VF120024).
