Blutdruck messen

cosinuss° ermittelt den Blutdruck mithilfe einer nichtinvasiven, optischen Messtechnik direkt im Gehörgang. Die Sensorik in den Im-Ohr Sensoren ähnelt der Funktionsweise von Fingerclip-Pulsoximetern. Dabei wird ein photoplethysmographisches Signal (PPG) erfasst, aus dem individuelle Pulswellen abgeleitet werden. Aus diesen können wichtige Vitalparameter wie beispielsweise die Pulsfrequenz und Sauerstoffsättigung (SpO2) abgeleitet werden.

Vereinfacht ausgedrückt steht das PPG-Signal in direktem Zusammenhang mit dem Blutvolumen in den Gefäßen im Gehörgang, das wiederum den Blutdruck widerspiegelt. Steigt das Blutvolumen, erhöht sich auch der Blutdruck. Die PPG-Pulsform wird somit durch den Blutdruck beeinflusst, sodass Veränderungen des Blutdrucks direkt in der PPG-Kurve erkennbar sind. Bluthochdruck und arterielle Gefäßsteifigkeit hängen eng zusammen: Hoher Blutdruck macht die Arterien steifer, und steifere Arterien erhöhen den systolischen Blutdruck.¹ Durch einen erhöhten Blutdruck breitet sich die Druckwelle in den Arterien schneller aus (Pulswellengeschwindigkeit, PWV). Dies schlägt sich in einer schnelleren Pulswelle nieder sowie einer kürzeren Puls-Transit-Zeit (PTT). Daneben verursacht ein höherer Blutdruck eine größere systolische Amplitude, da das Herz mehr Druck auf das Blut ausübt.² Neben diesen genannten sichtbaren Veränderungen in der PPG-Kurve kommen noch weitere hinzu. Kurz gesagt, die Form der PPG-Welle hängt von Blutdruckänderungen ab, die sich in der Kurve nachvollziehen lassen (siehe Abb. 1).

Abb. 1: Schematische Amplitude der Pulskurve aus einem Photoplethysmogramm (PPG) und dessen essentielle Merkmale zur Bestimmung des Blutdrucks.

Bei der PPG-Messung stellt die individuelle Variabilität der Gefäßsteifigkeit eine Herausforderung dar. Die PPG-Wellenformen sind von Person zu Person unterschiedlich. cosinuss° zerlegt deswegen jede Pulswelle in ihre Einzelteile und charakterisiert seine Merkmale. Diese sehr komplexe Aufgabe der Blutdruckbestimmung wird mit einem von cosinuss° entwickelten neuronalen Netz gelöst, welches mit verschiedenen Layern arbeitet. Die generierten Informationen werden dann in Blutdruckwerte übersetzt. Die in Abb. 1 dargestellten Parameter stellen eine Auswahl von vielen dar, die cosinuss° verwendet, um die Herzschläge algorithmisch zur Blutdruckberechnung auszuwerten. Basierend auf dieser Technologie ist cosinuss° in der Lage, den Blutdruck im Gehörgang kontinuierlich zu messen.

Die Messung des Blutdrucks mittels optischer Messverfahren im Gehörgang bietet – je nach Anwendungsfall – entscheidende Vorteile.

Ist die Durchblutung in den Extremitäten eingeschränkt, wie das u.a. bei Unterkühlung (Hypothermie) vorkommt, kann eine zuverlässige Blutdruckmessung an diesen Stellen nicht mehr stattfinden. Gerade in kalten Umgebungen, muss der/die Patient:in dank der leichten Zugänglichkeit zum Ohr nicht mehr entkleidet oder ein Ärmel aufgeschnitten werden, um den Arm freizumachen. Aspekte, die besonders in der Berg- oder Offshore-Rettung zum Tragen kommen. Hier findet bislang häufig die Abwägung statt, ob der Blutdruck des/der Patient:in gemessen, und dadurch eine Unterkühlung riskiert wird, oder ob auf diesen Vitalparameter verzichtet wird und damit aber wichtige Veränderungen des Gesundheitszustands nicht rechtzeitig detektiert werden.³

Zudem ist die Messung im Gehörgang weniger anfällig für Bewegungsartefakte, wie sie bei Messungen am Handgelenk oder am Finger vorkommen können. Außerdem bietet die dunkle Umgebung im Gehörgang den Vorteil, dass äußere Lichteinflüsse minimiert werden, was die Signalqualität zusätzlich verbessert.

