DE ONTWIKKELING VAN EEN THUISTRAININGSSYSTEEM VOOR COPD PATIENTEN

BACHELOR OPDRACHT

DE ONTWIKKELING VAN EEN THUISTRAININGSSYSTEEM VOOR COPD PATIENTEN Tom Hessels

FACULTEIT ELEKTROTECHNIEK, WISKUNDE EN INFORMATIE BIOMEDICAL SIGNALS AND SYSTEMS EXAMENCOMMISSIE

prof. dr. ir. H.J. Hermens ir. J.-W. van't Klooster, Msc dr. ir. B.J. van Beijnum prof. dr. A. Eliens

DOCUMENTNUMMER

BSS – 11-20

22-7-2011

Samenvatting Chronic Pulmonary Obstructive Disease (COPD) is een chronische longaandoening die een grote negatieve invloed heeft op de kwaliteit van leven. Mensen met COPD hebben vaak last van benauwdheid, chronisch hoesten en een overmatige slijmaanmaak. Omdat COPD vooral voorkomt onder oudere mensen, zal door de vergrijzing het aantal COPD patiënten de komende jaren snel toenemen, waardoor de kosten voor behandeling flink zullen stijgen. Door het uitvoeren van fysieke training is de progressie van de aandoening te beperken. Deze training wordt uitgevoerd onder toezicht van een fysiotherapeut, omdat het van belang is dat de training met de juiste intensiteit wordt uitgevoerd. Het nadeel hiervan is dat patiënten vaak meerdere keren per week naar een praktijk moeten reizen, wat gezien hun conditie een zware taak is. In dit onderzoek is de basis gelegd voor een ICT systeem wat de rol van de fysiotherapeut kan overnemen, door de uitvoer van de training waar te nemen en feedback te geven op de uitvoer van die training. De onderzoeksvraag die beantwoord is luidt: Hoe kan er een ICT systeem gerealiseerd worden, waarin het doen van oefeningen voor COPD patiënten en het krijgen van feedback op die oefeningen geïmplementeerd is? Om tot een antwoord op deze vraag te komen is er een literatuuronderzoek gedaan naar COPD en feedback. Bij COPD is uitgezocht welke fysieke trainingen het meest effectief zijn. Een combinatie van trainingen blijkt het beste te zijn. Zowel de bovenste als de onderste extremiteiten moeten worden getraind, en zowel krachttraining als trainen van het uithoudingsvermogen moet worden gedaan. Voor het trainen van het uithoudingsvermogen is fietsen of wandelen met een intensiteit van minimaal 60% van het maximale trainingsvermogen ideaal. Voor krachttraining kan er getraind worden met gewichten. Bij het literatuuronderzoek naar het geven van feedback is onderzocht hoe feedback gegeven kan worden zodat het een optimaal resultaat heeft. Feedback bestaat uit aspecten en modaliteiten. Onder aspecten valt alle inhoud van de feedback, het kan gaan over de dingen die niet goed waren (negatieve feedback), en dingen die wel goed waren (positieve feedback). Er kan feedback worden gegeven over alleen de prestatie, of over alleen het resultaat. Ook de timing en frequentie van de feedback vallen onder de aspecten. De modaliteit van de feedback is hoe het gegeven wordt. Feedback kan gehoord worden, gezien worden of gevoeld worden. Het ontworpen systeem geeft feedback die gehoord kan worden en gezien kan worden. De inhoud is zowel negatief als positief. Feedback wordt gegeven tijdens het uitvoeren van de oefening. Om tot een ontwerp van het systeem te komen zijn er eisen opgesteld op basis van een scenario. Aan de hand van deze eisen is een ontwerp gemaakt van het systeem. Het systeem bestaat uit een computer waarmee gecommuniceerd kan worden via een touchscreen. Aan de computer is een 3D camera bevestigd. Deze dient voor het waarnemen van de oefening. Daarnaast is er een pulse-oximeter die de hartslag van de patiënt en de zuurstofverzadiging doorstuurt naar het systeem. Het systeem analyseert deze data en geeft dan feedback aan de patiënt. Aan het eind van de training worden de resultaten naar een server gestuurd, waar ze kunnen worden bekeken door een zorgverlener. Vervolgens is de intelligentie van het systeem gemaakt. Via een Model/View/Controller architectuur is weergegeven hoe het systeem er grafisch uit komt te zien, welke gegevens het systeem bevat en van welke algoritmes het systeem gebruik maakt om de gegevens te analyseren en feedback te geven. 2

Abstract Chronic Obstructive Lung Disease (COPD) is a chronic lung disease that has a large impact on the quality of life of a patient. People with COPD often experience shortness of breath, chronic cough and excessive mucus production. COPD mostly occurs among older people. Due to aging, the amount of COPD patients will increase rapidly, so the treatment costs will increase considerably. By performing physical training, the progression of the disease can be reduced. This training is supervised by a physiotherapist, because it is important that the training is performed with the right intensity. The disadvantage is that patients have to travel to a physiotherapist practice multiple times a week, which given their condition is a difficult task. This paper describes the development of a IT system that can take over the role of the physiotherapist, by monitoring the exercise and provide feedback on the performance of the exercise. The research question that will be answered is: How can an IT system be realized, where performing exercises for COPD patients and getting feedback on that exercises is implemented? In order to answer this question, a literature research on COPD and feedback has been done. The study on COPD was aimed at the exercises which have the best effect on the physical condition of a patient. A combination of different exercises appears to be the most effective. Both the upper and lower extremities should be trained, and both strength and endurance training should be performed. To train endurance, cycling or walking at an intensity of at least 60% of the exercise capacity is ideal. Strength can be trained with dumbbells and stretching. In the study on feedback is examined how feedback can be given so that it has an optimal result. Feedback consists of aspects and modalities. The aspects describe the content of the feedback, and the modality of feedback determines how it is given. Feedback can be heard, seen or felt. The designed system provides feedback that can be heard and feedback that can be seen. The content is both negative and positive, about the things that were good and the things that went wrong. It is given while performing the exercise. After the literature study a design of the system was made. A scenario was written, and based on that scenario the requirements of the system were derived. The system consists of a computer, which can be controlled by using a touchscreen. The computer has a 3D camera attached. This is used to observe the exercise. The computer also has a pulse-oxymeter attached to monitor and send the heart rate and oxygen saturation to the computer. The system analyzes the data and gives feedback to the patient. At the end of the training, the results are sent to a server, where they can be viewed by a caregiver. By using a Model/View/Controller architecture the intelligence of the system is created. In the view component the graphical interface of the system is designed. The model component describes the data which is stored and used by the system. The controller component contains designed algorithms that can analyze the data and provide feedback.

