Par­ti­zi­pa­ti­ve Ent­wick­lung einer sen­sor­ge­stütz­ten Trai­nings-App für Men­schen mit Paraplegie

J. Bolz, K. Nickel, L. Bölecke, A. Löscher
Trotz der enormen Bedeutung sportlicher Aktivität für die Rehabilitation von Paraplegikerinnen und Paraplegikern ist die Teilhabe an Sport­angeboten durch diverse Barrieren erschwert. Digitale Sportangebote haben zwar ein großes Potenzial, solche Barrieren zu überwinden, sind jedoch für diese Zielgruppe kaum vorhanden. Die Entwicklung einer sensorgestützten personalisierten Trainings-App für Paraplegikerinnen und Paraplegiker soll zur Lösung dieser Problematik beitragen. Auf der Basis einer Anforderungsanalyse wurden ein Übungskatalog und ein Sensorgurtsystem entwickelt, die in Workshops von der Zielgruppe getestet wurden. Die weiteren Entwicklungsschritte umfassen die Definition von Workouts, die Erstellung der App-Benutzeroberfläche und die Erprobung sensorbasierter Features. Die Überprüfung der Funktionalität des Gesamtsystems ist für Herbst 2022 geplant.

Kör­per­li­che Fit­ness als Vor­aus­set­zung für Selbst­stän­dig­keit und Teilhabe

Wäh­rend gemäß dem drit­ten Teil­ha­be­be­richt der Bun­des­re­gie­rung etwa ein Drit­tel der Men­schen ohne Beein­träch­ti­gung kei­nen Sport treibt, liegt die­ser Anteil bei Men­schen mit einer Beein­träch­ti­gung sogar bei über der Hälf­te 1. Men­schen mit einer Quer­schnitt­läh­mung gehö­ren dabei zu den inak­tivs­ten Grup­pen 2. Jedoch ist regel­mä­ßi­ge kör­per­li­che Akti­vi­tät ins­be­son­de­re für die­se Grup­pe von essen­zi­el­ler gesund­heit­li­cher Bedeu­tung und zählt zu den wich­tigs­ten Maß­nah­men sowohl zur Reha­bi­li­ta­ti­on quer­schnitt­spe­zi­fi­scher Beein­träch­ti­gun­gen als auch zur Prä­ven­ti­on läh­mungs­be­ding­ter Fol­ge­er­kran­kun­gen und Kom­pli­ka­tio­nen 3 4 5. Ein Über­blick über die Wir­kung sport­li­cher Akti­vi­tät auf kör­per­li­che bzw. bio­lo­gi­sche, psy­chi­sche und sozia­le Fak­to­ren bei Men­schen mit Quer­schnitt­läh­mung wird anhand eines abge­wan­del­ten bio­psy­cho­so­zia­len Modells in Abbil­dung 1 ver­mit­telt. Stu­di­en zei­gen, dass sport­li­che Akti­vi­tät signi­fi­kant die Leis­tungs- und Funk­ti­ons­fä­hig­keit ver­bes­sert 6 7 8, was in einem posi­ti­ven Zusam­men­hang mit meh­re­ren Aspek­ten steht:

  • mit aus­ge­präg­te­ren Roll­stuhl­fä­hig­kei­ten 9,
  • mit der Öko­no­mi­sie­rung des Roll­stuhl­an­triebs 10,
  • mit einer ver­bes­ser­ten Selbst­stän­dig­keit im All­tag 11 12,
  • mit der Prä­ven­ti­on von Über­las­tungs­schä­den 12 und
  • mit der Lin­de­rung von Schmer­zen 7 13.

Sport­lich akti­ve Per­so­nen mit Quer­schnitt­läh­mung lei­den sel­te­ner an einer Depres­si­on 7 14 und sind stär­ker sozi­al inte­griert als Men­schen aus ihrer inak­ti­ven Ver­gleichs­grup­pe 11 15 14.

