Wenn man sich für sichere Entbindungen und gesunde Kinder einsetzt, will man sich auf das Monitoring-System verlassen können, das die Gesundheit der Mutter und des ungeborenen Kindes überwacht. Dabei ist es auch wichtig, dass Mutter und Kind Komfort geboten wird. Bislang gibt es nur wenige Techniken, die zuverlässig und zugleich komfortabel sind.

Derzeit wird unsere drahtlose, nicht-invasive, benutzerfreundliche Lösung in Krankenhäusern in Deutschland, Österreich, Belgien und den Niederlanden eingesetzt. Der Geburt des Nemo Fetal Monitoring Systems gingen mehr als zehn Jahre Forschung und Entwicklung voraus. 

Selbst wenn die CTG sicher und zuverlässig durchgeführt wird, ist die Interpretation durch das medizinische Personal schwierig, sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Untersuchern groß und inkonsistent [3] und ist der positive prädiktive Wert hinsichtlich eines schlechten Ergebnisses für den Fetus gering [4].

Mit anderen Worten: In vielen Situationen bedeutet ein suboptimales Kardiotokogramm nicht, dass der Fetus gefährdet ist. Im Falle einer zweifelhaften Diagnose müssen Geburtshelfer auf zusätzliche Methoden zurückgreifen, wie beispielsweise eine Blutentnahme beim Fetus oder die Analyse von ST-Streckenveränderungen im fetalen EKG. Beides sind invasive Methoden, bei denen es zu Komplikationen kommen kann.

Eine alternative Möglichkeit, Informationen über Fetus und Gebärmutter zu erhalten, ist die nicht-invasive Elektrophysiologie. Das fetale Herz und die Gebärmutter bestehen beide hauptsächlich aus Muskelgewebe. Muskeln kontrahieren unter dem Einfluss eines elektrischen Reizes (Aktionspotenzial), der sich über den Muskel ausbreitet. Dieser sich ausbreitende elektrische Reiz kann mit Oberflächenelektroden auf der Haut gemessen werden.

Durch das Anbringen von Elektroden auf dem Bauch der Schwangeren kann die elektrische Aktivität des fetalen Herzens und der Uterusmuskulatur gemessen werden. Leider messen diese Elektroden aber auch die elektrischen Felder anderer Quellen, wie des mütterlichen Herzens, der Bauchmuskulatur (insbesondere während des aktiven Pressens in der zweiten Phase der Wehen) und sogar des allgegenwärtigen Stromnetzes.

Die nachfolgende Abbildung zeigt eine typische nicht-invasive elektrophysiologische Aufzeichnung bei einer schwangeren Frau. Das Hauptproblem bei der nicht-invasiven Elektrophysiologie für die fetale Überwachung ist die Trennung der Signale. Die vom fetalen Herzen und der Uterusmuskulatur stammenden Signale müssen von denen aller anderen störenden elektrischen Quellen getrennt werden. Dabei wird die Elektrophysiologie der Muskulatur des fetalen Herzens mithilfe von elektrophysiologischen Informationen aus der Gebärmutter, Elektrohysterographie genannt, und der fetalen Elektrokardiographie beschrieben.

Die Elektrohysterographie (EHG) ist eine vielversprechende nicht-invasive Technik, die die elektrische Aktivität der Gebärmutter über Kontaktelektroden am Bauch der Mutter misst [5]. Diese weist eine gute Korrelation mit der Messung des intrauterinen Drucks auf. Um das EHG-Signal so umzuwandeln, dass es den intrauterinen Druckkurven entspricht, sind Signalverarbeitungsmethoden erforderlich. 

In den meisten Studien können diese Signalverarbeitungsmethoden nur offline angewendet werden. Das heißt, dass zunächst Daten einer Patientin gesammelt und anschließend verarbeitet werden, um ein Kardiotokogramm zu erhalten. Oder sie werden mit einer erheblichen Verzögerung zwischen Eingabe und Ausgabe verarbeitet. Bei der CTG-Interpretation wird die fetale Herzfrequenz in Abhängigkeit von der Gebärmutteraktivität beurteilt, was bedeutet, dass die EHG in Echtzeit und ohne wesentliche Verzögerung verarbeitet werden muss.

Unsere Experten haben bahnbrechende Signalverarbeitungsmethoden entwickelt, um EHG-Signale in Echtzeit und so zu verarbeiten, dass sie für die CTG-Interpretation verwendet werden können. Diese Methoden werden derzeit in das Nemo Fetal Monitoring System integriert.

Die Leistungsfähigkeit dieser Methoden wurde ausgiebig mit der der externen Tokodynamometrie verglichen, insbesondere in Bezug auf den mütterlichen BMI. Diese Beurteilungen zeigen, dass unsere Methode im Vergleich zum intrauterinen Druck als Goldstandard eine Sensitivität von 89,5 % (im Vergleich zu 65,3 % für die Tokodynamometrie) in einer Gruppe von 48 Frauen während der Wehen aufweist [1].