3

Lijst van afkortingen COPD KP KR PACT FICS MVC GOLD HIV AIDS API

Chronic Pulmonary Obstructive Disease Kennis over de Prestatie Kennis over het Resultaat Persoon, Activiteit, Context, Technologie Functie, Interactie, Content, Service Model View Controller Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Diseases Human Immunodeficiency Virus Acquired Immuno-Deficiency Syndrome Application Programming Interface

4

Inhoud Samenvatting ........................................................................................................................................... 2 Abstract ................................................................................................................................................... 3 Lijst van afkortingen ............................................................................................................................... 4 1.

Introductie ....................................................................................................................................... 7 1.1 Achtergrond ................................................................................................................................... 7 1.2 Motivatie ....................................................................................................................................... 7 1.3 Doel ............................................................................................................................................... 8 1.4 Onderzoeksvragen ......................................................................................................................... 8 1.5 Aanpak .......................................................................................................................................... 9 1.6 Methodologie................................................................................................................................. 9 1.7 Structuur ...................................................................................................................................... 10

2.

COPD ............................................................................................................................................ 11

3.

Feedback........................................................................................................................................ 15 3.1 Aspecten ...................................................................................................................................... 15 3.2 Modaliteiten................................................................................................................................. 16 3.3 Optimale feedback....................................................................................................................... 17 3.4 Overzicht ..................................................................................................................................... 20 3.5 Reflectie....................................................................................................................................... 21

4.

Ontwerp ......................................................................................................................................... 22 4.1 Scenario ....................................................................................................................................... 22 4.2 PACT & FICS ............................................................................................................................. 24 4.3 Keuzes ......................................................................................................................................... 27

5.

Prototype ....................................................................................................................................... 30 5.1 MVC architectuur ........................................................................................................................ 30 5.2 Relatie tussen MVC en FICS ...................................................................................................... 31 5.3 Model .......................................................................................................................................... 31 5.4 View ............................................................................................................................................ 33 5.4.1 Mockups ............................................................................................................................... 33 5.4.2 Prototype .............................................................................................................................. 36 5.5 Controller..................................................................................................................................... 38

6.

Conclusie, Discussie & Aanbevelingen ........................................................................................ 43 6.1 Conclusie ..................................................................................................................................... 43 6.2 Discussie & Aanbevelingen ........................................................................................................ 45 5

7. Referenties ......................................................................................................................................... 46 8. Bijlage .............................................................................................................................................. 49 8.1 Bijlage A...................................................................................................................................... 49 8.2 Bijlage B ...................................................................................................................................... 53

6

1. Introductie In dit onderzoek wordt een thuistrainingssysteem voor COPD patiënten ontworpen. Waarom dit gedaan wordt en welke onderzoeksvragen gebruikt zijn bij dit onderzoek, wordt in dit hoofdstuk toegelicht.

1.1 Achtergrond COPD is een afkorting van Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Dit betekent dat het een chronische longaandoening is. Wereldwijd zorgt COPD voor veel sterfgevallen. Het zorgt voor bijna evenveel doden als HIV/AIDS; ongeveer 2.7 miljoen mensen sterven elk jaar aan COPD[1]. De aandoening komt vooral voor onder mensen van 55 jaar en ouder. In 2007 hadden in Nederland 18,3 per 1000 mannen COPD. Bij vrouwen was dit 15,5 per 1000. In heel 2007 waren er 47.600 nieuwe gevallen van COPD[2]. In totaal waren er in 2007 323.600 mensen waarbij COPD gediagnosticeerd is. Door vergrijzing en een toename van de levensverwachting, zal in 2030 een groot deel van de bevolking ouder zijn dan 55. Dit heeft als gevolg dat COPD ook meer zal gaan voorkomen, waardoor het waarschijnlijk in de top 3 van dodelijke aandoeningen terecht komt. Dit komt omdat bij ouderen het percentage COPD hoog is, en door de vergrijzing is het percentage ouderen ook hoger waardoor COPD vaker voor zal komen. Klachten die veel voorkomen onder COPD patiënten zijn kortademigheid, chronisch hoesten en overmatige slijmproductie[3]. Deze klachten beïnvloeden de kwaliteit van leven van COPD patiënten op een negatieve manier. Om de symptomen zo veel mogelijk te reduceren, moeten COPD patiënten zorgen dat ze een goede conditie hebben. Om dit te bereiken moeten er trainingen gedaan worden, zoals wandelen, fietsen, maar ook ademhalingsoefeningen en spiertrainingen. Om te zorgen dat de fysieke trainingen effect hebben op het ziektebeeld moeten deze trainingen correct worden uitgevoerd. Het tempo en het inspanningsniveau moeten voldoende zijn zodat de training efficiënt is. Als de trainingen te weinig of te langzaam worden gedaan zal het doen van een training geen voordeel hebben voor de patiënt. Het kan echter ook gebeuren dat trainen een nadelig effect heeft. Patiënten spannen zich te hard in, met als gevolg dat ze acuut een aanval krijgen waarbij ze zeer kortademig worden. Vaak heeft dit een ziekenhuisopname tot gevolg, en soms is het levensbedreigend. Omdat het gevaar van zo’n aanval op de loer ligt durven sommige mensen niet te trainen zonder toezicht of durven ze helemaal niet te trainen. Hierdoor gaat de fysieke conditie nog meer achteruit en worden de klachten erger. Zo komen de patiënten in een neerwaartse spiraal terecht.

1.2 Motivatie Omdat COPD een veel voorkomende aandoening is, kan een patiënt niet voortdurend onder begeleiding, van bijvoorbeeld een fysiotherapeut, zijn training doen. Hier zijn te weinig zorgverleners voor en dit kost zeer veel geld. De patiënt zal ook altijd weer naar een kliniek of praktijk moeten om de training te doen. Het is voor de patiënt daarom gunstig om trainingen thuis uit te voeren. Deze trainingen worden echter niet altijd naar behoren uitgevoerd. Het is van belang dat de trainingen juist worden uitgevoerd omdat ze anders geen effect hebben. Als trainingen niet juist worden uitgevoerd zal het ziektebeeld niet verminderen[4], en de kwaliteit van leven niet verbeteren. Er kan veel tijd bespaard worden door een ICT systeem de training te laten waarnemen en het systeem ook feedback te laten geven op die training[5].

