Forschung 24.06.2019, 07:00 Uhr

Alexa, überwache mein Herz

Weltweit sterben bis zu 7 Millionen Menschen im Jahr an einem Herzstillstand. Eine neue Anwendung auf Basis künstlicher Intelligenz könnte Leben retten. Sie arbeitet mit smarten Lautsprechern.

Amazons Alexa

Rettet Amazons Alexa bald Leben? Das hoffen US-Forscher.

Foto: panthermedia.net/Karneg

Fast 500.000 Amerikaner sterben jedes Jahr an einem Herzstillstand. Für Deutschland nennen medizinische Fachgesellschaften im gleichen Zeitraum 65.000 Fälle. Jeder dritte Betroffene ist jünger als 65 und oft waren vor dem Ereignis keine Risikofaktoren bekannt. Da sich so mancher Herzstillstand außerhalb von Krankenhäusern ereignet, fehlen medizinische Ersthelfer zur Reanimation.

Forscher der University of Washington haben deshalb ein neues Programm entwickelt, mit dem Menschen berührungslos überwacht werden können, etwa während sie schlafen. Sie schreiben, so mancher Herzstillstand ereigne sich im Schlafzimmer. Dank moderner Technik könnte Hilfe in Sicht sein: Intelligente Lautsprecher wie Google Home und Amazons Alexa, aber auch neuere Smartphones können Atemgeräusche analysieren und im schlimmsten Fall sogar automatisch Hilfe holen.

Digitale Assistenten sollen Leben retten

Zum Hintergrund: Bei 50% aller Patienten mit Herzstillstand kommt es zur sogenannten Schnappatmung. „Diese Art der Atmung tritt auf, wenn ein Patient einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt hat“, erklärt Jacob Sunshine. Der Assistenzprofessor für Anästhesiologie und Schmerzmedizin an der University of Washington School of Medicine ergänzt: „Es handelt sich um ein gutturales Keuchen und das Geräusch ist so charakteristisch, dass es sich als Audio-Biomarker eignet, um festzustellen, ob jemand einen Herzstillstand hat.“

Doch wie soll das zu Hause gehen? „Viele Menschen haben intelligente Lautsprecher bei sich und diese Geräte verfügen über erstaunliche Fähigkeiten, die wir nutzen können“, ergänzt Shyam Gollakota. Er arbeitet an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering der University of Washington. „Wir stellen uns ein kontaktloses System vor, bei dem das Schlafzimmer kontinuierlich und passiv auf kritische Atemgeräusche hin überwacht wird und alle in der Nähe befindlichen Personen über Meldungen des Systems informiert.“ Reagieren sie nicht, ist eine Meldung an die Notrufzentrale möglich.

Programmierung mit Anrufen aus der Notrufzentrale

Zur Realisierung waren mehrere Schritte erforderlich. Die Forscher sammelten zu Beginn Atemgeräusche über echte Notrufe von Seattles Rettungsdiensten. Da Patienten mit Herzstillstand meist bewusstlos sind, zeichneten Angehörige deren Atemgeräusche auf, indem sie ihr Telefon an den Mund des Patienten hielten. Das Team sammelte zwischen 2009 und 2017 genau 162 Telefonate, bei denen es tatsächlich um Patienten mit Herzstillstand ging.

Die Audiodateien wurden abgespielt und danach mit einem Amazon Alexa, einem iPhone 5s sowie einem Samsung Galaxy S4 aufgenommen. „Wir haben diese Beispiele in verschiedenen Abständen laufen lassen, um zu simulieren, wie es sich anhört, wenn sich der Patient an verschiedenen Stellen im Schlafzimmer aufhält“, berichtet Justin Chan von der University of Washington. „Wir haben auch diverse Störgeräusche hinzugefügt, etwa von Katzen und Hunden, von hupenden Autos, von Klimaanlagen oder von Dingen, die man normalerweise in einem Haus hört.“

Fehlerrate minimieren – mit künstlicher Intelligenz

Bei der Auswertung bedienten sich die Forscher der künstlichen Intelligenz. Zuerst wurden Atemgeräusche von Patienten, bei denen es bekanntermaßen zum Herzstillstand gekommen ist, in einer Datenbank hinterlegt. Störgeräusche kamen mit hinzu. Per Algorithmus suchten die Wissenschaftler mit Programmen nach spezifischen Mustern im Signal. Diese Software wurde dann mit echten Daten getestet, wobei die Ergebnisse kontinuierlich weiter optimiert werden, Stichwort „Machine Learning“. So entstand ein Tool, das in 97% aller Fälle die Schnappatmung richtig erkannte. Der Abstand zwischen dem Gerät und dem Patienten lag in der Simulation bei maximal 6 Metern.

