ARTIFACTS – Identifikation gravitationsbedingter Artefakte ballistokardiographischer Signale im Vergleich Schwerelosigkeit und bei normaler Gravitation
Ballistokardiographie (BCG) und Seismokardiographie (SCG) nutzen hochempfindliche Sensoren, um minimale Beschleunigungen der Körperoberfläche zu erfassen, die durch Herzschlag und Blutfluss entstehen. Hierdurch lassen sich nicht-invasiv Rückschlüsse auf die Herzfunktion ziehen. Allerdings führen unter Schwerkraftbedingungen durch den Herzschlag ausgelöste kleinste Kipp- und Drehbewegungen der Sensoren zu Beschleunigungsartefakten. Diese Artefakte können fehlerhafte Messwerte verursachen und die Interpretation erschweren. In Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) zeigt sich eine Reduktion dieses Bias – eine Annahme, die in der vorherigen Parabelflugstudie untersucht wurde und nun in einem Reflight erneut überprüft und erweitert werden soll.
Die zweite Phase der ARTIFACTS-Studie verfolgt mehrere zentrale Ziele. Für die Analyse der Entstehung und Wirkung von Störsignalen in BCG- und SCG-Messungen wird ein Schwerpunkt auf die Erweiterung des Datensatzes gelegt, um statistisch robustere Modelle für eine mögliche Kompensation auf einer breiteren Datenbasis entwickeln zu können. Aufbauend auf den Ergebnissen der vorherigen Kampagne werden zusätzlich erste Testversionen eingebetteter Signalverarbeitungsalgorithmen erprobt, die eine direkte Differenzierung des SCG-Signals ermöglichen. Langfristig soll dieses Wissen die automatische Analyse von SCG-Signalen verbessern – insbesondere mit Blick auf zukünftige Weltraummissionen, bei denen eine kontinuierliche und zuverlässige Gesundheitsüberwachung der Astronauten unverzichtbar ist.
Am Reflight nehmen erneut vier gesunde Probandinnen und Probanden teil. Während mehrerer Parabelflüge im Oktober 2025 werden die durch die Herzkreislauffunktion hervorgerufenen Sensorbeschleunigungen aufgezeichnet. Die Sensoren erfassen sowohl translatorische Bewegungen des Körpers als auch rotatorische Sensoreigenbewegungen, die im Signal getrennt analysiert werden. Durch den erweiterten Messumfang und die höhere Datenzahl soll eine detailliertere Unterscheidung dieser Signalanteile möglich werden.
Die Messungen erfolgen mit 6-DOF-Sensoren, die lineare Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten aufzeichnen. Diese werden am Brustbein (Sternum) sowie in der Nähe der Herzspitze angebracht. Ergänzend dient ein EKG als Referenz, um die gemessenen mechanischen Signale mit den elektrischen Aktivitäten des Herzens präzise abzugleichen. Zusätzlich ist ein Referenzsensor auf dem Flugzeugboden installiert, der als stabiler Vergleichspunkt zur Identifikation von Bewegungsartefakten dient. Neben der Messdatenerhebung werden im Reflight erste Algorithmen zur Signaldifferenzierung in Echtzeit auf einem hochintegrierten SCG-Sensorsystem evaluiert, indem diese mit den Referenzdaten verglichen werden.
Durch diese Forschung werden Störfaktoren in kardiologischen Messmethoden noch besser verstanden, um die Entwicklung einer genaueren, nicht-invasiven Überwachung der Herzfunktion voranzutreiben. Darüber hinaus werden erste Erkenntnisse über die Möglichkeit einer sensornahen SCG-Datenanalyse in der Schwerelosigkeit erhoben. Für künftige Weltraummissionen könnte dies von besonderem Nutzen sein, da klassische kardiologische Untersuchungsverfahren in Schwerelosigkeit nur eingeschränkt anwendbar sind.