{"id":10191,"date":"2026-02-05T07:00:37","date_gmt":"2026-02-05T06:00:37","guid":{"rendered":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/?p=10191"},"modified":"2026-02-16T11:54:54","modified_gmt":"2026-02-16T10:54:54","slug":"cpr-feedbacksystem-entwicklung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/en\/cpr-feedbacksystem-entwicklung\/","title":{"rendered":"How a CPR feedback system is created"},"content":{"rendered":"

What difference can a CPR feedback system make to cardiopulmonary resuscitation?<\/h2>\n

In the event of cardiac arrest, the transport of oxygen to the body's cells stops immediately, leading to irreversible damage. Cell death begins after just three minutes. This process can be slowed by restoring blood circulation through cardiopulmonary resuscitation (CPR). The so-called "golden minutes" are crucial until emergency services arrive. If high-quality cardiopulmonary resuscitation (CPR) is performed during this time, it can prevent the death of the affected person and potential long-term damage.<\/p>\n

Current guidelines recommend a compression depth of at least 5 cm, but no more than 6 cm, during resuscitation, at a rate of 100 to 120 compressions or beats per minute (BPM). This narrow range, particularly regarding compression depth, is difficult to achieve even for well-trained professionals in nursing or emergency medical services.<\/p>\n

For these reasons, I have developed a cost-effective and portable solution at MEDtech Ingenieur through my own research and development work. CPR feedback sensor<\/a> Developed based on our "M-Track Board." The M-Track Board (Motion Track) is a sensor board we developed that can be programmed for a wide variety of motion analysis applications. The sensor supports first responders during cardiopulmonary resuscitation (CPR) by providing direct feedback on their compression depth and rate during CPR, thus improving the quality of the resuscitation.<\/p>\n

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How does a portable CPR feedback system work? <\/h2>\n

Our M-Track board is housed in a small, lightweight, and portable device. It features an accelerometer, a gyroscope, and a magnetometer. The sensor records and processes the measurement data and transmits the results to a smartphone app. A smartphone, with its display and speakers, provides all the necessary components for displaying the results and entering information. The device can be attached to various positions on the body of the first responder or the person being resuscitated. Ideally, the sensor should move in the same direction as the sternum of the person being resuscitated. However, the most effective placements are on the chest at the level of the sternum or on the fingers\/palm of the person being resuscitated.<\/p>\n

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Algorithms and software<\/h2>\n

The foundation for implementing the algorithm in C is the real-time operating system. zephyr<\/strong>. The operating system was specifically designed for resource-constrained devices that require reliable real-time performance. Zephyr supports a wide range of microcontrollers and various sensors. Therefore, Zephyr also allows me to quickly connect the sensors and implement the algorithm for the CPR sensor.<\/p>\n

The algorithm analyzes the acceleration signals in the frequency domain and is therefore significantly more accurate and less sensitive to drift than algorithms that calculate the indentation depth through integration in the time domain. The algorithm is extremely precise and reliably delivers the exact indentation depth.<\/p>\n

The microcontroller and sensors of the M-Track board are part of a set of components that, taken together, can be considered a modular system. This system allows me to build a modular platform, adaptable to specific requirements or customer specifications. By exchanging, adding, or removing individual components, the M-Track board can be programmed for specific applications. Because I am using a fully developed and mature circuit board, the development time for new products is significantly reduced.<\/p>\n

What hardware is required for a CPR sensor? <\/h2>\n

The diagram shows a simplified representation of the hardware. The central component is the Bluetooth Low Energy module (BLE module) with an integrated microcontroller, to which the sensors are connected via the I2C bus. The power supply provides energy to the other components.<\/p>\n

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A CR1220 coin cell battery serves as the power supply. When choosing a battery as the power source, its high charge retention capacity is a crucial factor. This is important because the sensor may remain switched off for years before being used. The assembled circuit board and the associated housing of the feedback system are shown in the following figures.<\/p>\n

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How does an app support first responders in performing CPR?<\/h2>\n