7

Het doel van zo’n systeem is dat COPD patiënten zonder menselijk toezicht fysieke trainingen kan doen in zijn eigen huis. Het systeem vertelt welke oefening de patiënt moet doen en kijkt vervolgens of de patiënt deze oefening goed doet. Het systeem neemt als het ware de rol van de zorgverlener over. Er moet een systeem worden ontwikkeld waarmee de patiënt thuis kan trainen.

1.3 Doel Het doel van dit onderzoek is om een systeem te ontwerpen, waarmee COPD patiënten thuis veilig en effectief kunnen trainen. De trainingen hebben als doel om de conditie, en daarmee de kwaliteit van leven, van de patiënt te verbeteren. Met behulp van feedback van het systeem moet de patiënt gemotiveerd worden om de training te blijven volhouden en daarnaast moet het systeem controleren of de training juist wordt uitgevoerd. Naast het ontwerp van het systeem wordt de intelligentie van het systeem gemaakt. Het systeem moet keuzes maken op basis van de invoer die verkregen wordt door de fysieke training waar te nemen. Door algoritmes te gebruiken kan het systeem beslissen welke feedback gegeven moet worden.

1.4 Onderzoeksvragen Om tot dit doel te komen is er een onderzoeksvraag opgesteld. Om de hoofdonderzoeksvraag te kunnen beantwoorden zijn er ook deelvragen opgesteld. 

Hoe kan er een ICT systeem gerealiseerd worden, waarin het doen van oefeningen voor COPD patiënten en het krijgen van feedback op die oefeningen geïmplementeerd is?

Om deze vraag te kunnen beantwoorden zijn de volgende deelvragen opgesteld:    

Wat zijn de optimale parameters voor feedback? Wat zijn de beste fysieke oefeningen die het grootste effect hebben op het verbeteren van de conditie van COPD patiënten? Welke functies heeft het systeem? Hoe kan een algoritme worden ontwikkeld waarmee het systeem beslissingen kan maken voor het geven van feedback, op basis van invoer van gegevens?

De eerste deelvraag richt zich op het geven van de feedback. Het systeem neemt de training waar, maar de patiënt moet wel weten of hij het goed doet of niet. Er wordt gekeken naar 1) hoe feedback het beste gegeven kan worden, met welke modaliteit; geluid, zicht of tast, 2) hoe vaak feedback gegeven moet worden dat het nog efficiënt is en er wordt gekeken of 3) er nog andere dingen van invloed zijn om zo efficiënt mogelijk feedback te geven. De tweede deelvraag richt zich op de fysieke trainingen. Er wordt gekeken welke fysieke trainingen effectief zijn voor de bevordering van de conditie van een COPD patiënt. Bij de derde deelvraag wordt er gekeken naar functies die het systeem moet vervullen voor de gebruiker. Aan de hand van de gebruikerseisen en technische eisen kan er een ontwerp gemaakt worden. De laatste deelvraag kijkt naar de intelligentie van het systeem. Het systeem moet berekenen welke feedback er gegeven moet worden door gebruik te maken van algoritmes die kijken naar de invoer van gegevens.

8

Aan deze vragen is ook een hypothese verbonden. Dit is een stelling die wordt getest aan de hand van het onderzoek. Het is mogelijk om een interactief prototype te maken waarin feedback wordt gegeven op het doen van oefeningen voor COPD patiënten in een thuissituatie.

1.5 Aanpak Bovengenoemde hypothese zal worden getest in dit onderzoek. Om deze te kunnen testen wordt er eerst een literatuuronderzoek gedaan naar het geven van feedback. Er wordt een raamwerk opgesteld van de parameters voor feedback op de trainingen van COPD patiënten. Vervolgens wordt aan de hand van dit raamwerk een systeem ontworpen. Van dit ontworpen systeem wordt een prototype uitgewerkt.

1.6 Methodologie De methodologie is weergegeven in figuur 1. Eerst wordt het onderzoeksvoorstel opgesteld. Vervolgens wordt er een literatuuronderzoek gedaan naar COPD en feedback. Daarna wordt er een globaal ontwerp van een systeem gemaakt wat wordt verwerkt in een scenario. Uit dit scenario worden de eisen van het systeem afgeleid, vanuit het oogpunt van de gebruiker en vanuit het oogpunt van de ontwerper. Deze eisen leiden tot een technisch ontwerp waarna de grafische interface van het systeem ontworpen wordt. Van het technische ontwerp wordt een prototype gemaakt met behulp van een Model/View/Controller architectuur en daarna wordt er geprobeerd om zo goed mogelijk antwoord te geven op de onderzoeksvraag. Onderzoeksvoorstel Literatuuronderzoek

Globaal ontwerp/Scenario PACT FICS Technisch ontwerp

Mockups

Prototype Model

View

Controller

Conclusie

Figuur 1: De methodologie van dit onderzoek, het laat zien welke stappen worden ondernomen om van het onderzoeksvoorstel tot een conclusie te komen.

9

1.7 Structuur In hoofdstuk 2 wordt er dieper ingegaan op COPD, er wordt onder andere gekeken welke trainingen het meest efficiënt zijn voor COPD patiënten. In hoofdstuk 3 wordt gekeken naar feedback. Wat is er bekend over het geven van feedback, welke onderzoeken zijn er gedaan en hoe kan feedback verbeterd worden, zodat het een optimaal effect heeft op de trainingsprestaties van patiënten. In het hoofdstuk 4 wordt er een ontwerp gemaakt van het systeem. De eisen aan het systeem worden opgesteld aan de hand van een scenario. Er wordt van een globaal ontwerp van het systeem toegewerkt naar een gedetailleerd ontwerp. Van dit ontwerp wordt een prototype gemaakt, dit prototype wordt besproken in hoofdstuk 5. Het prototype bevat de interface van het systeem, de gegevens die het systeem bevat en de intelligentie die het systeem heeft voor het geven van feedback. In dit hoofdstuk wordt de ontwikkeling van het prototype behandeld. In hoofdstuk 6 wordt er een conclusie getrokken en worden de resultaten gediscussieerd waarna er nog enkele aanbevelingen worden gedaan voor verder onderzoek.

