Gesundheits-App als Fitness-Coach für Familien

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 21.11.2019

Interaktive Software bietet Tipps und Ansporn per Smartphone – Eltern und Kinder motivieren sich gemeinsam zu mehr Bewegung und gesünderer Ernährung

Die Familie prägt die eigenen Ess- und Bewegungsgewohnheiten. Dieser Aspekt spielt eine wesentliche Rolle im Projekt SmartFamily zur digital unterstützten Gesundheitsförderung. Sportwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben gemeinsam mit Experten aus Psychologie, Ernährungswissenschaft und Informatik eine mobile App mit integriertem Gesundheitstrainer erarbeitet. Die Weiterentwicklung der App fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 350.000 Euro.

Mehr Obst und Gemüse essen, öfter mal das Fahrrad nehmen, statt sich ins Auto zu setzen – gemeinsam lassen sich solche Vorsätze leichter verwirklichen. Deshalb setzt das Projekt SmartFamily auf den Teamgeist: Eltern und Kinder stecken sich miteinander Ziele für mehr Bewegung und gesündere Mahlzeiten. In der App legt die Familie fest, was sie gemeinsam innerhalb einer Woche erreichen will. Die Koppelung der Handy-App mit einem Bewegungssensor ermöglicht es, jederzeit Rückmeldungen über die eigenen und familiären Beiträge zum Erreichen des Wochenziels zu erhalten. Der eigene Beitrag bleibt dabei für die anderen unsichtbar.

„Die App bewirkt, dass die Familienmitglieder sich mehr bewegen und gesünder essen, darauf weisen erste Ergebnisse unserer Untersuchung deutlich hin“, sagt Janis Fiedler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) des KIT. Dort forscht er am Lehrstuhl für Sozial- und Gesundheitswissenschaften von Professor Alexander Woll. 60 Familien hatten in der ersten, mehrjährigen Phase der Studie zur Wirksamkeit der App teilgenommen; ihre Daten werden derzeit ausgewertet.

Bewegungscoach motiviert und informiert

Künftig soll die auf sportwissenschaftlichen Fakten und psychologischen Erkenntnissen basierende App interaktiv und optisch ansprechender werden. Davon versprechen sich die Wissenschaftler eine noch bessere Wirksamkeit der App, die zuvor auf Basiselemente beschränkt war. Jetzt versorgt ein Bewegungscoach in Gestalt einer animierten Figur die App-Nutzerinnen und -Nutzer auf Wunsch bis zu fünf Mal am Tag mit interessanten und mitunter erstaunlichen Fakten rund um die Themen Gesundheit und Ernährung und regt dazu an, sich zu bewegen. Zudem fragt die Figur im Sportdress nach der aktuellen Stimmung, nach der Anzahl der am Tag gegessenen Gemüseportionen, und ob sich die Nutzer wach oder müde fühlen. „Dies hilft uns zu verstehen und erklären, warum jemand sich nicht bewegt und ermöglicht Rückschlüsse auf Zusammenhänge zum Beispiel mit Schlafmangel“, erläutert Sportwissenschaftler Fiedler. Die zweite Phase des Projekts läuft bis 2021 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 350.000 Euro gefördert. Die App soll für Öffentlichkeit und Wissenschaft nach Ende der zweiten Projektphase 2021 kostenlos bereitgestellt werden.