Her­aus­for­de­run­gen sport­li­cher Teilhabe

Das Errei­chen einer guten kör­per­li­chen Kon­sti­tu­ti­on sowie aus­ge­präg­te Fähig­kei­ten im Umgang mit dem Roll­stuhl gehö­ren somit zu den essen­zi­el­len Vor­aus­set­zun­gen für einen selbst­stän­di­gen und unab­hän­gi­gen All­tag und damit für eine hohe Lebens­qua­li­tät. Wer sich jedoch kör­per­lich betä­ti­gen möch­te, sieht sich – nicht erst seit einem pan­de­mie­be­ding­ten Lock­down – mit einer Viel­zahl von Her­aus­for­de­run­gen konfrontiert:

  • feh­len­de Transportmöglichkeiten,
  • unzu­rei­chen­de Bar­rie­re­frei­heit von Gebäu­den oder
  • man­geln­de Exper­ti­se im Bereich Rollstuhlsport.

All dies erschwert die Teil­ha­be an Sport­an­ge­bo­ten erheb­lich 1 16. Digi­ta­le Sport­an­ge­bo­te haben u. a. durch ihre Unge­bun­den­heit an Ort und Zeit ein gro­ßes Poten­zi­al, die­se Bar­rie­ren zu über­win­den und die Teil­ha­be zu för­dern 1 17.

„Para­Gym“ als nie­der­schwel­li­ge und bar­rie­re­ar­me Lösung

Fit­ness-Apps und Akti­vi­täts-Tra­cker haben in den letz­ten Jah­ren an Beliebt­heit gewon­nen: Wäh­rend im Jahr 2017 welt­weit etwa 167 Mio. Men­schen Fit­ness-Apps genutzt haben, waren es 2020 schon rund 474 Mio. Nut­zen­de 18. In Deutsch­land ist der Anteil der Smart­phone-Nut­ze­rin­nen und ‑Nut­zer, die eine Gesund­heits-App ver­wen­den, inner­halb von zwei Jah­ren von 45 % auf 65 % gestie­gen 19 20. Ins­be­son­de­re die im Zusam­men­hang mit der Coro­na­pan­de­mie ver­häng­ten Hygie­ne­maß­nah­men wie Aus­gangs­sper­ren oder das vorüber­gehende Aus­set­zen von Sport­an­ge­bo­ten haben die­sen Trend wei­ter beschleu­nigt. So zeigt die jähr­lich pro­spek­tiv erho­be­ne glo­ba­le Fit­ness-Trend-Umfra­ge des Ame­ri­can Col­lege of Sports Medi­ci­ne (ACSM) für das Jahr 2021 gegen­über dem Jahr 2020 eine deut­li­che Ver­schie­bung zu digi­ta­len Trends – bei­spiels­wei­se „mobi­le exer­cise apps“ – sowie zu „lock­down­kom­pa­ti­blen“ Trai­nings­for­men (z. B. „body­weight trai­ning“) 21 22. Eine aus­tra­li­sche Stu­die weist nach, dass die Nut­zung einer digi­ta­len Platt­form zur Unter­stüt­zung der kör­per­li­chen Akti­vi­tät im Lock­down die Chan­ce erhöh­te, die Emp­feh­lun­gen der Welt­ge­sund­heits­or­ga­ni­sa­ti­on (WHO) zur kör­per­li­chen Akti­vi­tät ein­zu­hal­ten 23.

Trotz der viel­ver­spre­chen­den Mög­lich­kei­ten zur Über­win­dung struk­tu­rel­ler Bar­rie­ren und Exklu­si­ons­kri­te­ri­en wer­den Men­schen mit Behin­de­run­gen oder Beein­träch­ti­gun­gen in die­ser Ent­wick­lung wei­ter­hin nur wenig berück­sich­tigt. Bis­he­ri­ge Pro­jek­te zur Ent­wick­lung einer Trai­nings-App oder eines Fit­ness-Tra­ckers für Men­schen mit Quer­schnitt­läh­mung wur­den nach kur­zer Lauf­zeit ein­ge­stellt 24 25 26. Grün­de für den Abbruch bzw. die Nicht-Wei­ter­füh­rung der Pro­jek­te sind nicht bekannt. Eine wich­ti­ge Vor­aus­set­zung für den erfolg­rei­chen Ein­satz eines sol­chen Pro­gramms, gleich­zei­tig aber auch eine Her­aus­for­de­rung ist hier­bei die Per­so­na­li­sie­rung im Hin­blick auf die indi­vi­du­el­len Bedürf­nis­se und Anfor­de­run­gen der Nut­zen­den  1 27.

