Einleitung
Die in der westlichen Gesellschaft am häufigsten verwendete Standardtoilette hat die Form eines Sitzes mit fester Höhe. Angesichts der Vielfalt der Menschen und ihrer unterschiedlichen Bedürfnisse und Präferenzen gibt es bei dieser Standardbauform viele Mängel, die vor allem für ältere Menschen und Personen mit eingeschränkter Mobilität schwerwiegende Hindernisse bei der Verwendung der Toilette im Alltag darstellen können 1 2.
Die Benutzung der Toilette ist zwar eine gewohnte, aber doch komplexe Tätigkeit des täglichen Lebens, die viele verschiedene Teilaufgaben umfasst (Transfer auf den/vom Toilettensitz, Ausziehen/Anziehen, Reinigung, Stabilität und Sicherheit). Eines der größten Probleme ist das Aufstehen: Viele Menschen sind – vor allem aufgrund altersbedingter Symptome, chronischer Erkrankungen oder einer postoperativen Situation – mit dieser Herausforderung konfrontiert. Zwar sind übliche Toiletten in zwei verschiedenen Höhen erhältlich (Standard- und Behindertentoilette), doch sind diese beiden Höhen nur ein grober Kompromiss angesichts der verschiedenen individuellen Bedürfnisse der Benutzerinnen und Benutzer. Korrekt angebrachte Griffe oder Griffstützen können oft bereits eine wesentliche Hilfestellung geben – der Kraftaufwand für das selbstständige Aufstehen gegen die Schwerkraft stellt aber noch immer für viele Menschen ein ohne Hilfe unüberwindliches Problem dar.
Hintergrund
Im Rahmen des EU-Projektes „iToilet“ („ICT-enhanced toilet supporting active life“), das von der Technischen Universität Wien koordiniert wird, werden Toilettensysteme entwickelt, die alte Menschen und Personen mit Behinderungen bei der möglichst selbstständigen Nutzung der Toilette unterstützen sollen 3 4. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Hilfestellung bei den Vorgängen des Niedersetzens, des Sitzens und des Aufstehens. Dazu lassen sich Höhe und Neigung des Toilettensitzes über Motoren verstellen, wobei schon beim Betreten des WC-Raumes die Höheneinstellung je nach den voreingestellten individuellen Wünschen und Präferenzen automatisch erfolgen kann. Sicherheitsfunktionen können Notfälle erkennen und einen Hilferuf auslösen, zudem stehen Zusatzfunktionen wie Sprachsteuerung, Sprachausgabe oder Sturzerkennung zur Verfügung.
Im Kern besteht der iToilet-Prototyp aus einem in Höhe und Neigung motorisch verstellbaren Toilettensitz. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die manuelle Steuerung der motorisierten Unterstützung auf der Toilette die Stabilitätsanforderungen (insbesondere für diejenigen Nutzer, die ohnehin Gleichgewichtsprobleme haben) negativ beeinflussen kann, da Tastenbedienung und Festhalten an Griffen sich gegenseitig ausschließen. In diesem Fall ist die automatisierte Sitzverstellung mit Freihandbedienung (z. B. per Sprachsteuerung) eine wertvolle Alternative, sodass die Hände für einen festen Halt frei bleiben. Zusätzliche Sicherheitsüberwachungsmerkmale (z. B. zum Erkennen von Stürzen, anderen möglichen Notfallsituationen oder einer ungewöhnlichen Dauer der Toilettenbenutzung) ermöglichen die Aufrechterhaltung der Sicherheit der Nutzer trotz autonomer Verwendung ohne persönliche Assistenz vor Ort. Von besonderer Bedeutung ist die Benutzerfreundlichkeit des gesamten integrierten Toilettensystems – diese muss für den gesamten Prozess einschließlich Ausziehen, Reinigen und Ankleiden optimiert werden.
Das Hinsetzen auf die Toilette unter Mithilfe der Schwerkraft stellt für gehende Menschen meist höchstens aufgrund des Höhenunterschieds einen zwar unangenehmen, aber nicht beschwerlichen Vorgang dar, kann aber trotzdem Stabilitätsprobleme auslösen und eine Verletzungsgefahr darstellen. Eine höhere Sitzposition zu Beginn des Hinsetzens kann daher helfen, den Übergang sanfter und sicherer zu gestalten, sodass von einer angelehnten, stehenden Position graduell in die Sitzposition gewechselt werden kann (Abb. 1).
