SleepWell – Entwicklung eines mobilen Multisensorsystems für das Schlafmonitoring zuhause

Ziel des Projekts »SleepWell« ist die Entwicklung eines ohrnahen Multisensorsystems, das für das Schlafmonitoring zuhause bequem selbst angelegt werden kann. Dabei wird nicht auf die zentrale Sensorik einer Polysomnographie im Schlaflabor verzichtet: die Elektroenzephalographie, kurz EEG. Darüber wird die Hirnaktivität mit Hilfe von Elektroden an der Kopfhaut gemessen und so Rückschlüsse auf die Schlafphasen gezogen.

Gesunder Schlaf unterteilt sich in verschiedene Schlafphasen, die zyklisch ablaufen. Bei Schlafstörungen ist dieser Rhythmus unterbrochen und der Schlaf nicht mehr erholsam. Die direkten Folgen von Schlafstörungen sind sowohl die begrenzte Leistungsfähigkeit als auch eine erhöhte Tagesschläfrigkeit. Langfristig kann dies die Gesundheit beeinträchtigen. Laut einer Studie der DAK aus dem Jahr 2017 leiden 80 Prozent der Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer in Deutschland an Schlafproblemen. Da Schlafstörungen sehr diffus sein können, ist die Hürde zum Arzt zu gehen umso größer. Ein Besuch im Schlaflabor ist oft verbunden mit langen Wartezeiten und einer aufwendigen Datenerhebung. Zudem kann nur ausgebildetes Personal die Sensoren zur EEG-Aufzeichnung anbringen.

So ist das Ziel des Projekts, mit selbst anlegbarer Sensorik qualitativ hochwertige Daten über das Schlafverhalten auch in der häuslichen Anwendung erfassbar zu machen,  um mehr Menschen niederschwellig die Möglichkeit zu geben, Schlafprobleme zu identifizieren, und auch um mehr Erkenntnisse über den Schlaf durch längere Beobachtungszeiten – insbesondere in Verbindung mit anderen Krankheiten, wie beispielsweise Alzheimer oder einer Depression – gewinnen zu können.

 

Flexibles, selbstapplizierbares EEG-Elektrodengrid – Entwicklungsschritte für ein Schlafmonitoring zuhause

© Fraunhofer IDMT/Wiebke Pätzold
Stufe 1: cEEGrid plus EOG, da Silva Souto et al. (2021)
© Fraunhofer IDMT/Wiebke Pätzold
Stufe 2: trEEGrid Prototyp mit einem Schaumstoffpflaster als Basis, aktuelle Studie
© Fraunhofer IDMT/Anika Bödecker
Stufe 3: trEEGrid Prototyp als flexible Leiterbahnfolie, zukünftige Entwicklung

Der Bedarf an Diagnosemöglichkeiten für Schlafstörungen wie Schlafapnoe und Schlaflosigkeit übersteigt bei weitem die Kapazitäten der stationären Schlaflabors. Systeme für das Screening oder die Überwachung zu Hause verzichten oft auf die Elektroenzephalografie (EEG), da für die Anwendung der Sensoren Fachpersonal erforderlich ist. Die Aufzeichnung des EEG ist jedoch für eine genaue Bewertung der Mikroereignisse während des Schlafs im Zusammenhang mit Schlafstörungen unerlässlich. Daher besteht ein Bedarf an Systemen und Methoden, die eine bequeme, diskrete und robuste Aufzeichnung des Schlaf-EEGs zu Hause ermöglichen.

Die Selbstapplikation ist bei nassen EEG-Elektroden eine Herausforderung, gibt aber im Vergleich zu trockenen Elektroden Hoffnung auf hohen Tragekomfort bei guter Signalqualität. Zu diesem Zweck haben wir in unserer aktuellen Studie einen einfachen Prototyp aus handelsüblichen, vorgeklebten Neugeborenen-EKG-Elektroden verwendet, die von Benutzerinnen und Benutzern leicht angebracht werden konnten. Die Elektroden waren in ein selbstklebendes Pflaster eingebettet, das als Führung für die korrekte Positionierung von insgesamt neun Elektroden auf dem Gesicht und um das Ohr herum diente. Das Sensorgrid dient als Prototyp für ein zukünftiges flexibel gedrucktes Grid.

Zwei Studien wurden durchgeführt, um die Anwendbarkeit des selbstklebenden Grids für die Selbstanwendung zu untersuchen und die Signalqualität mit den von Elektroden eines mobilen Polysomnographie-Systems zu vergleichen. Die entsprechende Veröffentlichung ist eingereicht.

Weitere Informationen

 

Mobile EEG-Systeme für eine bessere Epilepsie-Therapie

Exakt aufgezeichnete Biosignale zum Zeitpunkt des Anfalls in alltäglichen Abläufen helfen bei der Klassifizierung von Epilepsie-Erkrankungen, bei einer optimalen Dosierung von Medikamenten - und vielleicht zukünftig sogar bei der Entwicklung von Systemen zur Frühwarnung.

 

Einblick in unsere Forschung

Das EEG-Labor zum Mitnehmen

Dr.-Ing. Insa Wolf im Interview über mobile EEG-Systeme zur alltagstauglichen Analyse der Hirnaktivität.

 

Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie

Ziel des Oldenburger Institutsteils Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer IDMT ist es, wissenschaftliche Erkenntnisse über die Hörwahrnehmung und Mensch-Technik-Interaktionen in technologischen Anwendungen umzusetzen. 

Die Weiterentwicklung des Institutsteils Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg wird gefördert im niedersächsischen Programm »Vorab« durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die VolkswagenStiftung.

Mobile Neurotechnologien

Die Gruppe »Mobile Neurotechnologien« arbeitet an diskreten EEG-Systemen zur Analyse von Hirnaktivitäten.