An die­ser Stel­le setzt das „ParaGym“-Projekt an, das unter dem Titel „FIT-IN3 – ein inklu­si­ver, inter­ak­ti­ver und intel­li­gen­ter Fit­ness­coach“ vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) geför­dert wird (Lauf­zeit 09/2020–02/2023). Fol­gen­de Part­ner sind an die­sem Pro­jekt beteiligt:

  • die Kern­werk GmbH (Sie­gen),
  • die Deut­sche Sport­hoch­schu­le Köln,
  • die Gesell­schaft für Intel­li­gen­te Tex­ti­le Pro­duk­te (ITP GmbH, Weimar),
  • das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Intel­li­gen­te Ana­ly­se- und Infor­ma­ti­ons­sys­te­me (IAIS, Sankt Augus­tin) sowie
  • die Akti­on Mensch als asso­zi­ier­ter Projektpartner.

In Zusam­men­ar­beit zwi­schen die­sen Betei­lig­ten soll bis Ende der Pro­jekt­lauf­zeit im Febru­ar 2023 ein auf aktu­el­len wis­sen­schaft­li­chen Erkennt­nis­sen basie­ren­der ers­ter Demons­tra­tor (d. h. ein Pro­to­typ) einer sen­sor­ge­stütz­ten Trai­nings-App ent­ste­hen. Die­se soll ein indi­vi­du­el­les Sport­pro­gramm expli­zit für Men­schen mit Para­ple­gie anbie­ten, das durch das Tra­gen eines mit Sen­so­ren besetz­ten Funk­ti­ons­shirts (Abb. 2) unter­stützt wird. Zweck die­ses soge­nann­ten Sen­sor­shirts ist es, Infor­ma­tio­nen zur Bewe­gungs­aus­füh­rung und ‑qua­li­tät sowie Puls­da­ten an das Smart­phone zu über­tra­gen und in die App zu integrieren.

Das lang­fris­ti­ge Pro­jekt­ziel besteht dar­in, die Mög­lich­keit eines weder orts- noch zeit­ge­bun­de­nen sowie vor allem eigen­stän­di­gen und opti­mal zuge­schnit­te­nen Trai­nings in Ergän­zung zur Regel­ver­sor­gung zu schaf­fen. Ermög­licht wer­den soll dies durch die Wei­ter­ent­wick­lung der bereits bestehen­den „Kern­werk“®-App, die ein mit Hil­fe Künst­li­cher Intel­li­genz (KI) per­so­na­li­sier­tes, für jeden Tag neu kon­zi­pier­tes Trai­nings­pro­gramm für Men­schen ohne kör­per­li­che Beein­träch­ti­gung anbietet.

