Verbundprojekt FEMAGO 2017 VF 044, Teilprojektantrag 2017 FE 9129

 

Thema: FEMAGO – Ungeschirmte Aufnahme fetaler Magnetokardiogramme (fMKG) mit integrierten optisch gepumpten Magnetometern (OPM)

Das fetale Magnetokadiogramm (fMKG) stellt eine Alternative zu üblichen pränatalen Überwachungsmethoden dar. Es hat gegenüber fetalen EKG die Vorteile, dass es nichtinvasiv ist und in allen Phasen der Schwangerschaft angewendet werden kann. Derzeit übliche  fMKG-Apparaturen verwenden SQUID als Sensoren und benötigen magnetisch geschirmte Messkammern, um die notwendige Messauflösung zu erreichen. Beides behindert eine weitere Verbreitung der fMKG-Methode. Im Projekt sollen diese Hürden überwunden werden. Dafür werden optisch gepumpte Magnetometer (OPM) für die fMKG-Messung qualifiziert. Diese Qualifikation  umfasst den Betriebsmodus der OPM, ihre Integration als Arrays mittels MEMS-Methoden und das Pumpen über angepasste Mikrooptiken. Zur Unterdrückung von Störfeldern (vom Herz der Mutter und von der Umgebung) ist vorgesehen, die Potenzen der integrierten OPM zur Integration angepasster Referenzsensoren anzuwenden, die Signale mehrerer OPM-Kanäle zur Aufnahme der fMKG und ein Mutter-EKG einzusetzen. Die parallele Verarbeitung all dieser Informationen über Software-Routinen soll den Weg zu ungeschirmter Messung öffnen.
Die Güte der fMKG-Messungen mit diesem neuartigen Messsystems soll final über die reale Aufnahme von fMKG, auch im Vergleich mit einem etablierten SQUID-Messystem, demonstriert werden.

Teilthema: Signalaufnahme und -aufbereitung für die Aufnahme fetaler MKG mittels optisch gepumpter Magnetometer

Das im Projekt zu entwickelnde fMKG-System soll das Magnetokardiogramm eines Fetus liefern. Hierfür werden die Signale von neun optisch gepumpten Magnetometern (OPM) bereitgestellt. Diese Signale haben – bedingt durch die Lage des fetalen Herzens – unterschiedliche starke Signatur. Sie sind außerdem überlagert vom viel stärkeren Signal des Mutterherzens und von vielfältigen magnetischen Störungen. Letztere sind um so stärker, je weniger das fMKG-System gegenüber der Umgebung magnetisch geschirmt ist.
Die zentrale Aufgabe von GBJ ist es, verschiedene Messsignale in ihren Datenströmen zu vereinen und Algorithmen zu entwickeln, die es gestatten, das fetale Magnetokardiogramm so klar wie möglich darzustellen. Hierfür werden die Signale der neun OPM-Kanäle aufgenommen. Die Schnittstelle zu den Datenströmen vom Supracon-Messsystem ist abzustimmen. Weiterhin wird GBJ die Signale eines herkömmlichen EKG-Systems zur Aufnahme des Herzsignals der Mutter einbinden. Dies soll insbesondere helfen, das Signal der Mutter aus dem fMKG herauszurechnen. Weiterhin soll ein Algorithmus entwickelt werden, alle 9 OPM-Signale parallel zu verwenden, um die Datenqualität weiter zu verbessern.
Beim Übergang von der magnetisch geschirmten Messung zu gering geschirmter bis hin zu ungeschirmter Messung sind diese Störfeldunterdrückungsmaßnahmen zu evaluieren und weiter zu verbessern. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern soll die Eignung weiterer hardware-seitiger Maßnahmen wie die Implementierung eines zusätzlichen OPM-Referenzkanals diskutiert und gegebenenfalls implementiert werden.

Folgende Entwicklungsschritte sind vorgesehen:

  • Entwicklung einer mit den Partnern abgestimmten Konzeption für das Gesamtystem aus Datenaufnahme, Datenverarbeitung und Extraktion des bereinigten fMKG.
  • Aufbau der mehrkanaligen Aufnahme der OPM-Signale (skalierbar in der Kanalzahl, um später auch eventuelle Referenzkanäle einbinden zu können) und der synchronisierten Aufnahme der Mutter-MKG-Signale. Hierfür wird ein kommerzielles EKG-System erworben und eingebunden.
  • Entwicklung von Datenaufbereitungsalgorithmen über die intelligente Verknüpfung aller Sensorkanäle, mit dem Ziel, ein klares fMKG zu bekommen. Hierfür wir auch an den Einsatztests teilgenommen.
  • Aufbereitung des Endergebnisses für die Auswertung durch das UKJ und damit allgemeiner für den medizinischen Einsatz.

Zielstellung:
Die Bereitstellung des neuen Verfahrens zur Verbesserung der Signalqualität bei stark gestörten Signalen geht in das Gesamtprodukt  der Projektpartner unter der Führung der Firma Supracon AG Jena ein und wird durch die Vergabe von Lizenzen bzw. die Erhebung von Lizenzgebühren darüber vermarktet.

Bei erfolgreicher Demonstration der ungeschirmten Aufnahme von fMKG mit OPM-Anordnungen als Ergebnis des Vorhabens kann ein fMKG-System vermarktet werden, dass keinerlei exklusive Arbeitsbdingungen mehr braucht (kein flüssiges Helium, keine teure und aiufwendige Schirmkammer). Damit eröffnete sich die Möglichkeit, dieses System in starker Verbreitung in vielen Kliniken und Praxen einzusetzen. Dies würde einen großen Markt bedeuten, aber auch die Möglichkeit für neue und verbessere Diagnose des Gesundheitszustandes des ungeborenen Kindes.