The app's primary function is to visualize measurement results. In addition to the current compression depth and rate, target values are also displayed. Another function is to guide the user through CPR. The app is designed to guide the user step-by-step through the entire CPR process. In an emergency situation, stress levels can be very high, which can impair the ability to make clear decisions and perform precise actions. The app is designed to relieve the user of as many decisions and tasks as possible. Flutter was used for the app's development. This language enables cross-platform development of apps for iOS, Android, web, and desktop with a single codebase.<\/p>\n

The following image shows an overview of all pages of the app. On the start screen, shown in the upper left, clicking the "Open CPR Live Page" button allows direct navigation to the last page, shown in the lower right. This shortcut is intended for use in the development process, as it visualizes frequency and impression depth. The remaining pages show a possible usage flow and serve as a demonstration. The depicted flow is achieved with the following inputs:<\/p>\n

Start CPR \u2192 Call rescue service \u2192 an Adult \u2192 Person is unconscious \u2192 Not breathing \u2192 Sensor is in place \u2192 Understood<\/p>\n

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How was the CPR feedback system tested and validated?<\/h2>\n

Especially for a sensor used in life-saving cardiopulmonary resuscitation (CPR), robust validation is essential. Therefore, a test rig was developed for validation purposes that precisely captures, records, and analyzes the movements of the feedback sensor. <\/p>\n

The development of the test setup and the graphical presentation of the validation results are described in the blog article by Smilla Feldmer<\/a> described, which you can find here: Test stand for measuring indentation depth<\/span><\/em><\/a><\/span><\/p>\n

If you would like to learn more about CPR feedback or discuss individual solutions for your company, please feel free to contact us.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Welchen Unterschied kann ein CPR-Feedbacksystem f\u00fcr die Herz-Lungen-Wiederbelebung machen? Bei einem Herzstillstand stoppt unmittelbar der Transport von Sauerstoff zu den K\u00f6rperzellen und f\u00fchrt zu irreversiblen Sch\u00e4den. Das Absterben der Zellen tritt bereits nach drei Minuten ein. Dieser Prozess kann durch die Wiederherstellung der Blutzirkulation mittels kardiopulmonaler Reanimation (im Englischen auch \u201ecardiopulmonary resuscitation\u201c oder kurz \u201eCPR\u201c) […]<\/p>\n","protected":false},"author":51,"featured_media":10754,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","tve_updated_post":"

Welchen Unterschied kann ein CPR-Feedbacksystem f\u00fcr die Herz-Lungen-Wiederbelebung machen?<\/h2>

Bei einem Herzstillstand stoppt unmittelbar der Transport von Sauerstoff zu den K\u00f6rperzellen und f\u00fchrt zu irreversiblen Sch\u00e4den. Das Absterben der Zellen tritt bereits nach drei Minuten ein. Dieser Prozess kann durch die Wiederherstellung der Blutzirkulation mittels kardiopulmonaler Reanimation (im Englischen auch \u201ecardiopulmonary resuscitation\u201c oder kurz \u201eCPR\u201c) verz\u00f6gert werden. Bis zum Eintreffen der Rettungskr\u00e4fte sind die sogenannten goldenen Minuten entscheidend. Wird in dieser Zeit bereits eine qualitativ hochwertige Herz-Lungen-Wiederbelebung (HLW) durchgef\u00fchrt, kann dies den Tod der betroffenen Person und potenzielle Langzeitsch\u00e4den verhindern.<\/p>

Die aktuelle Leitlinie sieht bei der Reanimation eine Eindrucktiefe von mindestens 5 cm, jedoch nicht mehr als 6 cm bei einer Frequenz von 100 bis 120 Kompressionen bzw. Schl\u00e4gen pro Minute (BPM) vor. Dieses kleine Fenster, insbesondere bez\u00fcglich der Eindrucktiefe, ist selbst f\u00fcr gut ausgebildete Fachkr\u00e4fte in Pflegeberufen oder im Rettungsdienst schwierig zu erreichen.<\/p>

