KI-Wearables revolutionieren die Echtzeit-Erkennung von Herzinfarkten

Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs), also Erkrankungen des Herzens und der Blutgefäße, sind weltweit die häufigste Todesursache.

Gemäß WHO, Schätzungsweise sind fast 18 Millionen Menschen gestorben an diesen Krankheiten im Jahr 2019. Das entspricht etwa 32 % aller Todesfälle weltweit. Die überwiegende Mehrheit (85 %) der Todesfälle war auf Schlaganfall und Herzinfarkt zurückzuführen.

Ein Herzinfarkt kann zu weiteren Problemen führen. Er erhöht das Risiko für die Entwicklung schwerer langfristiger gesundheitlicher Probleme erheblich. 

Im Rahmen einer Studie, die Anfang letzten Jahres von Forschern der Universität Leeds durchgeführt wurde, wurden über einen Zeitraum von neun Jahren über 145 Millionen Krankenakten von Patienten analysiert, die ins Krankenhaus eingeliefert worden waren. Dabei stellte sich heraus, dass Patienten, die einen Herzinfarkt erlitten hatten, wesentlich häufiger weitere Erkrankungen wie Schlaganfall, Herzversagen, Nierenversagen, schwere Blutungen, Typ-2-Diabetes und Depressionen entwickelten als Patienten ohne Herzinfarkt.

Über 30 % der Patienten erlitten Nieren- oder Herzversagen. Weniger als 10 % erlitten weitere Herzinfarkte, doch im Untersuchungszeitraum starben 38 % an jeglicher Ursache.

In den USA stirbt alle 40 Sekunden ein Mensch an einem Herzinfarkt. Jährlich erleiden dort etwa 800,000 Menschen einen Herzinfarkt. Bei 75 % handelt es sich um einen ersten Herzinfarkt, während der Rest bereits einen hatte.

Eine Studie von vor einigen Jahren berichtete, dass die Sterberate durch Herzinfarkt in den USA im Vergleich zu anderen Ländern mit hohem Einkommen wie Kanada, England, den Niederlanden und Israel tatsächlich höher ist.

Die Studie untersuchte Daten aus den Jahren 2011 bis 2017 zu Patienten ab 66 Jahren, die mit einem Herzinfarkt in ein Krankenhaus eingeliefert wurden. Die Länder dieser Länder verfügen über hoch entwickelte Gesundheitssysteme und zugängliche Verwaltungsdaten, unterscheiden sich jedoch in Finanzierung, Organisation und Gesamtleistung.

Darin hieß es, die Sterberate in den USA sei „besorgniserregend hoch“. Dr. Peter Cram, Professor und Leiter der Abteilung für Innere Medizin an der University of Texas Medical Branch (UTMB), bemerkte damals: „Die USA scheinen sich wirklich stark auf diese technologisch fortschrittlichen neuen und glänzenden Dinge zu konzentrieren“, und fügte hinzu: „Wir sollten uns mehr auf die Sterberate konzentrieren, anstatt darauf, wie wir die Menschen in die Krankenhäuser einweisen und wieder entlassen.“

Die medizinische Versorgung im Land sei zwar „gut“, doch die jährliche Sterberate sei besorgniserregend, ohne dass es eine Antwort auf die Frage gebe, was dahinterstecke. „Liegt es an der Wohlstandslücke? An der Fettleibigkeit? An der Nichteinnahme empfohlener Medikamente? Wir wissen es nicht“, sagte Cram.

Ein alarmierender Anstieg schwerer Fettleibigkeit

Laut der jüngsten Studie von Forschern des Pennington Biomedical Research Center sind die Vereinigten Staaten tatsächlich einen überproportionalen Anstieg erleben bei den Body-Mass-Index-Werten. 

Dafür untersuchten die Forscher nationale Gesundheitsdaten (NHANES) von 2001 bis 2023. 

