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Forschung

Die AG wearHEALTH befasst sich mit zwei Hauptanwendungsszenarien mobiler Gesundheitssysteme:

Entlang dieser Anwendungsszenarien werden die folgenden Forschungslinien adressiert:

Als integraler Bestandteil der interdisziplinären Forschung werden ethische, legale und soziale Implikationen der entwickelten mobilen Gesundheitssysteme untersucht. Hier stehen die Aspekte Wahrung der Autonomie, Datenschutz & Privatsphäre, Wirksamkeit von Anreizsystemen im Gesundheitskontext, sowie Technologieakzeptanz im Vordergrund. Entsprechende Fragestellungen werden mit den Kooperationspartnern an der Technischen Universität Kaiserslautern, dem Netzwerk der interdisziplinären Kompetenzzentren in Deutschland sowie mit den Forschungspaten der AG bearbeitet.

 


Mobile Systeme zur Unterstützung der Bewegungsanalyse in der Rehabilitation

Im Zentrum steht hier die Entwicklung mobiler Assistenzsysteme auf Basis tragbarer Sensoren, welche Ärzte, Physiotherapeuten und Patienten in der Rehabilitation des Muskel-Skelett-Apparates, insbesondere in der Ganganalyse und Gangschule, unterstützen können. Betrachtete Anwendungsfälle sind die Unterstützung von Gang-Assessments sowie der Durchführung therapeutischer Übungen. Eine Herausforderung besteht in der Entwicklung einer selbstkonfigurierenden, mobilen Bewegungserfassung und –analyse zur Ermittlung relevanter Bewegungsparameter. Eine weitere Herausforderung stellt die Verwendung dieser Technologie für personalisierbare, motivierende Benutzerschnittstellen dar, welche in den verschiedenen Anwendungsfällen nutzerangepasstes Feedback liefern und die Therapietreue unterstützen.

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Eine Stressmanagement App zur Förderung eines gesunden Lebensstils

Im Zentrum steht hier die Unterstützung des Aufbaus und der Aufrechterhaltung gesundheitsbewussten Verhaltens durch eine mobile Applikation zum Stressmanagement. Verhalten bezieht sich hier auf verschiedene stress-relevante Faktoren wie Schlaf, Ernährung, Sport, emotionales Empfinden, sowie die Wahrnehmung von positiven und negativen Ereignissen des Tages. Außerdem sollen verschiedene Techniken zur Stressbewältigung, wie z.B. bewährte Entspannungsverfahren und der Umgang mit den eigenen Gedanken, vermittelt werden, so dass diese später eigenständig angewendet werden können (Psychoedukation). Die Applikation wird zunächst für die Primärprävention entwickelt. Mithilfe längsschnittlicher Feldstudien wird geprüft, ob mit der Applikation chronischer Stress nachweisbar reduziert werden kann. Anschließend wird die Applikation für den begleitenden Einsatz während der Rehabilitation weiterentwickelt. Eine Herausforderung liegt hier in der Gestaltung einer personalisierbaren, motivierenden Benutzerschnittstelle, die nachhaltige Verhaltensänderungen unterstützt.

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Selbstkonfigurierende, mobile Bewegungserfassung und –analyse

Ziele und Vorgehensweisen

Das Ziel dieser Forschungslinie besteht in der Bereitstellung eines Systems auf Basis tragbarer Sensoren (Inertialsensoren), welches relevante kinematische, kinetische und räumlich-zeitliche Bewegungsparameter in Echtzeit objektiv, reliabel und valide erfasst und darauf aufbauend kontext- und nutzerangepasste Analysen bietet. Kontext bezieht sich hier z.B. auf die aktuelle Aktivität des Nutzers, also des Trägers der Sensoren. Gleichzeitig soll das System flexibel einsetzbar, d.h. einstellbar auf verschiedene Körperabschnitte, Parameter oder individuelle Referenzwerte, sowie einfach bedienbar sein. Um die Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen und Fehlerquellen zu reduzieren, liegt ein Schwerpunkt auf der Bereitstellung eines selbstkonfigurierenden Systems, das sich automatisch auf die Körperform und Besonderheiten des Nutzers sowie die Sensorpositionierung relativ zum Körper einstellt. Um dies zu erreichen, werden neue Modelle, Verfahren und Systeme entwickelt, implementiert und evaluiert. Diese nutzen modellbasierte probabilistische Schätzmethoden und Methoden aus der Optimalsteuerung, sowie auch Methoden des maschinellen Lernens.

