GUARDIAN › Lehrstuhl für Technische Elektronik

Mehr Lebensqualität und Sicherheit für pflegebedürftige Menschen: Innovative berührungslose Überwachung von Vitalparametern

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: GUARDIAN

Projektstart: 1. Januar 2017
Akronym: GUARDIAN
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt

Abstract

Motivation

In der Pflege schwerkranker Menschen ist die Erfassung von Atmung und Herzschlag zur Krisenerkennung ein wichtiges Hilfsmittel. Die bisher hierfür notwendige Ableitung über Elektroden und Kabel ist störanfällig und schränkt Pflegebedürftige in ihrer Selbstbestimmung und Lebensqualität ein. Das Projekt GUARDIAN soll die berührungslose und kontinuierliche Erfassung von Vitalparametern ermöglichen.

Ziel und Vorgehen

In GUARDIAN wird die berührungslose Erfassung der Vitalparameter aus mehreren Metern Entfernung mittels eines multimodalen Hochfrequenzsensors entwickelt. Hierfür wird ein schwaches elektromagnetisches Hochfrequenzsignal ausgesandt und dessen Veränderung analysiert. Aufgrund der hohen Distanzauflösung können Bewegungen, die Atmung und Herzschlag hervorrufen, aus dem Messsignal extrahiert und analysiert werden. Dabei sind überlagerte Bewegungsartefakte zu kompensieren. GUARDIAN wird somit ermöglichen, Beschwerden wie Schmerzen und Luftnot sowie Gesundheitskrisen wie Herzrhythmusstörungen und Herzkreislaufstillstand umgehend und automatisiert zu erkennen. Gleichzeitig sollen die ethischen, rechtlichen und sozialen Fragen des Verfahrens sowie dessen Auswirkungen auf die Palliativ- und Intensivpflege, Pflegebedürftige, Pflegefachkräfte und Angehörige intensiv untersucht werden.

Innovation und Perspektiven

Durch den Einsatz der Sechstor-Interferometrie als neues Konzept werden alle Körperbewegungen mit bisher nicht erreichter Distanzauflösung im Mikrometerbereich berührungslos aus bis zu mehreren Metern Abstand erfasst und Atmung sowie Herzschlag extrahiert. Die Konsortialpartner sehen in der zu entwickelnden Technologie ein hohes Potential beim Gesundheits- und Beschwerdemonitoring Pflegebedürftiger in Krankenhäusern, allerdings auch im ambulanten Bereich in Pflegeheimen und zuhause.

Filmclip:

GUARDIAN

Presse:

Radar statt Stethoskop? (idw – Informationsdienst Wissenschaft)
Radar kann Herztöne messen (Deutsches Ärzteblatt)
Mobiles Radar ersetzt das Stethoskop (Heise)
Stethoskop: Gerät oder Geschmeide? (DocCheck News)
Can Radar Replace Stethoscopes (MedicalDesign & Outsourcing)
Can radar replace stethoscopes? (EurekAlert!)

Publikationen

2022

Michler F.:
Dauerstrich-Radarverfahren zur berührungslosen Detektion menschlicher Vitalparameter im 24-GHz-ISM-Band
München: Dr. Hut Verlag, 2022
ISBN: 978-3-8439-5063-3
URL: https://www.dr.hut-verlag.de/978-3-8439-5063-3.html
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Michler F., Neugebauer M., Scheiner B., Weigel R., Lurz F.:
Digital Frequency Control Loop for Continuous-Wave and Stepped-Frequency Radars
2022 IEEE Topical Conference on Wireless Sensors and Sensor Networks (WiSNeT) (Las Vegas, NV, 16. Januar 2022 - 19. Januar 2022)
DOI: 10.1109/WiSNet53095.2022.9721354
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Michler F., Scheiner B., Weigel R., Lurz F.:
Noise Analysis for Six-Port Radars with Schottky Diode Detectors
2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS) (Denver, CO, 19. Juni 2022 - 24. Juni 2022)
DOI: 10.1109/IMS37962.2022.9865373
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2021

Shi K., Steigleder T., Schellenberger S., Michler F., Malessa A., Lurz F., Rohleder N., Ostgathe C., Weigel R., Kölpin A.:
Contactless analysis of heart rate variability during cold pressor test using radar interferometry and bidirectional LSTM networks
In: Scientific Reports 11 (2021)
ISSN: 2045-2322
DOI: 10.1038/s41598-021-81101-1
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-021-81101-1
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2020

Michler F., Schönhärl S., Schellenberger S., Shi K., Scheiner B., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
An Automatic Gain and Offset Control Circuit for DC-Coupled Continuous-Wave Radar Systems
2020 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS) (Los Angeles, 4. August 2020 - 6. August 2020)
DOI: 10.1109/IMS30576.2020.9223859
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Michler F., Shi K., Schellenberger S., Lenhard T., Dassel F., Scheiner B., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
A Radar-Based Vital Sign Sensing System for In-Bed Monitoring in Clinical Applications
German Microwave Conference 2020 (Cottbus, 9. März 2020 - 11. März 2020)
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Michler F., Shi K., Schellenberger S., Scheiner B., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
On the Impact of System Nonlinearities in Continuous-Wave Radar Systems for Vital Parameter Sensing
IEEE Topical Conference on Wireless Sensors and Sensor Networks (WiSNet) (San Antonio, TX, 26. Januar 2020 - 29. Januar 2020)
DOI: 10.1109/WiSNeT46826.2020.9037603
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Shi K., Schellenberger S., Will C., Steigleder T., Michler F., Fuchs J., Weigel R., Ostgathe C., Koelpin A.:
A dataset of radar-recorded heart sounds and vital signs including synchronised reference sensor signals.
In: Scientific Data 7 (2020)
ISSN: 2052-4463
DOI: 10.1038/s41597-020-0390-1
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2019