Der Transfer vom Rollstuhl auf die Toilette stellt bereits eine Barriere für viele körperlich weniger leistungsfähige Rollstuhlfahrer dar. Hier hilft es sehr, wenn die Toilette auf die gleiche Höhe oder etwas niedriger als der Sitz des Rollstuhls eingestellt werden kann.
Für eine stabile Sitzposition ist neben Haltegriffen eine an die Kniekehlenhöhe der Person angepasste Sitzhöhe entscheidend, sodass die Füße guten Bodenkontakt haben. Entsprechende Werte aus der Anthropometrie (5.–95. Perzentile) liegen je nach Region und Alter etwa bei 35 bis 47 cm 5. Für den Defäkationsvorgang ist es sogar vorteilhaft, wenn die Sitzposition sich mehr einer Hockposition annähert 6. Die bei üblichen fixen Behindertentoiletten vorgesehene um ca. 10 cm erhöhte Sitzposition (um das Aufstehen zu erleichtern) ist somit hinsichtlich der Defäkationserleichterung als ungünstig anzusehen.
Das größte Problem stellt die Anstrengung beim Aufstehen aus einer niedrigen Sitzposition dar. Zwar können korrekt angebrachte Handgriffe bei genügend Kraft in den oberen Extremitäten hilfreich sein, aber selbst dann stellt neben der notwendigen erforderlichen Kraft die Wahrung der Stabilität beim ruckartig durchgeführten dynamischen Positionswechsel einen Unsicherheitsfaktor dar. Kann der Toilettensitz vor dem Aufstehen motorisch auf eine größere Höhe gebracht werden und die Neigung nach vorne zusätzlich das Aufstehen unterstützen, verringern sich Kraftaufwand und Instabilität wesentlich (Abb. 2). Auch beim Transfer zurück auf einen Rollstuhl ist eine geeignete Ausgangshöhe (gleich hoch oder leicht höher als der Rollstuhlsitz) hilfreich.
Nutzergruppen und Testumgebung
Das iToilet-Projekt konzentriert sich auf ältere Menschen, die selbstständig zu Hause leben. Die Wünsche und Bedürfnisse, die bei einer häuslichen Toilette berücksichtigt werden müssen, sind so weit wie möglich mit IKT-basierten Unterstützungsmodulen zu erfüllen, sodass damit ältere Menschen, aber auch allgemein Menschen mit physischen Einschränkungen, für die die selbstständige Toilettennutzung ein Problem darstellt, zu einem selbstständigeren und würdevollen Leben befähigt werden. Neben dem Haupteinsatzbereich zu Hause soll das System auch Vorteile für Institutionen erbringen, und zwar nicht nur für die älteren Menschen selbst, sondern auch für ihre Betreuerinnen und Betreuer, indem z. B. die Belastung durch persönliche Hilfe auf der Toilette reduziert wird. Zusätzlich berücksichtigt iToilet auch die Perspektive von Pflege- und Betreuungseinrichtungen (mobile und institutionelle Pflege) und von Finanzierungs- bzw. Förderorganisationen, z. B. Versicherungen bzw. Sozialsystemen. Alle Stakeholder werden aktiv involviert, und zwar nicht nur während der finalen Testphase, sondern bereits während der gesamten Projektlaufzeit.
Innerhalb des iToilet-Projekts werden praxisnahe Lösungen für die identifizierten Probleme unter Berücksichtigung bestimmter Hypothesen entwickelt, die anhand zahlreicher Kontakte vor dem Projektstart erstellt wurden. Es ist z. B. zu erwarten, dass die Einstellbarkeit für unterschiedliche Toilettenhöhen für verschiedene Aktivitäten die Toilettenbenutzung für die meisten der Zielbenutzer einfacher gestalten wird. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Anpassbarkeit des Systems die Unabhängigkeit der Benutzer unterstützt und dabei ihre Sicherheit während der unbegleiteten Nutzung gewährleistet. Aufgrund einer breiteren Stichprobe, einer sichereren Umgebung und einer besseren Verfügbarkeit von Experten aus den Bereichen Pflege, Therapie und Medizin wurden die Tests in zwei Institutionen durchgeführt statt in vielen individuellen Haushalten.
