Letzte Aktualisierung: 25. Februar 2025<\/em><\/p>\n<\/div> 13. September 2022 – Der Start des Innovationsprojekts \u201eUNISONO: Sensorsystem f\u00fcr KI-gesteuerte klinische Ph\u00e4notypisierung mit Sprach-Biomarkern f\u00fcr Herzinsuffizienz\u201c wurde heute von der Zana Technologies GmbH, einem in Deutschland ans\u00e4ssigen Anbieter von Konversations- und Sprach-KI-Technologie f\u00fcr das Gesundheitswesen, zusammen mit der Cosinuss GmbH, einem zertifizierten Medizintechnikunternehmen, das auf die mobile Echtzeitmessung von Vitalparametern spezialisiert ist, und dem Deutschen Zentrum f\u00fcr Herzinsuffizienz (DZHI) am Universit\u00e4tsklinikum W\u00fcrzburg bekannt gegeben.<\/p>\n Ziel von UNISONO ist die Entwicklung eines neuartigen Systems, das einen im Ohr getragenen Sensor mit Spracherkennung kombiniert. Neben der kontinuierlichen Messung von Vitalparametern soll der Sensor mit einem Sprachassistenten ausgestattet werden, der eine sprachgef\u00fchrte Kommunikation erm\u00f6glicht. Aus den gesammelten Daten sollen neuartige stimmliche Biomarker f\u00fcr die KI-gesteuerte klinische Ph\u00e4notypisierung von Patient:innen mit chronischer Herzinsuffizienz abgeleitet werden, einer Erkrankung, von der allein in Deutschland mehr als 3 Millionen Menschen betroffen sind.<\/p>\n In einem sehr umk\u00e4mpften Auswahlverfahren schaffte es UNISONO unter die besten 8% der vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms KMU-innovativ gef\u00f6rderten Projekte im Bereich \u201eInteraktive Technologien f\u00fcr Gesundheit und Lebensqualit\u00e4t\u201c. Das dreij\u00e4hrige Projekt startete am 1. August 2022 und es fand ein erstes gemeinsames Treffen aller Partner und des Projekttr\u00e4gers VDI\/VDE Innovation + Technologie GmbH statt.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> Die Innovation von UNISONO besteht darin, die bestehende KI-Plattform von Zana mit der neuartigen Stimmbiomarker-Technologie durch das klinische Fachwissen des DZHI zu nutzen und gleichzeitig den cosinuss\u00b0 Im-Ohr Sensor f\u00fcr die Sprachinteraktion zu erweitern. Die dekompensierte Herzinsuffizienz als ein komplexes Krankheitsbild ist durch Symptome wie Atemnot, \u00d6deme, verminderte Belastbarkeit gekennzeichnet. Das Einhergehen einer Stimmver\u00e4nderung im Rahmen der Dekompensation wird in wenigen Studien beschrieben. Akustische Messungen von ver\u00e4nderten Stimmmerkmalen k\u00f6nnten jedoch als Fr\u00fchindikatoren f\u00fcr eine beginnende Dekompensation oder Ver\u00e4nderungen des Gesundheitszustands des\/der Patient:in dienen.<\/p>\n \u201eMit UNISONO untersuchen wir, wie sich Sprach- und Vitaldaten so weit kombinieren lassen und wie die Datenqualit\u00e4t durch einen intelligenten Assistenten verbessert werden kann, um sie als Gesundheitspr\u00e4diktor bei Herzinsuffizienz zu nutzen\u201c, sagt Dr. Julia Hoxha, Gesch\u00e4ftsf\u00fchrerin von Zana und koordinierende Partnerin. Sie f\u00fcgt hinzu: \u201eAuf diese Weise bringt UNISONO die KI-gest\u00fctzte Erfassung von Daten aus der realen Welt in den Kernbereich der Gesundheitsversorgung und der klinischen Forschung.\u201c<\/p>\n Um gleichzeitig Sprachinteraktion zu erm\u00f6glichen und Vitaldaten (wie K\u00f6rpertemperatur, Herzfrequenz, Sauerstoffs\u00e4ttigung und Atemfrequenz) zu messen, wird die Hardware des patentierten Ohrsensors von cosinuss\u00b0 um Mikrofon und Lautsprecher erweitert. \u201eDiese Technologie erm\u00f6glicht es uns, die Vitalparameter und die Stimme des\/der Patient:in \u00fcber mehrere Wochen kontinuierlich und ohne aufw\u00e4ndige Verkabelung in Echtzeit zu \u00fcberwachen und damit eine gro\u00dfe Datenbank f\u00fcr die Entwicklung eines Stimm-Biomarkers f\u00fcr die klinische Ph\u00e4notypisierung aufzubauen\u201c, so Dr. Johannes Kreuzer, Gesch\u00e4ftsf\u00fchrer von Cosinuss\u00b0.