Als Nächstes testeten Forscher ihren Algorithmus, um sicherzustellen, dass andere Schlafgeräusche nicht fälschlich mit der Schnappatmung verwechselt werden. Schließlich würden falsch-positive Signale schnell zum Ende aller Entwicklungen führen. Je nach Setting lag die Rate an falsch-positiven Meldungen zwischen 0,14% und 0,22%. Sobald ihre Software Geräusche nur als Schnappatmung einstufte, falls innerhalb von zehn Sekunden zwei identische Messergebnisse vorlagen, fiel die Rate auf 0%.

Aus dem Labor zur Anwendung

Nach der Machbarkeitsstudie soll es rasch in Richtung Anwendung gehen. Das Team stellt sich vor, dass der Algorithmus wie eine App oder ein Alexa-„Skill“ funktionieren könnte. Die Anwendung müsste vor der Nachtruhe aktiviert werden. Dieser Umstand ist eine mögliche Hürde: Immerhin stehen digitale Assistenten in der Kritik, weil sie ihre „Ohren“ zu häufig auf haben. Da viele Risikopatienten nicht als solche bekannt sind, dürften sie von der neuen Technik kaum profitieren. Es blieben also die Patienten, die bekanntermaßen ein Risiko haben, einen Herzstillstand zu erleiden.

Allerdings steht noch eine Hürde vor der kommerziellen Nutzung: Es handelt sich um ein Medizinprodukt. Das heißt, je nach Region müssen Zulassungsanträge bei der US Food and Drug Administration (FDA) oder bei der European Medicines Agency (EMA) gestellt werden. Für eine mögliche Anwendung in Deutschland wäre zudem zu klären, ob solch eine Anwendung der Lautsprecher mit den Datenschutzrichtlinien konform geht.

Mehr zum Thema Medizin:

Stellenangebote im Bereich Medizintechnik, Biotechnik

Fresenius Medical Care Deutschland GmbH-Firmenlogo
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Engineering Project Manager (m/w/d) Digital – Critical Care Bad Homburg
Takeda GmbH-Firmenlogo
Takeda GmbH Qualifizierungsingenieur – Qualification Engineer (all genders) Oranienburg
IKA-Werke GmbH & Co. KG-Firmenlogo
IKA-Werke GmbH & Co. KG Ingenieur / Techniker (m/w/d) Industrial Engineering Staufen
Freie und Hansestadt Hamburg-Firmenlogo
Freie und Hansestadt Hamburg Sachbearbeiterin bzw. Sachbearbeiter (m/w/d) im Strahlenschutz Hamburg
Fresenius Kabi Deutschland GmbH-Firmenlogo
Fresenius Kabi Deutschland GmbH Stellvertretung und Assistenz der Leitung Technik (m/w/d) Neufahrn bei Freising / Nähe München
UROMED Kurt Drews KG-Firmenlogo
UROMED Kurt Drews KG Abteilungsleiter (m/w/d) Regulatory Affairs für Medizinprodukte Oststeinbek
ADMEDES GmbH-Firmenlogo
ADMEDES GmbH Senior Ingenieur (m/w/d) QM / Regulatory Affairs Pforzheim
sepp.med gmbh-Firmenlogo
sepp.med gmbh Validierungsingenieur (m/w/d) Forchheim
Merck KGaA-Firmenlogo
Merck KGaA EMR-Fachingenieur (m/w/divers) Darmstadt
INVACARE Deutschland GmbH-Firmenlogo
INVACARE Deutschland GmbH Leiter Qualitätsmanagement (m/w/d) Porta Westfalica

Alle Medizintechnik, Biotechnik Jobs

Top 5 Medizin