Indi­vi­du­el­les, vir­tu­el­les Trai­ning mit der „Kern­werk“®-App

Um die Umset­zung der „ParaGym“-App nach­voll­zie­hen zu kön­nen, muss zunächst die Funk­ti­ons­wei­se der „Kern­werk“®-App erläu­tert wer­den, auf der „Para­Gym“ basiert. „Kern­werk“® bie­tet ein funk­tio­nel­les Trai­ning nach dem „Dai­ly-Work­out-Prin­zip“ an mit dem Ziel, eine mög­lichst uni­ver­sel­le Fit­ness zu errei­chen. Unter uni­ver­sel­ler Fit­ness ist eine Ganz­kör­per­fit­ness in allen Kraft­ar­ten (Maxi­mal- und Schnell­kraft, Kraft­aus­dau­er) sowie moto­ri­schen Grund­fä­hig­kei­ten (Kraft, Aus­dau­er, Beweg­lich­keit, Koor­di­na­ti­on, Schnel­lig­keit) zu ver­ste­hen. Das „Dai­ly-Work­out-Prin­zip“ bedeu­tet, dass ein Team aus Trai­ne­rin­nen und Trai­nern bzw. aus Sport­wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­lern für jeden Tag ein Trai­nings­pro­gramm („Work­out“) kon­zi­piert, das zunächst für alle App-Nut­zen­den gleich ist. Die­ses Work­out wird anschlie­ßend mit­tels KI an die indi­vi­du­el­le Leis­tungs­fä­hig­keit, die im jewei­li­gen Moment zur Ver­fü­gung ste­hen­de Aus­rüs­tung („Equip­ment“, z. B. Han­teln) sowie ver­schie­de­ne Umge­bungs­va­ria­blen (z. B. Platz zum Lau­fen) ange­passt. Wei­ter­hin las­sen sich Übun­gen, die das Ele­ment „Sprin­gen“ beinhal­ten, oder Übun­gen, die das Ele­ment „auf dem Boden sit­zen“ beinhal­ten, als Grund­be­din­gun­gen aus­schlie­ßen. Die Varia­blen „Equip­ment“, „Umge­bung“ und „Grund­be­din­gun­gen“ sind vor jedem Work­out indi­vi­du­ell ein­stell­bar. Durch ein Feed­back (Abb. 3) zum Schwie­rig­keits­grad jeder Übung nach Abschluss eines Work­outs erhält die KI Infor­ma­tio­nen zur per­sön­li­chen Leis­tungs­fä­hig­keit der Nut­zen­den. Dadurch lernt die KI und passt so das „Dai­ly Work­out“ an die indi­vi­du­el­len Stär­ken und Schwä­chen an.

Von der Anfor­de­rungs­ana­ly­se bis zum Prototyp

Iden­ti­fi­ka­ti­on gesund­heit­li­cher und läh­mungs­spe­zi­fi­scher Anforderungen

Eine star­ke Ori­en­tie­rung an den tat­säch­li­chen Anfor­de­run­gen und Wün­schen von Men­schen mit Para­ple­gie steht im Zen­trum des gesam­ten Ent­wick­lungs­pro­zes­ses. Um die­se zu ermit­teln, wur­den zu Beginn des Pro­jek­tes eine Online-Umfra­ge sowie eine umfang­rei­che Lite­ra­tur­re­cher­che durch­ge­führt. In der Online-Umfra­ge wur­den Infor­ma­tio­nen zu fol­gen­den Aspek­ten erhoben:

  1. Anfor­de­run­gen an das Trainingsprogramm,
  2. kör­per­li­che Aktivität,
  3. Anfor­de­run­gen an eine Fit­ness-App und Weara­bles sowie
  4. Anfor­de­run­gen an die Sportbekleidung.

Es par­ti­zi­pier­ten 115 Per­so­nen, von denen 95 in der Aus­wer­tung berück­sich­tigt wer­den konn­ten. Die Rekru­tie­rung erfolg­te über:

  • alle von der Deutsch­spra­chi­gen Medi­zi­ni­schen Gesell­schaft für Para­ple­gio­lo­gie (DMGP) zer­ti­fi­zier­ten Querschnittzentren,
  • das Schwei­zer Para­ple­gi­ker Zentrum,
  • ver­schie­de­ne Behindertensport­verbände auf Lan­des- und Bundesebene,
  • den Deut­schen Roll­stuhl-Sport­ver­band (DRS),
  • die DMGP sowie
  • die För­der­ge­mein­schaft der Quer­schnittgelähmten in Deutsch­land (FGQ).