10

2. COPD COPD is een afkorting van Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Het is een verzamelnaam van chronische longziektes die vooral voorkomen onder ouderen. Bij COPD zijn de longen eigenlijk constant ontstoken. Deze ontstekingen richten blijvende schade aan waardoor het longvolume afneemt. COPD wordt vooral veroorzaakt door roken, maar ook niet-rokers kunnen COPD krijgen. Dit kan door een langdurige blootstelling aan niet schone lucht waar zeer fijne deeltjes in zitten, of omdat familieleden de aandoening hebben, want COPD is erfelijk. Op dit moment is COPD de vijfde grootste doodsoorzaak ter wereld en volgens verwachtingen zal COPD in 2020 doodsoorzaak nummer drie zijn. Dit komt omdat steeds meer mensen op de wereld roken. Daarnaast vinden er demografische veranderingen plaats, vooral vergrijzing, en is de gemiddelde levensverwachting van de bevolking hoger, doordat er in de zorg steeds meer gebruik wordt gemaakt van nieuwe technieken waardoor mensen langer leven[1, 6]. Er is steeds betere apparatuur beschikbaar, bijvoorbeeld MRI-scanners of CT-scanners, om ziektes en aandoeningen in een vroeg stadium op te sporen en te behandelen. Omdat COPD vooral onder ouderen voorkomt, zal het percentage COPD toenemen naarmate het percentage ouderen in de bevolking ook toeneemt. In April 2007 waren er in Nederland 323.600 mensen die van hun huisarts de diagnose COPD hebben gekregen[7]. Deze mensen zien gemiddeld zes keer per jaar hun huisarts, een ook bezoekt driekwart van de patiënten een medisch specialist of een longarts. Een kwart van alle patiënten bezoekt een fysiotherapeut en 93% gebruikt medicijnen[8]. Hiermee ligt het zorggebruik van COPD patiënten veel hoger dan andere patiënten met een chronische ziekte. De totale kosten in het jaar 2000 voor mensen met COPD in de Nederlandse gezondheidszorg bedroeg 280 miljoen euro[9]. Omdat de prevalentie van COPD in de komende jaren toeneemt, zullen de kosten van COPD patiënten voor de gezondheidszorg ook toenemen. Symptomen van de aandoening zijn chronisch hoesten, overmatige slijmaanmaak en kortademigheid. Naast deze klachten kunnen er ook exacerbaties optreden. Een exacerbatie is een soort aanval waarbij de klachten acuut toenemen. De patiënt heeft dan last van zeer ernstige benauwdheid[10]. De impact van zo’n aanval is vaak groot. Er is terugval in de functie van de longen, waardoor de patiënt zeer benauwd is en grote moeite heeft met ademhalen. Vaak gaat een exacerbatie gepaard met een ziekenhuisopname. Het duurt vaak weken voordat de symptomen en de longfunctie weer op hun oude niveau zijn. In het meest gevorderde stadium van COPD kan een exacerbatie zelfs levensbedreigend zijn. Stadia Het Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Diseases (GOLD) is een organisatie die COPD probeert te bestrijden. Ze werken hiervoor samen met professionele zorgverleners en officiële instanties wereldwijd[6]. Het GOLD stelt onder andere richtlijnen op voor de behandeling van COPD. Het GOLD onderscheid vier verschillende classificaties in de hevigheid van de COPD. Afhankelijk van de eigenschappen en symptomen worden de patiënten in een van de stadia geplaatst om zo de behandeling te bepalen.

11

Tabel 1: De verschillende stadia van COPD[6]

Klasse 1) Mild 2) Gemiddeld 3) Ernstig

4) Zeer ernstig

Eigenschappen FEV1/FVC < 0.70 FEV1>80% FEV1/FVC < 0.70 50%
Symptomen Soms een hoestje of overtollige slijmaanmaak, maar de meeste mensen weten niet dat ze COPD hebben. Soms kortademigheid en hoestje met slijm. Mensen in dit stadium zoeken contact met dokter. Meer kortademigheid, vermoeidheid bij inspanning, meer exacerbaties die invloed hebben op de kwaliteit van leven. Kwaliteit van leven is laag, chronisch kortademig, er kan ook hartfalen optreden en de exacerbaties zijn levensbedreigend.

De FVC is de Forced Vital Capacity. Dit is het totale volume in liters wat de longen kunnen uitblazen na een diepe inademing. De FEV1 is het volume dat in 1 seconde kan worden uitgeademd. Dit wordt gemeten vanaf de totale longcapaciteit, als bij een patiënt de FEV1 50% is, betekent dit dat hij in één seconde de helft van zijn totale longcapaciteit kan uitblazen. De FEV1/FVC is een ratio van het volume in liters dat in één seconde uitgeblazen kan worden ten opzichte van het totale volume wat de longen kunnen uitblazen. Dit onderzoek richt zich op patiënten die zich in stadium 2 of in stadium 3 bevinden. Bij deze mensen is het uitvoeren van training het meest effectief. Patiënten in stadium 1 weten vaak niet eens dat ze COPD hebben terwijl in stadium 4 het gevaar van exacerbaties zeer groot is, waardoor het doen van trainingen een groot risico met zich meebrengt. Behandeling De behandeling van COPD patiënten is zeer intensief. Het is onderverdeeld in vier fases. 1) In de eerste fase wordt de ernst van de ziekte bepaald. Dit gebeurd door het testen van onder andere de FEV1. Ook kan er een röntgenfoto worden gemaakt van de borst, of het zuurstofgehalte in de aderen wordt gemeten. 2) De tweede fase richt zich op het reduceren van de risicofactoren. Mensen worden ervan bewust gemaakt dat ze moeten stoppen met roken en ze krijgen hierbij ook hulp aangeboden. Het risico op blootstelling aan luchtvervuiling wordt gereduceerd. 3) Bij de derde fase wordt bewerkstelligd dat de COPD stabiel blijft. De ziekte moet niet in een verder gevorderd stadium raken waardoor de klachten toenemen. Dit wordt gedaan door de patiënten medicatie voor te schrijven, maar ook door ze onder toezicht trainingen te laten uitvoeren. Men richt zich op verbetering van de kwaliteit van leven. 4) De vierde fase is het in bedwang houden van exacerbaties. De behandeling in fase drie moet zoveel mogelijk voorkomen van acute verergering van de klachten, maar als dit gebeurd moet dit in de hand gehouden worden. Mensen krijgen medicatie om de effecten van een exacerbatie zo veel mogelijk te reduceren[6]. Dit onderzoek richt zich op de derde behandelingsfase, het stabiliseren van de aandoening. Het doen van fysieke trainingen heeft als doel om de symptomen te reduceren, de kwaliteit van leven te verbeteren en het kan ervoor zorgen dat een patiënt zijn dagelijkse activiteiten beter kan uitvoeren. Het doen van boodschappen kan voor een ongetrainde COPD patiënt lastig zijn omdat diegene tijdens de boodschappen last krijgt van kortademigheid. COPD patiënten profiteren van het doen van trainingen. De conditie van de patiënt gaat vooruit en de symptomen zullen reduceren. Door het doen van fysieke training zal de patiënt minder last hebben van dyspnea (kortademigheid) en vermoeidheid[4]. 12