Den Daten zufolge nahmen sowohl Personen mit Normalgewicht (BMI von 18.5 bis 24.9 kg/m²) als auch Personen mit Übergewicht (BMI von 25.0 bis 29.9) in diesem Zeitraum ab. 

Die durchschnittliche Fettleibigkeitsrate unter erwachsenen US-Amerikanern ist in den letzten zwei Jahrzehnten um 30 % gestiegen. Ein weitaus alarmierenderer Anstieg von 210 % wurde jedoch bei Patienten mit den schwersten Formen der Fettleibigkeit festgestellt. Dazu gehören Personen mit einem Body-Mass-Index (BMI) von 60 kg/m² oder mehr.

„Die meiste Aufmerksamkeit gilt der Kategorie der allgemeinen Fettleibigkeit, die bei einem BMI von 30 Kilogramm pro Quadratmeter beginnt. Weniger Aufmerksamkeit wird jedoch der Prävalenz der Fettleibigkeit ab einem BMI von 60 geschenkt, einer Kategorie, die mit einer erhöhten klinischen Belastung, eingeschränkter Mobilität und erhöhten Gesundheitskosten einhergeht.“

– Dr. Philip Schauer, Direktor des Metamor Institute am Pennington Biomedical

Er betonte außerdem, wie wichtig die Studie sei, da sie erstmals die zunehmende Verbreitung extremer Fettleibigkeit erfasse. Schauer fügte hinzu:

„Die Schwere der Erkrankung darf nicht unterschätzt werden, da Patienten dieser Kategorie weitaus größeren Gesundheitsrisiken und Komorbiditäten ausgesetzt sind.“ 

Zum Vergleich: Eine durchschnittliche Person mit einem BMI von 30 kg/m² ist etwa 30 bis 40 kg übergewichtig. Eine Person mit einem doppelt so hohen oder höheren BMI wiegt hingegen mehr als 200 kg übergewichtig. 

Kritisch ist hierbei, dass diese extreme Form der Fettleibigkeit als sehr selten angesehen wurde. Dies lag an mangelndem Verständnis, weshalb in Berichten alle Personen mit einem BMI von 30 kg/m² oder mehr in eine Gruppe gezählt wurden.  

Doch das Bild, das diese Studie zeichnet, ist weitaus klarer: Schätzungen zufolge sind in den USA mittlerweile mehr als 850,000 Menschen von extremer Fettleibigkeit betroffen. 

Den Ergebnissen zufolge gibt es auch immer mehr Fälle von BMIs zwischen 50.0 und 59.9 kg/m². Ein BMI von 60 kg/m² oder mehr ist jedoch aufgrund des damit verbundenen Risikos für Folgeerkrankungen äußerst besorgniserregend. 

Menschen mit extremer Fettleibigkeit sind oft nicht mobil oder benötigen Unterstützung bei der Fortbewegung. Sie sind aufgrund ihrer Behinderung nicht nur arbeitsunfähig, sondern müssen auch häufig wegen schwerer Erkrankungen ins Krankenhaus.

Dies gibt Anlass zu ernsthaften Bedenken im Gesundheitswesen, da extrem adipöse Patienten häufig die Gewichtsgrenze für Standard-Medizingeräte überschreiten. Die Gewichtsgrenzen erhöhen nicht nur die Komplexität der biomedizinischen Bildgebung und der Operationen, sondern verhindern auch, dass medizinisches Fachpersonal Patienten, die bereits einem erhöhten Risiko für Komorbiditäten ausgesetzt sind, normal medizinisch versorgt.

„Die steigende Zahl von Adipositas-Fällen mit einem BMI von 60 oder mehr ist ein dringendes Signal an Gesundheitsdienstleister und politische Entscheidungsträger, die notwendigen Ressourcen und die Infrastruktur zu entwickeln, um die Herausforderungen zu bewältigen, die diese Krankheit mit sich bringt.“

– Dr. John Kirwan, Geschäftsführer von Pennington Biomedical.

