TU Berlin

Erfassung von Vitaldaten

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Entwicklung und Erprobung eines radarbasierten Geräts zur berührungslosen Erfassung von Vitaldaten

Betreuer: Dr.-Ing. W. Roßdeutscher

Bearbeiter:
Lukas Scholz

Die konventionelle, kontaktgebundene Messung von Vitalparametern ist mit einigen
Einschränkungen für den Patienten verbunden. Die vorliegende Arbeit befasst
sich daher mit der Entwicklung und Erprobung eines Systems zur berührungslosen
Erfassung der Atmung und Herzschlagfrequenz mittels Radar. Verwendet wird ein
preisgünstiger Dopplerradar, der Bewegungen an der Körperoberfläche erfasst. Ziel
ist es, zu untersuchen, inwiefern es möglich ist, eine solche Messung durchzuführen
und wo die Grenzen dieser Messmethode liegen. Dazu wird ein Prototyp entworfen
und gefertigt, sowie eine Reihe von Versuchen mit einer kleinen Anzahl Versuchspersonen durchgeführt. Die ermittelten Daten werden mit einem einfachen Algorithmus ausgewertet. Basierend auf dieser Auswertung wird im Verlauf der Arbeit darauf eingegangen, wie gut die Messmethodik funktioniert und welche Faktoren einen Einfluss auf diese haben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine solche Messung prinzipiell möglich ist. Bei still sitzenden, voll bekleideten Personen ist es teilweise möglich einzelne Herzschläge auf wenige Millisekunden genau zu detektieren. Auch eine Atemkurve lässt sich teilweise sehr genau ermitteln. Die Qualität der Daten schwankt allerdings stark und ist im Allgemeinen nicht ausreichend für eine medizinische Anwendung. Dies kann auf drei Faktoren zurückgeführt werden: Zum einen auf die sehr schlicht gehaltene Auswertungsmethodik, zum anderen auf eine Fehleinschätzung beim Hardwaredesign und zuletzt darauf, dass schon kleine Bewegungen die Messung stören. Obwohl das Messprinzip vielversprechend ist, kann auf Grund der Sensibilität gegenüber Bewegungen nicht endgültig geklärt werden, inwiefern das Messprinzip für den praktischen Einsatz – insbesondere in einem medizintechnischen Kontext – geeignet ist.

Development and testing of a radar-based device for the non-contact recording of vital data

The conventional contact-based measurement of vital parameters is associated with
some restrictions for the patient. Therefore this thesis deals with the development
and testing of a system for non-contact detection of breathing and heart rate based
on radar. A low-cost doppler radar is used, which detects movements on the body
surface. The aim is to investigate if it is possible to do such a measurement and its
limits. For this purpose, a prototype is designed and manufactured and a series of
experiments with a small number of human subjects are carried out. The measured
data is evaluated with a simple evaluation algorithm. Based on this evaluation, it is
discussed how well the measurement methodology works and which factors influence
the function.
In summary, it can be said that such a measurement is possible in principle. For
seated, fully clothed persons, it is sometimes possible to detect individual heartbeats
with an accuracy of a few milliseconds. A high quality breathing signal can also
be determined in some cases. However, the quality of the data varies widely and is
generally not sufficient for medical use. This can be attributed to three factors: First,
the very simple evaluation methodology, secondly, an error in the hardware design,
and finally, that even small movements interfere with the measurement. Although
the measuring principle is promising, it is not possible to determine the extent to
which the measuring principle is suitable for practical use, especially in a medical
context

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