Detektion von Aspiration mithilfe ohrnaher Sensorik
Andreas Radeloff
Tanja Schultz
Schluckstörungen sind in der alternden Bevölkerung häufig und haben oftmals schwerwiegende Folgen. Wenn dabei Teile der aufgenommenen Nahrung oder Speichel in die Luftröhre gelangen, spricht man von Aspiration. Sie ist eine häufige Ursache von wiederkehrenden Pneumonien, die potentiell lebensbedrohlich sind. Gesunde Menschen nehmen eine Aspiration wahr und bilden einen kräftigen Hustenreiz aus, der zum Ausstoß des Aspirats aus den Luftwegen führt. Im Alter oder im herabgesetzten Allgemeinzustand ist die Sensibilität für eine Aspiration und deren Wahrnehmung häufig eingeschränkt. Gelegentlich fehlt der Hustenreflex ganz. Betroffene Menschen können aktiv zur Reinigung der Stimmritze (z.B. durch Räuspern) aufgefordert werden, um einer Aspirationspneumonie vorzubeugen. Hierzu müssen Aspirationen – im besten Fall vor einer ersten Pneumonie – zuverlässig identifiziert werden.
Die Detektion soll im hier vorgeschlagenen Projekt erstmalig automatisch erfolgen. Dazu sollen anhand ohrnaher Sensorik hochdimensionale Biosignale (Schultz et al., 2013) mit Hilfe von Mikrofonen der Hörgeräte und Elektromyographie (EMG) mittels cEEGrid (Kaumuskeln) und Einzelelektroden am Hals (Schlundmuskeln) erprobt und evaluiert werden. In einem nachfolgenden Schritt wird durch Dimensionsreduktion die Mindestzahl an für die Detektion notwendigen Signalen ermittelt (Weiner et al., 2019). Hierzu werden mono-modale und multimodale Modelle durch Maschinelles Lernen entwickelt, die auf Basis einer akustischen Szenenanalyse sowie der Aktivität der Schlund- und Kaumuskulatur die typischen Muster der Nahrungsaufnahme identifizieren. Der Ansatz basiert auf der Annahme, dass bei der Nahrungsaufnahme und Aspiration charakteristische Geräusche für das Kauen aus dem gehörgangsnahen Kiefergelenk und für das Schlucken aus dem Öffnen der eustachischen Röhre entstehen. Darüber hinaus entstehen charakteristische Muskelaktivitäten. Bei einer Aspiration werden in zeitlichem Zusammenhang Veränderungen der Stimme und/oder Husten- und Räusperereignisse erwartet.