Schlafstörungen sind vielschichtig und haben oft negative Auswirkungen auf die Gesundheit. Doch den komplexen Problemen auf den Grund zu gehen ist nicht einfach: Ein Besuch im Schlaflabor ist meist mit langen Wartezeiten verbunden. Zudem beleuchtet die aufwendige Datenerhebung einen sehr begrenzten Beobachtungzeitraum. Großes Potential sehen die Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT daher in der wiederholten, nächtlichen Überwachung von relevanten Vitaldaten und Ereignissen im heimischen Umfeld. Sie arbeiten an diskreten und komfortablen Sensorlösungen sowie neuartigen Verfahren für ein Schlafmonitoring daheim. Ein Fokus liegt dabei auf der komfortablen, vom Patienten selbst durchgeführten Aufzeichnung von Gehirnaktivitäten in Form eines Elektroenzephalogramms (EEG) sowie auf der Überwachung von Atemparametern.

Kontaktloses Atemmonitoring mit Radartechnologie

Langfristig schlechter Schlaf ist ein ernstzunehmendes Problem. Durch ihn erhöht sich u. a. das Risiko für Tagesschläfrigkeit. Das ist vor allem bei atembezogenen Schlafproblemen der Fall, wie bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), die mit einer Verengung (Obstruktion) der Atemwege einhergeht. Bei der schlafbezogenen Atmungsstörung »Schlafapnoe« bergen nächtliche Atemaussetzer ein hohes Risiko für Folgeerkrankungen. In solchen Fällen kann eine Überwachung der Atmung im Schlaf entscheidend sein. Auch im Krankenhaus und in der Pflege kann durch die kontinuierliche Überwachung von Atemparametern eine Verschlechterung des Patientenzustands frühzeitig erkannt werden. Aufgrund des hohen Aufwands ist das jedoch nicht immer möglich. Die direkt am Körper zu tragende Sensorik wird darüber hinaus oftmals als störend empfunden.

Die Expertinnen und Experten am Fraunhofer IDMT in Oldenburg arbeiten in ihrem Projekt »REMUS« (Respiration Measurement Using Sensors) an einem kontaktlosen, hygienischen und leicht einzurichtenden Monitoring der Atmung und weiterer Vitalparameter, wie der Herzfrequenz. »Die eingesetzte Radartechnologie teilt das Bett im Sichtfeld in verschiedene Abschnitte auf, in denen unterschiedliche Vitalparameter des Schlafenden oder auch akustische Ereignisse, wie Schnarchen oder Husten, selbst durch die Bettdecke hindurch erkannt werden. Das Verfahren ermöglicht Messungen über lange Zeiträume hinweg – ohne Einschränkung der Bewegungsfreiheit im Bett oder großen Desinfektions- und Wartungsaufwand«, erklärt Dr. Insa Wolf, Gruppenleiterin Mobile Neurotechnologien am Oldenburger Institutsteil.

Flexibles Elektrodenpatch zur Erfassung von EEG, EOG und EMG

Die zentrale Komponente einer Polysomnografie, kurz gesagt einer ausführlichen Untersuchung im Schlaflabor, ist das EEG, denn die Messung der Hirnaktivität mit Hilfe von Elektroden ermöglicht entscheidende Rückschlüsse auf die Schlafphasen und spezifische Charakteristika im Schlaf. Die vom Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA entwickelten Sensortechnologien sollen eine Aufzeichnung des EEG auch außerhalb des Schlaflabors ermöglichen – mit ebenso hoher Datenqualität. Leicht anlegbare, möglichst diskrete und flexible Elektrodenpatches werden dazu im Gesichtsbereich und hinter dem Ohr platziert. Für möglichst aussagekräftige Daten können zusätzlich zum EEG auch Augenbewegungen durch ein Elektrookulogramm (EOG) und Muskelbewegungen im Gesicht durch ein Elektromyogramm (EMG) in einer Anwendung erfasst werden.

Anwendungsspezifische Entwicklungen von der Sensorik zur Datenanalyse

Die auf der DGSM-Jahrestagung in Wiesbaden vorgestellten Lösungen richten sich insbesondere an Unternehmen im Bereich »Consumer-Health«, an Hersteller von Medizingeräten zur Vitaldatenerfassung sowie an Klinikerinnen und Kliniker, die außerhäusliche Messungen in Erwägung ziehen und sich mit den neuen Technologien vertraut machen möchten. Auch in Kombination anwendbar, können sie die Versorgung von Menschen mit Schlafproblemen deutlich verbessern. Die Expertise der Gruppe »Mobile Neurotechnologien« erstreckt sich dabei über den gesamten Entwicklungsprozess von der Sensorentwicklung, über die Datenerfassung und -vorverarbeitung bis hin zur -analyse. Kunden und Partner werden zudem bei der Identifikation konkreter Anwendungsfälle und deren Anforderungen sowie durch Machbarkeitsstudien unter Realbedingungen unterstützt.

Treffen Sie die Ansprechpersonen des Fraunhofer IDMT in Oldenburg vom 10. bis zum 12. November 2022 auf der 30. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Schlafforschung und Schlafmedizin (DGSM) in Wiesbaden. Gerne treten wir mit Ihnen in den Austausch für individuelle Projektideen und stellen Ihnen unsere Technologieansätze im Detail vor. Wir freuen uns auf Sie!

Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg

Der im Jahre 2008 unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. Birger Kollmeier und Dr. Jens-E. Appell gegründete Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT steht für marktnahe Forschung und Entwicklung mit Schwerpunkten auf

• Sprach- und Ereigniserkennung
• Klangqualität und Sprachverständlichkeit sowie
• Mobile Neurotechnologie und Systeme für eine vernetzte Gesundheitsversorgung.

Mit eigener Kompetenz in der Entwicklung von Hard- und Softwaresystemen für Audiosystemtechnologie und Signalverbesserung setzen über 100 Mitarbeitenden am Standort Oldenburg wissenschaftliche Erkenntnisse in kundengerechte, praxisnahe Lösungen um.

Über wissenschaftliche Kooperationen ist der Institutsteil eng mit der Carl von Ossietzky Universität, der Jade Hochschule, der Hochschule Emden/Leer verbunden. Das Fraunhofer IDMT ist Partner im Exzellenzcluster »Hearing4all«.

Die Weiterentwicklung des Institutsteils wird im Programm »Vorab« durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die VolkswagenStiftung gefördert.