Fysieke trainingen kunnen de motivatie tot het doen van trainingen verbeteren. Als mensen vaker trainen zullen de trainingen effect hebben op de conditie. De patiënten merken dat door de fysieke training de conditie vooruit gaat. Patiënten gaan zich door de training beter voelen en worden hierdoor automatisch gemotiveerd om vaker te trainen. Het zal er ook voor zorgen dat de patiënt minder stemmingswisselingen heeft en het verbeterd de cardiovasculaire functies. De vraag is nu echter welke fysieke trainingen het meeste effect hebben op de kwaliteit van leven en de symptomen, hoe vaak deze trainingen moeten worden uitgevoerd en met welke intensiteit. Patiënten moet minstens drie keer per week trainen, wil de trainingen effectief zijn. Een onderzoek van Ringbeak et al.[11] keek naar het verschil tussen twee groepen. De ene groep deed acht weken lang twee keer per week fysieke trainingen. De andere groep kreeg een placebo behandeling met vooral groepstherapie. Het onderzoek toonde aan dat er uiteindelijk geen verschil zat in de toename van de fysieke conditie. Over het algemeen wordt aangenomen dat hoe langer de trainingsperiode, hoe groter het effect van de training is. Langere trainingsperiodes, bijvoorbeeld tien weken lang drie keer per week, hebben een groter effect dan korte trainingsperiodes waarbij veel trainingen per week gedaan worden, gedurende een klein aanta l weken. Op dit moment zijn de meeste trainingen voor COPD patiënten gericht op de lagere extremiteiten. Vooral fietsen en lopen op een loopband zijn trainingen die vaak worden uitgevoerd. Het is voor COPD patiënten echter ook nuttig om trainingen voor de bovenste extremiteiten te doen. Hierbij kan gedacht worden aan het trainen met elastische banden of gewichten. Bij de meeste dagelijkse activiteiten worden de bovenste extremiteiten gebruikt, dus door deze te trainen kan de kortademigheid tijdens een dagelijkse activiteit afnemen. De fysieke trainingen die uitgevoerd werden onder toezicht van een fysiotherapeut bleken efficiënter te zijn dan de trainingen die in een thuissituatie werden uitgevoerd[12]. Een reden hiervoor kan zijn is dat in de thuissituatie mensen niet worden aangemoedigd om door te zetten als ze vermoeid raken. Een andere reden kan zijn is dat mensen zich zonder toezicht niet fysiek moe durven maken omdat ze bang zijn voor een exacerbatie. Om een zo groot mogelijk resultaat uit de trainingen te halen, moeten de trainingen uitgevoerd worden met hoge intensiteit. Bij de meeste COPD patiënten wordt trainen vanaf 60% van hun maximale trainingsvermogen gezien als hoge intensiteit. Het maximale trainingsvermogen is de maximale zuurstofopname bij inspanning. Dit kan worden bepaald met een wandeltest. Het maximale trainingsvermogen kan ook worden uitgedrukt in hartslag[13]. Als een training wordt gedaan op 60% van de maximale hartslag wordt dit gezien als hoge intensiteit. Om een zo goed mogelijk resultaat te halen moet de trainingsintensiteit echter wel iets hoger dan dit percentage liggen[4]. Voor een fiets- of wandeloefening is 30 minuten trainen op meer dan 60% van de maximale hartslag goed. Als de training bij lagere intensiteit of gedurende een kortere periode wordt gedaan zal er geen effect zijn op de conditie van de patiënt[4]. Voor een krachttraining zijn twee tot vier sets van zes tot twaalf herhalingen ideaal. Als de conditie van een patiënt niet goed genoeg is om 30 minuten te kunnen fietsen op 60%, is intervaltraining een goed alternatief. Hierbij worden delen met hoge intensiteit afgewisseld door periodes van rust.

13

Kortom, in het ideale geval is er een schema van minstens 20 trainingen. Per week worden drie trainingen uitgevoerd met een hoge intensiteit. De trainingen richten zich afwisselend op de lage en de hoge extremiteiten en ook wisselen krachttrainingen en het trainen van het uithoudingsvermogen elkaar af. In tabel 2 staat een voorbeeld van een trainingsschema voor een COPD patiënt zodat het uitvoeren van de trainingen het meest effectief zijn. Tabel 2: Een voorbeeld van een trainingsschema wat gebruikt zou kunnen worden door een COPD patiënt om zijn conditie te verbeteren

Week Maandag

1 30 minuten fietsen

Woensdag

4 sets van 10 herhalingen met elastische band 30 minuten fietsen

Vrijdag

Week Maandag


Woensdag

5 sets van 12 herhalingen met elastische band 40 minuten fietsen

Vrijdag

2 4 sets van 10 herhalingen met gewichten 30 minuten fietsen 4 sets van 10 herhalingen met elastische band 6 5 sets van 12 herhalingen met gewichten 40 minuten fietsen 5 sets van 12 herhalingen met elastische band