Die Sensitivität ist hier definiert als die Anzahl der positiven Kontraktionen, die mit einem gleichzeitig verwendeten intrauterinen Druckkatheter beobachtet werden. Kontraktionen galten als echt positiv, wenn der Spitzenwert innerhalb von 30 Sekunden nach dem Spitzenwert des intrauterinen Drucksignals lag.

Bei der EHG-basierten Methode wurde die Sensitivität nicht durch den BMI beeinflusst: bei den 33 nicht adipösen Frauen (d. h. BMI < 30 kg/m2 vor der Schwangerschaft) lag die Sensitivität bei 90,0 % und bei den 15 adipösen Frauen (BMI ≥ 30 kg/m2) bei 88,4 %. Bei der externen Tokodynamometrie lag diese Sensitivität bei 73,0 % bzw. 45,8 %, wobei die Leistung bei hohem BMI deutlich schlechter war [1]. Andere Studien haben ebenfalls gezeigt, dass die EHG dem Tokodynamometer überlegen ist [9-12].

Die folgende Abbildung zeigt das Beispiel einer Aufzeichnung in der Bewertungsstudie. Die Diagramme zeigen von oben nach unten: fetale Herzfrequenz, intrauteriner Druck, EHG, Tokodynamometrie. In dieser Abbildung sind die Uteruskontraktionen bei der EHG deutlicher zu erkennen als bei der Tokodynamometrie. Es ist zu beachten, dass Wiedergabe in diesen Diagrammen mit 2 cm pro Minute erfolgt.

Im Allgemeinen wird die fetale Herzfrequenz nicht-invasiv mit Doppler-Ultraschall gemessen. Bei geringer Signalqualität während der Entbindung müssen Geburtshelfer und Gynäkologen oft auf die invasive fetale Kopfhautelektrode umsteigen. Diese liefert ein qualitativ hochwertiges Signal auf Basis des fetalen Elektrokardiogramms (fEKG).

Eine nicht-invasive Alternative ist die Messung des fEKG, bei der Elektroden am Bauch der Mutter angebracht werden [13]. Dieses fEKG ist das elektrophysiologische Signal, das vom fetalen Herzen bei jeder Herzkontraktion erzeugt wird. Diese Methode ermöglicht zuverlässige Messungen der fetalen Herzfrequenz und kann auch pränatal eingesetzt werden.

Die geringe Invasivität des abdominal gemessenen fEKG hat den Nachteil eines geringeren Signal-Rausch-Verhältnisses (SRV) [14]. Wie bereits erwähnt, wird das abdominal gemessene fEKG durch elektrische Störungen wie das mütterliche EKG (MEKG), Muskelaktivität, Netzinterferenzen und Messrauschen verunreinigt. Außerdem ist die Haut des Fetus zwischen der 27. und 36. Schwangerschaftswoche von einer isolierenden Schicht (der Vernix caseosa) bedeckt, die die Amplitude verringert und die Form des abdominal gemessenen fEKG beeinflusst [15].

Abdominale fEKG-Aufzeichnungen wurden in den letzten Jahren eingehend untersucht. Die meisten Studien konzentrierten sich dabei auf die Unterdrückung des MEKG, der dominierenden Störung [13, 16-21]. Es wurden verschiedene Algorithmen zur Unterdrückung des MEKG vorgestellt, wie beispielsweise Abzug des mütterlichen Musters [13, 16, 17], adaptive Filterung [18, 19], blinde Quellentrennung (BSS) [20-22] oder eine Kombination verschiedener Algorithmen [23-25]. Eine umfassende Übersicht ist in[14] oder [26] zu finden.

Um die fetale Herzfrequenz zu bestimmen, müssen die fetalen QRS-Komplexe erkannt werden. Diese QRS-Komplexe spiegeln die elektrische Aktivität der an der Kontraktion der Herzkammern beteiligten Herzmuskulatur wider. Doch selbst nach einer MEKG-Unterdrückung ist das SRV des abdominal gemessenen fEKG im Allgemeinen immer noch zu niedrig für eine zuverlässige fetale QRS-Erkennung. Neben dem niedrigen SRV sind die Position und die Ausrichtung des Fetus im Bauchraum im Voraus nicht bekannt und können sich während einer Aufzeichnung ändern. Daher wird das abdominale fEKG in der Regel mit einer Reihe von Elektroden durchgeführt, die über den Bauch verteilt sind [27].

Das SRV und die Wellenform des fEKG in jedem Kanal hängen von der Position und Ausrichtung des Fetus ab. Folglich können Bewegungen des Fetus relativ zu den abdominalen Elektroden Schwankungen im SRV und der fEKG-Wellenform eines bestimmten Kanals verursachen [28]. Kurzum lässt sich sagen, dass das niedrige SRV und die nicht-stationäre Natur des abdominal gemessenen fEKG die fetale QRS-Erkennung erschweren können.

