Innovative Radar Software zur Detektion von Vitalparametern im Rahmen des Verbundvorhabens: "6G-Health - Holistische Entwicklung leistungsfähiger 6G-Vernetzung für verteilte medizinische Systeme"

Abstract

Die Überwachung von Vitalparametern spielt eine zentrale Rolle in modernen Gesundheitssystemen. Gleichzeitig sind viele bestehende Lösungen kontaktgebunden, kabelbasiert und nur begrenzt in vernetzte digitale Infrastrukturen integriert. Vor diesem Hintergrund adressierte das Teilvorhaben der Infineon Technologies AG im Verbundprojekt „6G-Health“ die Entwicklung kontaktloser Verfahren zur Erfassung medizinisch relevanter Vitalparameter sowie deren Einbindung in zukünftige 6G-basierte Medizintechniksysteme. Ziel des Vorhabens war die Erforschung und Entwicklung innovativer Radarsoftware zur kontaktlosen Detektion von Vitalparametern als Beitrag zur holistischen Entwicklung leistungsfähiger 6G-Vernetzung für verteilte medizinische Systeme. Im Mittelpunkt standen drei Anwendungsfälle: die kontaktlose Erfassung von Herzrate und Atemrate sowie die kontinuierliche, nichtinvasive Blutdruckschätzung mittels Radartechnologie im 60-GHz-Frequenzbereich. Darüber hinaus sollte untersucht werden, wie sich die gewonnenen Informationen im Sinne des Joint Communication and Sensing (JCAS) in eine 6G-basierte Kommunikationsinfrastruktur integrieren lassen. Zur Erreichung dieser Ziele wurden radarbasierte Signalverarbeitungsverfahren für die Erfassung medizinisch relevanter Vitalparameter entwickelt und diese für die Blutdruckschätzung mit einer Transformer-Architektur kombiniert. Die entwickelten Verfahren wurden gemeinsam mit dem ICCAS in anwendungsnahen Szenarien erprobt und anschließend in Demonstratoren umgesetzt. Ergänzend wurden Konzepte zur sensornahen Vorverarbeitung entwickelt, um Datenmengen bereits am Sensor zu reduzieren und die Einbindung in die Kommunikationsinfrastruktur zu unterstützen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich sowohl die kontaktlose Überwachung von Herz- und Atemfrequenz als auch die kontinuierliche Blutdruckschätzung mittels Radar technisch realisieren lassen. Für die Blutdruckschätzung wurde ein Datensatz von 55 Patient:innen erhoben und zur Validierung genutzt. Zudem konnte der Rechen- und Kommunikationsaufwand durch die Kombination aus effizienter Signalverarbeitung und gezieltem KI-Einsatz reduziert werden. Die Untersuchungen zur radarbasierten EKG-Rekonstruktion lieferten darüber hinaus wertvolle Erkenntnisse über die aktuellen Grenzen dieser Technologie.Damit schafft das Vorhaben wichtige Grundlagen für zukünftige Smart-Hospital-Konzepte und verteilte medizintechnische Systeme.