Textilbasiertes System verbessert die kardiovaskuläre Überwachung in der Praxis

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die weltweit häufigste Todesursache und fordern jedes Jahr fast 18 Millionen Todesopfer. Die frühzeitige Erkennung und kontinuierliche Überwachung des Blutdrucks, des Gefäßwiderstands und der Herzleistung sind für die Behandlung chronischer Herzerkrankungen von entscheidender Bedeutung. Aktuelle Wearables für Verbraucher sind jedoch stark auf optische Sensoren angewiesen, die genau über den Arterien platziert werden müssen, wodurch sie sehr anfällig für Bewegungsstörungen und Fehlausrichtungen sind. Selbst Systeme in klinischer Qualität sind oft auf sperrige Geräte angewiesen oder erfordern eine wiederholte Kalibrierung. Darüber hinaus sind wichtige hämodynamische Kennzahlen wie Schlagvolumen und systemischer Gefäßwiderstand außerhalb klinischer Umgebungen selten zugänglich. Aufgrund dieser Herausforderungen besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung zuverlässiger, ausrichtungsfreier tragbarer Technologien für eine umfassende kardiovaskuläre Überwachung.

Forscher der Chinesischen Universität Hongkong und kooperierender Institute haben eine textilbasierte ausrichtungsfreie elektrophysiologische Sensorhülse (TAESS) entwickelt, veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41378-025-01088-x). Mikrosysteme und Nanotechnik im Jahr 2025. Die Studie präsentiert ein gestricktes tragbares System, das Elektrokardiographie (EKG) und Impedanzplethysmographie (IPG) integriert, um zentrale Herz-Kreislauf-Parameter kontinuierlich zu messen. Im Gegensatz zu optischen Geräten erfasst TAESS hochpräzise elektrische und Blutflusssignale vom Oberarm, ohne dass eine präzise Platzierung erforderlich ist, und ermöglicht so die gleichzeitige Überwachung von Blutdruck, Schlagvolumen, systemischem Gefäßwiderstand und Herzfrequenz bei täglichen Aktivitäten.

Das TAESS-System besteht aus silberbeschichtetem, leitfähigem Garn, das nahtlos in eine atmungsaktive und dehnbare Textilhülle eingestrickt ist. Sein Design umfasst zwei EKG-Elektroden und vier IPG-Elektroden, die um den Oberarm herum angeordnet sind, um die elektrische Herzaktivität und durch den Blutfluss bedingte Impedanzänderungen zu erfassen. Die poröse Architektur des Textils gewährleistet eine hervorragende Schweißdurchlässigkeit (37,5 mg·cm⁻²·h⁻¹), Wärmeableitung und eine Elastizität von über 45 % und übertrifft damit handelsübliche Elektroden. Parameter auf Signalebene – einschließlich RR-Intervall, QTc, Pulslaufzeit, dZ/dt, Schlagvolumen und Gefäßwiderstand – werden durch synchronisierte EKG-IPG-Wellenformen extrahiert.

Entscheidend ist, dass die Hülse unempfindlich gegenüber radialer Rotation oder axialer Verschiebung bleibt, im Gegensatz zu Photoplethysmographiegeräten, die das Signal verlieren, wenn sie nicht perfekt auf die Arterien ausgerichtet sind. Experimente zeigten robuste EKG- und IPG-Signal-Rausch-Verhältnisse unter trockenen, nassen, gedehnten und bewegten Bedingungen. Während kontrollierter Atemaufgaben verfolgte das System den Blutdruck, das Schlagvolumen und den systemischen Gefäßwiderstand von Schlag zu Schlag genau und erreichte RMSE-Werte zur Vorhersage des systolischen und diastolischen Blutdrucks von 7,05 mmHg und 5,93 mmHg, was die Pulswellengeschwindigkeits- und Null-Basislinien-Methoden übertraf. Bei 10 Teilnehmern behielt das Gerät auch nach erneutem Tragen einen mittleren absoluten Fehler von ~4 mmHg bei. Diese Fähigkeiten machen TAESS zu einer praktischen, ausrichtungsfreien Lösung für eine umfassende hämodynamische Überwachung in realen Umgebungen.

„Unsere Arbeit zeigt, dass eine präzise Herz-Kreislauf-Überwachung keine starre Hardware oder perfekte Sensorpositionierung mehr erfordert„, bemerkte der korrespondierende Autor der Studie. „Durch die Integration von EKG und Impedanzplethysmographie in einen weichen Strickärmel ermöglichen wir eine genaue Messung des Blutdrucks und der hämodynamischen Parameter auch bei Bewegung, Schwitzen oder erneutem Tragen. Dieses System erfasst grundlegende physiologische Signale, die aktuelle optische Wearables nicht zuverlässig erfassen können. Das TAESS bietet einen skalierbaren Weg zur kontinuierlichen kardiovaskulären Beurteilung und legt die wesentliche Grundlage für eine personalisierte, präventive Gesundheitsversorgung im Alltag.„

Das TAESS stellt einen großen Schritt hin zu tragbaren Gesundheitstechnologien der nächsten Generation dar, die eine kontinuierliche und klinisch aussagekräftige Herz-Kreislauf-Überwachung ermöglichen. Aufgrund seines ausrichtungsfreien Betriebs, der niedrigen Herstellungskosten und des Textilkomforts eignet es sich für den langfristigen Heimgebrauch, die Behandlung chronischer Krankheiten, die Fernüberwachung von Patienten und die Integration in intelligente Kleidung. Die dualmodale physiologische Modellierung eröffnet auch Möglichkeiten zur Erkennung von Arrhythmien, zur Beurteilung der Gefäßsteifheit und zur Verfolgung der Genesung bei Patienten mit Herzinsuffizienz. Da zukünftige Studien die Probenahmeraten und klinischen Tests erweitern, könnte diese textilbasierte Plattform die Überwachung von Blutdruck, Herzzeitvolumen und Gefäßdynamik verändern und eine proaktivere und personalisiertere kardiovaskuläre Versorgung ermöglichen.

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