Stresslevel messen 16.11.2015, 13:38 Uhr

Wie ein Smartphone die Herzfrequenz misst – ohne Körperkontakt

Wie soll ein Smartphone Herz- und Atemfrequenz beobachten, wenn es in der Handtasche steckt? Ingenieure des MIT in den USA haben sich eine Technik einfallen lassen. Die Entdeckung finden die Forscher selbst „ermutigend, aber auch beunruhigend“.

Blutdruck- und Herzfrequenzmessung durch den Hausarzt: US-Forscher haben nun eine Technik entwickelt, um über den serienmäßigen Bewegungssensor im Smartphone Herz- und Atemfrequenz relativ zuverlässig zu messen.

Blutdruck- und Herzfrequenzmessung durch den Hausarzt: US-Forscher haben nun eine Technik entwickelt, um über den serienmäßigen Bewegungssensor im Smartphone Herz- und Atemfrequenz relativ zuverlässig zu messen.

Foto: Deutsche Telekom

In modernen Smartphones ist er standardmäßig eingebaut: der Beschleunigungssensor, mit dem auf drei Achsen die Bewegungen des Handys erkannt und ausgewertet werden. Ohne ihn könnten wir keine Navigations-App oder Spiele nutzen und auch das simple Wechseln des Displayinhaltes zwischen Hoch- und Querformat greift darauf zurück. Amerikanische Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass der Beschleunigungssensor sogar die Herz- und Atemfrequenz einer Person ohne direkten Körperkontakt messen kann, zum Beispiel von der Handtasche aus.

Minimalbewegung des Herzens wird registriert

Javier Hernandez, Daniel McDuff und Rosalind Picard vom Media Lab des Massachusetts Institute of Technology forschen bereits seit einigen Jahren daran, wie tragbare Geräte die Herz- und Atemfrequenz einer Person und somit deren Stresslevel messen können.

Je weniger der Mensch dabei vom Messgerät beeinträchtigt wird, desto besser. Nachdem die Forscher mit der Datenbrille Google Glass experimentiert hatten, kommt nun das Smartphone dran. Der Bewegungssensor in den modernen Handys ist so sensibel, dass er sogar die Minimalbewegungen des Herzens und beim Atmen registrieren kann. Das machten sich die Wissenschaftler zunutze.

Für das Samsung Galaxy S4 programmierten sie eine Android-Software zum Aufzeichnen der gemessenen Daten. Aus dem Datenstrom des Bewegungssensors lösten sie die Wellen der Herz- und der Atemfrequenz heraus und testeten das so präparierte BioPhone an zwölf Personen. Um herauszufinden, wie akkurat die Messungen des BioPhones waren, wurde gleichzeitig mit einem herkömmlichen, geeichten Gerät Herzfrequenz und Puls gemessen.

Das BioPhone lag nur mit einem Herzschlag pro Minute daneben

Bei der Messreihe wurden die Testpersonen in verschiedenen Positionen, vor und nach kurzer körperlicher Anstrengung auf einem Fahrrad beobachtet. Während die Probanden entweder auf dem Rücken lagen, saßen oder standen, befand sich das BioPhone in der Hosentasche, in einer Umhängetasche über der Schulter oder in einer von Hand getragenen Tasche. Die Ergebnisse der Messungen waren verblüffend. Im Durchschnitt lag das BioPhone bei der Herzfrequenz nur mit einem Schlag pro Minute daneben und bei der Atemfrequenz bei einem Viertel Atemzug pro Minute.

Autofahrer mit Sensorgurt: Spanische Ingenieure arbeiten an einem Sicherheitsgurt und einem Autositz, die Herzschlag und Atmung des Fahrers laufend kontrollieren. Dadurch kann das System beispielsweise einen Sekundenschlaf sofort erkennen.

Autofahrer mit Sensorgurt: Spanische Ingenieure arbeiten an einem Sicherheitsgurt und einem Autositz, die Herzschlag und Atmung des Fahrers laufend kontrollieren. Dadurch kann das System beispielsweise einen Sekundenschlaf sofort erkennen.

Foto: Harken/Screenshot Ingenieur.de

Allerdings, und das betonen die Forscher, funktioniert die ganze Sache bisher nur unter Laborbedingungen. Es gab keinerlei störende Signale von außen und die Messungen fanden jeweils statt, wenn die Probanden sich wenig bewegten. Im Alltag wäre das vergleichbar mit Lesen oder Fernsehgucken. Das Smartphone also in der Tasche zu tragen, hektisch von Termin zu Termin zu hetzen und sich dabei beobachten zu lassen, ist also nicht möglich.

„Es ist möglich, sehr persönliche Informationen abzugreifen“

Noch nicht, sagen die Wissenschaftler. Bisher sei ihre Methode zwar nur anwendbar, um im Tagesverlauf sporadische Messungen zu machen, wenn man sich kaum bewegt. Ihre Forschungen wollen sie aber weiter vorantreiben und die Genauigkeit der Messungen in realen Alltagsituationen verbessern.

„Die Ergebnisse unserer Arbeit sind sehr ermutigend, aber auch beunruhigend“, schreiben die Wissenschaftler in ihrem Bericht. „Gegenwärtig sind die Messungen noch daran gebunden, dass die Person sich so wenig wie möglich bewegt. Aber unsere Arbeit zeigt, dass es im Prinzip möglich ist, sehr persönliche Informationen wie physiologische Parameter mit herkömmlichen Smartphones abzugreifen. Die Möglichkeit, darüber in die Privatsphäre einzudringen, ist vorhanden.“

Als Anwendung können sich die Forscher zum Beispiel vorstellen, dass über die Beobachtung der körperlichen Reaktion personalisierte Werbung ausgelöst wird. Sie fordern deshalb größtmögliche Transparenz darüber, wie solche Informationen gespeichert und verarbeitet werden, so dass die Privatsphäre hinsichtlich der persönlichen gesundheitlich relevanten Daten gewährleistet wird.

Sicherheitsgurt überwacht Herzfrequenz

Längst arbeiten Forscher weltweit daran, die Herzfrequenz durch Gegenstände im Alltag zu überwachen. So arbeiten spanische Ingenieure an einem Sicherheitsgurt mit Sensoren, die laufen die Herzfrequenz überwachen und Alarm schlagen, sollte der Fahrer einschlafen. 

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