SmartFamily und SmartAct: Forschung zum Gesundheitsverhalten in Familien

Im Fokus der Studie SmartFamily – Mobile familienbasierte Intervention zur Förderung des Aktivitäts- und Ernährungsverhaltens – steht die Motivation der Teilnehmenden. „SmartFamily ist in das Forschungsprojekt SmartAct eingebunden, dessen Ziel es ist, mit Hilfe mobiler Technologien wie Smartphones das Gesundheitsverhalten der Menschen langfristig zu verbessern“, sagt Tobias Eckert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IfSS des KIT. Kooperationspartner des KIT im Verbundprojekt sind die Universität Konstanz und die Universität Mannheim. „Im Zentrum steht die Entwicklung und Erprobung einer Toolbox, die eine unmittelbare Rückmeldung zum Gesundheitsverhalten ermöglicht“, so der Sportwissenschaftler. Die Karlsruher Forscher setzen für ihre Studie einen streichholzschachtelgroßen Sensor ein, den die Teilnehmenden mit einem Klipp in Hüfthöhe zum Beispiel am Gürtel befestigen. Er misst nicht nur die Zahl der Schritte, sondern erkennt auch die Bewegungsintensität, zum Beispiel beim Bergauf-Radeln. Entwickelt wurde der Sensor von dem Unternehmen movisens GmbH, das 2009 als Spin-off des KIT gegründet wurde.

Familien zur Teilnahme an der neuen Studie gesucht

Für die Studie mit ihrer weiterentwickelten App suchen die Wissenschaftler des IfSS wieder interessierte Familien – mindestens ein Elternteil und mindestens ein Schulkind, das noch zu Hause wohnt – aus dem Raum Karlsruhe. Wer teilnimmt, erhält eine wissenschaftliche Auswertung seiner sportlichen Aktivität und individuelle Empfehlungen von den Experten. (afr)

Externer Link: www.kit.edu

Zum Schutz der schwächsten Verkehrsteilnehmer – Sicheres Automatisiertes Fahren mit Künstlicher Intelligenz

Pressemitteilung der TH Ingolstadt vom 11.10.2019

Forschungs- und Testzentrum CARISSMA der Technischen Hochschule Ingolstadt stellt aktuelle Projekte zum Fußgängerschutz und die Testanlagen der Zukunft vor

Wer schon einmal scharf bremsen musste, weil ein spielendes Kind plötzlich auf die Straße gelaufen ist, der weiß, welch hohes Risiko eine verzögerte Reaktion bergen kann. Automatisierte Fahrzeuge erkennen gefährliche Situationen schneller und zuverlässiger als der Fahrer und reagieren rechtzeitig durch Bremsen oder Lenken. Das Forschungs- und Testzentrum CARISSMA der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) arbeitet daran, mithilfe Künstlicher Intelligenz kritische Verkehrssituationen zu erkennen und geeignete Maßnahmen einzuleiten.

Schutz von Fußgängern: Vorausschauende Gefahrenerkennung (Pre-Crash)

Eine besondere Berücksichtigung erfährt in der Forschung von CARISSMA der Schutz der Schwächsten, die sogenannten ungeschützten Verkehrsteilnehmer (Vulnerable Road User, VRU). So ermitteln die Wissenschaftler mit Einsatz von Künstlicher Intelligenz die Bewegungsintentionen von Fußgängern, damit automatisierte Fahrzeuge in kritischen Situationen schnell reagieren können. Damit sollen Unfälle vermieden oder die Unfallfolgen für die Beteiligten minimiert werden.

Mit eigens entwickelten Fußgänger-Dummys testen die Wissenschaftler kritische Verkehrssituationen unter reproduzierbaren Bedingungen. Dadurch kann Künstliche Intelligenz wiederum trainiert werden. Das realitätsgetreue Verhalten eines Dummys hinsichtlich Bewegung und sensoriellen Reflexionsverhaltens ist für die korrekte Interpretation kritischer Situationen und der Bewegungsprädiktion von elementarer Bedeutung. So entwickelten die Wissenschaftler in CARISSMA eine Dummy-Familie mit künstlichen Muskeln, die vollständig auf den Einsatz von metallischen Komponenten verzichtet und damit im Hinblick auf das Radar-Reflexionsverhalten dem eines echten Menschen entspricht.