Einbindung der Nutzer und partizipatives Design
Die in das Projekt eingebundenen Nutzer stammen aus dem nichtwissenschaftlichen Bereich und fungieren als Experten für ihre eigenen Lebenserfahrungen. Sie bringen somit Expertenwissen aus ihrem Alltagsleben in das Projekt ein. Die Integration dieser späteren Nutzer der iToilet-Systeme ist eine Chance für die Vertreter der wissenschaftlichen Disziplinen, um in einen kontinuierlichen transdisziplinären Dialog einzutreten 7.
Eine grundsätzliche methodologische Schwierigkeit ergibt sich aus dem Tabubereich Toilette. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die partizipativen Designaktivitäten haben. Es liegen jedoch bereits positive Erfahrungen aus früheren Projekten vor 89, in denen gezeigt wurde, dass bei intensiver Vorbereitung auch in diesem Tabubereich Möglichkeiten der Nutzerbeteiligung am Entwicklungs- und Designprozess geschaffen werden können. Eine adäquate, detaillierte und kontinuierliche Informationsstrategie, die Schaffung von Vertrauen zwischen Forschern und Anwendern sowie die Durchführung erster Toilettenversuche im Labor im bekleideten Zustand haben sich dabei als besonders hilfreich erwiesen.
Eine der ersten Aufgaben im Projekt bestand darin zu überprüfen, ob die den Projektansatz tragenden Annahmen auch tatsächlich zutreffen. In der Anfangsphase des Projekts war es daher zunächst wichtig, die Nutzeranforderungen und Lösungsmöglichkeiten zu priorisieren, um einen klareren Überblick über die Erwartungen und Bedürfnisse in Bezug auf die Toilettenbenutzung (vom Betreten bis zum Verlassen des Toilettenraums) zu erhalten. Dies erfolgte in einer zweigeteilten Befragung, mit der sowohl aktuelle existierende Barrieren bei der Toilettennutzung als auch Vorschläge für mögliche Lösungsansätze erhoben und bewertet wurden. Dabei zeigte sich eine weitgehende Übereinstimmung mit den getroffenen Annahmen 1011.
Die schließlich daraus abgeleiteten Benutzeranforderungen enthalten auch eine Rangfolge der am meisten bzw. bevorzugt benötigten Funktionalitäten (Tab. 1 u. 2). Dies schuf eine solide Grundlage für die Spezifikation des iToilet-Systems und half bei der Entscheidung über die Komponenten der zu entwickelnden intelligenten Toilette.
Ethik und Sicherheit
Angesichts des hier betroffenen Tabubereichs und älterer Personen als Zielgruppe ist ein ethisch korrektes Vorgehen besonders wichtig 12 13 14. Neben den bekannten Standardverfahren wie informierte Zustimmung, Datenschutz und Einwilligungsfähigkeit 15 wurden auch Sensibilisierungsmaßnahmen im Konsortium umgesetzt; unter anderem wurde dabei das MEESTAR-Instrument 16erfolgreich angewendet 17. Dabei handelt es sich um ein Instrument zur ethischen Evaluation soziotechnischer Arrangements, in erster Linie bei der Implementierung altersgerechter Assistenzsysteme (MEESTAR = Model for the Ethical Evaluation of Socio-Technological Arrangements).
Auch der Sicherheitsaspekt ist von zentraler Bedeutung, zumal eine dynamische körperliche Unterstützung (beispielsweise beim Hinsetzen und Aufstehen) geschaffen werden soll, wobei im Rahmen einer Sicherheitsanalyse alle denkbaren Sicherheitsrisiken beseitigt oder minimiert werden müssen.