Interessanterweise ist die Zahl der Fälle extremer Fettleibigkeit gleichzeitig mit der Entwicklung und Verschreibung von Medikamenten auf der Basis des Glucagon-ähnlichen Peptids 1 (GLP-1) gestiegen, die zur Behandlung von Typ-2-Diabetes und Fettleibigkeit eingesetzt werden.

Obwohl diese Medikamente vielversprechende Ergebnisse bei der Behandlung von Fettleibigkeit erzielt haben, ist ihre Wirksamkeit bei Patienten mit einem BMI von 60 kg/m² und mehr weitgehend unbekannt. Dies liegt daran, dass randomisierte kontrollierte Studien zu diesen Medikamenten nur mit Patienten durchgeführt wurden, deren durchschnittlicher BMI im Bereich von 2 bis 37 kg/m² liegt. 

Zahl der Todesfälle durch Herzkrankheiten infolge Fettleibigkeit steigt

In den USA nimmt nicht nur die durchschnittliche Fettleibigkeit, sondern auch extreme Fälle davon rasant zu und stellt einen Hauptrisikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar.

Einer vorläufigen Studie zufolge, die im vergangenen Jahr bei den Scientific Sessions der American Heart Association vorgestellt wurde, stieg die Zahl der Todesfälle durch Herzerkrankungen aufgrund von Fettleibigkeit in den USA zwischen 1999 und 2020 um 180 %.

„Fettleibigkeit ist ein ernstzunehmender Risikofaktor für ischämische Herzkrankheiten und dieses Risiko steigt mit der zunehmenden Verbreitung von Fettleibigkeit in alarmierendem Maße an.“

– Leitende Studienautorin Aleenah Mohsin, Postdoc-Forschungsstipendiatin an der Brown University

Der Studie zufolge stieg die Sterberate bei Männern altersbereinigt um 243 Prozent, bei Frauen um 131 Prozent.

In einer früheren, separaten Studie stellten Forscher der Mayo Clinic fest, dass jüngere Frauen „nach einem Herzinfarkt einem höheren Risiko schwerer Komplikationen ausgesetzt sind“.

Jüngere Frauen sterben im Krankenhaus häufiger an einem Herzinfarkt als Männer. Zudem weisen Frauen deutlich unterschiedliche Risikoprofile für Herzerkrankungen auf: Sie leiden häufiger an Vorhofflimmern, Diabetes, Bluthochdruck, Anämie und Schlaganfällen als Männer. 

Aus all diesen Gründen ist es so wichtig, Herz-Kreislauf-Erkrankungen so früh wie möglich zu erkennen.

Unternehmen, Forscher und Wissenschaftler setzen künstliche Intelligenz ein, um Menschen vor Herzinfarkten zu bewahren. Der Einsatz von KI nimmt in allen Bereichen zu, auch in der Medizin. Dort wird die Technologie zunehmend zur Erkennung und Vorbeugung von Herzkrankheiten eingesetzt.

Anfang des Jahres wurde im Rahmen einer von der British Heart Foundation finanzierten Studie ein KI-Modell entwickelt, das mithilfe von Elektrokardiogrammen (EKGs), der Aufzeichnung elektrischer Herzsignale, Patientinnen mit einem höheren Risiko für Herzerkrankungen kennzeichnen kann. 

Es wurde speziell für weibliche Patienten entwickelt und analysierte die Daten von über einer Million EKGs von 180,000 Patienten, von denen über die Hälfte weiblich waren. Ärzte können damit bei Frauen mit hohem Risiko rechtzeitig eine Diagnose stellen und so eine bessere Behandlung und Betreuung ermöglichen. 

Die Studie stellte fest, dass Frauen häufig „von medizinischem Fachpersonal falsch diagnostiziert oder sogar abgewiesen werden“, und selbst bei richtiger Diagnose ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie die empfohlenen Behandlungen erhalten, geringer. „Die KI-gestützten EKGs ermöglichen uns ein differenzierteres Verständnis der weiblichen Herzgesundheit – und wir glauben, dass dies genutzt werden könnte, um die Ergebnisse für Frauen mit Herzkrankheitsrisiko zu verbessern“, sagte Studienleiter Dr. Arunashis Sau, NIHR Academic Clinical Dozent.

