Auf dem Weg zu neuen Messverfahren für das Herz

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Elektrotechnikstudentin der CAU erhält norddeutschen Petersen-Preis der Technik

Wie gesund unser Herz ist, lässt sich mit einem klassischen EKG (Elektro­kardiogramm) untersuchen. Hier messen auf die Haut geklebte Elek­troden die elektrische Aktivität des Herzens. Ganz ohne Körperkontakt könnten dagegen magnetische Mess­methoden funktionieren und so zum Beispiel auch bei Patientinnen und Patienten mit Verbrennungen eingesetzt werden. Einen Schritt dahin hat Patricia Fuchs mit ihrer Bachelorarbeit im Studiengang Elektrotechnik und Infor­mationstechnik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gemacht.

Anders als bei einem EKG können Magnetfeldsensoren die Herzaktivität kontaktlos ohne Elektroden auf der Haut messen. (Foto: © AG DSS)
Anders als bei einem EKG können Magnetfeldsensoren die Herzaktivität kontaktlos ohne Elektroden auf der Haut messen. (Foto: © AG DSS)
Auf dem Weg zu neuen Messverfahren für das Herz

Für ihre Arbeit an der Schnittstelle von Signalverarbeitung und Medizindiagnostik im Sonderforschungsbereich (SFB) 1261 „Biomagnetische Sensorik“ wurde sie mit dem Petersen-Preis der Technik geehrt. In der Kategorie „Bachelor“ erhielt die 22-Jährige den ersten, mit 2.000 Euro dotierten Preis. Die Prof. Dr. Werner-Petersen-Stiftung zeichnet damit hervorragende Abschluss­arbeiten in der Informatik und den Ingenieur­wissenschaften von hoher industrieller, medizinischer, wirtschaftlicher oder sozialer Bedeutung aus. Mit dem Preis will sie auch einen Gradmesser für die Innovationskraft und die Wettbewerbsfähigkeit norddeutscher Hochschulen bieten.

Für ihre Bachelorarbeit führte Patricia Fuchs, hier mit Betreuer Erik Engelhardt, magnetische Messungen in der Schirmkammer der Technischen Fakultät durch. (Foto: © AG DSS)

„In unserem Herz und überall dort, wo elektrische Ströme fließen, werden gleichzeitig auch magnetische Signale erzeugt. Anders als die elektrischen werden sie über die Distanz und das umgebende Körpergewebe nicht verzerrt“, erläutert Elektrotechnikerin Patricia Fuchs die Vorteile magnetischer Messmethoden. So können Magnetfeldsensoren die Herzaktivität messen, ohne dafür direkt auf der Haut liegen zu müssen.

Ergebnisse fließen in weitere Forschungen ein

In ihrer Bachelorarbeit hat sich Fuchs mit der Verarbeitung dieser Messdaten mit dem Fokus auf die sogenannte „elektrische Herzachse“ beschäftigt. Sie zeigt die Hauptausbreitungsrichtung der elektrischen Herzsignale. Eine ungewöhnliche Lage der Achse oder starke Veränderungen über mehrere Monate hinweg können auf verschiedene Krankheitsbilder hindeuten. Normalerweise wird die elektrische Herzachse per EKG ermittelt. Fuchs hat jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem sie zuverlässig und kontaktlos aus den Messdaten von vier magnetischen Sensoren bestimmt werden kann. Während die Elektroden eines EKGs die elektrische Herzachse nur zweidimensional an der Hautoberfläche erfassen, konnte Fuchs die Achse über die Magnetfeldsensoren zum ersten Mal im dreidimensionalen Raum und über einen zeitlichen Verlauf bestimmen.    

„Frau Fuchs ist in ihrer Arbeit konsequent neue Wege gegangen und kann mit ihrer Methode einen echten Mehrwert für Patientinnen und Patienten bieten. Deshalb wollen wir das Verfahren weiterentwickeln“, begründet Professor Gerhard Schmidt, Leiter des Lehrstuhls für digitale Signalverarbeitung und Systemtheorie, die Nominierung. Er hat ihre Arbeit mit dem Titel „Entwicklung und Implementierung einer magnetischen Herzachsenbestimmung“ zusammen mit dem Wissenschaftlichen Mitarbeiter Erik Engelhardt im Rahmen des SFB 1261 betreut. Als Teil der forschungsorientierten Lehre fließen die Ergebnisse von Fuchs hier in die weitere Forschung ein. „Das Potential einer dreidimensionalen Herzachse ist für die medizinische Diagnostik noch gar nicht untersucht. Die Arbeit von Frau Fuchs ist ein gelungener Grundstein dafür“, so Schmidt.

Noch sind magnetische Messungen allerdings nicht für einen flächendeckenden medizinischen Einsatz geeignet. Andere Magnetfelder wie das Erdmagnetfeld können die Untersuchungen beeinflussen und müssen räumlich abgeschirmt werden. Daher nutzte Fuchs für ihre Tests, die sie in Kooperation mit einem Mediziner durchführte, die magnetische Schirmkammer der Technischen Fakultät. „Im SFB arbeiten wir auch noch mit anderen, magnetoelektrischen Sensoren, die ohne Abschirmung funktionieren. Wir forschen daran, wie sich ihre Sensitivität noch weiter verbessern lässt“, sagt Engelhardt, der in dem interdisziplinären Forschungsverbund aus Materialwissenschaft, Elektrotechnik und Medizin promoviert.

Mehrfach ausgezeichnet

„Für das Studium der Elektrotechnik und Informationstechnik habe ich mich entschieden, weil ich Mathe, Logik und eine praxisnahe Anwendung verbinden wollte. Es freut mich, dass ich das jetzt auch mit meiner Bachelorarbeit umsetzen konnte“, sagt Fuchs, die aus der Gegend von Hohenwestedt in Schleswig-Holstein stammt. Ihre Wahl hat sie nicht bereut und zählte zu den Jahrgangsbesten in ihrem Studiengang. Mittlerweile studiert sie Elektrotechnik im Masterstudiengang an der CAU und kann sich eine berufliche Zukunft in verschiedenen Richtungen vorstellen. „Die Forschung ist auf jeden Fall eine interessante Option.“

Bereits im vergangenen Jahr wurde Fuchs für ihre Bachelorarbeit mit dem EmpowerMINT-Preis der CAU im technischen Bereich ausgezeichnet. Die CAU würdigt damit besondere innovative Leistungen von Studentinnen und Absolventinnen in den mathematisch-naturwissenschaftlichen, Informatik- und technischen Fächern (MINT), gefördert durch das Professorinnenprogramm III des Bundes und der Länder.

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