Konzeptuelle Darstellung des Photonik-Radar-Systems zur kontaktlosen Vitalzeichen-Überwachung

Bildquelle: Zhang et al., Nature Photonics 2023 (CC BY 4.0)

News • Nicht-invasives Monitoring

Photonisches Radar überwacht Atmung von Patienten

Mit einem photonischen Radar lässt sich die Atmung mehrerer Patienten gleichzeitig berührungslos überwachen. Das Gerät haben Forscher der University of Sydney entwickelt.

Bisher müssen Patienten zur Überwachung ihrer Vitalfunktionen per Kabel an Geräte angeschlossen werden. Das stört sie jedoch im Schlaf und ist in vielen Fällen, wie bei schweren Verbrennungen, gar nicht möglich. Das Gerät soll in Krankenhäusern, Altenpflege-Einrichtungen und zu Hause eingesetzt werden, um Menschen mit Atemwegsproblemen berührungslos zu überwachen. Die Studie erschien in "Nature Photonics".

Bisher ist berührungslose Überwachung mit Kameras möglich, doch dabei gibt es Probleme mit der Privatsphäre, denn es müssten "hochauflösende Bilder von Patienten aufgezeichnet und in der Cloud-Computing-Infrastruktur gespeichert werden", sagt Ben Eggleton, der das Gerät mitentwickelt hat. Außerdem seien sie unzuverlässig, wenn sich Lichtverhältnisse ändern und kämen mit unterschiedlichen Hautfarben nicht zurecht.

Das System auf der Basis von photonischem Radar hat hier hingegen keine Probleme. Statt mit Elektronen setzen die Forscher in Australien Photonen, also Lichtteilchen ein, um Radiosignale zu erzeugen. Das verbessert die Bandbreite und vor allem die Auflösung in einer gewissen Entfernung, sodass zwischen Zielen, also nah beieinander liegenden Patienten, unterschieden werden kann.

"Photonic Radar verwendet ein lichtbasiertes, photonisches System anstelle herkömmlicher Elektronik, um Radarsignale zu erzeugen, zu sammeln und zu verarbeiten", erläutert Mitentwickler Ziqian Zhang. "Dieser Ansatz ermöglicht eine sehr breitbandige Erzeugung von Hochfrequenzsignalen, die eine hochpräzise und gleichzeitige Mehrfachverfolgung von Motiven ermöglicht."

Die Forscher ergänzten ihr photonisches System um Light Detection and Ranging (LiDAR), das gepulste Lichtwellen zur Entfernungsmessung nutzt. Während LiDAR allein eine gute Reichweite und Auflösung bietet, ist seine Fähigkeit, Objekte zu durchdringen, begrenzt. Die Kombination von Radar und LiDAR bietet höchste Überwachungssicherheit.

Bei Tests ermittelten die Wissenschaftler, dass das Radar die Atemfrequenz von zwei Zielen, die etwa 25 Zentimeter voneinander entfernt sind, in Echtzeit genau erfasst. Es erkannte unregelmäßige Atemmuster im Sekundenbereich, darunter ungewöhnlich langes Ein- und Ausatmen sowie Atemaussetzer. Das Gerät funktionierte sogar bei einer Kröte, wo der Bereich, der sich bei der Atmung bewegt, sehr klein ist.