Beim Aufwachen wird der Schlafbericht „automatisch erstellt“? Smarte Pyjamas – Hightech kommt!

Zusammengestellt von: Gong Zixin

Schlaf ist ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Gesundheit, dennoch leiden über 60 % der Erwachsenen unter einer schlechten Schlafqualität. Schlafverhalten wie Mundatmung, Schlafapnoe und Schnarchen sind die Hauptfaktoren, die zu einer schlechten Schlafqualität führen und auch chronische Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Depressionen verursachen können. Daher ist eine effektive Überwachung und Identifizierung des Schlafstatus für ein modernes Gesundheitsmanagement von entscheidender Bedeutung.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Cambridge einen bequemen und waschbaren „intelligenten Pyjama“ entwickelt, mit dem Schlafstörungen wie Schlafapnoe zu Hause überwacht werden können, ohne dass Klebepflaster und sperrige Geräte verwendet werden müssen oder ein Besuch in einer professionellen Schlafklinik erforderlich ist. Das Forschungsteam entwickelte einen Sensor aus bedrucktem Stoff, der die Atmung überwachen kann, indem er winzige Hautbewegungen erkennt, selbst wenn der Pyjama locker um Hals und Brust getragen wird.

Die in den intelligenten Pyjamas eingebetteten Sensoren wurden mit einem „leichten“ Algorithmus künstlicher Intelligenz trainiert und können sechs verschiedene Schlafzustände mit einer Genauigkeit von 98,6 % erkennen, während sie normale Schlafbewegungen wie das Umdrehen ignorieren. Dieser energieeffiziente Sensor benötigt nur wenige Beispiele von Schlafmustern, um den Unterschied zwischen normalem und abnormalem Schlaf erfolgreich zu erkennen.

Forscher sagen, dass der intelligente Pyjama Menschen mit Schlafstörungen helfen könnte, ihren Schlaf zu überwachen und zu verstehen, wie sich Veränderungen des Lebensstils auf ihren Schlaf auswirken. Die Forschungsergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Der Forschungsleiter Luigi Occhipinti, Professor am Cambridge Graphene Centre, sagte, dass eine schlechte Schlafqualität enorme Auswirkungen auf die körperliche und geistige Gesundheit habe und daher eine ordnungsgemäße Schlafüberwachung von entscheidender Bedeutung sei. Der derzeitige Goldstandard zur Schlafüberwachung, die Polysomnographie (PSG), ist jedoch teuer, komplex und nicht für den langfristigen Einsatz zu Hause geeignet. Heimgeräte, die einfacher als PSG sind, wie etwa Schlaftests für zu Hause, zielen normalerweise nur auf eine einzige Erkrankung ab und sind sperrig oder unbequem zu tragen. Tragbare Geräte wie Smartwatches sind zwar angenehmer zu tragen, können jedoch nur Rückschlüsse auf die Schlafqualität ziehen und Schlafstörungen nicht effektiv und genau überwachen.

„Wir brauchten ein Produkt, das bequem und einfach jede Nacht zu verwenden ist, aber auch genau genug, um aussagekräftige Informationen über die Schlafqualität zu liefern“, sagte Occhipinti.

Übersicht über ein intelligentes Pyjama-System zur multifunktionalen Überwachung des Schlafverhaltens. Bei der Entwicklung des intelligenten Pyjamas bauten Occhipinti und Kollegen auf ihrer früheren Arbeit zur Gestaltung intelligenter Halsbänder für Menschen mit Sprachbehinderungen auf. Das Team hat den Graphen-basierten Sensor für die Atmungsanalyse im Schlaf neu gestaltet und mehrere Designverbesserungen vorgenommen, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. „Dank unseres verbesserten Designs ist der Sensor in der Lage, verschiedene Schlafzustände zu erkennen und dabei normale Hin- und Herwälzbewegungen zu ignorieren.“ Die erhöhte Sensibilität bedeutet auch, dass der Smart Pyjama nicht eng am Hals getragen werden muss; Solange der Sensor Kontakt mit der Haut hat, kann er hochpräzise Messwerte liefern. „

Modell zur Erkennung von Schlafzuständen

Die Forscher entwickelten ein maschinelles Lernmodell namens SleepNet, das von Sensoren erfasste Signale verwendet, um Schlafzustände wie Nasenatmung, Mundatmung, Schnarchen, Zähneknirschen, zentrale Schlafapnoe und obstruktive Schlafapnoe zu identifizieren. SleepNet ist ein „leichtgewichtiges“ KI-Netzwerk, das die Rechenkomplexität soweit reduziert, dass es auf tragbaren Geräten ausgeführt werden kann, ohne dass ein angeschlossener Computer oder Server erforderlich ist.

„Wir haben das KI-Modell optimiert, um die höchste Genauigkeit bei gleichzeitig geringstem Rechenaufwand zu erreichen“, sagte Occhipinti. „Dadurch konnten wir den Hauptdatenprozessor direkt in den Sensor einbetten.“ Die Forscher testeten den intelligenten Pyjama an gesunden Menschen und Patienten mit Schlafapnoe und konnten eine Reihe von Schlafzuständen mit einer Genauigkeit von 98,6 % erkennen. Durch eine spezielle Größenbehandlung des intelligenten Pyjamas erhöhten die Forscher die Haltbarkeit der Sensoren, sodass diese in einer normalen Waschmaschine gewaschen werden können. Die neueste Version des intelligenten Pyjamas verfügt außerdem über eine drahtlose Datenübertragungsfunktion, mit der Schlafdaten sicher an ein Smartphone oder einen Computer übertragen werden können.

Funktionen des Geräts

Schlaf ist für die Gesundheit von entscheidender Bedeutung und eine zuverlässige Schlafüberwachung ist der Schlüssel zur Vorsorge. Occhipinti sagte, die intelligente Kleidung könne zu Hause verwendet werden, um die Benutzer auf Veränderungen in ihrem Schlaf aufmerksam zu machen, die sie dann mit ihrem Arzt besprechen könnten. Schlafverhaltensweisen wie Nasen- und Mundatmung werden bei der Schlafanalyse im Gesundheitswesen üblicherweise nicht berücksichtigt, können aber ein Indikator für Schlafstörungen sein.

Die Forscher hoffen, dass der Sensor für verschiedene Gesundheitszustände oder für den Heimgebrauch, beispielsweise zur Babyüberwachung, angepasst werden könnte. Sie arbeiten außerdem daran, die Haltbarkeit des Sensors für den Langzeitgebrauch zu verbessern.

Hinweis: Das Coverbild ist urheberrechtlich geschützt. Der Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.