Diese Künstliche Intelligenz befreit Kinder von lästigen Kabeln
Zehn Prozent der Kleinen haben Schlafschwierigkeiten. Im Schlaflabor wachen Geräte über den Ruhezustand. Doch die Kinder empfinden die vielen Kabel als störend. In Regensburg gibt es nun eine Lösung dafür – mit Hilfe von KI.
Sebastian Kerzel ist ein Kinderarzt, wie er im Buche steht. Gut gelaunt trägt er den Apparat durch die weiten Gänge des Kinderklinikums St. Hedwig. „Kinder finden die Kabel blöd“, sagt Kerzel und beschreibt das Problem, das er zusammen mit Kollegen und Technikern einer hessischen Hochschule mit einem kleinen Apparat gelöst hat. Mit Hilfe einer Künstlichen Intelligenz, die Kamerabilder auswertet, haben die Forscher versucht, die Überwachung mit der Kabel-Methode abzugleichen. Die Ergebnisse sind verblüffend: Die Kurven, die der Leiter der Kinderschlafmedizin bei den Barmherzigen zeigt, sind fast identisch.
„Man muss wissen, dass etwa zehn Prozent aller Kinder und Jugendlichen schlafbezogene Gesundheitsprobleme haben“, sagt Kerzel, „und dass der Schlaf geradezu magnetisch Probleme mit der Atmung anzieht“. Seit zehn Jahren gibt es deshalb auch ein Kinder-Schlaflabor in St. Hedwig es ist „mit derzeit vier Messplätzen das größte universitäre Kinder-Schlaflabor in Bayern“, sagt der Experte. Umso wichtiger ist es für den Kinderarzt und seine Kollegen, die Überwachung im Schlaflabor so unkompliziert wie möglich zu gestalten.
27 Kinder in der Studie
„Goldstandard“ nennt man in der Wissenschaft das, was Kerzel und seine Kollegen in einer Studie vorgelegt haben. 27 Kinder im Alter zwischen sechs Monaten und zwölf Jahren wurden mit der herkömmlichen Methode untersucht – sie schliefen also mit Verkabelung in dem Labor. Doch gleichzeitig lief auch die Kamera. Die Bilder werden mittels einer extra dafür programmierten Künstlichen Intelligenz ausgewertet und in eine Kurve übertragen. „Dabei wird die Bewegung des Brustkorbes anhand der Abstände erfasst“, sagt Kerzel. Die KI ist darauf trainiert, zu erkennen, wo der Brustkorb überhaupt zu identifizieren ist. Denn sechs Aufnahmen eines Kinders zeigen, was im Schlaf geschieht – es verändert quasi alle paar Minuten die Lage.
Für Kinder war das Anlegen der Kabel, vor allem aber auch bestimmter Gurte, die verwendet werden bei der Schlaflaboruntersuchung, eher unangenehm. Doch die Erfassung ohne Verkabelung ist technisch durchaus herausfordernd. Mit der Kamera wird der ganze Raum erfasst, und zwar bei Dunkelheit. Die vierte Dimension ist die Zeit.
Prototyp funktioniert bestens
Der Prototyp, der übrigens mit einem 3D-Drucker gefertigt wurde, funktionierte hervorragend. Die Kurven der untersuchten Kinder deckten einander: Sowohl die Atmung, die über die Kabel aufgezeichnet wurden, als auch jene, die mit der Infrarot-Kamera aufgezeichnet und von der KI ausgewertet wurden, waren so gut wie identisch. Auch der Positionswechsel im Schlaf verschlechterte diese Ergebnisse nicht. Weil der Prototyp funktionierte, sind auch andere Einsatzmöglichkeiten angedacht. „Der nächste Schritt wäre, das Gerät einzusetzen bei Kindern, die eine klinische Auffälligkeit aufweisen.“ Gerade wenn die Kinder zuhause sind, wäre es möglich, sie diagnostisch zu überwachen mit der Kamera-Aufzeichnung. „Es handelt sich nur um ein Kästchen, das man oben auf einen Schrank stellt und das nicht weiter stört“, meint Kerzel. Insofern sei es eine niedrigschwellige Möglichkeit, beispielsweise Kinder mit chronischen Atemwegserkrankungen medizinisch überwachen zu können. „In einem nächsten Schritt könnten wir auch thermische Veränderungen mit erfassen“, meint der Pneumologe (Lungenfacharzt). Damit könnte auch die Körpertemperatur der Kinder und deren Schwankung erfasst werden. „Das ist wie ein Langzeit-EKG“, sagt Kerzel, „eben nur für die Atmung“.
Immer mehr KI im Einsatz
Auf dem Kinderlungenkongress stellten Kerzel und seine Kollegen den Prototypen bereits vor. Auch ein wissenschaftlicher Aufsatz darüber ist bereits veröffentlicht. Am Kinderklinikum ist es nicht die erste KI-Anwendung die medizinisch eingesetzt wird. Forscher der ETH Zürich und der Klinik St. Hedwig haben einen Algorithmus entwickelt, der einen bestimmten Herzfehler bei Neugeborenen automatisch und zuverlässig erkennen kann. Auch hier sind Videoaufnahmen und die Auswertung mit Hilfe Künstlicher Intelligenz im Spiel.