Multimodale Sensorfusion und Biosignalverarbeitung zur Vitalparametererfassung (UNOSECO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt
• Fachliche Zuordnung: Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313380423

Ziel des Projektes ist die Erforschung von Methoden für die multimodale Biosignalverarbeitung zur Vitalparametererfassung. Hierbei liegt der Fokus auf der Entwicklung einer prinzipiell modalitätenunabhängigen Methodik, die insbesondere kontaktlose bzw. unaufdringlich gemessene Messverfahren berücksichtigt. Diese sind in der Regel besonders anfällig für Störeinflüsse, bieten jedoch anders als klassische klinische Verfahren das Potenzial der Integration in Gegenstände des Alltags. Dies setzt zunächst ein einheitliches, makroskopisches Modell der Biosignalerzeugung voraus. Unser Ansatz sieht dafür die Erzeugung kardialer Signale aus einer fiktiven Signalquelle vor. Dieses fiktive Quellsignal wird über virtuelle Kanäle übertragen, an deren Ende ein messbares physikalisches Signal wie z.B. Elektrokardiogramm (EKG), Photoplethysmogramm (PPG) oder Ballistokardiogramm (BKG) steht. Erstes Ziel des Projektes stellt die Klärung der Frage dar, welche Annahmen an ein Quelle-Filter-Modell zur Erzeugung von kardialen und später auch respiratorischen Biosignalen gestellt werden müssen. Ausgehend von diesen Modelleigenschaften werden bestehende Signalverarbeitungsmethoden evaluiert und angepasst bzw. neu entwickelt. Wird das Quelle-Filter-Modell patientenspezifisch adaptiert, können hieraus zwei Vorteile gezogen werden: Zum einen ermöglicht es modellgestützte Sensorfusion, zum anderen können die adaptierten Modellparameter selbst diagnostische Information tragen. Um das vorgestellte Modell validieren und die Signalverarbeitungsalgorithmen testen zu können, muss zunächst eine Simulationsumgebung für multimodale Biosignale und deren Störungen geschaffen werden. Daneben müssen reale Messdaten erhoben werden, wozu die am Institut vorhandenen kontaktlosen Messmodalitäten in einen einheitlichen multimodalen Messaufbau integriert werden. Dieser wird neben der Erfassung ungestörter multimodaler Messdaten auch die Generation verschiedener, reproduzierbarer Artefakte ermöglichen. Die so generierten Mess- und Referenzdaten werden in der "MedIT Public Unobtrusive Vital Sign Database" UNOVIS der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Gesamtziel des Projektes ist die Schaffung von allgemeinen Methoden und Strukturen, welche die Forschung im Bereich der kontaktlosen Vitalparametererfassung voranbringen. Diese können in Folgeprojekten in verschiedensten Anwendungsszenarien und für verschiedenste Pathologien getestet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen