EKG für Kraftfahrer ohne Hautkontakt

Dresden / 2.11.2015

Im Fahrersitz integrierte kapazitive EKG-Messtechnik soll Ermüdungserscheinungen und medizinisch bedingte Notfälle bei Kraftfahrern rechtzeitig erkennen.

Autohersteller arbeiten mit Hochdruck an sogenannten Nothalteassistenzsystemen. Diese sorgen dafür, eine durch Übermüdung oder medizinische Notfälle verursachte Fahrunfähigkeit der Fahrer zu erkennen und das Fahrzeug durch ein vollautomatisches Eingreifen kontrolliert zum Stehen zu bringen. Neben Übermüdungszuständen sind kardiovaskuläre, also das Herz oder die Gefäße betreffende, medizinische Notfälle wie Herzinfarkte und Herzrhythmusstörungen die Hauptursache für eine plötzlich auftretende Fahruntüchtigkeit bei Autofahrern und somit für nicht selten schwere Verkehrsunfälle. Derartige Notsituationen können durch Auswertung der elektrischen Aktivität des Herzens identifiziert werden. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat ein kapazitives Messverfahren entwickelt, das eine permanente Messung der Herzaktivität und Ableitung des Elektrokardiogramms (EKG) ohne Hautkontakt ermöglicht. Die Dresdner haben das System in einen Fahrersitz integriert, um so die Gefahr der Fahruntauglichkeit des Fahrzeugführers während der Fahrt rechtzeitig zu erkennen.

„Die kontaktlose, kapazitive EKG-Messung funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das klassische EKG. Das heißt wir analysieren den charakteristischen Verlauf des EKG und leiten aus den Veränderungen im Verlauf eine potenzielle Notfallsituation ab“, erklärt Andreas Heinig, Projektleiter am Fraunhofer IPMS. „Der Unterschied besteht darin, dass die Elektroden nicht auf der Haut befestigt werden, sondern dass ein Kontakt zwischen Elektrode und Körperoberfläche durch Kleidungsschichten hindurch hergestellt wird. So werden die bei Langzeitmessungen sonst typischen Hautreizungen vermieden.“

Die Signalübertragung erfolgt über Platten, die im Fahrersitz verbaut sind und mit der  Körperoberfläche einen Kondensator bilden. Trotzdem arbeitet das System auch bei mehreren Kleidungsschichten und bei kleineren Bewegungen der beiden Kontaktflächen zuverlässig, so die Forscher. Die Herausforderung für die Elektronikentwicklung besteht darin, die sehr schwachen Signale von deutlich größeren Störeinflüssen zu trennen und dennoch auswerten zu können. Um Störeinstrahlungen von außen gering zu halten, haben die Forscher auf der Elektrodenplatine um die Messplatte herum einen äußeren Schirmring und eine innenliegende Schirmebene vorgesehen und die Elektrode zusätzlich in einem leitfähigem Gehäuse eingebaut. Außerdem hat das Team von Andreas Heinig auf der Elektrodenplatine eine Schaltung untergebracht, welche induzierte Ladungen aktiv beseitigt. So sollen Spannungsänderungen auf der Messplatte kontrolliert werden, die durch Abstandsänderungen der Messplatte von der Haut und die Aufladung der Messplatte durch Reibungselektrizität entstehen.

Die Dresdner Forscher sind überzeugt, dass das kapazitive EKG wegen des Komfortgewinns für viele weitere Anwendungsszenarien nachgefragt werden wird. So könnte die Technologie in Sitzen jeder Art oder Krankenhausbetten genutzt werden. Selbst eine Integration in Kleidung ist denkbar. Der Prototyp des kapazitiven EKG-Messsystems wird auf der weltweit größten Medizinmesse Medica vom 16.-19. November 2015 in Halle 3 am Messestand des Instituts E74a erstmals der Fachöffentlichkeit präsentiert.