Ergebnisse
Ergebnisse der Erhebung der Nutzeranforderungen
Die Nutzeranforderungen wurden mittels Fragebögen, Interviews und Fokusgruppendiskussionen mit insgesamt 74 Personen erhoben, davon 41 Patienten mit Bewegungsbeeinträchtigungen (Primärnutzer), 21 Pflegepersonen (Sekundärnutzer) und 12 Gesundheitsmanager (Tertiärnutzer). Die Nutzerbedarfserhebung zeigte Pilissy und Kollegen 18 zufolge, dass die Teilnehmer der primären Nutzergruppen in Österreich (Tageszentrum) und in Ungarn (Reha-Klinik) heterogene Diagnose- und Abhängigkeitsgrade aufweisen, sodass man annehmen könnte, dass sie auch gänzlich andere Bedürfnisse hinsichtlich der Unterstützung auf der Toilette haben. Es wurde jedoch festgestellt, dass beide Gruppen praktisch identische primäre Bedürfnisse äußern: so viel physische und maßgeschneiderte Hilfe für alle Arten von Bewegungs- und Transferaufgaben beim Toilettengang wie möglich, um möglichst unabhängig von persönlicher Hilfestellung zu werden.
In Bezug auf die potenziellen Unterschiede bei der Verwendung von iToilet zu Hause oder in Institutionen belegen die Ergebnisse, dass die meisten Benutzeranforderungen an beiden Einsatzorten gültig sind. Unterschiede könnten sich z. B. hinsichtlich der Zeitspanne bis zum Eintreffen von Hilfe bei einem Sturz ergeben (so ist in Einrichtungen mit sofortigem Eintreffen der Hilfe zu rechnen, während es zu Hause etwas dauern kann, bis der Krankenwagen, die Verwandten oder die Nachbarn eintreffen). Dieser Unterschied muss in der technischen Implementierung (z. B. bezüglich der Alarmkette) berücksichtigt werden. Außerdem sind in Institutionen die Bedürfnisse mehrerer wechselnder Benutzer zu erfüllen statt nur von einer Person zu Hause.
Die Anforderungen wurden anhand der Antworten in Fragebögen und der Häufigkeit der Erwähnung in Interviews in eine hohe bzw. eine mittlere Priorität eingestuft und gruppiert (Tab. 1 u. 2). Sekundäre und tertiäre Nutzergruppen betrachten Toilettenszenarien zwar aus einer viel breiteren Perspektive, sie gelangen jedoch im Wesentlichen zu ähnlichen Schlussfolgerungen bezüglich der Nutzeranforderungen wie die primären Nutzer selbst. Ziel des Projektes ist es, Systeme zu schaffen, die alle Anforderungen mit hoher Priorität und 50 % der Anforderungen mittlerer Priorität abdecken können. Der finale Prototyp erreicht dieses Ziel.
Partizipatives Design
Trotz der Tabuthemen „Toilette“ und „Körperhygiene“ konnte die Einbeziehung der Nutzerinnen und Nutzer in die Design- und Entwicklungsaktivitäten erfolgreich etabliert werden 19 20. Themen für Aktivitäten des partizipativen Designs waren unter Bereitstellung von Anschauungsmustern:
- Toilettenpapierspender,
- Sprachsteuerung,
- verschiedene mechanische Knöpfe,
- Fernbedienungen sowie
- Griffstangen.
Die Ergebnisse wurden direkt in die technische Entwicklung rückgekoppelt.
Modulare Architektur des iToilet-Systems
Für die Systemarchitektur wurde ein modularer Ansatz gewählt, der ein hohes Maß an Flexibilität in der Forschungsarbeit und auch bei der bevorstehenden Produktüberführung der Prototypen ermöglicht [3]. Verschiedene Kombinationen der iToilet-Komponenten können entsprechend den individuellen Einstellungen, Präferenzen und Wünschen ausgewählt werden. Folgende Module stehen zur Verfügung:
- Eine motorisierte höhen- und neigungsverstellbar Kerneinheit bildet die mechanische Basis von iToilet. Sie liegt in zwei Varianten vor: Eine „sesselähnliche“ Variante kann über der bestehenden WC-Muschel platziert werden (Abb. 3); eine „Lift-WC“-Variante wird statt der traditionellen WC-Muschel an der Wand des Toilettenraumes montiert (Abb. 4). Beide Varianten basieren auf bewährten Produkten des Herstellers Santis Kft. 21; mit zwei separaten Motoren können Höhe und Neigung des Sitzes verändert werden. Zudem wurden Sensoren integriert, um die tatsächliche Position der Toilette und die statische oder dynamische Belastung zu messen (z. B. durch eine Person, die auf der Toilette sitzt oder von ihr aufsteht).
