Sensorik zu Wasserhaushaltsüberwachung

Durch Dehydrierung entstehen sowohl kurz- als auch langfristig massive gesundheitliche Probleme, darunter körperliche und geistige Leistungsminderung, Blutdruckabfall mit Schwindel, Stürzen und Nierenversagen.
Da Dehydrierung gegenwärtig noch nicht ad hoc und direkt nachzuweisen ist, sondern nur an den Symptomen erahnt werden kann, hat sich SeLe folgendes zur Schaffung eines Dehydrierungs-Frühwarnsystems zum Ziel gesetzt:

Logo SeLe
  • Eine quantitative Bestimmung des Hydrierungszustands
  • Individuelle, personengrupppenbezogene Bewertung der Situation unter Bewahrung der Datensicherheit
  • Reaktion auf kritische Messwerte
    • individuell (über eine Visualisierung über ein Datendisplay oder Farbcode)
    • durch einen Serviceprovider (eine Leitstelle bzw. Krankenhaus)

 

Forschungsschwerpunkte von SeLe liegen hierbei auf:

Technik

  • Sensorsystem
  • Integrationstechnologie
  • Spektroskopie

Haptik

  • Verträglichkeit
  • Anbindungssicherheit
  • Pflaster mit Elektronik

Lebensqualität

  • Methodik zu forschen
  • Selbstbestimmtes Leben
  • Holistischer Forschungsansatz

Gesamtziel des Verbundprojekts SeLe

Die Körperzellen sind auf eine ausreichende Wasserzufuhr angewiesen, um zum einen den Kreislauf stabil zu halten und zum anderen Giftstoffe aus dem Körper filtern zu können.

Innerhalb dieses Projektes soll ein Dehydrierungs-Frühwarnsystems erforscht und implementiert werden:

  • Auf Basis innovativer Sensortechnologien (Mikrowellen-Sensorik) und neuester Integrationstechnologien
  • Anforderungen an das System für die komfortable Nutzung am Körper und eine permanente Überwachung des Hydrierungszustands des Körpers
    • Integration auf kleinstem Raum von Funktionen der Sensorik, Kommunikation, Datensicherheit, Energiespeicherung, Datenauswertung sowie optimierter Anzeige und Benutzerfreundlichkeit
    • Besonderer Wert wird bei der Forschung auf die Nutzerorientierung des Systems gelegt
    • Ziel: Adaptierbarkeit auf verschiedene Zielgruppen durch unterschiedliche Konfigurationen
Dehydrierungszustände und deren Folgeerscheinungen

Anwendungsszenarien

Die individuellen Anforderungen an das Dehydrierungs-Sensorsystem sind jedoch sehr unterschiedlich und stark abhängig von den konkreten Anwendungsszenarien. Im Folgenden wird eine Übersicht der verschiedenen potenziellen Anwendern aufgelistet:

  • Pflegebedürftige Senioren
    • Unterstützung bei dem häufig problematischen Erkennen der angemessenen Flüssigkeitszufuhr bzw. dem Zustand der Dehydrierung
    • Möglichkeit für einen Eingriff durch einen Service Provider, wie z. B. Pflegedienst oder Krankenhaus (insbesondere für demente und bettlägerige Patienten wichtig)
  • Extreme Berufsgruppen (z. B. Feuerwehrleute, Gießereimitarbeiter)
    • Möglichkeit für einen Eingriff von „Außen“ notwendig, da Dehydrierung bzw. die körperliche Überhitzung lebensgefährlich werden kann
  • Sportler, Wanderer, Outdooraktivisten und weitere Zielgruppen
    • Erreichen einer idealen Trainingsauslastung oder körperlicher Höchstleistung ohne Dehydrationsrisiko
  • Normalbürger
    • Möglichkeit gesünder zu leben und das persönliche Wohlbefinden zu steigern

Je nach Zielgruppe werden diese Aspekte berücksichtigt und im Datenspeicher des Auswertegeräts (z. B. Armband) hinterlegt.

Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass

  • die Daten gut verständlich sind, durch eine einfache Visualisierung (Rot/Gelb/Grün-Anzeige)
  • die Datensicherheit beachtet wird
    • zum Schutz der Privatsphäre (unberechtigter Zugriff)
    • zur Sicherstellung der Integrität der Daten (Schutz vor Datenmanipulation).

