A Personal Assistance System for Older Users with Chronic Heart Diseases

The paper describes the program ‘eHealth – Enhancing Mobility with Aging’, an interdisciplinary research project at RWTH Aachen University, which aims at designing adaptive immersive interfaces for personal healthcare systems. The vision of the project is the development of holistic, multi-level, personal assistance system, which enables elderly patients to maintain their mobility and independence despite their chronic diseases (focus on heart related diseases) and advanced age. The main issues addressed within the project are the systematic evaluation and consecutive optimization of the interrelation of medical, environmental, technical, communicative, psychological, and social factors and their consequences for the design, architecture, use and acceptance of personal healthcare systems. 1 Motivation und Vision Das Forschungsprogramm eHealth ist Bestandteil des Human Technology Centre (HumTec), einem neugegründeten Projekthaus an der RWTH Aachen (www.ehealth.rwth-aachen.de), finanziert aus Mitteln der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder. Ziel des Programms ist es, unter Verwendung eines multidisziplinären Modells medizintechnische Assistenzsysteme nutzerzentriert zu entwickeln und in eine altersgerechte, an das spezifische Krankheitsbild angepasste Wohnumgebung zu integrieren. Das Projekt vereint Kompetenzen aus den Disziplinen Architektur, Maschinenbau, Medizin, Informatik, Psychologie und Kommunikationswissenschaft. Im Dezember 2008 hat die eHealth-Gruppe ihre Arbeit aufgenommen und verfolgt einen auf drei Jahre konzipierten Forschungsplan. Untersucht werden primär Patienten mit chronischen Herzkrankheiten. Diese Art der Erkrankung zählt zu den zentralen westlichen Zivilisationserkrankungen, deren Prävalenz durch den demographischen Wandel deutlich zunehmen wird. Sie gehen mit regelmäßigen und langen Krankenhausaufenthalten einher und sind als die häufigste Todesursache in industrialisierten Ländern zu benennen [12]. Die Vision des Projektes ist die Entwicklung eines umfassenden, personalisierbaren Assistenzsystems, welches Patienten mit zunehmendem Alter in die Lage versetzt, ihre Mobilität und Unabhängigkeit auch im hohen Alter und trotz chronischer Erkrankung beizubehalten. Zielsetzung des Projektes ist die systematische Analyse und Optimierung einer technischen Systemlösung, bei der medizinische, technische [12], aber auch kommunikative, psychologische, soziale und architektonische Komponenten gleichermaßen berücksichtigt werden. Die Auswirkungen der einzelnen Bestandteile werden analysiert und miteinander verzahnt, um darauf aufbauend Anforderungen an das Design medizinischer Assistenzsysteme abzuleiten und so die Akzeptanz der Nutzer zu erhöhen [19]. Die Komplexität des Themas erfordert ein Forschungsrationale, das eine spezifische und einzigartige, multidisziplinäre Vorgehensweise beinhaltet, welche sich in iterativen Entwicklungsschleifen vollzieht und sich eines konsequent partizipativen Vorgehens bedient: Nutzer werden in alle Phasen des Entwicklungsprozesses eingebunden. Medizintechnische Anwendungen werden nacheinander implementiert, in eine Wohnumgebung integriert und mit Nutzern verschiedenen Alters und unterschiedlichen Erkrankungszuständen bezüglich Benutzbarkeit und Akzeptanz abgestimmt [2, 3, 16, 17, 18]. Das Projekt befindet sich aktuell im ersten Zyklus des iterativen Designprozesses. 2 Integrierte Medizintechnik Aus medizintechnischer Perspektive werden zwei zentrale Forschungsfragen verfolgt: Welche Technologien sind für die Vitalparameteraufzeichnung bei Herzpatienten im häuslichen Umfeld anwendbar? Wie können diese Technologien in die Wohnumgebung integriert werden, um sowohl den Therapieerfolg als auch Akzeptanz durch den Nutzer sowie optimale Ergonomie des Systems zu gewährleisten? Im Fokus steht die Entwicklung eines flexiblen, in das häusliche Umfeld integrierten Therapieunterstützungssystems für Menschen in sehr unterschiedlichen Gesundheitsund Lebensbedingungen. In der ersten Phase ist das Projekt auf Patienten mit chronischen Herzkrankheiten ausgerichtet. Berücksichtigt wird das gesamte Spektrum an Herzkrankheiten, angefangen bei Patienten mit leichten Herzkrankheiten (z.B. beginnender koronarer, ischämischer oder hypertensischer Herzkrankheit, Herzinsuffizienz) bis hin zu High-Urgency-Transplantationspatienten, die mit mechanischen Herzunterstützungssystemen (VAD) oder auch totalen Kunstherzen (TAH) ausgestattet sind. Abbildung 1 zeigt das am HelmholtzInstitut Aachen entwickelte Kunstherz „ReinHeart“ [11]. Bild 1 Kunstherz „Reinheart“ Obwohl das im eHealth-Programm entwickelte Assistenzsystem auf Herzpatienten ausgerichtet ist, kann es auf ein viel größeres Patientenspektrum angewendet werden. Eine breite Verwendung könnte zum Beispiel die Präventionstherapie für ältere Menschen im Allgemeinen sein. 2.1 Systemkomponenten Das technische System besteht aus drei wesentlichen Komponenten: einem sensorischen, einem softwarearchitektonischen (Middleware-Framework) und einem aktorischen Teil. Der sensorische Teil besteht aus verschiedenen Bio-Sensoren, die Vitaldaten des Patienten aufzeichnen. Die Middleware-Komponente führt die verschiedenen Datenströme zusammen und analysiert sie auf einer zentralen Rechnereinheit. Der aktorische Teil könnte dem Patienten auf Basis dieser Daten beispielsweise therapeutische Anweisung geben oder, im Fall von Patienten mit Herzunterstützungssystemen, die Optimierung der Leistungseinstellungen dieser Geräte übernehmen (angepasst an die aktuellen Vitalbedingungen). Unsere Feldstudien an führenden Herzzentren, wie dem Herzund Diabeteszentrum in Bad Oeynhausen und der Universitätsklinik in Löwen (Belgien) haben gezeigt, dass die Überwachung von nur vier prominenten Vitalparametern (Blutdruck, Blutgerinnungswert, Körpergewicht, Körpertemperatur) ausreicht, um das gesamte avisierte Patientenspektrum zu unterstützen. Sie liefern einen adäquaten Überblick über den allgemeinen Gesundheitszustand des Patienten und speziell über seinen HerzKreislaufzustand. Als Voraussetzungen für den Therapieerfolg und die Akzeptanz durch Nutzer sind eine hohe Zuverlässigkeit und eine einfache Handhabung der Vitaldatenüberwachung zu benennen. Um beides zu gewährleisten, werden im eHealth-Labor verschiedene “State-of-the-Art”-Sensortechnologien evaluiert.