Die Lite­ra­tur­re­cher­che erfass­te gesund­heit­li­che Aspek­te, die all­ge­mein bei der Ent­wick­lung einer Trai­nings-App berück­sich­tigt wer­den müs­sen. Auf der Basis der Umfra­ge und der Lite­ra­tur­re­cher­che konn­ten fol­gen­de Kon­se­quen­zen für die Ent­wick­lung der Fit­ness-App und des Sen­sor­shirts gezo­gen werden:

  • Es gibt einen gro­ßen Bedarf an Sport­programmen, die spe­zi­ell auf die kör­per­li­chen Fähig­kei­ten der Nut­zen­den zuge­schnit­ten sind und die Mög­lich­keit einer Indi­vi­dua­li­sie­rung des Trai­nings bie­ten. „Para­Gym“ kommt die­sem Bedarf ent­ge­gen: Durch die Inte­gra­ti­on geeig­ne­ter Fil­ter sol­len Übun­gen, die bspw. auf­grund der Läh­mungs­hö­he oder spas­tisch ver­krampf­ter Mus­ku­la­tur nicht durch­ge­führt wer­den kön­nen, abge­wählt und auto­ma­tisch durch sinn­vol­le Übun­gen ersetzt werden.
  • Ein Trai­ning mit frei­en Gewich­ten wird gegen­über dem an Maschi­nen bevor­zugt. „Para­Gym“ soll ein funk­tionelles Trai­ning anbie­ten, das i. d. R. mit dem eige­nen Kör­per­ge­wicht oder mit Hil­fe von Klein­geräten (z. B. Han­teln) durch­ge­führt wird, und ori­en­tiert sich somit an den Vor­lie­ben der Zielgruppe.
  • Von den Teil­neh­men­den an der Umfra­ge wird die Mög­lich­keit der Herz­fre­quenz­mes­sung gewünscht, die bereits für das Sen­sor­shirt vor­ge­se­hen ist.
  • Gegen­über geeig­ne­ter Sport­be­klei­dung bestehen mit Aus­nah­me von Maschi­nen­wasch­bar­keit, Bequem­lich­keit und Atmungs­ak­ti­vi­tät kei­ne beson­de­ren Anforderungen.
  • In den Übungs­ka­ta­log soll­ten Dehn­übun­gen und Übun­gen zur Schu­lung der Schul­ter­blatt­ko­or­di­na­ti­on inte­griert werden.
  • In den Work­outs soll­te der Fokus auf die rück­wär­ti­ge Schul­ter­mus­ku­la­tur gelegt wer­den, um die Bean­spru­chung der All­tags­be­las­tung ent­ge­gen­zu­set­zen und Über­las­tungs­schä­den zu vermeiden.
  • Die Nut­zen­den soll­ten aus­führ­lich über mög­li­che Risi­ken bei sport­li­cher Akti­vi­tät infor­miert und ggf. ärzt­lich für den Kraft­sport frei­ge­ge­ben werden.

Par­ti­zi­pa­ti­ve Erstel­lung des Übungskatalogs

Der Übungs­ka­ta­log wur­de auf der Basis der Anfor­de­rungs­ana­ly­se und in enger Zusam­men­ar­beit mit Sport- und Phy­sio­the­ra­peu­tin­nen und ‑the­ra­peu­ten der Quer­schnitt­zen­tren des Kli­ni­kums Bayreuth/Hohe War­te und der BG Kli­nik Tübin­gen erstellt. Eine beson­de­re Unter­stüt­zung boten an die­ser Stel­le ein Kol­le­ge bzw. Koope­ra­ti­ons­part­ner und eine Kol­le­gin, die selbst quer­schnitt­ge­lähmt sind. Ins­ge­samt 56 Übun­gen, dar­un­ter 2 Auf­wärm­übun­gen, 46 Kraft­übun­gen und 8 Dehn­übun­gen, wur­den mit Schritt-für-Schritt-Anlei­tun­gen und eigens pro­du­zier­ten Übungs­vi­de­os (Abb. 4) versehen.