Interdisziplinäre Arbeit

Entwurf, Implementierung und Evaluation neuer Modelle und Verfahren finden in Kooperation zwischen Mathematik, Informatik, Bewegungswissenschaften und Ingenieurwesen statt. Die Anforderungsanalyse sowie das Design und die Auswertung von Studien werden durch die Psychologie unterstützt. Fragestellungen bzgl. der Extraktion anthropometrischer Informationen aus Kameradaten sowie zum maschinellen Lernen werden in Kooperation mit dem Forschungsbereich Augmented Vision am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) bearbeitet. Forschungsfragen bzgl. der Kopplung von Sensormessungen und Optimalsteuerung werden zusammen mit dem Lehrstuhl für Technische Dynamik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg behandelt. Für biomechanische Fragestellungen kooperiert die AG wearHEALTH mit dem Fachbereich Sportwissenschaft an der Technischen Universität Kaiserslautern sowie mit der Universität Poitiers.

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Personalisierbare, motivierende Benutzerschnittstellen für die mobile Trainingsunterstützung im Rehabilitationsprozess

Ziele und Vorgehensweisen

Das Ziel dieser Forschungslinie ist die iterative und benutzerzentrierte Entwicklung und Validierung interaktiver, mobiler Benutzerschnittstellen für eine personalisierte Trainingsunterstützung im Reha-Prozess. Dazu werden die Benutzerschnittstellen zunächst an die selbstkonfigurierende, mobile Bewegungserfassung und –analyse angebunden. Zur Unterstützung der Motivation und Gewährleistung der Therapietreue wird beispielsweise die Wirkung aktueller Konzepte wie Gamification und Exergames untersucht. Darüber hinaus spielt die Kontrolle der korrekten Übungsausführung durch multi-modales Feedback eine wichtige Rolle bei der Gestaltung. Bei der Entwicklung werden neben internationalen Normen (z.B. DIN EN ISO 9241) auch aktuelle Forschungsergebnisse zur altersgerechten Darstellung berücksichtigt und für das beschriebene Anwendungsgebiet weiterentwickelt. Ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Entwicklungsprozesses ist die kontinuierliche Einbindung der Benutzergruppe. Hierbei werden insbesondere die Aspekte Usability und Technologieakzeptanz evaluiert.

Interdisziplinäre Arbeit

Die Entwicklung der Benutzerschnittstellen erfolgt in enger Abstimmung zwischen den Disziplinen Informatik, Mathematik und Psychologie.  Erstere realisieren die Integration der selbstkonfigurierenden, mobilen Bewegungserfassung und –analyse, während die Psychologie den iterativen Entwicklungsprozess in den Bereichen Studiendesign und Evaluierung unterstützt. Medizinische und anwendungsspezifische Fragestellungen, sowie Evaluationen mit Probanden werden mit den Kooperationspartnern am Westpfalz-Klinikum und am Zentrum für Ambulante Rehabilitation in Kaiserslautern,  sowie mit der Firma Ergo-Fit bearbeitet.

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Personalisierbare, motivierende Benutzerschnittstelle für nachhaltige gesundheitsrelevante Verhaltensänderungen

Ziele und Vorgehensweisen

Das Ziel dieser Forschungslinie besteht in der Entwicklung einer mobilen Applikation, die innerhalb eines definierten Nutzungszeitraums den Aufbau gesundheitsbewussten Verhaltens und das Erlernen effektiver Stressbewältigungsmethoden unterstützt und dadurch nachweisbare Langzeiteffekte erzielt. Um dies zu erreichen, werden effektive Entspannungstechniken mit bewährten Verhaltensänderungstechniken sowie mit Gamification-Elementen zur Steigerung der Nutzerfreude kombiniert. Weiterhin sollen einige Entspannungstechniken durch Biofeedback mit Wearables, z.B. mittels eines tragbaren EEG Systems, unterstützt werden. Die Entwicklung wird durch regelmäßige Umfragen, Interviews, querschnittliche und längsschnittliche Benutzerstudien, sowie experimentelle Studiendesigns begleitet. Hier steht die Überprüfung der Aspekte Usability, User Experience, Technologieakzeptanz und Wirksamkeit im Vordergrund.

Interdisziplinäre Arbeit

Konzept, Implementierung und Evaluation der mobilen Stressmanagement Applikation finden in enger Kooperation zwischen Psychologie und Informatik statt. Die Informatik trägt neben der Implementierung insbesondere zur Entwicklung und Umsetzung der Gamification-Elemente bei. Die Signalverarbeitung bezüglich der Wearables wird außerdem durch die Mathematik unterstützt. Die EEG Forschung findet in Kooperation mit dem Center for Cognitive Science an der Technischen Universität Kaiserslautern statt. Fragestellungen bezüglich dreidimensionaler Avatare werden in Kooperation mit der RODOS AG am Fraunhofer ITWM behandelt.

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