Vor weniger als einem Jahr berichtete ein Wissenschaftlerteam von Scripps Research über ein KI-Tool, das mithilfe der Daten von nur drei Elektroden ein komplettes 12-Kanal-EKG erstellen kann. Laut dem Kardiologen Evan Muse öffnet dies „Patienten die Möglichkeit, wirklich hochwertige, zeitkritische klinische Daten zu erhalten“.

KI-gestütztes Wearable zur Erkennung von Herzinfarkten

Now, most recently, engineers from the University of Mississippi developed a tech that can accurately detect heart attacks in real-time.

Dies kann bei der Behandlung eines Herzinfarkts entscheidend sein, da hier jede Sekunde zählt. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Sterberisiko eines Patienten umso höher ist, je länger die Zeitspanne zwischen den Behandlungen ist. 

Das bedeutet: Je schneller die Diagnose gestellt wird, desto schneller kann ein Eingriff erfolgen und desto mehr Leben können gerettet werden.

„Wenn ein Patient einen Herzinfarkt erleidet, ist die Wahrscheinlichkeit bleibender Schäden umso geringer, je früher man ihn behandeln kann. Herzinfarkte sind von enormer Zeitabhängigkeit.“

– Kasem Khalil, Professor für Elektro- und Computertechnik an der UM

Hier kann die neue Technologie, die Herzinfarkte schneller und genauer erkennt als herkömmliche Methoden, den entscheidenden Unterschied machen. „Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ist unsere Technologie bis zu doppelt so schnell und dennoch hochpräzise“, so Khalil.

Neben der Verbesserung der Herzinfarkterkennung lag der Fokus des Teams auch auf dem Design. „Wenn wir dieses Gerät für jedermann nutzbar machen wollen, muss es leicht und kostengünstig sein“, bemerkte Khalil.

Indem sich das Team auf alle Aspekte der Technologie konzentrierte, sowohl Software als auch Hardware, optimierte es das gesamte System.

Die Forscher nutzten KI und fortgeschrittene Mathematik, um einen Chip zu entwickeln, der EKGs auswertet und einen Herzinfarkt sofort erkennt. Der Chip ist leicht und energieeffizient, sodass er in tragbare Geräte implantiert werden kann und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit (92.4 %) bietet. Co-Autor Tamador Mohaidat, Doktorand in Khalils Labor, erklärt:

„Wir wollten dies realistisch umsetzen. Es handelt sich um tragbare Hardware, die in tragbaren Geräten oder Überwachungsgeräten eingesetzt werden kann.“

Indem sie Herz-Mentoring in Echtzeit ermöglicht, bietet ihre Methode großes Potenzial zur Lebensrettung.

Dies unterscheidet sich von den aktuellen Methoden zur Herzinfarkterkennung, die häufig in medizinischen Einrichtungen durchgeführt werden. Derzeit muss sich jemand, der einen Herzinfarkt vermutet, zunächst einer Blutuntersuchung oder einem EKG unterziehen, um eine Diagnose zu erhalten. Dabei verliert der Patient wertvolle Zeit, die über Leben und Tod entscheiden kann.

Bei Herzinfarkten „können ein paar Minuten oder sogar ein paar zusätzliche Sekunden dem Patienten die nötige Pflege verschaffen, bevor es schlimmer wird“, so Khalil. Ein tragbares Gerät wie ein Telefon oder eine Uhr kann die Diagnosezeit verkürzen und Patienten so schneller behandeln.

Neben der Echtzeit-Erkennung von Herzinfarkten sieht das Team weitere Anwendungsmöglichkeiten für das Gerät, die es kontinuierlich weiterentwickelt. Dazu gehören beispielsweise Krampfanfälle und Demenz. „Die Erkennung einer Krankheit oder eines Leidens hängt von der jeweiligen Krankheit selbst ab, aber wir arbeiten daran, schnellere und effizientere Wege dafür zu finden“, sagte Khalil.