- Tasten (Tastbefehle) zur Steuerung der Toilette sind auf einer per Kabel angeschlossenen ergonomisch gestalteten Fernbedienung (Abb. 5) oder als in die Griffstangen inte-grierte Tasten verfügbar.
- Eine Steuereinheit führt die sensorgestützte Inferenz-Software, den Dialogmanager und die Netzwerk-koordination der verschiedenen (teilweise optionalen) Module aus.
- Sensoren in der Umgebung erkennen Aktivitäten (z. B. die Anwesenheit von Personen per Bewegungserkennung oder das Öffnen und Schließen der Tür).
- Ein optionaler 3D-Sensor erkennt Stürze bzw. auf dem Fußboden liegende Personen (Hersteller: CogVis GmbH, Wien).
- Eine sprecherunabhängige Spracherkennung ermöglicht die Steuerung der Toilette über Sprache, alternativ zu den Tasten (ohne dass der Benutzer ein Mikrofon tragen muss).
- Ein RFID-Lesegerät vor der Eingangstür dient optional zur Benutzeridentifikation. Es ermöglicht den automatischen Abruf individueller Benutzereinstellungen (z. B. Höhe und Neigung des Toilettensitzes, Sprache) schon beim Betreten des Raumes.
- Eine Schnittstelle ermöglicht den Datenaustausch mit bestehenden Pflegedokumentationssystemen und erlaubt auch das Speichern von Einstellungen, die Visualisierung von Nutzungsdaten und die Einbindung mobiler Geräte.
- Das Abrufen der Nutzungsdaten kann auch mittels der Smartphones der Betreuer erfolgen.
Einige dieser Komponenten waren bereits im ersten Prototyp enthalten, der in Abbildung 6 dargestellt ist.
Ergebnisse der Erprobungen
Die Labortests (im bekleideten Zustand, Abb. 7) der ersten iToilet-Prototypengeneration in Budapest und Wien erbrachten unter anderem folgende Ergebnisse: Generell wurde der Prototyp zwar mit „sehr gut“ bewertet, aufgrund des Neuheitseffektes aber vermutlich etwas überbewertet. Generell mit „gut“ wurden die Benutzeridentifikation, die Sturzerkennung, die Notruffunktion und die deutsche Sprachsteuerung bewertet. Verbesserungspotenzial wurde in Bezug auf folgende Aspekte identifiziert: die ungarische Sprachsteuerung, bei der es noch technische Probleme gab,
- Positionierung und Gestaltung der handgehaltenen Fernsteuerung (Wunsch nach größeren, taktil wahrnehmbaren Tasten),
- die maximalen und minimalen Höheneinstellungen,
- die Handgriffe sowie
- der verfügbare Raum um den Toilettenstuhl herum.
Weitere Anregungen betrafen die Integration der RFID-Tags in normale Gebrauchsgegenstände der Nutzer und die softwaremäßige nutzerspezifische Begrenzung der maximal einstellbaren Höhe.
Die Testergebnisse wurden zur Entwicklung eines verbesserten Prototyps verwendet. Beim nochmaligen Test (in einem realen Toilettenraum, in bekleidetem Zustand) mit der verbesserten Version zeigte sich der Erfolg einiger Maßnahmen; z. B. wurde die neue Handsteuerung (mit großen Tasten, klaren und kontrastreichen Piktogrammen sowie taktiler Information, siehe Abb. 5) begrüßt, ebenso die nun auch für die ungarische Sprache gut verwendbare Sprachsteuerung und die erweiterte softwaremäßige Speicherung anwenderbezogener Sitzhöhen. Insgesamt besteht hier allerdings noch immer Raum für Verbesserungen.