Bei dem neu entwickelten Kinder-Dummy steht die Implementierung des realen kindlichen Bewegungsverhaltens im Vordergrund. Für den analog zum Erwachsenen-Dummy aufgebauten Kinder-Dummy analysierten und adaptierten sie das Bewegungsverhalten von Kindern: Mit speziellen Bewegungserfassungs-Sensoren (Engl.: Motion Capture Sensors), die während des Gehens an den Körpern der Kinder angebracht wurden, untersuchten sie das Bewegungsverhalten und schufen so eine Referenz für den Kinder-Dummy. So konnten sie ein kinderähnliches Bewegungsverhalten auf den Dummy übertragen. Der Kinder-Dummy erlaubt das Verhalten der Kinder in kritischen Situationen nachzustellen und für die Sicherheitssysteme berechenbar zu machen. So tragen intelligente Fahrzeuge dazu bei, dass sich Kinder im zukünftigen Straßenverkehr sicher bewegen – für uns alle ein gutes Gefühl.

Testverfahren mit authentischen Witterungsbedingungen

Ein besonderes Anliegen von CARISSMA ist es, dass diese Schutzsysteme zuverlässig und möglichst schnell in allen Fahrzeugen verfügbar sind und so viele Leben retten. Hierfür werden in der CARISSMA-Indoor-Versuchshalle für automatisierte Fahrversuche (100 m x 30 m) auf dem Campus der THI einzigartige Versuchsbedingungen geschaffen, die kritischen Situationen in der Realität sehr nahekommen. So wurde von den Wissenschaftlern eine Wetteranlage entwickelt, die es ermöglicht, realitätsgetreuen Nebel und Regen zu erzeugen und damit reproduzierbare Sensor- und Systemtests durchführen zu können – auch in Kombination mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Dazu haben die Forscher in der Natur vorkommenden Nebel und Regen vermessen und mit den exakt gleichen Charakteristika (Tröpfchengröße, -dichte, -verteilung etc.) nachgebildet. So können bei den Indoor-Fahrversuchen mit Fußgängern authentische Witterungsbedingungen beliebig oft nachgestellt werden.

Einsatz Künstlicher Intelligenz in sicherheitskritischen Anwendungen

Ebenso wie der Mensch lernen automatisierte Fahrzeuge und Testsysteme, mit Hilfe künstlicher Intelligenz kritische Situationen zu erkennen und unfallvermeidende Maßnahmen einzuleiten. CARISSMA forscht gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum für Künstliche Intelligenz AININ mit Sitz an der THI an neuartigen Algorithmen und Methoden für die effiziente Implementierung und Nachvollziehbarkeit selbstlernender Systeme. Der Entwurf und die Validierung von sicheren maschinellen Lernverfahren sind eine Voraussetzung für den Einsatz Künstlicher Intelligenz in sicherheitskritischen Anwendungen, wie dem autonomen Fahren.

Externer Link: www.thi.de

Elektronisches Stethoskop für das Smartphone punktet im Gründerwettbewerb

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 11.10.2019

Ein elektronisches Stethoskops für das Smartphone hat das Gründerteam Sanascope im Starterzentrum der Universität des Saarlandes entwickelt. Mit Hilfe einer Analyse-App kann es Herz- und Lungentöne klassifizieren und krankhafte Töne erkennen, um auch ohne medizinisches Wissen schwerwiegende Krankheiten frühzeitig zu erkennen. Es soll älteren Menschen, Kranken und Pflegebedürftigen mehr Sicherheit geben und auch Arztpraxen, Kliniken und Pflegeheimen als kostengünstige Lösung dienen. Mit dieser Innovation setzte sich das Gründerteam bei dem Luxemburger Pitch „Fit 4 Start“ gegen 291 internationale Start-ups durch und erhält jetzt ein mehrmonatiges Coaching und 50.000 Euro Preisgeld.