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Investitionen in die Branche der medizinischen Wearables

Im medizinischer tragbarer RaumViele Unternehmen machen es den Menschen leicht, ihren Gesundheitszustand in Echtzeit zu überwachen. Der Tech-Gigant Apple (AAPL + 0.21%) bietet tragbare Gesundheitsgeräte an und investiert bereits in KI zur Verbesserung der digitalen Gesundheit. Daher könnte das Unternehmen in Zukunft KI-basierte EKG-Erkennung in seine Geräte integrieren.

Apple Inc. (AAPL + 0.21%) 

Apple engagiert sich mit seiner Apple Watch im Bereich tragbarer Technologie. Diese bietet Funktionen zur Überwachung der Gesundheit, einschließlich der Herzgesundheit. Die Apple Watch reagiert auf das Herz des Trägers und sendet Benachrichtigungen, wenn etwas Ungewöhnliches passiert. 

Es verfügt über eine EKG-App, die Ihren Herzschlag und Rhythmus mithilfe des elektrischen Herzsensors aufzeichnet. Sie können die Aufzeichnung dann auf Vorhofflimmern, eine Form von Herzrhythmusstörungen, überprüfen. Die EKG-Kurve und alle Symptome werden in der Health-App des iPhones gespeichert und können auch mit dem Arzt geteilt werden.

Neben der Smartwatch erforscht das Unternehmen auch Smart Glasses, Smart Rings und AirPods mit Kameras.

Apple ist ein Gigant mit einer Marktkapitalisierung von 3.2 Billionen US-Dollar. Die Aktien notieren zum Zeitpunkt des Schreibens bei 207.40 US-Dollar, was einem Rückgang von fast 15 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Der Gewinn pro Aktie (EPS) liegt bei 7.08 und das KGV (KGV) bei 30.13. Die Dividendenrendite beträgt 0.47 %, wobei jährliche Erhöhungen geplant sind.

Was die Finanzen betrifft, so veröffentlichte Apple diese Woche die Ergebnisse für das zweite Quartal des Geschäftsjahres 2025, das am 29. März 2025 endete. Diese zeigten einen Umsatzanstieg von 5 % gegenüber dem Vorjahr auf 95.4 Milliarden US-Dollar und einen Anstieg des verwässerten Gewinns je Aktie um 8 % auf 1.65 US-Dollar. Der Umsatz im Bereich Wearables, zu dem Apple Watch, AirPods und Zubehör gehören, ging um 5 % auf 7.52 Milliarden US-Dollar zurück.

CEO Tim Cook berichtete unterdessen von einer „begrenzten Auswirkung“ der Zölle auf das Geschäft des Unternehmens in diesem Zeitraum, die auf eine Optimierung der Lieferkette zurückzuführen sei. Er geht jedoch davon aus, dass die Zölle die Kosten des Unternehmens im laufenden Quartal um 900 Millionen Dollar erhöhen werden.

Aktuelles zu Apple Inc.

Fazit

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die häufigste Todesursache weltweit, wobei Fettleibigkeit maßgeblich dazu beiträgt. Mit dem rasanten Anstieg extremer Formen der Fettleibigkeit steigt das Herzinfarktrisiko weiter an, was Prävention und Behandlung komplexer und kostspieliger macht. 

Darüber hinaus führen die tödlichen Folgen eines Herzinfarkts zu einer Flut von Folgeerkrankungen wie Schlaganfall und Herzversagen. Daher ist es dringend erforderlich, frühzeitige Diagnosemöglichkeiten zu finden. In diesem kritischen Szenario erweist sich KI als bahnbrechende Neuerung: Sie bietet die Möglichkeit, die Diagnostik deutlich zu verbessern und so eine gesündere Bevölkerung zu ermöglichen.

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