4 sets van 10 herhalingen met gewichten 35 minuten fietsen

4 4 sets van 12 herhalingen met elastische band 35 minuten fietsen

4 sets van 12 herhalingen met gewichten


5 sets van 12 herhalingen met gewichten 45 minuten fietsen

14

3. Feedback Het begrip feedback is zeer breed, er zijn veel verschillende begrippen die onder feedback vallen. Bijvoorbeeld, in een biologisch systeem zorgt feedback ervoor dat bepaalde grenzen niet overschreden worden. Een sensor neemt een bepaalde parameter waar en als deze over een grenswaarde gaat, wordt er feedback gegeven aan het systeem dat het moet stoppen met produceren. In deze situatie is feedback terugkoppeling over een bepaalde waarde van een parameter. In dit onderzoek wordt feedback beschouwd als een boodschap over de prestaties van iemand, in dit geval een COPD patiënt. Een patiënt voert een trainingsoefening uit en het ICT-systeem geeft aan de hand van feedback aan of de oefening goed uitgevoerd wordt, of wat de patiënt moet doen om de oefening effectiever uit te voeren. De patiënt probeert zo zijn gedrag aan te passen, wat een beter uitvoer tot gevolg heeft. Feedback is belangrijk omdat het de prestaties van een patiënt kan verbeteren. Zonder feedback kunnen de taken wel uitgevoerd worden, maar met toevoeging van feedback is er een significante verbetering in de uitvoer van de oefening te zien. Daarnaast heeft feedback niet alleen een informatieve taak, maar werkt het ook motiverend mits het op de juiste manier gegeven wordt[14].

Input

Proces

Output

Feedback Figuur 2: Het principe van feedback. Door informatie terug te koppelen wordt geprobeerd om de uitvoer optimaal te maken.

Feedback kan worden verdeeld in twee soorten. De feedback die een persoon als het ware aan zichzelf geeft is de intrinsieke feedback. Als een persoon aan het hardlopen is en hij krijgt kramp, is dat feedback vanuit het lichaam dat diegene langzamer moet gaan lopen. Naast intrinsieke feedback is bestaat er extrinsieke feedback. Dit is feedback die gegeven wordt door een externe bron, bijvoorbeeld een fysiotherapeut. Als een zorg op afstand systeem feedback geeft valt dit ook onder extrinsieke feedback, omdat het een externe bron is. Ook extrinsieke feedback kan worden onderverdeeld in meerdere categorieën. De algemene categorieën waarin onderscheidt gemaakt kan worden in extrinsieke feedback zijn aspecten en types. De aspecten van extrinsieke feedback richten zich op de aard van de feedback, de timing van de feedback en de frequentie van de feedback. Onder types van feedback wordt verstaan of het verbaal, sensorisch of visueel wordt gegeven, de modaliteit van de feedback[15-17].

3.1 Aspecten Nature Met de aard van de feedback wordt de inhoud van de boodschap bedoeld. Er is veel ruimte om de inhoud van een boodschap te veranderen. Er kan feedback gegeven worden over het resultaat van een prestatie ten opzichte van een doel dat voor ogen is, maar er kan ook feedback worden gegeven over de prestatie zelf. In dit geval is prestatie eigenlijk het uitvoeren van de fysieke training. De feedback kan positief of negatief zijn. Positief gerichte feedback is feedback over wat goed is gegaan en negatieve feedback gaat over datgene dat fout is gegaan. 15

De boodschap kan dringend zijn, maar de boodschap kan ook vragend zijn. Een boodschap die luidt: “Ga nu sneller lopen!”, kan een hele ander effect hebben dan een boodschap: “Het heeft meer nut als je nu sneller gaat lopen”, of “zou het niet beter zijn als u sneller gaat lopen?” Timing Onder de aspecten valt ook de timing. Het woord zegt het al, het betreft hier de timing van de boodschap. Is het beter om feedback tijdens de oefening te geven (concurrent feedback) of na de oefening (terminal timing)? Daarnaast is de frequentie van de feedback van belang. Als er te vaak feedback wordt gegeven is de kans aanwezig dat de patiënt afhankelijk wordt van deze feedback. De oefening kan dan alleen correct worden uitgevoerd met regelmatige feedback. Overmatige feedback kan ook leiden tot irritaties waardoor de patiënt juist gedemotiveerd wordt. Frequentie Bij de frequentie wordt onderscheidt gemaakt tussen summary of faded. Bij summary wordt er bijvoorbeeld na elke vijf trainingen feedback gegeven. Bij faded zwakt het aantal feedback momenten af, eerst wordt er na vijf trainingen feedback gegeven, daarna pas weer na vijftien, enzovoorts. Focus Een vierde aspect waarin onderscheid gemaakt kan worden is de focus van de feedback. Interne focus richt zich op het lichaam van de patiënt. Externe focus richt zich op het lichaam in verband met de omgeving. Een voorbeeld van intern gerichte feedback kan zijn: “Til je ene voet voorbij je andere voet”. Een voorbeeld van extern gerichte feedback: “Zet je voet op de gele lijn op de grond”.

3.2 Modaliteiten Er zijn drie modaliteiten feedback namelijk verbaal, sensorisch en visueel. Bij verbale feedback wordt de feedback gegeven door middel van verbale opmerkingen van het systeem of door piepjes als de patiënt een bepaald tempo moet aanhouden. Bij sensorische feedback geeft het systeem feedback die gevoeld kan worden. Dit kan bijvoorbeeld als een patient een beroerte heeft gehad en een beweging opnieuw moet aanleren. Hij kan hiervoor een skelet om zijn arm krijgen die de arm tegenhoud als het de verkeerde kant op beweegt. Sensorische feedback is feedback die gevoeld kan worden. Voelen kan worden onderverdeeld in drie zintuigen, tastzin waarbij aanraking wordt gevoeld. Bij thermoceptie wordt warm of koud gevoeld en bij nociceptie voelt men pijn. Ook kan de evenwichtszin beïnvloed worden evenals proprioceptie, de spierspanning en rek in de pezen. Naast verbale en sensorische feedback, kan feedback ook visueel worden gegeven. Dit kan zijn in de vorm van een instructiefilm, maar ook als verschillende parameters, bijvoorbeeld spierspanning en hartslag die worden weergegeven op een scherm.