<\/p>\n In Zusammenarbeit mit dem klinischen Partner DZHI werden aus den gesammelten Daten digitale klinische Ph\u00e4notypen identifiziert und mit etablierten Faktoren verkn\u00fcpft, die mit einer schlechteren Prognose bei Herzinsuffizienz verbunden sind. \u201eStimmbiomarker haben ein enormes Potenzial f\u00fcr die Verbesserung der Patient:innenversorgung bei Herzinsuffizienz, da sie nicht-invasiv, kosteng\u00fcnstig und einfach zu erheben sind und aus der Ferne beurteilt werden k\u00f6nnen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Fabian Kerwagen, MPH, Leiter des Projekts UNISONO am DZHI. \u201eDie Kombination der Patient:innenstimme mit der am Ohr getragenen Technologie wird eine umfassende digitale Ph\u00e4notypisierung von Herzinsuffizienz-Patient:innen erm\u00f6glichen und neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr das Telemonitoring und die Pr\u00e4vention bei Herzinsuffizienz bieten.\u201c<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> Am 19. M\u00e4rz 2024 fand das vierte Konsortiumstreffen aller Projektpartner in den M\u00fcnchner B\u00fcror\u00e4umlichkeiten von cosinuss\u00b0 statt (siehe Abb. 1). Hier wurde zum einen der um eine Audiofunktion erweiterte Prototyp des Im-Ohr Sensors c-med\u00b0 alpha pr\u00e4sentiert. Zum anderen wurden erste Zwischenergebnisse der AHF-Voice-Studie, die Teil des UNISONO-Projekts ist, vorgestellt und diskutiert. Die monozentrische, prospektive Kohortenstudie wird am Universit\u00e4tsklinikum W\u00fcrzburg durchgef\u00fchrt. Bis zum Zeitpunkt des Konsortiumtreffens wurden bereits 100 von den angestrebten 123 Patient:innen rekrutiert. Mittlerweile liegen Ergebnisse der ersten 50 AHF-Voice-Patient:innen vor, die zwischen April und August 2023 im Klinikum aufgenommen wurden. Unter Aufsicht des Studienpersonals nahmen die Patient:innen<\/span>1<\/sup><\/a><\/span> t\u00e4glich ihre Stimme in einer speziellen, von Zana Technologies GmbH entwickelten Smartphone-App auf. Es wurden dabei drei verschiedene Stimmaufgaben absolviert: Spontanes Sprechen, das m\u00f6glichst lange Halten des Vokals \/a:\/ und das Lesen eines standardisierten Textes. Daneben wurden von jedem\/jeder Patient:in die Krankengeschichte, routinem\u00e4\u00dfige Blutwerte, Ergebnisse aus technischen Untersuchungen wie dem Herzultraschall, sowie Gesundheits-Frageb\u00f6gen erhoben.<\/p>\n<\/div> Abb. 1: Konsortiumstreffen der UNISONO-Projektpartner: Dr.-Ing. Julia Hoxha und Ongun Tuna von Zana Technologies GmbH, Dr. Fabian Kerwagen und Maximilian Bauser vom Uniklinikum W\u00fcrzburg sowie Dr. Michael Weber und David Geiger von der Cosinuss GmbH.<\/em><\/span><\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> In den ersten Analysen wurden die aufgezeichneten anhaltenden Vokallaute (\/a:\/) der Patient:innen verwendet. Ziel war es herauszufinden, ob anhand von Ver\u00e4nderungen der aufgezeichneten Stimmmerkmale eine nicht-invasive Methode zur Erkennung einer drohenden Herzinsuffizienz-Episode m\u00f6glich ist. Die erste Zwischenanalyse basiert auf 45 Sprachaufnahme-Paaren (jeweils eine bei Krankenhausaufnahme und eine bei der Entlassung, n=90). Die aufgezeichneten Sprachmerkmale wurden mithilfe der Software