Konzeption, Entwicklung und Evaluation eines interoperablen Telemonitoringsystems für Patienten mit Morbus Parkinson

Abstract

Eine kontinuierliche, objektive Erfassung der Symptome von Parkinsonpatienten ist relevant für eine gute Einstellung der Medikation. Daher soll im Rahmen dieser Arbeit ein Telemonitoringsystem konzeptioniert und prototypisch realisiert werden, mit dem die motorischen Symptome in häuslicher Umgebung erfasst, ausgewertet und dem Arzt zur Entscheidungsunterstützung zur Verfügung gestellt werden können. Dabei wird der Fokus auf zwei Alleinstellungsmerkmale des Systems gesetzt: 1) das Erreichen von Interoperabilität und 2) die Visualisierung der Daten als animierter 3D-Avatar. In einer Evaluation soll die Eignung des Systems zur Beurteilung der Erkrankungsschwere über Kennzahlen sowie anhand des 3D-Avatars geprüft werden.

In einem Systematic Review wurde der Aufbau sowie die Systemkomponenten bestehender Systeme für Parkinsonpatienten analysiert. Aus den Ergebnissen des Reviews sowie einer Nutzungskontextanalyse mit Parkinsonpatienten und Neurologen wurden Anforderungen für das Telemonitoringsystem abgeleitet. Die Kernanforderungen wurden unter Berücksichtigung medizinischer Kommunikationsstandards in einem Systemkonzept umgesetzt.

Für die Evaluation wurden mit dem Prototypen 210 Datensätze mit Parkinsonpatienten sowie einer Kontrollgruppe bei Durchführung der Pronation-Supinationsbewegung aus dem Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS) erhoben. Es wurden Algorithmen für die Berechnung von Kennzahlen entwickelt, deren Eignung für die Einstufung der Erkrankungsschwere nach den Kriterien des UPDRS statistisch ausgewertet wurde. Der entwickelte 3D-Avatar wurde sechs Neurologen zur Beurteilung im Vergleich zu Videoaufzeichnungen für n=15 Probanden vorgelegt.

Es wurde ein prototypisches Telemonitoringsystem mit verschiedenen Systemkomponenten sowie Algorithmen zur Datenanalyse entwickelt. Das System erfüllt erste funktionale Anforderungen und kann Bewegungsdaten aufzeichnen, verarbeiten, persistent speichern und für Patienten und Neurologen anzeigen. Bei der Implementierung der Schnittstellen wurden die von der Personal Connected Health Alliance empfohlenen Kommunikationsstandards berücksichtigt.

Von den für die Evaluation berechneten Kennwerten zeigen acht Kennwerte signifikante Unterschiede zwischen den Stufen des UPDRS sowie signifikant monotone Korrelationen mit den Stufen des UPDRS. Die Evaluation des Avatars zeigt, dass Probanden anhand des Avatars geringfügig, aber statistisch signifikant als stärker eingeschränkt bewertet werden als anhand der Videoaufzeichnungen. Die Interrater-Reliabilität bei der Beurteilung des Avatars ist hoher als die der Videoaufzeichnungen. Die für die Anforderungserhebung verwendeten Methoden waren geeignet, um eine Anforderungsliste zu erstellen und ein entsprechendes Systemkonzept auszuarbeiten. Der Systemprototyp erfüllt alle funktionalen Anforderungen für ein Remotemonitoring der Bewegungen in häuslicher Umgebung. Um eine hohe Akzeptanz bei den Nutzern zu erreichen, müssen weitere nicht-funktionale Anforderungen sowie die gesetzlichen Vorgaben erfüllt werden. Nach Fertigung zuverlässiger, sicherer Hardware und einfach bedienbarer Software muss die Wirksamkeit des Systems in einer Studien in häuslicher Umgebung geprüft werden.

Durch die Anpassungen der Kommunikationsstandards konnte nur ein gewisser Grad an Interoperabilität erreicht werden. Die für Telemonitoringsysteme empfohlenen Kommunikationsstandards sind bisher nicht für die Übertragung kontinuierlicher Bewegungsdaten ausgelegt. Da die Empfehlungen der Personal Connected Health Alliance internationale Anwendung finden und Bewegungssensoren in vielen Szenarien einsetzbar sind, sollten die Empfehlungen um kontinuierliches Bewegungsmonitoring erweitert werden.

Die Evaluation hat gezeigt, dass die berechneten Kennzahlen in Kombination für eine Einstufung der Erkrankungsschwere der Pronation-Supinationsbewegung geeignet sind. Der 3D-Avatar kann dem Arzt einen visuellen Eindruck vermitteln und ist zur Beurteilung der untersuchten Bewegungsübung geeignet. Eine Evaluation der Sensordaten und des Avatars mit weiteren Bewegungsübungen ist notwendig.