Ob beim Joggen, im Schlaf oder im Krankenhaus: Millionen Menschen tragen heute Smartwatches oder Fitnessringe, die rund um die Uhr den Puls, den Blutdruck und den Sauerstoffgehalt im Blut messen. Auf der Unterseite dieser Geräte blinken kleine Lichter, die in die Haut leuchten. Ein Sensor fängt das vom Gewebe zurückgeworfene Licht wieder auf und berechnet daraus die Gesundheitswerte. Was im Alltag kinderleicht aussieht, hat in der Praxis jedoch eine Schwachstelle: Bisherige Sensoren liefern nicht bei allen Menschen gleich zuverlässige Ergebnisse.
Genau diesem Problem hat sich Maximilian Reiser, Doktorand an unserer Hochschule, in seiner Doktorarbeit gewidmet. Für seine Forschung hat ihm die Deutsche Gesellschaft für Digitale Medizin auf ihrem Jahressymposium den Promotionspreis 2026 verliehen. Neben der offiziellen Urkunde durfte sich der Preisträger auch über ein traditionelles Markenzeichen der Fachgesellschaft freuen: ein Paar warme Socken für den nahenden Winter.
Mehr Fairness in der Medizintechnik
Wenn Licht in die menschliche Haut eindringt, beeinflussen viele Faktoren das Messsignal. Bewegungen stören die Aufzeichnung ebenso wie die individuelle Lage der Blutgefäße. Eine besonders große Rolle spielt die Hautfarbe: Bei Menschen mit dunklerer Haut und einem höheren Anteil des Farbstoffs Melanin wird das Licht im Gewebe stärker gedämpft. Herkömmliche Messgeräte sind darauf oft nicht ausgelegt und liefern bei dunkleren Hauttypen ungenauere Werte, etwa bei der wichtigen Messung des Blutsauerstoffs.
Um das zu ändern, hat Maximilian Reiser am Computer ein aufwendiges Simulationsmodell entwickelt. Es berechnet präzise, wie sich Lichtteilchen in unterschiedlichem Gewebe ausbreiten. Seine Berechnungen überprüfte er anschließend im Labor sowie mit einem selbst gebauten tragbaren Messgerät. Auf dieser Basis passte er die Berechnungsmethoden der Sensoren gezielt an verschiedene Hauttypen an. Das Ergebnis: Der Messfehler bei der Bestimmung des Blutsauerstoffs sank um 44 Prozent. Damit sorgt unsere Forschung dafür, dass moderne Medizintechnik für alle Menschen gleichermaßen verlässlich funktioniert.
Neben der Hautfarbe untersuchte der Nachwuchsforscher auch die Bauteile der Geräte selbst. Er zeigte unter anderem, in welchem Winkel und Abstand Lichtquelle und Empfänger idealerweise zueinander stehen müssen. Zudem verglich er herkömmliche Leuchtdioden mit winzigen Speziallasern. Diese Laser bündeln das Licht deutlich gezielter, verbrauchen weniger Batterie und steigern die Genauigkeit bei der Messung des Blutsauerstoffs noch einmal um fast 20 Prozent.
Starke Partnerschaft zwischen Wissenschaft und Praxis
Entstanden ist die Arbeit in einer kooperativen Promotion zwischen unserer Hochschule und der Universität Freiburg, wo Maximilian Reiser im Dezember seine abschließende Prüfung ablegt. Betreut wurde er an unserer Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen von Prof. Dr. Andreas Breidenassel sowie in Freiburg von Prof. Dr. Oliver Amft.
Geforscht hat Reiser im Rahmen der beiden Forschungsprojekte „DeepPPG“ und „Hear-Motion“. Als Partner aus der Industrie arbeiteten die OSRAM GmbH aus Regensburg und die Cosinuss GmbH aus München eng mit unserem Team zusammen. Finanziell gefördert wurden die Projekte vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst sowie vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.
