Intelligente Biosensorik

Herkömmliche Biosensorik beruht häufig auf der Erfassung einiger weniger Messgrößen, die technisch leicht vom menschlichen Körper abzuleiten sind. Aus dieses Messsignalen werden anschließend die aus medizinischer Sicht interessanten Parameter entweder direkt vom medizinischen Personal erschlossen oder aber mit Hilfe von Signalverarbeitungsschritten. Dies hat zur Folge, dass die für die Diagnostik oder Therapiebeurteilung zur Verfügung stehenden Informationen eingeschränkt sind.

Die intelligente Biosensorik hat zum Ziel, herkömmliche Messverfahren patientenindividuell hinsichtlich der Informationserfassung zu optimieren, ohne den Patienten oder das medizinische Personal einzuschränken. Dazu müssen die Messprobleme zunächst detailliert analysiert und neue Konzepte der Signalerfassung entwickelt werden. Diese Konzepte umfassen sowohl die physikalische Ableitung von Signalen als auch die elektronische Weiterverarbeitung und die anschließende digitale Signalverarbeitung.

Ein hohes klinisches Potential bieten beispielsweise Mehrkanal-Sensoren, da diese redundant gegen den Ausfall einzelner Kanäle sind und in der Klinik ein umfassendes Bild des Patienten liefern können. Neben hiermit auftretenden technischen Schwierigkeiten stellt auch die Verarbeitung von hochdimensionalen multivariaten/multimodalen Zeitsignalen eine Herausforderung dar.

Am Fraunhofer IMTE werden derartige Messverfahren und -systeme mit Schwerpunkt auf bioelektrischen Ansätzen, wie der Elektromyographie oder Bioimpedanzanalyse, entwickelt. Umgesetzt werden diese Ansätze durch Entwicklung von individuellen Sensoren und elektronischen Messchaltungen unter Berücksichtigung der jeweiligen Normenlagen. Damit kombiniert werden innovative Methoden der Signalverarbeitung und Sensorfusion basierend auf modernen Methoden des Maschinellen Lernens. Dazu gehören probabilistische Modelle, u.a. spatio-temporale Gaußprozesse, und tiefe Faltungsnetzwerke (CNNs). Einen besonderen Fokus stellt dabei die effiziente Ausführung der Inferenz auf Edge-Geräten dar, welche durch Strukturausnutzung und Hardware-Beschleunigung erreicht wird.

Erfahren Sie hier mehr über unsere Leistungen in den Bereichen Messtechnik und Sensorik und Maschinelles Lernen / Künstliche Intelligenz.