Aus diesen Gr\u00fcnden habe ich bei MEDtech Ingenieur in eigener Forschungs- und Entwicklungsarbeit einen kosteng\u00fcnstigen und tragbaren CPR Feedbacksensor<\/a> auf Basis unseres \u201eM-Track-Boards\u201c entwickelt. Das M-Track-Board (= Motion Track) ist eine von uns entwickelte Sensor-Platine, die auf unterschiedlichste Anwendungen in der Bewegungsanalyse programmiert werden kann. Der Sensor unterst\u00fctzt Ersthelfer bei einer kardiopulmonalen Reanimation (CPR) durch direktes Feedback zu ihrer Eindrucktiefe und Frequenz w\u00e4hrend der Herz-Lungen-Wiederbelebung und verbessert damit die Qualit\u00e4t der Reanimation.<\/p><\/div>

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Wie funktioniert ein tragbares CPR-Feedbacksystem? <\/h2>

Unser M-Track-Board wurde in ein kleines, leichtes und tragbares Geh\u00e4use zur Anwendung verbaut. Das Ger\u00e4t verf\u00fcgt somit \u00fcber einen Beschleunigungssensor, ein Gyroskop und ein Magnetometer. Der Sensor zeichnet die Messdaten auf, verarbeitet sie und \u00fcbermittelt die Ergebnisse an eine Smartphone-App. Ein Smartphone hat mit seinem Display und Lautsprechern alle n\u00f6tigen Komponenten zur Darstellung der Ergebnisse und zur Eingabe von Informationen. Das Ger\u00e4t kann an unterschiedlichen Positionen am K\u00f6rper des Ersthelfers oder der zu reanimierenden Person befestigt werden. Grunds\u00e4tzlich gilt, dass der Sensor die identische Bewegung ausf\u00fchren sollte wie das Brustbein der zu reanimierenden Person. Am sinnvollsten sind jedoch die Brust auf der H\u00f6he des Brustbeins der zu reanimierenden Person oder Finger\/Handfl\u00e4che der reanimierenden Person.<\/p><\/div>

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Algorithmik und Software<\/h2>

Das Fundament f\u00fcr die Implementierung des Algorithmus in C ist das Echtzeitbetriebssystem Zephyr<\/strong>. Das Betriebssystem wurde speziell f\u00fcr Ger\u00e4te mit beschr\u00e4nkten Ressourcen entwickelt, die eine zuverl\u00e4ssige Leistung in Echtzeit erfordern. Zephyr unterst\u00fctzt eine breite Palette von Mikrocontrollern und diverse Sensorik. Daher erm\u00f6glicht mir Zephyr auch die schnelle Anbindung der Sensorik und die Implementierung des Algorithmus f\u00fcr den CPR-Sensor.<\/p>

Der Algorithmus analysiert die Beschleunigungssignale im Frequenzbereich und ist somit deutlich genauer und unempfindlicher gegen Drift als bei Algorithmen, die die Drucktiefe durch Integration im Zeitbereich berechnen. Der Algorithmus ist extrem genau und liefert sehr zuverl\u00e4ssig die pr\u00e4zise Eindrucktiefe.<\/p>

Der verwendete Mikrokontroller und die Sensoren des M-Track-Boards sind Teil einer Reihe an Komponenten, die in ihrer Gesamtheit als Baukasten angesehen werden k\u00f6nnen. Der Baukasten erm\u00f6glicht mir eine modulare Plattform aufzubauen, je nachdem welche Anforderungen oder Kunden-Requirments ben\u00f6tigt werden. Durch Austauschen, Erg\u00e4nzen oder Entfernen einzelner Komponenten kann das M-Track-Board auf spezifische Anwendungen programmiert werden. Da ich hier auf eine bereits voll entwickelte und ausgereifte Platine zur\u00fcckgreife wird die Entwicklungszeit neuer Produkte stark verk\u00fcrzt.<\/p>