Die Experten von Nemo Healthcare haben patentierte Methoden entwickelt, um das MEKG und andere Störungen zu unterdrücken und fetale QRS-Komplexe zu erkennen, um eine zuverlässige Wiedergabe der fetalen Herzfrequenz zu erhalten. Und das auch unter nicht-stationären Bedingungen mit niedrigem SRV. Diese Methoden wurden in einer wissenschaftlichen Studie in verschiedenen Krankenhäusern evaluiert, bei der eine fetale Kopfhautelektrode und das Nemo Fetal Monitoring System gleichzeitig bei einer Gruppe von 110 Patientinnen eingesetzt wurden. Diese Studie (Veröffentlichung 2019) zeigte, dass mit den Methoden von Nemo Healthcare und der Herzfrequenz der fetalen Kopfhautelektrode als Referenz eine Zuverlässigkeit von 86,8 % und eine Genauigkeit von -1,46 Herzschlägen pro Minute (bpm) erreicht wurden. Die Zuverlässigkeit ist in diesem Fall der prozentuale Anteil der fetalen Herzschläge, die innerhalb einer Spanne von zehn Schlägen um die mit der fetalen Kopfhautelektrode gemessene fetale Herzfrequenz herum identifiziert werden. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Leistung des Doppler-Ultraschalls mit einer Zuverlässigkeit von 62 %-73 % wesentlich geringer ist. Dabei wird die Zuverlässigkeit als die relative Anzahl der Herzschläge, die innerhalb einer Spanne von 10 % der mit der fetalen Kopfhautelektrode gemessenen fetalen Herzfrequenz liegen, definiert. Im Allgemeinen entspricht dies einem Spielraum von etwa 14 bpm [29, 30].

Die folgende Abbildung zeigt die gleichzeitige Aufzeichnung der fetalen Herzfrequenz mit dem Nemo Fetal Monitoring System und mit einer fetalen Kopfhautelektrode. Die blaue Linie stellt die mit der fetalen Kopfhautelektrode gemessene Herzfrequenz dar und die rote Linie die mit dem Nemo Fetal Monitoring System gemessene Herzfrequenz.

Die zur Unterdrückung des MEKG verwendeten Signalverarbeitungsverfahren bestimmen genau die mütterliche Herzfrequenz. Dadurch kann das Nemo Fetal Monitoring System eine Verwechslung zwischen mütterlicher und fetaler Herzfrequenz vermeiden. Dieses Problem kann auftreten, wenn der fetale Herzrhythmus mit einer auf Doppler-Ultraschall basierenden Überwachungstechnologie gemessen wird [31].

Wie bereits erwähnt, ist eine korrekte Interpretation des Gesundheitszustands des Fetus ohne ergänzende diagnostische Maßnahmen wie die Entnahme fetaler Blutproben nicht immer möglich. Nicht einmal im Falle eines zuverlässigen Kardiotokogramms.

Die elektrophysiologischen Messungen, die mit dem Nemo Fetal Monitoring System durchgeführt werden, bieten reichlich Gelegenheit, weitere ergänzende diagnostische Messungen zu entwickeln.

So enthält das Elektrodenpflaster des Nemo Fetal Monitoring Systems mehrere Elektroden. Theoretisch ermöglichen diese Elektroden die Messung der Leitungsgeschwindigkeit in der EHG, die Berichten zufolge mit der Zeit bis zur Geburt zusammenhängt. Dies könnte die Möglichkeit bieten, zwischen Braxton-Hicks-Kontraktionen und einer Gebärmutteraktivität, die tatsächlich zu einer Eröffnung führt, zu unterscheiden. Dadurch ließe sich das Risiko einer Frühgeburt besser einschätzen.

Das Nemo Fetal Monitoring System liefert zuverlässigere Informationen über die fetale Herzfrequenz als Doppler-Ultraschall. Ein Großteil der aktuellen wissenschaftlichen Forschung konzentriert sich auf die quantitative Analyse der fetalen Herzfrequenzvariabilität zur Vorhersage fetaler Hypoxie [32-34] oder intrauteriner Wachstumsrestriktion [35].

Da die mit dem Nemo Fetal Monitoring System gemessene fetale Herzfrequenz auf dem fEKG basiert, könnte auch die fEKG-Wellenform ermittelt und analysiert werden. Es ist bekannt, dass sich die fetale ST-Strecke unter dem Einfluss von Sauerstoffmangel verändert [36]. So könnte eine nicht-invasive Analyse der fetalen ST-Strecke oder eines anderen Intervalls oder einer anderen Strecke des fEKG möglich sein.

Darüber hinaus kann das mit dem Nemo Fetal Monitoring System erstellte Mehrkanal-fEKG zum Screening auf angeborene Herzfehler verwendet werden. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für verschiedene fEKG-Wellenmuster, die mit dem Nemo Fetal Monitoring System in einer Entwicklungsumgebung aufgezeichnet wurden. Hier wurde jedes fEKG mit einer anderen Elektrode aufgezeichnet, was das unterschiedliche Muster erklärt. Diese fEKGs wurden an zwei Stellen des mütterlichen Bauchs für denselben Fetus zur gleichen Zeit aufgezeichnet.