16

3.3 Optimale feedback Nu alle aspecten en modaliteiten van feedback benoemd zijn, moet bepaald worden welke combinaties van aspecten en modaliteiten het beste zijn. Er zijn in het verleden meerdere onderzoeken gedaan naar wat de meest effectieve parameters zijn voor het geven van feedback. Deze zullen in de loop van deze paragraaf aan bod komen. Kennis over de prestatie of kennis over het resultaat Er is onderscheid te maken tussen feedback over het resultaat (KR) en feedback over de prestatie (KP). Bij feedback over het resultaat wordt allen teruggekoppeld of een beoogd resultaat is gehaald of niet. Bijvoorbeeld, een fietser wilt in vier uur 100km fietsen. Bij feedback over het resultaat krijgt hij na afloop teruggekoppeld of dit doel gehaald is. Bij feedback over de prestatie krijgt hij tussendoor te horen hoe hard hij fietst en hoeveel kilometer hij al heeft gefietst[17]. In het onderzoek van Molier et al.[16] is gekeken naar de resultaten en methodes van een aantal onderzoeken die er in het verleden zijn gedaan met betrekking tot deze twee soorten feedback. Bij deze onderzoeken is gekeken naar het herstel van motor functie, dus beweging, van patiënten die een beroerte hebben gehad. Onderzoeken naar feedback bij COPD patiënten zijn niet gevonden. Het is moeilijk om te bepalen in hoeverre mensen met een verlamming te vergelijken zijn met COPD patiënten. COPD patiënten hebben geen verlammingsverschijnselen en kunnen daarom alle bewegingen uitvoeren. Daarentegen hebben beide patiëntengroepen een lichamelijke beperking en beide patiëntengroepen bestaan voornamelijk uit ouderen. Het is daarom waarschijnlijk dat zowel COPD patiënten als mensen met een beroerte in grote lijnen hetzelfde reageren op de feedback die ze krijgen. Bij vier onderzoeken is er feedback gegeven over alleen de prestatie. Bij alle patiënten had dit een voordelig effect op de motorfunctie. Er is één onderzoek gedaan waarbij alleen feedback werd gegeven over het resultaat. Dit had ook een voordelig effect op de motorfunctie van de patiënten. Eén studie vergeleek feedback over zowel het resultaat als over de prestatie met alleen feedback over het resultaat. Dit had een onduidelijk effect op de motorfunctie. In twee onderzoeken werd feedback over alleen het resultaat vergeleken met feedback over alleen de prestatie. In beide onderzoeken was er een voordelig effect voor patiënten die feedback over alleen de prestatie hebben gehad. Tabel 3: Een overzicht van de resultaten van onderzoeken waarin het verschil tussen kennis over de prestatie en kennis over het resultaat is onderzocht

Onderzoek Alleen KP

Alleen KR KR & KP vs. KP KR vs. KP

Door wie Bourbonnais et al. [18] Ellis et al. [19] Casadio et al. [20] Broeren et al. [21] Eckhouse et al. [22] Maulucci et al. [23] Cirstea et al. [24] Cirstea et al. [25]

Conclusie Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Onduidelijk effect Voordelig effect voor KP Voordelig effect voor KP

Het lijkt er op dat feedback over alleen de prestatie effectiever is dan feedback over alleen het resultaat. Dit kan verklaard worden doordat feedback over de prestatie meer informatie bevat. Wel ligt het gevaar op de loer dat feedback te specifiek is. Dit heeft een negatief effect voor

17

leren op de lange termijn[26]. Dit heeft te maken met het feit dat patiënten op deze manier afhankelijk worden van de feedback. Negatieve of positieve feedback Feedback kan positief of negatief gegeven worden. Positieve feedback richt zich op de dingen die goed zijn gegaan, negatieve feedback richt zich op de dingen die fout zijn gegaan. Het wordt aangenomen dat negatieve feedback effectiever is dan positieve feedback. Dit komt omdat negatieve feedback meer informatie bevat dan positieve feedback. Dit geldt vooral voor eenvoudige taken. Onderzoek van Ashby en O’Brien[27] heeft uitgewezen dat bij ingewikkeldere taken in het dagelijks leven het voordeel van negatieve feedback verdwijnt. Positieve feedback kan voordelig werken op de motivatie van de patiënt[15]. Dit komt omdat de patiënt weet dat hij zijn oefening goed uitvoert en aangemoedigd wordt om door te gaan. Het is daarom waarschijnlijk het meest effectief om een combinatie van beide soorten toe te passen, hier is echter geen eenduidig bewijs voor[17, 27]. Dwingende of vragende feedback De vraag of feedback dwingend of vragend moet zijn komt bijna niet aan de orde. Alleen bij een onderzoek van op den Akker et al. wordt het kort genoemd[28]. Zij concluderen dat het per persoon verschilt. De ene persoon geeft voorkeur aan een wat hardere aanpak terwijl de andere vooral vrij gelaten wil worden in zijn keuze. Er zal een compromis gevonden moet worden, of er moet een knop komen in het systeem waar een keuze kan worden gemaakt tussen de twee. Gelijktijdige feedback of eind feedback Concurrent feedback is feedback die tijdens de oefening gegeven wordt. Terminal feedback wordt pas gegeven na de oefening. Als mensen tijdens de oefening feedback krijgen heeft dit een voordelig effect op het resultaat van de oefening. De mensen leren sneller om een beweging juist uit te voeren. Het probleem hierbij is echter dat mensen dan afhankelijk worden van de feedback[14, 15]. Een onderzoek van Wishart et al. wijst uit dat vooral ouderen profiteren van concurrent feedback. Ze leren een taak sneller en ze voeren de taak stabieler uit als er concurrent feedback gegeven[29]. Omdat COPD patiënten vaak boven de 55 jaar zijn zouden zij kunnen profiteren van concurrent feedback. Omdat de trainingen worden uitgevoerd in een thuissituatie, is het niet erg dat de patiënten van feedback afhankelijk zijn omdat de feedback er toch altijd is als er een training wordt uitgevoerd. Concurrent feedback moet niet te snel achter elkaar gegeven worden, aangezien dit kan leiden tot irritaties[17]. Samenvattende feedback of vervagende feedback Molier et al. hebben maar één onderzoek gevonden waar er werd gekeken naar de frequentie van de feedback. In dit onderzoek werd bij een trainingsgroep summary feedback gegeven en bij de andere groep faded feedback. De resultaten waren voor beide groepen hetzelfde. De frequentie lijkt weinig invloed te hebben op de prestaties van mensen. Volgens Wulf et al. hebben beide methodes een voordelig effect[15]. Er kan worden gekozen om feedback op vooraf gestelde tijdstippen te geven, maar het kan ook gegeven worden op het moment dat een bepaalde situatie zich voordoet. Dan geeft het systeem feedback als bijvoorbeeld de hartslag van een patiënt te hoog wordt. In een 18