Michler F., Shi K., Schellenberger S., Scheiner B., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
Pulse Wave Velocity Detection Using a 24 GHz Six-Port Based Doppler Radar
IEEE Radio and Wireless Symposium (RWS) (Orlando, FL, 20. Januar 2019 - 23. Januar 2019)
DOI: 10.1109/RWS.2019.8714521
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Michler F., Shi K., Schellenberger S., Steigleder T., Malessa A., Hameyer L., Neumann N., Lurz F., Ostgathe C., Weigel R., Kölpin A.:
A Clinically Evaluated Interferometric Continuous-Wave Radar System for the Contactless Measurement of Human Vital Parameters
In: Sensors 19 (2019), Art.Nr.: 2492
ISSN: 1424-8220
DOI: 10.3390/s19112492
URL: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/11/2492
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Michler F., Weigel R., Kölpin A.:
Radar-Based Vital Sign Monitoring
International Microwave Symposium (IMS) (Boston, MA, 2. Juni 2019 - 7. Juni 2019)
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Schellenberger S., Shi K., Michler F., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
Respiration Extraction from Radar Heart Sound Measurements
International Engineering in Medicine and Biology Conference (Berlin, 23. Juli 2019 - 27. Juli 2019)
DOI: 10.1109/EMBC.2019.8857925
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Shi K., Schellenberger S., Michler F., Steigleder T., Malessa A., Lurz F., Ostgathe C., Weigel R., Kölpin A.:
Automatic Signal Quality Index Determination of Radar-Recorded Heart Sound Signals Using Ensemble Classification
In: IEEE Transactions on Biomedical Engineering (2019)
ISSN: 0018-9294
DOI: 10.1109/TBME.2019.2921071
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8731709
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Shi K., Schellenberger S., Weber L., Wiedemann JP., Michler F., Steigleder T., Malessa A., Lurz F., Ostgathe C., Weigel R., Kölpin A.:
Segmentation of Radar-Recorded Heart Sound Signals Using Bidirectional LSTM Networks
41st IEEE International Engineering in Medicine and Biology Conference (Berlin, 23. Juli 2019 - 27. Juli 2019)
DOI: 10.1109/EMBC.2019.8857863
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8857863
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2018

Michler F., Scheiner B., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
A Planar 24 GHz Switched-Beam Antenna Based on PIN Diodes for Remote Sensing Applications
2018 Asia-Pacific Microwave Conference (Kyoto, 6. November 2018 - 9. November 2018)
DOI: 10.23919/APMC.2018.8617541
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Schellenberger S., Shi K., Steigleder T., Michler F., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
Support Vector Machine-Based Instantaneous Presence Detection for Continuous Wave Radar Systems
2018 Asia-Pacific Microwave Conference (Kyoto, 6. November 2018 - 9. November 2018)
DOI: 10.23919/APMC.2018.8617181
BibTeX: Download
Shi K., Schellenberger S., Steigleder T., Michler F., Lurz F., Weigel R., Kölpin A.:
Contactless Carotid Pulse Measurement Using Continuous Wave Radar
2018 Asia-Pacific Microwave Conference (Kyoto, 6. November 2018 - 9. August 2018)
DOI: 10.23919/apmc.2018.8617522
BibTeX: Download
Shi K., Will C., Steigleder T., Michler F., Weigel R., Ostgathe C., Kölpin A.:
A Contactless System for Continuous Vital Sign Monitoring in Palliative and Intensive Care
2018 Annual IEEE International Systems Conference (SysCon) (Vancouver, Kanada, 23. April 2018 - 26. April 2018)
DOI: 10.1109/SYSCON.2018.8369507
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Shi K., Will C., Weigel R., Kölpin A.:
Contactless Person Identification Using Cardiac Radar Signals
2018 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) (Houston, Texas, 14. Mai 2018 - 17. Mai 2018)
DOI: 10.1109/I2MTC.2018.8409645
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Will C., Shi K., Schellenberger S., Steigleder T., Michler F., Fuchs J., Weigel R., Ostgathe C., Kölpin A.:
Radar-Based Heart Sound Detection
In: Scientific Reports (2018), Art.Nr.: 11551
ISSN: 2045-2322
DOI: 10.1038/s41598-018-29984-5
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2017

Michler F., Lindner S., Lurz F., Erhardt S., Weigel R., Kölpin A.:
Zero-Bias Schottky Power Detector Design for Six-Port based Radar Systems
European Microwave Conference (Nürnberg, 8. Oktober 2017 - 13. Oktober 2017)
DOI: 10.23919/EuMC.2017.8230841
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Will C., Shi K., Schellenberger S., Steigleder T., Michler F., Weigel R., Ostgathe C., Kölpin A.:
Local Pulse Wave Detection using Continuous Wave Radar Systems
In: IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology 1 (2017), S. 81-89
ISSN: 2469-7249
DOI: 10.1109/JERM.2017.2766567
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