Hintergrund:
In der modernen Kardiologie besteht ein wachsender Bedarf an kontinuierlichen, nicht-invasiven Systemen, die elektrische, mechanische und hämodynamische Prozesse des Herzens simultan erfassen und intelligent auswerten können. Bestehende Wearables liefern meist isolierte Parameter und erlauben keine integrierte klinische Beurteilung.
Im Rahmen des MAIA-Verbundprojekts und im Kontext meiner medizinischen Doktorarbeit wurde am Fraunhofer IZM in Kooperation mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin ein neuartiges Smart-Wearable-System entwickelt, das elektromechanische, akustische und hämodynamische Signale synchron erfasst und mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) eine umfassende Echtzeitanalyse der kardialen Funktion ermöglicht.
Methoden und Ergebnisse:
Das System ist sowohl als textilintegrierte Weste als auch als miniaturisiertes Hautpflaster verfügbar und kombiniert mehrere Sensormodule: Elektrokardiographie (EKG), Phonokardiographie (PCG), Impedanzkardiographie (ICG), Photoplethysmographie (PPG), Seismokardiographie (SCG) und Bioimpedanzspektroskopie (BIS). Zusätzlich werden respiratorische Impedanz, Körperhaltung und galvanische Hautreaktion (GSR) kontinuierlich erfasst. Eine integrierte Echokardiographie-Einheit ergänzt die Plattform um strukturelle und funktionelle Herzparameter wie Ejektionsfraktion und Wandbewegung.
Alle Signale werden synchron mit 1 kHz aufgezeichnet und durch ein hybrides KI-Framework analysiert, das klassische Signalverarbeitung mit Deep-Learning-Ansätzen (CNN, LSTM und GRU) und Random-Forest-Algorithmen kombiniert. Neben Sensordaten fließen Patientenfeedback und klinische Befunde in die Bewertung ein.
Die multimodale Datenerfassung ermöglicht eine hochauflösende Darstellung der elektromechanischen Kopplung, der Klappenbewegung, der hämodynamischen Leistung, der Perfusionsdynamik und der Flüssigkeitsverteilung. Die KI differenziert zuverlässig Rhythmusstörungen, AV-Blockierungen, pathologische Herzgeräusche sowie hämodynamische Veränderungen, die auf drohende Dekompensationen hinweisen können. In Vergleichsstudien zeigte das System eine hohe Übereinstimmung mit etablierten klinischen Messmethoden und bewies seine Zuverlässigkeit im kontinuierlichen Monitoring.
Schlussfolgerung:
Das entwickelte Smart-Wearable-System stellt eine neuartige, vollständig integrierte Plattform zur multimodalen, KI-basierten Bewertung der kardialen Funktion dar. Durch die Kombination elektrischer, mechanischer, akustischer und hämodynamischer Parameter entsteht ein patientenadaptives Diagnostik- und Überwachungssystem, das die Grundlage für eine neue Generation prädiktiver und telemedizinischer Anwendungen in der Kardiologie bildet.