„Sicherheit durch Früherkennung“ lautet der Leitgedanke des Gründerteams, das Menschen über fünfzig, Pflegebedürftigen sowie Familien mit Kindern Hilfe bieten will. „Weltweit verfügen Patienten über zu wenige Hilfsmittel, um ihren eigenen Gesundheitszustand genau einschätzen und entscheiden zu können, ob und wann ein Arztbesuch für sie angebracht ist“, sagt Lukas Weick, der an der Universität des Saarlandes Medizin studiert hat und einer der Gründer von Sanascope ist. Mit schwerwiegenden Folgen würden deshalb Krankheiten wie Lungenentzündungen und Vorhofflimmern häufig zu spät erkannt. Der Gründer weiß, wovon er redet, verschaffte er sich doch bereits während seines Medizinstudiums durch Praktika in Deutschland, der Schweiz, Kenia, dem Libanon und Chile einen Einblick in die spezifischen Bedingungen der Gesundheitssysteme weltweit.

Elektronisches Stethoskop für den Hausgebrauch

Das elektronische Stethoskop Sanascope kann, gekoppelt an ein Smartphone mit einer Analyse-App, Herz- und Lungentöne bestimmen und krankhafte Töne erkennen. Dem Nutzer wird über die App genau anzeigt, wo das Stethoskop positioniert werden muss, um die Herz- und Lungentöne korrekt zu erfassen. Mittels eines neuronalen Netzes werden diese anschließend analysiert. Falls dabei Anzeichen einer Krankheit zu erkennen sind, rät die App dem Nutzer zu einem Arztbesuch. Insbesondere die ländliche medizinische Versorgung könnte so entscheidend verbessert werden, betonen die Mitglieder des Gründer-Teams. Dieses besteht aus zwei Medizinern, vier Informatikern, einem Betriebswirt, einem Designer und einem Produktmanager. Im April dieses Jahres haben sie mit ihrer Gründungsidee bereits die Jury des Bundesprogrammes EXIST überzeugt, so dass deren Umsetzung durch ein EXIST-Gründerstipendium finanziell unterstützt wird und sie von einem Coaching der Kontaktstelle für Wissens- und Technologietransfer der Saar-Universität (KWT) profitieren.

Der entscheidende Durchbruch gelang dem jungen Team jetzt beim Luxemburger Pitch „Fit 4 Start“, bei dem sie zu den 20 Siegerfirmen gehörten, die aus 291 internationalen Start-ups ausgewählt wurden. Deren Markteintritt wird nun durch das luxemburgische Wirtschaftsministerium mit einem 16-wöchigen Coaching sowie 50.000 Euro unterstützt. Zuvor hatte das Sanascope-Team auf einschlägigen Pitch-Veranstaltungen wie der Pitch-Competition „SWSaar meets SWLuxembourg“ auf sich aufmerksam gemacht, wo sich das Gründer-Team neben Platz drei auch den Crowd’s Favorite Award sichern konnte. Überzeugt hatte die kostengünstige Innovation zudem beim Healthcare Hackathon „Gesundheit neu denken“ in Berlin.

Externer Link: www.uni-saarland.de

Herz aus dem Computer unterstützt Mediziner

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 24.09.2019

Personalisierte Computermodelle des Herzens bereiten den Weg zu maßgeschneiderten Therapien – Risiko für Herzrhythmusstörungen wie Vorhofflattern lässt sich nun individuell abschätzen

Digitale Simulationen von menschlichen Organen ermöglichen, die Entstehung von Krankheiten zu erforschen und Therapien für Patienten maßzuschneidern. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln Forscher realitätsnahe Computermodelle des Herzens auf mehreren Ebenen: vom Ionenkanal über Zellen und Gewebe bis zum ganzen Organ. Sie simulieren grundlegende physiologische und pathologische Prozesse, entwickeln aber auch personalisierte Modelle, um das Risiko von Herzrhythmusstörungen, beispielsweise Vorhofflattern, und die Wirkung von Therapien individuell abzuschätzen, wie sie in einem Fachmagazin berichten.