Praat<\/span>2<\/sup><\/a><\/span> extrahiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich folgende Aspekte der Stimme signifikant zwischen Aufnahme und Entlassung der Patient:innen ver\u00e4nderten: Shimmer<\/strong> (\u00dcberlagerung der Grundfrequenz eines Sprachsignals mit einem Rauschen), Jitter<\/strong> (Unregelm\u00e4\u00dfigkeit in der Grundfrequenz bzw. der Periode eines Sprachsignals), Maximale Phonationszeit<\/strong>, Gesamtenergie<\/strong>, Anzahl der Glottisschl\u00e4ge<\/strong>, cepstrale Spitzen<\/strong> (cepstral Peak Prominence) und Anzahl der Stimmabbr\u00fcche<\/strong>. Keine signifikanten Ver\u00e4nderungen konnten von folgenden Stimmmerkmalen nachgewiesen werden: Mittelwerte der Tonh\u00f6he und das Verh\u00e4ltnis von Harmonizit\u00e4t zum Ger\u00e4uschanteil (siehe Abb. 2).<\/p>\n<\/div> Abb. 2: Ver\u00e4nderungen der Stimmparameter (Boxplots) von der Aufnahme bis zur Entlassung. Die statistische Signifikanz wurde mit dem Student’s t-test gepr\u00fcft. MPT = maximale Phonationszeit. CPP = cepstrale Peak-Prominence. \/ Changes of voice parameters (boxplots) from admission to discharge. Statistical significance was tested using student\u2019s t-test. MPT = maximum phonation time. CPP = cepstral peak prominences. Quelle: <\/i>herzmedizin.de<\/i><\/a>\u00a0<\/i><\/span><\/p>\n<\/div> Diese Zwischenanalyse zeigt, dass sich eine Reihe leicht ableitbarer Stimmmerkmale je nach Zustand der dekompensierten Herzinsuffizienz ver\u00e4ndert. Der klinische Nutzen von solch stimmlichen Biomarkern als nicht-invasive Methode f\u00fcr die Erkennung einer beginnenden Herzinsuffizienz ist vielversprechend, bedarf allerdings weiterer Forschung.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> W\u00e4hrend des Krankenhausaufenthalts fand eine umfassende Ph\u00e4notypisierung der Patient:innen statt. Dabei wurden insgesamt 2.753 Stimmaufnahmen von 42 Patient:innen f\u00fcr die Analyse ber\u00fccksichtigt (Durchschnittsalter 74\u00b111 Jahre, 64 % M\u00e4nner)<\/span>3<\/sup><\/a><\/span>. Die Verarbeitung und das Clustern der Audiodaten und der darin enthaltenen Stimmmerkmale wurde mithilfe von Machine Learning Methoden<\/span>4<\/sup><\/a><\/span> durchgef\u00fchrt. Auf diese Weise konnten bei der un\u00fcberwachten Clusterbildung allein auf der Grundlage von Stimmmerkmalen drei Cluster mit unterschiedlichen Ph\u00e4notypen identifiziert werden (siehe Abb. 3): Cluster 1<\/strong> hatte die l\u00e4ngste Dauer der Herzinsuffizienz<\/strong>, die h\u00f6chsten Werte an natriuretischen Peptiden<\/strong> (Hormone, die an der Regulation des Wasser-Elektrolyt-Haushaltes beteiligt sind) und die niedrigste linksventrikul\u00e4re Ejektionsfraktion<\/strong> (LVEF, gibt Aufschluss dar\u00fcber wie viel Blut die linke Herzkammer bei einem Herzschlag verl\u00e4sst). Cluster 2<\/strong> hatte eine mittlere LVEF<\/strong> und den h\u00f6chsten Kaliumspiegel<\/strong>. Cluster 3<\/strong> hatte die h\u00f6chste LVEF<\/strong> und den h\u00f6chsten Anteil an Frauen<\/strong>.<\/p>\n<\/div> Abb. 3: Cluster, die sich aus der Hauptkomponentenanalyse (PCA, K-Mittel-Ansatz) f\u00fcr stimmliche Merkmale ergeben, die aus den Audioaufnahmen der Patient:innen extrahiert wurden. \/ Clusters resulting from Principal Component Analysis (PCA, K-means approach) on voice-based features extracted from patients\u2019 audio recordings. Quelle: <\/i>herzmedizin.de<\/i><\/a>\u00a0<\/i><\/span><\/p>\n<\/div> Die Zwischenergebnisse der Ph\u00e4notypisierung deuten darauf hin, dass Clusteranalysen von Stimmmerkmalen, die auf maschinellem Lernen basieren, in der Lage sind verschiedene Gruppen von Herzinsuffizienz-Patient:innen zu identifizieren.