Vorteile von SeLe im Vergleich zum internationalen Stand der Wissenschaft und Technik

  • Betrachtung des generellen Wasserhaushalts des Körpers
  • Dediziertes Eingehen, je nach Systemausbaustufe, auf die individuellen Bedürfnisse und spezifische Benutzergruppen
  • Die Überwachung des Hydratisierungsgrades wäre für viele Personenkreise sehr wichtig, allerdings existiert zurzeit noch kein zuverlässiges Verfahren
    • zur genauen Überwachung von Veränderungen des Hydrationsstatus
    • mit preiswerter, komfortabler und praktischer Anwendbarkeit

Das SeLe System wird all diese Vorteile bieten. Es wird zuverlässig arbeiten, sich unauffällig in die Umgebung einbringen, einfach zu bedienen sein und in einem erschwinglichen Kostenrahmen liegen.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Verbundprojekts

Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Verbundprojekts sind entlang der Mensch-Technik Schnittstelle gesetzt. Die Technik muss bei der persönlichen Anwendung dem Nutzer folgen. Im Einzelnen betreffen die Arbeitsziele eine:

  • Exakte Definition des Funktionsbedarfs des Sensorsystems (Zielgruppenanalyse)
  • Optimale, adaptierbare und anwendungsspezifische Systemkonfiguration
  • Erforschung relevanter Messkriterien der Dehydrierung
  • Bereitstellung von Integrationstechnologien auf Basis biokompatibler Pflaster
  • Erforschung geeigneter Messverfahren der Hochfrequenztechnik
  • Erforschung geeigneter physikalischer Schnittstellen (Sensorankopplung)
  • Charakterisierung der Messkurven, Interpretation von Quereinflüssen
  • Erforschung und Umsetzung effizienter, hochintegrierter Schaltkreise
  • Integration von Security-Strukturen (On-Chip)
  • Integration von benutzerfreundlichen Anzeige- und Bedienfunktionen
  • Optimierte Applikationssoftware
  • Erarbeitung und Durchführung von Anwendungs- und Akzeptanzstudien
    • Die wesentliche technische Forschung liegt im Bereich der Hochfrequenz-Sensorik
  • HF-Technologie für den Frequenzbereich 1 – max. 30 GHz
  • Niedriger Energieverbrauch
  • Integrationstechnologie für dermatologisch verträgliche Packagelösungen

Zusammen mit den Partnern des Verbundprojektes wird die senetics healthcare group diese Ziele, unter Kombination von Fachkompetenzen aus den Bereichen der Produktentwicklung, der Zulassung und dem biologischen Testlabor verfolgen.

Aufbau und Funktionsweise

Das Sensorsystem besteht aus einem Sensorpflaster, welches die gemessenen Werte an ein (handelsübliches) Smartphone oder direkt an das Armband (Wearable) sendet.

Es gibt drei Möglichkeiten sich über den Wasserhaushalt zu informieren:

  • Anzeige der Werte direkt auf dem Smartphone (App)
  • farbkodierte Anzeige über das Wearable am Anzeigearmband
  • Weiterleitung der Werte über das Smartphone ins Internet und somit abrufbar von Trainern, Pflegern, Ärzten oder den Nutzern selbst via App oder Webinterface

Szenarien

Das Projekt ist überwiegend mit Fokus auf zwei Sezenarien ausgelegt.

 

Szenario 1: Lifestyle / Arbeitsumfeld

a) Sportler und Wanderer: Trainings- / Leistungsüberwachung
  • Mit Hilfe eines Sensorpflasters zur permanenten und zeitlich limitierten Messung der Dehydrierung
  • Übertragung der Daten an ein Dehydrierungsarmband
  • Bewertung & Visualisierung der Daten
  • Optionale Integration weiterer Sensoren
  • Alternativ: Übertragung der Daten über NFC auf ein Smartphone
b) Allgemeinheit (insbesondere Arbeitnehmer): Gesundheitsüberwachung
  • Über einen integrierten Sensor z. B. in einer Computermaus zur sporadischen Messung der Dehydrierung
  • Anzeige am Computer oder über ein Smartphone
  • Bewertung der Daten erfolgt Personengruppen abhängig
  • Besondere Berufsgruppen ( Feuerwehr, Gießerei, …)

 

Szenario 2: Medizinanwendungen

Senioren: passive Gesundheitsüberwachung
  • siehe Szenario a) mit einfacher Visualisierung
c) Patienten (Pflegebedürftige, Demenzkranke & Bettlägerige): aktive Gesundheitsüberwachung
  • Sensorpflaster zur permanenten und zeitlich limitierten Messung der Dehydrierung
  • Übertragung der Daten an ein Dehydrierungsarmband und dann an eine Servicestelle (Krankenhaus, Arzt, Pflegedienst, ...)
  • Bewertung & Einleitung von Aktionen

 

All diesen Gruppen kann das SeLe System helfen ihre Bedürfnisse zum Thema Wasserhaushalt selbstbestimmt und eigenverantwortlich zu regeln, oder aber sie können diese Verantwortung einem kompetenten Fachmann (Coach, Arzt, Pfleger, etc.) übertragen. Gemäß den verschiedenen Anwendungsszenarien (s. o.) wird es spezifische Produktversionen geben. Ein modularer Aufbau ermöglicht es, die verschiedenen Elemente sinnvoll für Einsatzszenarien und Nutzergruppen zusammen zu stellen.

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