Eine neue Atmungsüberwachung läutet die künftige Generation der „Pervasive Healthcare“ ein

Kürzlich gaben Forscher die Entwicklung einer neuen Technologie bekannt, welche die Atemfrequenz mit Mobiltelefonen überwachen kann. Das Team, das seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Biomedical Optics Express“ veröffentlicht hat, berichtet, wie die neue Software in entwickelt wurde, die in Kombination mit einer kostengünstigen Wärmebildkamera eingesetzt werden kann. Die Atemfrequenz wurde in simulierten realitätsnahen Situationen getestet, die eine Reihe von Bewegungen und Temperaturveränderungen beinhalteten, wobei das Gerät gut funktionierte.

Kostengünstige Wärmebildkameras und bahnbrechende Algorithmen

Dadurch, dass das neue Gerät kompatibel zu Mobiltelefonen ist, erhöhen sich nicht nur die Möglichkeiten, es allgegenwärtig einzusetzen, sondern auch die Nutzerakzeptanz wird wahrscheinlicher. Wie Professor Nadia Bianchi-Berthouze, die Leiterin des Forschungsteams vom University College London erklärt: „Durch den Einsatz von kostengünstigen Wärmebildkameras ist unsere Arbeit ein erster Schritt, um Wärmebilder zu einem Teil des Alltags werden zu lassen. Man kann diese Lösung an Orten einsetzen, an denen andere Sensoren möglicherweise nicht funktionieren oder Bedenken hervorrufen würden.“ Zum Beispiel weisen die Forscher darauf hin, dass Wärmebildkameras die Atmung sowohl nachts als auch tagsüber wahrnehmen können, ohne dass spezielle Sensoren erforderlich sind. Anders als bei herkömmlichen Kameras wird die Identität der Person darüber hinaus bei der Wärmebildtechnik weitestgehend geschützt.

Der Ansatz von Professor Bianchi-Berthouze, die Körperhaltung und -bewegung zu untersuchen, um das Befinden eines Menschen zu erkennen, zu regulieren und zu messen, wurde ebenfalls im Rahmen des EU-finanzierten Projekts UBIHEALTH entwickelt. UBIHEALTH brachte Forscher aus Europa und anderen Kontinenten zusammen, um gemeinschaftliche und neuartige Lösungen für Gesundheitsprobleme voranzubringen, welche die Gesundheitssysteme zunehmend belasten. Dieser Ansatz der „Pervasive Healthcare“, also der allgegenwärtigen Gesundheitsfürsorge, kennzeichnet sich durch eine Verlagerung von der Behandlung hin zur Prävention, die weniger Ressourcen erfordert und sich vor allem für die Bedürfnisse einer alternden Bevölkerung und angesichts der häufiger auftretenden lebensstilbedingten Krankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, eignet.

Probleme bewältigen

Wärmebildkameras können mithilfe von Infrarotwellen Temperaturen feststellen und werden schon seit langem für Überwachungsgeräte eingesetzt. In letzter Zeit haben sich ihre Größe und Kosten erheblich verringert, sodass sie sich auch für den mobilen Gebrauch und für Einzelpersonen eignen. „Wir haben jedoch herausgefunden, dass diese Art der mobilen Wärmebildtechnik in der Praxis durch Veränderungen der Lufttemperatur und durch Körperbewegung beeinflusst wird“, berichtet Hauptautor Youngjun Cho, einer der Projektforscher.

Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte das Team Algorithmen, die nicht nur die Bewegung der Nasenlöcher genau verfolgen, sondern auch Temperaturveränderungen ausgleichen können. Zudem erhöhten die Forscher die Genauigkeit der Temperaturmessungen mithilfe von 3D- statt 2D-Konzepten. Sie stellten fest, dass das Gerät vergleichbare Alternativen sowohl bei Labortests als auch bei Gehübungen im Freien und in geschlossenen Räumen übertraf. Nun arbeitet man an einer Anpassung der Software zur Echtzeit-Überwachung der Atemfrequenz.

Vorsorge ist besser als Heilung

Es gibt eine Reihe von Szenarien im Gesundheitswesen, in denen das Gerät gegenwärtig eingesetzt werden könnte. Beispielsweise könnte es Atemprobleme von älteren, insbesondere von alleinlebenden Menschen und von Neugeborenen überwachen, die durch den plötzlichen Kindstod gefährdet sind. Über diese Anwendungen hinaus kann die Kamera auch in Computer integriert werden, um Unregelmäßigkeiten bei der Atmung im Zusammenhang mit Stress zu erkennen und darauf mit Entspannungsaufforderungen zu reagieren.

Mit Blick in die Zukunft sagt Professor Bianchi-Berthouze: „Da Wärmebildkameras immer kleiner und kostengünstiger werden, erwarten wir, dass Telefone, Computer und Geräte für augmentierte Realität eines Tages Wärmebildkameras einbinden werden, die für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können.“ In Kombination mit ergänzenden Überwachungsgeräten, wie zum Beispiel für die Herzfrequenz, könnte das Spektrum möglicher Anwendungen das Zeitalter der „Pervasive Healthcare“ tatsächlich einläuten.

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