Wie hoch das Risiko eines Patienten ist, atypisches Vorhofflattern zu entwickeln, ließ sich bisher nicht zuverlässig untersuchen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie, der Medizinischen Klinik IV des Städtischen Klinikums Karlsruhe sowie der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg und des Universitäts-Herzzentrums Freiburg – Bad Krozingen haben nun eine Methode entwickelt, das Risiko für Vorhofflattern individuell abzuschätzen: Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Frontiers in Physiology berichten, ermöglichen personalisierte Computermodelle, sämtliche Pfade zu identifizieren, entlang derer die atypischen, kreisende elektrischen Erregungen auftreten können. „Unsere Modelle beziehen anatomische, elektrophysiologische und pharmakologische Kriterien ein“, erklärt Dr. Axel Loewe, Leiter der Arbeitsgruppe Herzmodellierung am Institut für Biomedizinische Technik des KIT. Auch die Wirkung von Therapien wie Katheterablation oder Medikamenten lässt sich so vorab individuell einschätzen.

Die Arbeit demonstriert die Vorteile mathematisch simulierter Organe für die Medizin: „Computermodelle bieten eine perfekt kontrollierbare Umgebung für Experimente“, erklärt Loewe. „So lassen sich einzelne Änderungen simulieren und ihre Folgen für das Gesamtsystem berechnen.“ Die Modelle ergänzen klassische Methoden wie Zell- und Tierexperimente und ermöglichen, neue Therapien ohne Risiko für den Menschen zu testen.

Loewe simulierte bereits in seiner Dissertation die Ursachen von Vorhofflimmern mit dem Computer. Die von Loewe geleitete Arbeitsgruppe Herzmodellierung des KIT entwickelt wirklichkeitsnahe Modelle des Herzens auf allen Ebenen vom Ionenkanal über Zellen und Gewebe bis zum kompletten Organ. So können sie simulieren, wie eine elektrische Erregung entsteht, sich über die Vorhöfe und das gesamte Herz ausbreitet und – bei einem gesund schlagenden Herzen – erlischt oder aber – im Fall bestimmter Herzrhythmusstörungen – sich dauerhaft selbst erhält.

Neben der Simulation solch grundlegender physiologischer und pathologischer Prozesse befasst sich die Arbeitsgruppe auch mit personalisierten Modellen, um das Risiko von Erkrankungen und die Wirkung von Behandlungen individuell zu bestimmen. Um die persönliche Anatomie, wie Größe und Form der Vorhöfe, eines Patienten zu erfassen, nutzen die Forscher bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomografie. Bei der Einbeziehung der per Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichneten elektrischen Aktivität des Herzens arbeitet die Gruppe eng mit der ebenfalls am Institut für Biomedizinische Technik des KIT angesiedelten Arbeitsgruppe Bioelektrische Signale unter Leitung von Professor Olaf Dössel zusammen. Die Arbeiten, die sich zwischen Ingenieurwissenschaften, Informatik, Naturwissenschaften und Medizin bewegen, bereiten den Weg zu maßgeschneiderten Therapien.

Beim Vorhofflattern handelt es sich um eine Herzrhythmusstörung, bei der ungewöhnlich schnelle elektrische Erregungsmuster die Vorhöfe zu raschen Kontraktionen veranlassen. Anders als beim häufigeren Vorhofflimmern verläuft die elektrische Erregung beim Vorhofflattern koordiniert. Aber wie das Vorhofflimmern führt das Vorhofflattern zu Herzrasen, Atemnot und Schwäche; auch ist das Schlaganfallrisiko erhöht. Eine typische Behandlung des Flimmerns ist die Ablation, das heißt eine kathetergestützte Verödung krankhafter elektrischer Erregungsherde im Herzmuskelgewebe. Häufig entwickeln Patienten nach der Behandlung jedoch ein sogenanntes atypisches Vorhofflattern, bei dem eine kreisende Erregung sowohl im linken als auch im rechten Vorhof auftreten kann. (or)

