Einleitung
Im Rahmen einer Diplomabschlussarbeit an der TU Dortmund wurde in Kooperation mit den Schüchtermann-Schiller’schen Kliniken (SSK) das „Kinect observed Ambient Assisted Living Application“-System (KoAALA) entworfen und entwickelt. Die Idee und Interesse an medizinischen Assistentzsystemen, kurz AAL-Systemen, entstand während einer Projektgruppe im Studium der Informatik an der TU Dortmund, welche durch die SSK betreut wurde. Durch die erfolgreiche und angenehme Zusammenarbeit wurde nach dieser Projektgruppe das Interesse an einem Telemedizin-Portal zur Durchführung eines home-based Trainings zur Unterstützung der kardiologischen Sekundärprävention bekundet. Hierzu haben wir –Henning Brümmer und Egor Kudrjaschow- das KoAALA-System entworfen.
Herausforderung
Laut einer Studie aus dem Jahr 2011 waren 40,2 % aller Todesfälle in Deutschland auf CVD zurückzuführen. Zusätzlich verursachen CVD jährlich rund 35 Millionen Euro Behandlungskosten, was ca. 15% der gesamten Krankheitskosten in Deutschland entspricht. Diese Entwicklung macht deutlich, wie wichtig die kardiologische Sekundärprävention bei bestehenden koronaren Herzkrankheiten ist.
Laut vergleichbarer Studien entstehen 90% der Erkrankungen durch Risikofaktoren wie Fehl- und/oder Überernährung, Rauchen, Bewegungsmangel und Stress. Die körperliche Inaktivität ist eines der größten Probleme in der heutigen Gesellschaft. Diese körperliche Inaktivität ist der am einfachsten und wichtigsten zu modifizierende Faktor.
Ziele
Das Ziel ist es, durch trainingsbasierte Maßnahmen den Verlauf und die Prognose der Erkrankung günstig zu beeinflussen. Dabei können Computersysteme zur Überwachung und Unterstützung bei der Ausübung eines solchen Trainings eingesetzt werden. Durch Geräte und Sensoren können unterstützende und überwachende Systeme entwickelt werden. Diese Geräte ermöglichen es, ein risikofreies und sportmedizinisch optimales Training durchzuführen.
Der Vorteil liegt vor allem in der Planung, Steuerung und Durchführung eines Trainings. Eine automatisierte Analyse zur Echtzeit sowie eine Nachanalyse des Trainingsablaufes durch medizinisches Fachpersonal geben Aufschluss über Bewegungsabläufe und physische Leistungen des Patienten.
Umsetzung
Für das geplante System wurde eine Webpräsenz, eine PC-Anwendung für das medizinische Fachpersonal zur Verwaltung bestehender und neuer Übungen, eine weitere PC-Anwendung für den Patienten sowie eine Serverkomponente entworfen. Das Gesamtsystem kommt in zwei unterschiedlichen Umgebungen zum Einsatz: stationär in einem Krankenhaus und beim Patienten zu Hause.
Das System setzt sich aus den im Folgenden beschriebenen Komponenten zusammen:
Telemedizin-Portal
Diese Webpräsenz dient dem Patienten als Informationsquelle, virtuelle Beratungsplattform sowie der eigenen Trainingsverwaltung. Zusätzlich wird das Web-Portal vom Fachpersonal zur medizinischen Betreuung über die einzelnen Patienten genutzt. Eine der wichtigsten Funktionen des Telemedizin-Portals ist das Ausfüllen des medizinischen Fragebogens, da anhand der eingegebenen Daten der individuelle Trainingsplan automatisch erstellt wird. Durch diese Daten erfolgt dann die Entscheidung, in welcher Belastungsgruppe der Patient am besten aufgehoben ist, und welche Übungen in seinen Trainingsplan aufgenommen werden.
Traineranwendung
Die Traineranwendung wird stationär in der Klinik vom medizinischen Fachpersonal bedient. Diese Komponente bietet den Fachkräften eine einfache Möglichkeit, Übungen zu erstellen. Hierzu werden neben einer textuellen Beschreibung und dem Video einer durchzuführenden Übung zusätzlich Bewegungsabläufe abgespeichert, die bei der Bewegungsanalyse zum Vergleich benötigt werden.
Patientenanwendung
Die Patientenanwendung kann stationär in einer Klinik oder beim Patienten zuhause genutzt werden. Diese Komponente ist Bestandteil der Trainingsdurchführung und der Überwachung von Vitalwerten und Bewegungsabläufen. Um die Patientenanwendung zu realisieren, wurde eine gestengesteuerte Anwendung entwickelt, wodurch der Patient mittels Handbewegungen sich durch die Anwendung navigieren kann. Im Training werden dem Patienten Übungsinformationen sowie ein Übungsvideo der Durchführung angezeigt. Der automatisierte Überwachungsprozess kontrolliert während des gesamten Trainings die Bewegungsabläufe sowie die Vitalparameter des Patienten. Die somit gewonnenen Trainingsdaten werden dem Patienten nach dem Training dargestellt und dem behandelnden medizinischen Fachpersonal zur Verfügung gestellt.
Sensoren
Für die Realisierung des AAL-System wurden zwei Sensoren benötigt. Zum Einsatz kommen:
- die Kinect Kamera für die Bewegungserkennung und deren Analyse
- der Brustgurt BioHarness zur Aufzeichnung und Anzeige der Vitalparameter eines Patienten im Training
Fazit
Es ist uns gelungen, ein Software-System zu entwerfen und zu entwickeln, welches zur Unterstützung der Primär- und Sekundärprävention von kardiovaskulären Erkrankungen dienen kann. Durch die Realisierung des KoAALA-Systems ist ein verteiltes System zur Verwaltung, Betreuung und Überwachung von Trainingsabläufen geschaffen worden.
Das Ergebnis der Evaluierung ergab, dass der Großteil der Probanden diese Anwendung als eine sinnvolle Unterstützung im Bereich der Prävention ansieht. Hauptaugenmerk bei der Befragung der Probanden lag auf dem Motivationsfaktor. Bei diesem Faktor waren sich alle Probanden einig, dass ein solches System einen langfristigen und regelmäßigen Trainingsablauf unterstützt und sich somit motivationssteigernd auswirken kann.
Henning Brümmer und Egor Kudrjaschow