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> Im weiteren Projektverlauf von UNISONO wird Ende dieses Jahres die \u201cIn-Ear-Sensor-Substudie\u201d (Machbarkeitsstudie) starten. Hierf\u00fcr wurde, wie eingangs erw\u00e4hnt, der Im-Ohr Sensor von cosinuss\u00b0, der c-med\u00b0 alpha (siehe Abb. 4), den Projektanforderungen entsprechend modifiziert. Die wichtigste \u00c4nderung stellt die Erg\u00e4nzung einer Audiofunktionalit\u00e4t dar. Neben des Einbaus eines Mikrofons und Lautsprechers wurden au\u00dferdem verschiedene andere Anpassungen und Optimierungen vorgenommen. Ein funktionierender Prototyp des Im-Ohr Sensors wurde bereits fertiggestellt und getestet. Der modifizierte c-med\u00b0 alpha inkl. Audiofunktionalit\u00e4t erf\u00fcllt alle Anforderungen hinsichtlich der Messgenauigkeit der Vitalparameter<\/span>5<\/sup><\/a><\/span> und wird derzeit auf seine Audioqualit\u00e4t getestet.<\/p>\n<\/div> Abb. 4: c-med\u00b0 alpha, ein medizinisches Messger\u00e4t der Klasse IIa, das kontinuierlich Datenstr\u00f6me von drei wichtigen Vitalparametern erzeugt: K\u00f6rperkerntemperatur, Pulsfrequenz, Sauerstoffs\u00e4ttigung (SpO2).<\/em><\/p>\n<\/div> Dar\u00fcber hinaus wurden die hier beschriebenen Analysen auf der 90. DGK-Jahrestagung<\/a> vorgestellt. Weitere Zwischenergebnisse der AHF-Voice-Studie werden au\u00dferdem in den kommenden Monaten auf verschiedenen Kongressen vorgestellt, u.a. auf dem Heart Failure – World Congress on Acute Heart Failure<\/i><\/a> im Mai 2024 (Lissabon, Portugal)<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div> Das Innovationsprojekt UNISONO<\/strong> zur KI-gesteuerten klinischen Ph\u00e4notypisierung von Herzinsuffizienzpatient:innen erreicht einen weiteren Meilenstein: cosinuss\u00b0 hat den geplanten Prototypen fertiggestellt<\/strong>, der neben der kontinuierlichen Messung von Vitalparametern nun auch \u00fcber Audiofunktionalit\u00e4t<\/strong> verf\u00fcgt \u2013 mit integriertem Lautsprecher und Mikrofon, \u00e4hnlich einem Kopfh\u00f6rer.<\/p>\n In K\u00fcrze wird die dazugeh\u00f6rige Machbarkeitsstudie am Universit\u00e4tsklinikum W\u00fcrzburg<\/strong> durchgef\u00fchrt, in deren Rahmen rund 15 Patient:innen<\/strong> den Prototypen des c-med\u00b0 alpha<\/strong><\/a> \u00fcber drei Monate im h\u00e4uslichen Umfeld<\/strong> nutzen werden. Dabei werden sowohl Vitaldaten als auch Sprachaufzeichnungen<\/strong> erfasst, um neuartige stimmliche Biomarker f\u00fcr die KI-gest\u00fctzte Analyse zu gewinnen.<\/p>\n Wir freuen uns bald \u00fcber weitere Aktualisierungen und Ergebnisse berichten zu k\u00f6nnen!<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>Die Neuheit von UNISONO<\/h2><\/div>
Aktualisierung (April 2024): Erste Zwischenergebnisse<\/h2><\/div>
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<\/span><\/div>Analyse von Stimmver\u00e4nderungen<\/h2><\/div>
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<\/span><\/div>Stimmbasierte Ph\u00e4notypisierung der Patient:innen<\/h2><\/div>
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<\/span><\/div>Ausblick 2024\/2025<\/h2><\/div>
![\"c-med\u00b0](\"https:\/\/www.cosinuss.com\/wp-content\/uploads\/2022\/08\/CMED-Waage-LRC-Web-092.jpg\" "\\"CMED-Waage-LRC-Web-092\\"")
<\/span><\/div>Aktualisierung (Februar 2025): Validierung des Prototyps<\/h2><\/div>
UNISONO-Website<\/h4><\/div>