Übungs­ka­ta­log und Sen­sor­gurt­sys­tem im ers­ten Praxistest

In einem nächs­ten Schritt wur­den die Übun­gen, Übungs­an­lei­tun­gen und ‑vide­os sowie das Sensorgurt­system als Pro­to­typ des Sen­sor­shirts im Rah­men spe­zi­el­ler „ParaGym“-Workshops (Abb. 5) einem ers­ten Pra­xis­test unter­zo­gen. Elf Teil­neh­men­de mit para­ple­gi­scher Quer­schnitt­läh­mung tes­te­ten die Durch­führ­bar­keit des Übungs­ka­ta­logs und bewer­te­ten die Anlei­tung hin­sicht­lich ihrer Ver­ständ­lich­keit sowie die Übungs­videos hin­sicht­lich ihrer Nütz­lich­keit. Die Teil­neh­men­den hat­ten die Mög­lich­keit, jede Übung durch eine per­sön­li­che Anmer­kung bezüg­lich der erho­be­nen Aspek­te zu ergän­zen. Die Work­shops wur­den zudem fach­lich durch drei anwe­sen­de Phy­sio­the­ra­peu­tin­nen bzw. ‑the­ra­peu­ten unter­stützt, die aus ihrer Per­spek­ti­ve und anhand ihrer Beob­ach­tun­gen die Übun­gen bewer­te­ten. Dabei ergab sich, dass ledig­lich 6 der 56 Übun­gen nicht oder nur ein­ge­schränkt durch führ­bar waren; Grün­de hier­für waren in den meis­ten Fäl­len eine unzu­rei­chen­de mus­ku­lä­re Ansteue­rung und in weni­gen Fäl­len Schmer­zen oder ande­re Gründe.

Die Übungs­be­schrei­bun­gen wur­den ins­ge­samt als gut ver­ständ­lich bewer­tet. Ein­zel­ne Beschrei­bun­gen wur­den mar­gi­nal ange­passt, sprach­lich über­ar­bei­tet und gekürzt.

Die Übungs­vi­de­os wur­den als sehr hilf­reich emp­fun­den. Anpas­sun­gen umfas­sen Detail­auf­nah­men von Hand­po­si­tio­nen und eine visu­el­le oder audi­tive Inte­gra­ti­on von Hin­wei­sen bezüg­lich häu­fi­ger Feh­ler­bil­der (z. B: „Kopf in Ver­län­ge­rung der Wirbelsäule“).

Das von der ITP ent­wi­ckel­te Sen­sor­gurt­sys­tem konn­te erfolg­reich Daten gene­rie­ren, die anschlie­ßend vom Fraun­ho­fer IAIS aus­ge­wer­tet wur­den. In den Work­shops konn­te gezeigt wer­den, dass sich das ver­wen­de­te Mate­ri­al „Con­dE­lastX“ (ein von der ITP ent­wi­ckel­tes leit­fä­hi­ges, elas­ti­sches Band) als Ver­bin­dungs­ele­ment für mecha­nisch hoch­be­las­te­te Sen­sor­netz­wer­ke am Kör­per eines Men­schen sehr gut eignet.

Die Befra­gung der Teil­neh­men­den hat zudem erge­ben, dass das Tra­gen des Sen­sor­gurt­sys­tems die Test­per­so­nen bei der Aus­füh­rung der Übun­gen nicht beein­flusst hat. Aus­sa­gen zur Lang­zeit­be­stän­dig­keit gegen­über Schweiß konn­ten noch nicht gene­riert werden.

