Respiratorische Parameter, wie Atemfrequenz und –tiefe aber auch Beginn der In- und Exspiration, gehören zu den wichtigsten Vitalparametern in der klinischen Überwachung. Die Echtzeit-Bestimmung dieser Parameter ist beispielsweise für die Ansteuerung von Beatmungsgeräten essentiell. In vielen Fällen, wie bei der Beatmung von Frühchen oder aber auch bei der Überwachung der Atmung im Schlaf, ist ein berührungsloses Verfahren erforderlich. Dies bedeutet, dass kein direkter Kontakt zu den Patientinnen und Patienten besteht und es auch durch Kleidung zuverlässig funktioniert. Der Fraunhofer-Thoraxmonitor basiert auf kleinen Antennen, die zum Beispiel in eine Matratze oder eine Lehne integriert werden können. Dadurch lassen sich zuverlässig und ohne großen instrumentellen Aufwand respiratorische Parameter aber auch der Herzschlag von Personen erkennen. 

Der Thoraxmonitor basiert auf mindestens zwei Antennen, die in geringem räumlichen Abstand angeordnet sind, sodass sie trotz sehr niedriger Sendeleistung miteinander kommunizieren können. Das Frequenzband kann dabei in einem breiten Bereich frei gewählt werden (typischerweise in einem ISM Band wie 433 MHz). Die Antennen werden in der Nähe des Oberkörpers der Patientinnen und Patienten, wie zum Beispiel in einer Matratze platziert, so dass die ausgestrahlte Welle den Oberkörper durchfließen kann. Selbst geringste Änderungen in dessen Form oder Zusammensetzung beeinflussen das empfangene Signal. So können die Atmung, eine Atemanstrengung und sogar der Herzschlag als charakteristische Modulation im Empfangssignal erkannt werden. Durch eine Nachverarbeitung lassen sich Artefakte wie zum Beispiel eine globale Bewegung des Oberkörpers identifizieren und Herzschlag und Atmung können auch durch Kleidung mit Latenzen unter 50 ms (Vergleich EKG / Flowsensor) erkannt werden. Dieses Verfahren ist zum Patent angemeldet (EP, CN, JP, US).

Bei der intensivmedizinischen Betreuung von Patientinnen und Patienten ist häufig eine künstliche Beatmung notwendig. Auch Frühchen müssen aufgrund ihrer noch nicht vollständig entwickelten Lungen teilweise künstlich beatmet werden. Arbeitet das eingesetzte Beatmungsgerät jedoch gegen den Atemimpuls der beatmeten Person oder presst zu viel Luft, bzw. Luft mit einem zu hohen Druck in die Lungen, kann es zu schwerwiegenden Komplikationen kommen, die schlimmstenfalls in einer chronischen Lungenschädigung resultieren. Eine genaue Einstellung und Überwachung der Beatmungsgeräte ist also essenziell. Eine für eine Ansteuerung eines Beatmungsgerätes ausreichend präzise Überwachung der Atmung ist ohne invasive oder unangenehme Verfahren aufgrund des geringen Lungenvolumens gerade von Frühchen jedoch nicht immer möglich.

Hier kann der Thoraxmonitor für eine sanfte Beatmung, insbesondere von Frühchen und kleinen Kindern, sorgen. Der Thoraxmonitor ermöglicht eine präzise und sehr schnelle berührungslose Messung respiratorischer Parameter – kann also erkennen, ob die künstlich beatmete Person gerade selbstständig ein- oder ausatmen möchte. Die Werte können in Echtzeit mit geeigneter zeitlicher Auflösung bestimmt werden, sodass eine schonendere Beatmung ermöglicht wird und Komplikationen vermieden werden können.

Die Technologie eignet sich aufgrund der kleinen Bauweise und des geringen technischen Aufwands für eine Vielzahl weiterer Anwendungen, in denen die berührungslose, schnelle und vergleichsweise einfache Bestimmung von respiratorischen Parametern gefragt ist.

Für die Bestimmung der Atemfrequenz wird die Technologie daher auch im Rahmen von TEDIAS, dem Test- und Entwicklungszentrum für digitale Patientenaufnahmesysteme, verwendet. Hier ist der Thoraxmonitor in die Lehne eines Stuhls eingebaut, auf den sich die Patientinnen und Patienten im Rahmen des Anamnese- und Aufklärungsprozesses setzen. Die Messung kann so im Hintergrund berührungslos stattfinden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt beispielsweise die Überwachung der Atmung von Kleinkindern zur Prävention des Plötzlichen Kindstods dar. Zudem eignet sich das System auch für den Einsatz bei Erwachsenen und kann im Rahmen der Erkennung und Behandlung von Schlaf-Apnoe verwendet werden. Der Einsatz zur Synchronisation von bildgebenden Verfahren mit der Atemtätigkeit oder dem Herzschlag wird derzeit ebenfalls untersucht.