Ansprechpartner

• Jannik Prüßmann, M.Sc.

Projektbeschreibung

EKG-Signale ermöglichen das Überwachen der elektrischen Aktivität des Herzens, eines der wichtigsten Vitalsignale. Daher ist das EKG der Goldstandard zur Diagnose in der Kardiologie. Die herkömmliche Ableitung des EKGs mittels konduktiver Klebeelektroden kann jedoch (insbesondere bei Kleinkindern) zu Hautirritationen führen. Zudem ist die Bewegungsfreiheit des Patienten bei einer dauerhaften Überprüfung der Herzfunktion stark eingeschränkt, und die Anwendbarkeit in mobilen Systemen ist begrenzt.

Das kapazitive EKG (cEKG) ist eine Alternative zum konventionellen EKG, bei der die Elektroden keinen direkten Hautkontakt benötigen. So ist eine Erfassung des EKG-Signals durch Kleidung hindurch möglich und die Integration des kapazitiven EKGs etwa in Bürostühlen, Betten oder Autositzen konnte erfolgreich demonstriert werden. Dies ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Herzproblemen der Benutzer, was insbesondere bei Kraftfahrern zur Gewährleistung der Sicherheit beiträgt. Darüber hinaus kann diese Technologie verwendet werden, um Patienten mit Herzschrittmachern außerhalb des Krankenhauses zu überwachen. Anbei findet sich ein kurzes Video zur Demonstration.

Projektziele

Auf der Grundlage bereits entwickelter cEKG-Aufbauten werden in diesem Projekt Maßnahmen zur Optimierung des cEKG-Signals getroffen. Ferner soll anhand von klinischen Messungen die Aussagekraft des Systems überprüft werden, etwa durch den Vergleich von cEKG-Messungen mit einem parallel gemessenen klassischen Elektroden-EKG.

Für die kardiologische Diagnostik ist die Form der EKG-Kurve von großer Bedeutung. Allerdings ist die die kapazitive EKG-Messung anfällig für Bewegungsartefakte und Verformungen des Kurvenverlaufs gegenüber der klassischen EKG-Messung. Abgesehen von willkürlichen Bewegungen sind auch sogenannte physiologische Bewegungsartefakte (Physiological Motion Artifacts - PMA) zu beobachten, etwa durch die mechanische Aktivität des Herzens und die Atmung. Durch die Modellierung der PMAs und der Interaktion verschiedener Herzsignale soll ein besseres Verständnis der Deformationen im Kurvenverlauf erlangt werden, was die Kompensation von physiologischen Bewegungsartefakten ermöglichen und so die diagnostische Aussagekraft des kapazitiven EKGs erhöhen soll. Bestandteil dieses Projektziels ist auch die Entwicklung einer multimodalen Elektrode zur zeitgleichen Erfassung von kapazitivem EKG und mechanischer Herzaktivität (Ballistokardiogramm - BKG).

Projektpartner

• Philips Technologie GmbH Forschungslaboratorien Aachen
• Philips Electronics Nederland B.V.
• Clothing Plus Oy
• CSEM
• Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
• Faculdade Ciencias e Tecnologia da Universidade de Coimbra
• The Chinese Univerity of Hong Kong
• mediPlac

Publikationen

• Uguz, D. U., Dettori, R., Napp, A., Walter, M., Marx, N., Leonhardt, S., & Hoog Antink, C. (2020). Car Seats with Capacitive ECG Electrodes Can Detect Cardiac Pacemaker Spikes. Sensors, 20(21), 6288.
• Uguz, D. U., Tufan, T. B., Uzun, A., Leonhardt, S., & Antink, C. H. (2020). Physiological motion artifacts in capacitive ECG: Ballistocardiographic impedance distortions. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 69(6), 3297-3307.
• Leicht, L., Skobel, E., Knackstedt, C., Mathissen, M., Sitter, A., Wartzek, T., ... & Teichmann, D. (2018). Capacitive ECG monitoring in cardiac patients during simulated driving. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 66(3), 749-758.
• Hoog Antink, C., Schulz, F., Leonhardt, S., & Walter, M. (2018). Motion artifact quantification and sensor fusion for unobtrusive health monitoring. Sensors, 18(1), 38.
• Leicht, L., Eilebrecht, B., Weyer, S., Leonhardt, S., & Teichmann, D. (2017). Closed-loop control of humidification for artifact reduction in capacitive ECG measurements. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 11(2), 300-313
• T. Wartzek, C. Brüser, M. Walter, S. Leonhardt: Robust Sensor Fusion of Unobtrusively Measured Heart Rate; IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics; 2014; 18(2):654-660.
• Eilebrecht, B., Willkomm, J., Pohl, A., Wartzek, T., & Leonhardt, S. (2013). Impedance measurement system for determination of capacitive electrode coupling. IEEE transactions on biomedical circuits and systems, 7(5), 682-689.
• Eilebrecht, B., Henriques, J., Rocha, T., Walter, M., Paredes, S., de Carvalho, P., ... & Leonhardt, S. (2012). Automatic parameter extraction from capacitive ECG measurements. Cardiovascular Engineering and Technology, 3(3), 319-332.
• T. Wartzek, B. Eilebrecht, J. Lem, H.-J. Lindner, S. Leonhardt, M. Walter: ECG on the Road: Robust and Unobtrusive Estimation of Heart Rate; IEEE Transactions on Biomedical Engineering; 2011, 58(11):3112 - 3120.
• Schommartz, B. Eilebrecht, T. Wartzek, M. Walter, and S. Leonhardt: Advances in Modern Capacitive ECG Systems for Continuous Cardiovascular Monitoring; Acta Polytechnica, vol. 51, no. 5, pp. 100-105, 2011.
• T. Wartzek, T. Lammersen, B. Eilebrecht, M. Walter, S. Leonhardt: Triboelectricity in Capacitive Biopotential Measurements; IEEE Transactions on Biomedical Engineering; 2011; 58(5):1268-77.
• A. Aleksandrowicz, S. Leonhardt: Non-Contact ECG Monitoring for Automotive Application. 5th Workshop on Body Sensor Networks, June 1-3, 2008, Hong Kong.
• A. Aleksandrowicz, M. Walter, S. Leonhardt: Wireless ECG Measurement System with Capacitive Coupling. Biomed Tech, 2007; 52:185:192, Berlin / New York.
• M. Steffen, A. Aleksandrowicz, S. Leonhardt: Mobile Non-contact Monitoring of Heart and Lung Activity. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, Vol. 1, Pages: 250-257, 2007.