Der Schritt in die Digitalisierung

Nach gering­fü­gi­ger Anpas­sung des Übungs­ka­ta­lo­ges wur­de die­ser in das von dem Unter­neh­men Kern­werk ent­wi­ckel­te und zur Ver­fü­gung gestell­te soge­nann­te „Admin Panel“ über­tra­gen. Dies ist eine Online-Platt­form, über die Übun­gen und Trai­nings­ein­hei­ten ein­ge­pflegt wer­den kön­nen, die anschlie­ßend für die Pro­gram­mie­rung der „ParaGym“-App zur Ver­fü­gung ste­hen. Um eine Indi­vi­dua­li­sie­rung des Work­outs zu ermög­li­chen, wur­den die Übun­gen mit bestimm­ten Merk­ma­len kör­per­li­cher Vor­aus­set­zun­gen belegt. So ist für die Übung „Rever­se Dips from Box/Wheelchair (in Front of Wheel­chair)“ (rück­wär­ti­ger Beu­ge­stütz vor dem Roll­stuhl) (Abb. 4) die Vor­aus­set­zung „ein­ge­schränk­te Rumpf­sta­bi­li­tät“ fest­ge­legt. Hat eine Nut­ze­rin bzw. ein Nut­zer zuvor aus­ge­wählt, dass alle Übun­gen aus­ge­schlos­sen wer­den sol­len, die eine „ein­ge­schränk­te Rumpf­sta­bi­li­tät“ erfor­dern, so wird für die oben genann­te Übung auto­ma­tisch die Alter­na­tiv­übung „Rever­se Dips from Box/Wheelchair (in Wheel­chair)“ (rück­wär­ti­ger Beu­ge­stütz im Roll­stuhl) (Abb. 6) ange­zeigt. Auf die­se Wei­se ent­steht ein „Übungs­baum“, der sich umso wei­ter ver­zweigt, je höher die Leis­tungs­fä­hig­keit, je grö­ßer der Anteil inner­vier­ter Mus­ku­la­tur und je grö­ßer die Equip­ment-Aus­wahl ist (Abb. 7). Die­ser bil­det die Grund­la­ge für die Kon­zep­ti­on der Trainingseinheiten.

In das Sen­sor­shirt sind fünf Bewe­gungs­sen­so­ren („iner­ti­al mea­su­re­ment units“, IMU) inte­griert, mit denen die Bewe­gung der Arme und des Ober­kör­pers gemes­sen wer­den kön­nen. Außer­dem ist ein opti­scher Sen­sor zur Mes­sung der Herz­fre­quenz inte­griert (Abb. 2). Ziel ist es, den Trai­nie­ren­den ein Echt­zeit-Feed­back zur Bewe­gungs­aus­füh­rung und ‑qua­li­tät sowie zur aktu­el­len Herz­fre­quenz zu ver­mit­teln. Durch einen Ist-Soll-Abgleich kön­nen mög­li­che Feh­ler in der Übungs­aus­füh­rung (z. B. Über­stre­ckung) detek­tiert und kor­ri­giert wer­den. Wei­te­re Mög­lich­kei­ten bestehen darin,

  • auto­ma­tisch die Anzahl der Wie­der­ho­lun­gen einer Übung zu zählen,
  • auf Asym­me­trien in der Bewegungs­ausführung zwi­schen rech­ter und lin­ker Kör­per­hälf­te hin­zu­wei­sen und
  • den Über­gang zur nächs­ten Übung des Work­outs statt durch Knopf­druck am Smart­phone durch eine Ges­te zu steuern.

Damit wer­den die beson­de­ren Belan­ge der Ziel­grup­pe berück­sich­tigt, denn eine Wei­ter­schal­tung der Übung per Knopf­druck setzt vor­aus, dass das Smart­phone wäh­rend des Trai­nings in per­ma­nen­ter Reich­wei­te lie­gen muss, was bei einem Trai­ning im Roll­stuhl zur Her­aus­for­de­rung wer­den kann. Die­sem Pro­blem kann somit auf die­se Wei­se begeg­net werden.

Zur Kopp­lung des Sen­sor­shirts an das Smart­phone wird eine Blue­tooth-Low-Ener­gy-Ver­bin­dung ein­ge­setzt. Dies ermög­licht nicht nur eine ein­fa­che Anbin­dung an moder­ne Smart­phones bzw. Tablets, son­dern spart auch Ener­gie und ver­län­gert somit die Lauf­zeit des Sys­tems. Da das T‑Shirt draht­los arbei­tet (sowohl zur Ladung des Akkus als auch bei der Daten­über­tra­gung), kön­nen die elek­tri­schen Kom­po­nen­ten voll­stän­dig ver­gos­sen wer­den. Dadurch kön­nen sie mit dem Tex­til mit­ge­wa­schen wer­den und sind geschützt gegen­über der Umwelt.