Originalpublikation:
Axel Loewe, Emanuel Poremba, Tobias Oesterlein, Armin Luik, Claus Schmitt, Gunnar Seemann and Olaf Dössel: Patient-Specific Identification of Atrial Flutter Vulnerability – A Computational Approach to Reveal Latent Reentry Pathways. Frontiers in Physiology, 2019. DOI: 10.3389/fphys.2018.01910

Externer Link: www.kit.edu

Digitalisierung der Bauindustrie: Schweizer Unternehmen vermarktet Prüfsoftware

Pressemitteilung der Universität Kassel vom 04.09.2019

Eine Softwareentwicklung von Wissenschaftlern der Universität Kassel wird jetzt vom Schweizer Unternehmen Proceq SA für digitale Anwendungen weiterentwickelt und vermarktet. Proceq gilt als eines der führenden Technologieunternehmen im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung. Mit der Software InterSAFT können Ultraschallmessungen in hochauflösende Grafiken umgewandelt und ausgewertet werden.

„Dass Proceq und Tectus Dreamlab unsere Software in Zukunft weltweit Prüfingenieuren in der Qualitätsabnahme und Anlagenwartung zur Verfügung stellt, ist ein wunderbares Beispiel für gelungenen Technologietransfer“, erläutert Prof. Dr. Bernd Witzigmann, Fachgebietsleiter Computational Electronics and Photonics an der Universität Kassel, dessen Arbeitsgruppe die Software entwickelt hat. InterSAFT ist ein Softwarepaket, das hochauflösende grafische Darstellungen und Analysen aus Ultraschall-Messdaten generieren kann, wie sie in der zerstörungsfreien Prüfung von Anlagen und Bauwerken anfallen. Unter Wissenschaftlern und Spezialisten genießt InterSAFT bereits jetzt große Anerkennung.

Proceq und die Tectus Group stellen die Kasseler Technologie nun ihren Kunden weltweit zur Verfügung und entwickeln sie innerhalb der digitalen Asset Management Plattform „Eagle“ weiter, teilt die Firma mit. „Wir haben ein Unternehmen als Partner gefunden, das das technologische Know-How und die Marketingexpertise hat, InterSAFT für die Zukunft aufzustellen und zu erweitern und in den internationalen Markt einzuführen. Damit wird es möglich, wissenschaftliche Spitzenforschung, die von meinem Vorgänger Prof. Dr. em. Karl-Jörg Langenberg initiiert wurde, zur Anwendung und Weiterentwicklung zu führen und damit vielen neuen Nutzern zugänglich zu machen“, sagt Prof. Witzigmann.

Dr. Ralph Mennicke, CEO von Proceq SA ergänzt: „Mit InterSAFT haben wir eine Softwareentwicklung akquiriert, die für alle Anwender von Ultraschall-Prüfverfahren in Zukunft äußerst nützlich sein wird. Wir verhelfen damit Spitzen-Technologie aus der Universität zum Durchbruch und zu einer langfristigen Zukunft, um Anwender weltweit produktiver, präziser und zukünftig auch komplett digital arbeiten zu lassen. Die Akquisition dieser wichtigen Software ist ein sehr gutes Beispiel, wie wir unsere Firmenstrategie nachhaltig umsetzen.“

Marcel Poster, Proceq Executive Chairman und CEO der Tectus Group, ergänzt: „Wir investieren hier in unsere Vorstellungen einer ganzheitlichen Bauwerksinspektion, die intelligente Softwarelösungen und umfassende Sensortechnologie verbindet. Ich freue mich, dass wir die wissenschaftlichen Ergebnisse der Universität Kassel zukünftig umfassend nutzen können.“

Externer Link: www.uni-kassel.de