Soweit möglich wurden die Ergebnisse der Tests in die Entwicklung des finalen Prototyps (Abb. 8) übernommen, der im Gegensatz zu den Laborprototypen – die beide auf der sesselähnlichen Basisversion (siehe Abb. 3) aufgebaut sind – auf dem erweiterten wandmontierten Lift-WC-Basismodul (siehe Abb. 4) basiert. Dieser finale Prototyp (siehe Abb. 8) wurde nicht nur im Labor, sondern von den Testpersonen auch im realen Alltagseinsatz über mehrere Wochen getestet. Dabei wurden die implementierten Funktionen durchweg erneut als sehr nützlich bewertet; lediglich die Sprachsteuerung und die Zuverlässigkeit mancher Algorithmen wurden als verbesserungswürdig eingestuft.
Fazit und Ausblick
Toiletten sind ohne Zweifel ein tabubehafteter, selten ausführlich behandelter Bereich des Alltags. Für viele Menschen stellt die Verwendung von Standardtoiletten bzw. das Fehlen geeigneter Toiletten eine große Hürde und Einschränkung im Alltagsleben dar.
Im bisherigen Verlauf des iToilet-Projektes konnten mehrere Prototypentests erfolgreich durchgeführt werden. Die Gründe für den Erfolg der interdisziplinären Entwicklung sind darin zu sehen, dass damit ein für viele Nutzer relevantes Problem behandelt wird und dass die verschiedenen Nutzergruppen nicht nur von Anfang an ins Projekt eingebunden wurden, sondern auch den Verlauf des Projektes durch ihre Teilnahme und das Einbringen ihrer Ideen und Bewertungen aktiv mitgestalten konnten. Besonders wichtig dafür ist die Schaffung einer Vertrauensbasis und die Etablierung des gemeinsamen Ziels (für iToilet bestand eine gute Ausgangsbasis aufgrund von Vorprojekten).
Die Ergebnisse auch im realen Alltagseinsatz deuten darauf hin, dass intelligente, sich selbst anpassende Toilettensysteme nicht nur im privaten Bereich (zur Unterstützung des selbstständigen Lebens zu Hause), sondern auch im öffentlichen Bereich (zur Unterstützung der aktiven Teilhabe am gesellschaftlichen Leben) einen großen Nutzen mit sich bringen können. Stünden flexibel anpassbare Toiletten in Museen, Theatern, Hotels, Flugzeugen etc. zur Verfügung, würde das die Selbstständigkeit und die Teilhabe älterer Menschen und von Personen mit Behinderungen am öffentlichen Leben deutlich unterstützen.
Danksagung
„iToilet“ wird im AAL Programm gefördert durch die Europäische Gemeinschaft und das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie.
Für die Autoren:
Paul Panek
Human Computer Interaction
TU Wien
Favoritenstraße 11/193–05
A‑1040 Wien
panek@fortec.tuwien.ac.at
Geprüfter Beitrag/reviewed paper
# | Hohe Priorität |
---|---|
1 | zweiseitige, wegklappbare Handgriffe (Rollstuhl) |
2 | Höhen- und Neigungsanpassung |
3 | Sturzerkennung, Notfallerkennung und Alarmruf |
4 | Einfachheit (bei der Bedienung, z. B. Taster in Griffstützen) |
5 | WC-Papierhalter beidseitig |
6 | Unterstützung beim Aufstehen und Niedersetzen |
7 | individuelle Einstellung (Höhe, Neigung) mit Anwenderidentifikation |
Tab. 1 Benutzeranforderungen mit hoher Priorität.
Mittlere Priorität | |
---|---|
1 | selbstreinigender Sitz und Muschel |
2 | Regal/Ablagemöglichkeit |
3 | Erweiterbarkeit u. Modularität |
4 | automatische oder per Taster ausgelöste Spülung |
5 | Pflegedokumentation |
6 | Sprachkommandos |
7 | individuell geformter WC-Sitz |
8 | Sprachanleitung |
9 | automatischer WC-Papier-Spender |
10 | Bidet mit Trocknung und einstellbarem Wasserstrahl |
11 | Urinmessung/-analyse |
Tab. 2 Benutzeranforderungen mit mittlerer Priorität.
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