Ein weiterer Aspekt, der die Durchblutung in der Peripherie betrifft: Bei Anlegung von Tourniquets zur Stillung von starken Blutungen an den Extremitäten funktionieren Blutdruckmessungen hier ebenfalls nicht mehr zuverlässig. Die Messung im Ohr wird hierdurch jedoch nicht beeinflusst.⁴

Die Messung mit einem PPG-Im-Ohr Sensor bietet somit eine nichtinvasive und kontinuierliche Methode der Blutdruckmessung. Dies bietet auch für den/die Patient:in einen erhöhten Komfort: Eine nichtinvasive, den Alltag nicht einschränkende Messung des Blutdrucks ist wesentlich angenehmer als herkömmliche Methoden mit Manschetten, die sich, wenn auch automatisch, alle paar Minuten zusammenziehen und sich unangenehm anfühlen können.

In den vergangenen Jahren hat cosinuss° in zahlreichen Studien – sowohl intern als auch in Zusammenarbeit mit klinischen Partnern – hochwertige Daten gesammelt und umfassend analysiert. Auf Basis dieser Daten konnten die Machine-Learning-Modelle kontinuierlich trainiert und optimiert werden. Hieraus ist ein wertvoller Datenschatz mit Informationen von mehr als 500 Personen, über fünf Millionen Herzschlägen und knapp 60 Tagen Aufzeichnung entstanden. Die Studien umfassten verschiedene Szenarien und Personengruppen, um ein möglichst realistisches und vielseitiges Datenprofil zu gewährleisten. Dabei wurden unterschiedliche Messaspekte berücksichtigt:

• Statische Blutdrucküberwachung: Erfassung von Blutdruckwerten in definierten Ruhephasen. Die Körperhaltungen und Messmethoden orientierten sich an der Norm ISO 81060-2.
• Dynamische Blutdrucküberwachung: Untersuchung von Blutdruckveränderungen unter körperlicher Belastung (z. B. Laufen, Radfahren, Alltagsaktivitäten) und bei Temperaturschwankungen – einschließlich Messungen während operativer Eingriffe.
• Referenzmessungen: Durchführung arterieller Messungen oder, wenn dies nicht möglich war, Manschettenmessungen als Vergleichsgrundlage.

Abb. 2: Vergleich der systolischen Blutdruckmessungen mittels c-med° alpha-Vorhersagemodell und einer standardmäßigen Manschettenmessmethode über die Zeit. Die durchgezogene Linie stellt die c-med° alpha-Vorhersagen dar, während die gestrichelte Linie die Manschettenmessungen zeigt. Die x-Achse gibt die Zeit an, und die y-Achse zeigt den systolischen Blutdruck in mmHg.

In den vergangenen Jahren hat cosinuss° in zahlreichen Studien – sowohl intern als auch in Zusammenarbeit mit klinischen Partnern – hochwertige Daten gesammelt und umfassend analysiert. Die gewonnene Datenbasis hat es ermöglicht, das neuronale Netz auszuweiten und die Machine-Learning-Modelle kontinuierlich zu trainieren und zu optimieren, um einen bereits zulassungsreifen Blutdruck-Algorithmus fertigstellen zu können. Als Nächstes wird cosinuss° diesen Algorithmus in einer klinischen Studie validieren und die Zulassung finalisieren, um den Blutdruck als zusätzlich zertifizierten Vitalparameter mit anbieten zu dürfen.