Messung der mehrpunktigen Pulslaufzeit mit einem KI-fähigen mmWave‑Radar

Warum es wichtig ist, den Puls zu beobachten

Herz- und Gefäßprobleme entwickeln sich oft über viele Jahre unbemerkt. Ärztinnen und Ärzte wissen, dass die „Steifigkeit“ der Arterien und der Blutdruck wichtige Hinweise auf das spätere Risiko für Herzinfarkt, Schlaganfall und andere Erkrankungen liefern. Diese Studie untersucht einen Weg, diese Hinweise ohne Manschetten, Kabel oder Hautkontakt zu verfolgen, indem ein kompakter Radar zusammen mit künstlicher Intelligenz winzige durch jeden Herzschlag ausgelöste Körperbewegungen beobachtet.

Eine neue Art, den Herzschlag zu hören

Jedes Mal, wenn das Herz pumpt, sendet es eine Druckwelle durch die Arterien – ähnlich einer Welle, die durch einen Schlauch läuft. Die Zeit, die diese Welle benötigt, um zwischen zwei Punkten zurückzulegen, die sogenannte Pulslaufzeit, spiegelt wider, wie steif oder elastisch die Arterien sind, und steht in Beziehung zum diastolischen Blutdruck, dem Druck, wenn das Herz entspannt. Heute wird das meist mit Kontaktsonden oder aufblasbaren Manschetten gemessen, die unbequem sein und sich nur schwer über lange Zeit tragen lassen. Die Forscher wollten herausfinden, ob ein einzelnes kleines Millimeterwellen‑Radar diese Pulswellen an mehreren Stellen des Oberkörpers verfolgen kann, ohne die Person zu berühren.

Wie das Radar unsichtbare Bewegung sieht

Der Prototyp des Teams, PolyPulse genannt, sitzt unter einem Tisch unter dem Handgelenk einer sitzenden Person. Er sendet sehr hochfrequente Radiowellen aus, die vom Körper zurückgeworfen werden. Da jeder Herzschlag Brust, Hals, Kopf und Handgelenk nur um winzige Größenordnungen – wenige zehn Mikrometer – bewegt, tragen die zurückkommenden Wellen ein schwaches, aber regelmäßiges Muster. Mittels Beamforming lenkt das Radar seine Aufmerksamkeit auf vier spezifische Bereiche: die Herzspitze in der Brust, den Warzenfortsatz hinter dem Ohr, die Halsschlagader (Karotis) im Hals und die Speichenschlagader (Radialarterie) am Handgelenk. Feine Zeitunterschiede, wann der Puls an diesen vier Stellen erscheint, zeigen, wie schnell er entlang dreier Pfade reist: Herz zum Handgelenk, Herz zum Hals und Kopf zum Handgelenk.

Künstliche Intelligenz beibringen, den Puls zu finden

Roh‑Radar‑Echoes in nützliche Werte zu verwandeln, ist nicht trivial. Signale von Atmung, kleinen Zuckungen und Reflexionen von nahegelegenen Objekten können die winzigen Pulsbewegungen leicht überlagern, besonders an schmalen Arterien wie am Handgelenk. Um dem zu begegnen, entwickelten die Forscher ein tiefes neuronales Netzwerk, das sowohl Amplitude als auch Phase der Radarsignale aus vielen benachbarten Strahlen um jede Körperstelle verarbeitet. Zunächst sortiert ein Signalverarbeitungsschritt die Radarstrahlen danach, wie stark sie ein wiederkehrendes Herzschlagmuster zeigen. Das neuronale Netzwerk lernt dann, markante Punkte in den Wellenformen zu erkennen, etwa den Moment, in dem das Hauptventil des Herzens öffnet, oder die erste Aufwärtsbewegung des Pulses am Handgelenk und Hals. Durch die Schlag‑für‑Schlag‑Ausrichtung dieser Landmarken über alle vier Stellen schätzt das System die Pulslaufzeiten und nach einer einfachen pro‑Person‑Kalibrierung den diastolischen Blutdruck.

Das System im Praxistest

Das Team bewertete PolyPulse in einer Studie mit 47 Erwachsenen unterschiedlicher Altersgruppen, Körpergrößen und Gesundheitsverläufe, darunter einige mit Bluthochdruck, Vorhofflimmern oder anderen Herzerkrankungen. Die Teilnehmenden saßen aufrecht am Tisch und trugen Standard‑Kontaktsonden an Brust, Hals, Kopf und Handgelenk, während das Radar von unten aufzeichnete. Um natürliche Schwankungen der Pulslaufzeit und des Blutdrucks zu erzeugen, fuhren die Freiwilligen zwischendurch auf einem stationären Fahrrad, während die Messungen weiterliefen. Über Hunderte von Sitzungen verfolgten die Radar‑Pulslaufzeiten die Werte der Kontaktsonden auf allen drei Pfaden eng mit, mit typischen Fehlern von nur wenigen Millisekunden. Wenn diese Zeitpunkte mit einem einfachen, auf jede Person zugeschnittenen Regressionsmodell in den diastolischen Blutdruck umgerechnet wurden, erfüllten die Radarabschätzungen die internationalen Richtlinien für nichtinvasive Blutdruckmessgeräte, mit mittleren Fehlern unter einem Millimeter Quecksilbersäule und moderater Streuung.

Robustheit und Grenzen im Alltag

Über die grundlegende Genauigkeit hinaus prüften die Forscher, wie gut das System unter realen Variationen funktioniert. Sie veränderten Abstand und Neigung des Radars, legten Kleidungsschichten über den Körper, baten Teilnehmende zu sprechen, eine Computermaus zu benutzen oder zu zappeln, testeten verschiedene Räume und wiederholten Messungen ein Jahr später. Die Fehler blieben allgemein innerhalb weniger Millisekunden für die Pulstime und bei etwa 5 Millimetern Quecksilbersäule für den diastolischen Druck, selbst durch Kleidung und in verschiedenen Innenräumen, obwohl starke Körperbewegungen die Messungen stören konnten. Die Methode lieferte ähnliche Ergebnisse über Gruppen mit Unterschieden in Alter, Größe, Body‑Mass‑Index, Geschlecht und Vorhandensein kardiovaskulärer Erkrankungen, wobei die Zahl der Teilnehmenden mit diagnostizierten Erkrankungen jedoch klein war.

Was das für die Herzgesundheit bedeuten könnte

Für Laien ist die Hauptbotschaft: Ein schuhkartongroßes Radar und intelligente Software können verfolgen, wie Pulswellen gleichzeitig an mehreren Punkten durch den Körper laufen, ganz ohne Manschetten oder Klebeelektroden, und daraus Informationen gewinnen, die mit standardmäßigen Messgrößen für Arteriensteifigkeit und diastolischen Blutdruck gut übereinstimmen. Obwohl dies eine frühe Laborstudie und noch kein Gerät für das Zuhause ist, deutet sie auf eine Zukunft hin, in der Menschen mit Risiko für Herz‑ und Gefäßerkrankungen subtile Veränderungen ihrer kardiovaskulären Gesundheit allein dadurch verfolgen könnten, dass sie sich neben einen diskreten Sensor in ihrem Wohnzimmer setzen.

Zitation: Zhu, J., Yuan, K., Prabhakara, A. et al. Measuring multi-site pulse transit time with an AI-enabled mmWave radar. Nat Commun 17, 4554 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73453-x

Schlüsselwörter: Pulslaufzeit, mmWave‑Radar, kontaktlose Überwachung, Blutdruckschätzung, kardiovaskuläre Gesundheit