Wei­te­res Vor­ge­hen: Aus­blick auf die Über­prüfung der Durchführbarkeit

Nach­dem die ers­ten Pro­to­ty­pen der „ParaGym“-App sowie des Sen­sor­shirts fer­tig­ge­stellt sind, wer­den nach einem ers­ten tech­ni­schen Test­lauf die Funk­tio­na­li­tät und die Nut­zungs­freund­lich­keit in einer Stu­die über­prüft. Dazu wer­den Men­schen mit para­ple­gi­scher Quer­schnitt­läh­mung ein mehr­wö­chi­ges selbst­stän­di­ges Heim­trai­ning mit dem Pro­to­typ absol­vie­ren und ihre Erfah­run­gen mit der App, den Übun­gen und dem Sen­sor­shirt schrift­lich fest­hal­ten. Das Pro­jekt wird vor­aus­sicht­lich im Febru­ar 2023 mit der Aus­wer­tung der Stu­die und der Gesamt­eva­lua­ti­on des Pro­jek­tes abgeschlossen.

Fazit

Das lau­fen­de Pro­jekt „Para­Gym“, das unter dem Titel „FIT-IN3 – ein inklu­si­ver, inter­ak­ti­ver und intel­li­gen­ter Fit­ness­coach“ vom BMBF geför­dert wird, zielt dar­auf ab, ein app­ba­sier­tes per­so­na­li­sier­tes Trai­ning für Men­schen mit Para­ple­gie anzu­bie­ten. Ein mit Sen­so­ren besetz­tes Funk­ti­ons­shirt soll dazu ein Feed­back zur Herz­fre­quenz und zu Bewe­gungs­pa­ra­me­tern lie­fern. Die Trai­nings­ein­hei­ten wer­den mit Hil­fe einer KI an die indi­vi­du­el­len Anfor­de­run­gen der Nut­zen­den ange­passt. Die par­ti­zi­pa­ti­ve Ent­wick­lung die­ser App in Zusam­men­hang mit dem Sen­sor­shirt bie­tet somit gro­ßes Poten­zi­al, struk­tu­rel­le Bar­rie­ren der Teil­ha­be an Sport­pro­gram­men zu über­win­den und eine bis­her wenig berück­sich­tig­te Ziel­grup­pe zu mehr sport­li­cher Akti­vi­tät zu motivieren.

Lang­fris­tig soll somit deren Leis­tungs­fä­hig­keit gestei­gert wer­den, wodurch ein wich­ti­ger Bei­trag sowohl zur Prä­ven­ti­on von Sekun­där­erkran­kun­gen und Kom­pli­ka­tio­nen als auch zur Ver­bes­se­rung der Mobi­li­tät und damit der Selbst­stän­dig­keit, der Teil­ha­be und schluss­end­lich der Lebens­qua­li­tät geleis­tet wer­den kann.

Das vor­ge­stell­te Pro­jekt geht jedoch nicht über die Ent­wick­lung eines Pro­to­typs hin­aus, der ledig­lich einen ­Basis-Übungs­ka­ta­log und nur rudi­men­tä­re Funk­tio­nen umfasst. Erweist sich das Trai­ning mit dem ent­wi­ckel­ten Pro­to­typ als durch­führ­bar und die Hand­ha­bung als nut­zungs­freund­lich, ist drin­gend die Durch­füh­rung von Fol­ge­pro­jek­ten zur Wei­ter­ent­wick­lung des Pro­to­typs bis hin zu einer markt­rei­fen Trai­nings-App anzustreben.

Pro­jekt­för­de­rung

Das Pro­jekt wird unter dem Titel „FIT-IN3 – ein inklu­si­ver, inter­ak­ti­ver und intel­li­gen­ter Fit­ness­coach“ in der För­der­li­nie „KMU-inno­va­tiv“ vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung geför­dert (För­der­kenn­zei­chen 16SV8572, Lauf­zeit 09/2020–02/2023).

Für die Autoren:
Janika Bolz, M. A. 
Wis­sen­schaft­li­che Mitarbeiterin 
Insti­tut für Kreis­lauf­for­schung und 
Sport­me­di­zin, Abt. I 
Deut­sche Sport­hoch­schu­le Köln 
Am Sport­park Mün­gers­dorf 6 
50933 Köln
j.bolz@dshs-koeln.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
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