Welche Hardware wird f\u00fcr einen CPR-Sensor ben\u00f6tigt? <\/h2>

In der Abbildung ist eine vereinfachte Darstellung der Hardware gezeigt. Zentrale Komponente ist das Bluetooth-Low-Energy-Modul (BLE-Modul) mit integriertem Mikrocontroller, an dem mittels I2C-Bus die Sensoren angebunden sind. Die Spannungsversorgung ist f\u00fcr die Energieversorgung der anderen Bausteine zust\u00e4ndig.<\/p><\/div>

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Als Spannungsversorgung dient eine CR1220-Knopfzelle. Bei der Wahl einer Batterie als Spannungsquelle ist unter anderem deren hohe Ladehaltungsf\u00e4higkeit entscheidend. Das ist relevant, da der Sensor gegebenenfalls \u00fcber Jahre hinweg ausgeschaltet bleibt, bevor er eingesetzt wird. Die best\u00fcckte Leiterplatte und das dazugeh\u00f6rige Geh\u00e4use des Feedbacksystems sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.<\/p><\/div>

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Wie unterst\u00fctzt eine App Ersthelfer bei der Durchf\u00fchrung der CPR?<\/h2>

Die Hauptfunktion der App ist die Visualisierung der Messergebnisse. Neben der aktuellen Eindrucktiefe und Frequenz werden auch die Sollwerte angezeigt. Eine weitere Funktion ist die Anleitung des Anwenders an die CPR. Die App soll den Anwender an die Hand nehmen und Schritt f\u00fcr Schritt durch den gesamten Prozess der CPR f\u00fchren. In einer Notfallsituation kann der Stresspegel sehr hoch sein, was die F\u00e4higkeit, klare Entscheidungen zu treffen und pr\u00e4zise Handlungen auszuf\u00fchren, beeintr\u00e4chtigen kann. Die App ist so konzipiert, dass sie dem Anwender m\u00f6glichst viele Entscheidungen und Aufgaben abnimmt. F\u00fcr die Entwicklung der App wurde Flutter verwendet. Die Sprache erm\u00f6glicht die plattform\u00fcbergreifende Entwicklung von Apps f\u00fcr iOS, Android, Web und Desktop mit einer einzigen Codebasis.<\/p>

Die folgende Abbildung zeigt eine \u00dcbersicht \u00fcber alle Seiten der App. Im Startbildschirm, oben links dargestellt, kann mit einem Klick auf den Knopf Open CPR Live Page direkt zur letzten Seite, unten rechts dargestellt, navigiert werden. Diese Abk\u00fcrzung ist f\u00fcr den Einsatz im Entwicklungsprozess gedacht, da hier die Frequenz und Eindrucktiefe visualisiert wird. Die restlichen Seiten zeigen einen m\u00f6glichen Verwendungsablauf und dient zur Demonstration. Der dargestellte Ablauf wird mit folgenden Eingaben erzielt:<\/p>

Start CPR \u2192 Call rescue sevice \u2192 an Adult \u2192 Person is unconscious \u2192 Not breathing \u2192 Sensor is in place \u2192 Understood<\/p><\/div>

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Wie wurde das CPR-Feedbacksystem getestet und validiert?<\/h2>

Insbesondere bei einem Sensor, der in einer lebensrettenden Herz-Lungen-Wiederbelebung eingesetzt wird, ist eine belastbare Validierung unabdingbar. Daher wurde f\u00fcr die Validierung ein Teststand entwickelt, der die Bewegungen des Feedbacksensors pr\u00e4zise erfasst, aufzeichnet und analysiert. <\/p>

Die Entwicklung des Teststands sowie die grafische Aufbereitung der Validierungsergebnisse werden im Blogartikel von Smilla Feldmer<\/a> beschrieben, den sie hier finden: Teststand zur Eindrucktiefenmessung<\/span><\/em><\/a><\/span><\/p>

Wenn Sie mehr zum Thema CPR-Feedback erfahren oder individuelle L\u00f6sungen f\u00fcr Ihr Unternehmen besprechen m\u00f6chten, nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.<\/p><\/div>

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