Nylig forsvarte Ståle Toften sin doktorgradsavhandling «A comprehensive review of radar technology for sleep and respiratory monitoring» ved NTNU. Med det legger han bak seg syv års forskning på søvn og pust, og en konklusjon som mange vil oppfatte som oppsiktsvekkende.

– Vi har vist at våre algoritmer i kombinasjon med vår radarbaserte, kontaktløse teknologi egner seg veldig godt til å måle søvn og respirasjon – ikke bare fordi teknologien er kontaktløs og pasientvennlig, men fordi den i mange tilfeller er mer nøyaktig enn wearables*, sier Toften, som til daglig jobber som Chief Technology Officer i Vitalthings.

Bygger på markedsledende kompetanse på radar, søvn og pust 

Da Vitalthings ble etablert i 2017, hadde gründerne allerede jobbet i tre år med ideen om å utvikle en digital søvnmonitor. Ideen bygget på gründernes dype kunnskap om radarteknologi, og hvordan denne teknologien kan registrere og måle menneskelig aktivitet. 

– Vitalthings har gjennom årene utviklet en ledende kompetanse på radarteknologi, og vi jobber dypere inn i denne teknologien enn de fleste andre, sier Toften.

Han begynte i Vitalthings i 2018, som selskapets andre fulltidsansatte. Han har jobbet med søvn og respirasjon i mange år – både som forsker og Chief Technology Officer i Vitalthings. Allerede i 2020 publiserte han forskning på selskapets første kontaktløse søvnmonitor, Somnofy, der han sammenlignet den mot gullstandarden for søvnundersøkelser – polysomnografi (PSG). Artikkelen viste at Somnofy produserte svært presise data på kontaktløs søvnanalyse. Disse dataene viste seg å være mer nøyaktige enn annen kontaktløs teknologi og wearables. Den gangen hadde Vitalthings allerede et samarbeid med et forskningsmiljø ved Universitetet i Bergen rundt søvnmodellen i Somnofy, og Toften fikk ansvar for å lede denne prosessen. 

Spørsmål som Toften har drøftet, er hvor nøyaktige ulike algoritmer for måling av søvn og pust med radarteknologi kan være. Han har også sett på hvilke algoritmer som egner seg best i en klinisk setting.

– Studien i 2020 var viktig av to grunner: For det første viste vi at kontaktløs søvnmonitorering kan være stabil og nøyaktig. For det andre fikk søvnforskerne noe konkret å referere til: dokumentasjon i fagfellevurderte, vitenskapelige tidsskrift, sier Toften.

Fremtidens pasientmonitor for komplekse utfordringer

Guardian M10 tilbyr kontinuerlig og presis monitorering av vitale parametre. Systemet monitorerer pustefrekvens og pustemønster kontaktløst, uten behov for fysiske sensorer.

Du har tatt en litt uvanlig vei til doktorgrad. Kan du forklare forskjellen på PhD og dr. philos?

– De fleste tar en PhD, der du er ansatt og formelt tilknyttet et universitet gjennom hele studieløpet. Jeg har, i motsetning til dette, tatt en dr. philos. Det betyr at mesteparten av forskningen min er gjort gjennom arbeidet i Vitalthings. Når universitetet mener du har publisert nok og solid nok forskning, kan du søke om å få vurdert dette som en doktorgrad. 

Da Toften var ferdig med den første artikkelen, mente en av medforfatterne at dette kunne være starten på en doktorgrad. Medforfatter var Ståle Pallesen, som er professor ved Institutt for samfunnspsykologi ved Universitetet i Bergen, og en av Norges mest anerkjente eksperter på søvn og søvnforstyrrelser. 

Høsten 2024 var Toften førsteforfatter for en studie som viste at pasientmonitoren Vitalthings Guardian M10 har de mest presise målingene av pustefrekvens som er blitt publisert med kontaktløs teknologi. Også her viste det seg at målingene var mer presise enn wearables i tillegg til manuell måling, typisk brukt på vanlige sykehussenger.

 Teknologi i kliniske settinger

I forskningen din bygger du bro mellom teknisk og medisinsk forskning. Utdyp dette.

– Radarbasert kontaktløs monitorering handler i utgangspunktet om signalprosessering, algoritmer og optimalisering av radarteknologi. På den andre siden har du den medisinske forskningen, som er opptatt av fysiologi, kliniske forløp og pasientbehandling. Doktorgraden min ligger i skjæringspunktet mellom disse to: applikasjon av radarteknologi til medisinsk bruk. Jeg prøver å bygge bro – vise hvordan teknologien må tilpasses for å fungere i virkelige kliniske settinger, ikke bare i et perfekt laboratoriemiljø. Et viktig poeng er at du må teste og validere i reelle omgivelser: på pasientrom, på sykehus og hjemme hos folk. Tekniske tidsskrifter er ofte tilfredse med lab-resultater, men for helsevesenet er det helt avgjørende å vite hvordan teknologien fungerer der den faktisk skal brukes, sier Toften. 

Et viktig funn i forskningen din er hvor godt kontaktløs monitorering av pust kan fungere i praksis. Hvordan vurderer du disse resultatene i lys av det som ellers er kjent fra forskningen på wearables?

– Det kan høres litt intuitivt ut at noe som sitter fast på kroppen – som en klokke eller en sensor – burde være mest presist. Men i realiteten er det mer komplisert. Forskjellen ligger i hva vi måler, og hvordan. Kontaktløs radar måler pustefrekvens direkte ved å se på bevegelsene i brystkassen og kroppen. Wearables måler ofte pusten indirekte, via variasjoner i hjertesignaler og blodstrømmer, som igjen påvirkes av respirasjon. Da snakker vi egentlig om to ledd: Først måler du hjertesignalet, og deretter estimeres pustemønsteret ut fra hvordan dette signalet endrer seg med respirasjon. Dette ekstra leddet introduserer mer usikkerhet og svakere kobling til den faktiske pustebevegelsen. Med kontaktløs monitorering ser vi selve pusten, og det gir i de fleste tilfeller mer presise respiratoriske parametere.

I pose og sekk

Toften sier at disse funnene også har vakt en viss oppsikt i kliniske miljøer.

– Mange har nok en oppfatning av at sensorer som er koblet til kroppen må være mer nøyaktig. Men når vi forklarer at vi faktisk måler pusten direkte, og ikke via omvei gjennom hjertesignaler, faller det litt mer på plass. Vi får faktisk i pose og sekk. Kontaktløs monitorering er ikke bare mer behagelig for pasienten, det ser også ut til å være mer nøyaktig enn wearables for pust og søvn.

Toften vil fremover fortsette å forske for å samle mer kunnskap om hvordan radarbasert, kontaktløs monitorering blir enda bedre egnet som medisinsk verktøy – både på sykehus og i hjemmeoppfølging. 

– Vår markedsledende kompetanse på radar, pust og søvn gir oss en unik mulighet til å videreutvikle denne teknologien til nye medisinske områder. Vi har flere forskningsprosjekter i gang allerede, og ser frem til å publisere flere funn i årene som kommer, avslutter Toften.

*klokker, ringer, sensorplaster eller lignende kroppsbåren teknologi