Forscher entwickeln ein tragbares Stethoskop

Körpergeräusche geben uns viel Aufschluss über unseren allgemeinen Gesundheitszustand – sei es durch unseren Herzschlag, die Atmung oder sogar die Fortbewegung von Nahrung durch den Verdauungstrakt. Forscher der Northwestern University in den USA haben sich dies zum Nutzen gemacht und ein tragbares Gerät entwickelt, das über direkten Hautkontakt die akustischen Signale in jeder Region am Körper kontinuierlich überwacht.

In Pilotstudien wurde das neue Gerät bereits getestet. Insgesamt 15 Frühgeborene mit Atem- und Magen-Darm-Erkrankungen sowie 55 Erwachsene, darunter 20 mit chronischen Lungenerkrankungen, nahmen an der Studie teil. Das Ergebnis der Forscher: Die Funktionalität des Wearables ist besser als erwartet und offenbart eine hohe klinische Genauigkeit.

„Derzeit gibt es noch keine Methoden zur lückenlosen Überwachung und Kartierung von Körpergeräuschen, weder zu Hause noch im Krankenhausumfeld. Zum Abhören der Lunge muss ein herkömmliches oder digitales Stethoskop an verschiedenen Stellen der Brust oder des Rückens angewendet werden. In enger Zusammenarbeit mit klinischen Teams haben wir uns entschieden, eine neue Strategie zu entwickeln, um Patienten in Echtzeit kontinuierlich zu überwachen. Dabei haben wir uns auf eine komfortable Lösung ohne sperrige, starre Kabel konzentriert“, erklärt John A. Rogers, Bioelektronik-Forscher an der Northwestern University.

Die Idee hinter dem tragbaren Gerät ist eine kontinuierliche, präzise Beurteilung des Gesundheitszustands. „Einer der Hauptvorteile dieses Gerätetyps ist, dass sich verschiedene Regionen der Lunge auskultieren und vergleichen lassen. Einfach ausgedrückt ist es, als hätte der Patient eine Vielzahl an hochqualifizierten Ärzten um sich, die gleichzeitig mit ihren Stethoskopen verschiedene Lungenregionen abhören und dabei ihre Gedanken synchronisiert auf einen Computerbildschirm übertragen. Dies ermöglicht eine dynamische Bewertung der Lungengesundheit.“, erklärt Dr. Ankit Bharat, Facharzt für Thoraxchirurgie an der Northwestern University.

Das tragbare Gerät verwendet Paare von digitalen Hochleistungsmikrofonen und Beschleunigungsmessern, die auf die Haut geklebt werden, um ein nichtinvasives Sensornetz zu schaffen. Durch die Erfassung der Geräusche und deren Korrelation mit Körperprozessen kann räumlich abgebildet werden, wie Luft durch, in und aus der Lunge strömt, wie der Herzrhythmus verläuft oder sich Nahrung und Flüssigkeiten durch den Darm bewegen.

Bei nur einer Länge von 40 Millimetern, einer Breite von 20 Millimetern und einem Durchmesser von 8 Millimetern verwendet das Wearable eine Flash-Speichereinheit, eine kleine Batterie, elektronische Komponenten und Bluetooth-Funktionen. Ein Algorithmus kann zusätzlich externe Geräusche (aus der Umgebung oder von benachbarten Organen) von internen Körpergeräuschen differenzieren.

Die ersten Tests

Bei der Entwicklung des neuen Geräts hatten die Forscher zwei vulnerable Gruppen im Blick: Frühgeborene mit Atemkomplikationen auf der neonatologischen Intensivstation und Erwachsene in postoperativen Zuständen.

Bei Frühgeborenen sind Apnoen eine der Hauptursachen für verlängerte Krankenhausaufenthalte oder das Versterben der Babys. Derzeit gibt es jedoch keine Methoden zur kontinuierlichen Überwachung des Atemflusses am Krankenbett und der genauen Unterscheidung zwischen verschiedenen Apnoe-Subtypen. Viele der frühgeborenen Babys sind zudem kleiner als ein Stethoskop, was ihre technische Überwachung zusätzlich erschwert.

In Studien am Montreal Children‘s Hospital in Kanada wurden die Geräte bei Babys am Halsansatz platziert und konnten erfolgreich das Vorhandensein von Luftstrom und Brustbewegungen erkennen, wodurch der Grad der Atemwegsbehinderung mit hoher Zuverlässigkeit abgeschätzt werden konnte.

Die Forscher nutzten das Gerät auch zur Überwachung von Darmgeräuschen bei anderen Frühgeborenen an vier Positionen am Bauch, um gastrointestinale Probleme frühzeitig zu erkennen. Diese sind insbesondere durch verringerte Darmgeräusche begleitet, können aber ebenso als Frühwarnzeichen für eine schlechte Verdauung und mögliche Blockaden dienen.

In einer weiteren Studie wurde das Gerät an erwachsenen Patienten getestet, von denen 35 an einer chronischen Lungenerkrankung litten und 20 gesund waren. Die Lungengeräusche und Körperbewegungen wurden hierbei parallel in verschiedenen Positionen erfasst, was die Analyse der Atmung in diversen Regionen der Lunge ermöglichte.

„Die Lungen können allerlei Geräusche abgeben, wie Knistern und Pfeifen. Es ist eine faszinierende Mikroumgebung. Durch die kontinuierliche Überwachung dieser Geräusche in Echtzeit können wir feststellen, ob die Lungengesundheit sich verbessert oder verschlechtert und somit bewerten, wie gut ein Patient auf ein bestimmtes Medikament reagiert. Wir werden dank der Ergebnisse in der Lage sein, die Behandlungen individuell anzupassen“, freut sich Bharat.