Radar teller hjerteslagene

Avansert programvare ser hjerteslag  gjennom huden og fienden gjennom vegger.

Publisert

Tverrfaglig storsatsing

Forskningen til Aardal er en del av prosjektet MELODY, som forsker på medisinske sensorer i og utenfor menneskekroppen.

MELODY ledes av Intervensjonssenteret ved Oslo Universitetssykehus. Også NTNU, Universitetet i Oslo og Forsvarets forskningsinstitutt deltar, sammen med flere internasjonale partnere.

(Kilde: Forskningsrådet)

Se video av radaren i aksjon!

- Noen har kommet inn i rommet ved siden av!

Øyvind Aardal peker på skjermen. Hvite flekker marsjerer over dataskjermen på Forsvarets forskningsinstitutt (FFI).

Men det er ikke fienden vi ser. Det er Aardals gode kollega Mats Jørgen Øyan som uforvarende har ruslet rett inn i den spesialriggede demonstrasjonen.

- Bare fortsett, roper Aardal til ham. - Det passet bra at du kom inn!

Radar i krig og fred

Øyvind Aardal i rommet der forsøkene ble gjort. De blå pyramidene av skumgummi er dekket med aluminium. De fanger radarbølgene, slik at ekko fra veggene ikke skal forstyrre målingene. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)
Øyvind Aardal i rommet der forsøkene ble gjort. De blå pyramidene av skumgummi er dekket med aluminium. De fanger radarbølgene, slik at ekko fra veggene ikke skal forstyrre målingene. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)

Aardal og kollegene hans har laget programvaren som gjør det mulig å se gjennom vegger med en liten, hendig radar. Soldater kan bære med seg radaren, og se folk som skjuler seg i bygninger.

Men radaren kan også brukes på en annen type slagmark, der leger og sykepleiere kjemper for livet til pasientene.

- En radar i madrassen kan overvåke pust og hjerteslag. Den kan erstatte ledninger og elektroder som må festes på kroppen, forteller Aardal.

Radaren er både enklere å bruke og mer skånsom enn vanlig EKG. Det er viktig for pasienter der huden er spesielt sårbar, for eksempel tidlig fødte spebarn og ved brannskader.

Ligner gamle bilhorn

Mats Jørgen Øyan får nå spille rollen som hjertepasient i demonstrasjonsforsøket. Aardal sikter inn radarantennene mot ham.   Antennene er traktformede. De ligner gamle bilhorn og sirener.

Men disse sirenene sender ikke ut lyd. De sender ut elektromagnetiske radiobølger.  Bølgelengden er kort, bare noen centimeter. Da kalles bølgene for radarbølger.

Aardal har funnet ut mye om hvordan disse radarbølgene bør sendes ut for å få best mulig resultat. Både lengden og formen på bølgene er viktig. Det samme er vinkelen mot målet.

Øyvind Aardal (t.v.) sikter inn radaren mot sin kollega Mats Jørgen Øyan for å demonstrere hvordan den kan registrere hjerteslag på avstand. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)
Øyvind Aardal (t.v.) sikter inn radaren mot sin kollega Mats Jørgen Øyan for å demonstrere hvordan den kan registrere hjerteslag på avstand. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)

Blinkende hjerte

Radiobølgene går rett gjennom skjorta til Øyan. Så treffer den brystet hans. Brystet kaster radarbølgene tilbake, omtrent som ekkoet av lydbølger fra en vegg. Det kalles et radarekko.

Ekkoet fanges opp av en annen antenne, og sendes inn i datamaskinen. Her overtar dataprogrammet til Aardal.

Det klarer å lirke informasjon om bevegelse ut av radarekkoet. Etter noen sekunder begynner et rødt hjertesymbol å blinke på skjermen. Pulstallet lyser i grønt.

Tre teorier

- Da jeg begynte arbeidet med doktorgraden, var det godt kjent  at pulsslag kan sees i radarekko fra kroppen. Men forskerne visste ikke hvorfor, minnes Aardal.

Det var tre hypoteser. En gikk ut på at det var selve hjertet som sendte tilbake radarekkoet. En annen mente at pulsslagene ga ørsmå forandringer av blodmengden i huden, som påvirket radarekkoet.

Den tredje hypotesen sa at hjerteslagene laget små bevegelser i huden, bevegelser som radaren fanget opp.

Pleksiglass over brystet

Det tok tid å finne ut hvilken teori som var riktig. Aardal brukte seg selv som forsøkskanin.

- Jeg lå på et bord, med antennen over meg. I ett forsøk hadde jeg en plate av pleksiglass over brystet. Den hindret all bevegelse av huden, forteller han.

Hvis ekkoet av hjerteslagene ble borte, burde hudbevegelser være forklaringen. Og det var nettopp hva som skjedde. Men Aardal ville være helt sikker.

Bevegelser i huden

- I et annet forsøk dekket jeg brystet med sølvfolie. Det hindret radarsignalene å gå videre inn i kroppen.  Hvis hjerteslagene fortsatt var der, måtte bevegelsen komme fra huden, sier Aardal.

Igjen fikk han positivt resultat. Det er altså de små bevegelsene i huden som avslører hjerteslagene.

Aardal synes eksperimentene var morsomme.

- Jeg hadde aldri trodd at jeg skulle trenge å barbere brystet som en del av jobben, smiler Aardal. - Jeg er jo egentlig teoretiker!

Radaren viser puls ut fra ørsmå bevegelser i huden på grunn av hjerteslagene. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)
Radaren viser puls ut fra ørsmå bevegelser i huden på grunn av hjerteslagene. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no.)

Referanse:

Øyvind Aardal: Radar monitoring of heartbeats and respiration, Thesis to the Faculty of Mathematics and Natural Sciences at the University of Oslo, 22.12.2012