thuistraining systeem voor COPD patiënten moeten waarschijnlijk beide vormen gegeven worden. Als er bijvoorbeeld een oefening van 30 minuten gedaan wordt, kan er na tien minuten feedback gegeven worden over hoe het gaat, maar er kunnen gevaarlijke situaties ontstaan als er parameters zoals hartslag worden overschreden. Na tien minuten zou de boodschap kunnen zijn: “Je zit al op 1/3 van de training en het gaat goed. Hou vol!” of als binnen tien minuten een grenswaarde van de hartslag wordt bereikt: “Verminder je snelheid want je hartslag is te hoog”. Interne of externe focus In een onderzoek van Wulf et al.[14] is er gekeken naar de focus van de feedback. Dit onderzoek heeft uitgewezen dat feedback met een externe focus effectiever is dan interne focus. Bij externe focus wordt er feedback gegeven over het lichaam in verband met de omgeving en bij interne feedback gaat het puur om het lichaam zelf. Bij interne feedback luidt de boodschap: “Verschuif je gewicht van je achterste been naar je voorste been”. Bij externe feedback luidt de boodschap: “Verschuif je gewicht richting het doel voor je”. Deze methode is dus effectiever[15]. Auditorische, sensorische of visuele feedback In verschillende onderzoeken is gekeken naar het effect van de modaliteit van de feedback op het aanleren van bewegingen voor patiënten met een beroerte. Is een combinatie van modaliteiten beter, of is het beter om maar één modaliteit toe te passen omdat het anders onoverzichtelijk wordt? Tijdens het literatuuronderzoek van Molier et al.[16] werden er vier onderzoeken gevonden waar alleen visuele feedback gegeven werd. Bij één van deze onderzoeken profiteerden de patiënten van de visuele feedback, bij één onderzoek was er geen effect en bij twee onderzoeken werd geen overtuigend bewijs gevonden. Bij tien studies werd er een combinatie van verbale en visuele feedback gegeven. Eén hiervan vergeleek een combinatie van visuele en verbale feedback tegen alleen visuele feedback. Hier werd geen overtuigend bewijs gevonden dat feedback effectiever is als het verbaal én visueel wordt gegeven. Een studie vergeleek visueel en verbaal met elkaar. De conclusie van dit onderzoek was dat verbale feedback het grootste effect had. Vijf onderzoeken gaven zowel visuele als sensorische feedback. Dit had in alle gevallen een voordelig effect. Eén van de vijf testte het effect van sensorisch + visueel tegenover alleen visueel. Er was geen voordelig effect voor beide methodes. In één onderzoek werden alle drie de modaliteiten van feedback gegeven. Dit had een nadelig effect. Dit kan komen omdat deze vorm van feedback verwarrend is omdat er zo veel indrukken tegelijkertijd zijn[16]. Tabel 4: Een overzicht van de resultaten van onderzoeken waar het effect van de modaliteit van de feedback is onderzocht

Onderzoek Alleen visuele feedback

Visueel & verbaal vs. alleen visueel Visueel vs. verbaal

Onderzoek Carey et al. [30] Winstein et al. [31] Bourbonnais et al. [18] Colombo et al. [32] Maulucci et al. [23] Cirstea et al. [25]

Conclusie Voordelig effect Onduidelijk effect Nadelig effect Nadelig effect Onduidelijk effect voor visueel & verbaal Voordelig effect voor verbaal 19

Visueel & sensorisch

Visueel & sensorisch vs. visueel Visueel & verbaal & sensorisch

Jang et al. [33] Coote et al. [34] Broeren et al. [35] Casadio et al. [20] Broeren et al. [21] Kahn et al. [36]

Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Voordelig effect Nadelig effect

Stewart et al. [37]

Nadelig effect

3.4 Overzicht In het figuur 3 is overzichtelijk weergegeven uit welke parameters feedback bestaat en hoe deze in verband staan met elkaar. Feedback bestaat uit aspecten en types (of modaliteit). De aspecten zijn onder te verdelen in vier klassen, de nature van de feedback, de timing van de feedback, de frequentie van de feedback en de focus van de feedback. Elk van deze aspecten heeft een waarde. Bijvoorbeeld, het aspect nature kan bestaan uit feedback over de resultaten (KR) óf feedback over de prestatie (KP). De modaliteit van de feedback kan worden onderverdeeld in drie klassen. Feedback kan verbaal gegeven worden, visueel gegeven worden en sensorisch gegeven worden. Een combinatie van modaliteiten is ook mogelijk.

Figuur 3: Een overzicht van de aspecten en modaliteiten waaruit feedback bestaat

20

3.5 Reflectie In dit hoofdstuk is uitgezet welke parameters een rol spelen bij het geven van feedback. Er zijn naar aanleiding van dit onderzoek keuzes gemaakt wat de beste instellingen zijn voor het geven van feedback voor COPD patiënten. Deze keuzes zijn weergegeven in tabel 5. Bij de meeste parameters was direct duidelijk wat de beste optie is, gebaseerd op onderzoeken uit het verleden. Deze onderzoeken zijn echter niet gedaan met een populatie COPD patiënten. De vindingen zijn gebaseerd op de gegevens van gezonde mensen en mensen die een beroerte hebben gehad. Er is wel rekening gehouden met het feit dat COPD patiënten vaak ouderen zijn en daarom hebben zij een groter voordeel van extrinsieke feedback. Bij de parameters inhoud, timing en frequentie waren de conclusies van eerdere onderzoeken helder en is de keuze voor de feedback daarop gebaseerd. Bij de modaliteit van de feedback is echter niet duidelijk met welke modaliteit de beste uitkomsten worden gehaald. Afgaande op tabel 4 zou een systeem dat sensorische en visuele feedback geeft het meeste effect hebben. Het is in een thuissituatie echter niet handig om sensorische feedback te geven. Voor sensorische feedback moeten patiënten apparatuur aan het lichaam bevestigen. Dit soort apparatuur kan echter gauw verkeerd geplaatst worden, en het is niet comfortabel bij het doen van fysieke training. Daarom is er gekozen om in het toekomstige systeem zowel visuele als auditieve feedback te geven. Tabel 5: Een overzicht van de gemaakte keuzes bij de verschillende parameters van feedback

Parameter Inhoud

Focus

Timing

Frequentie

Modaliteit

Waarde Het systeem geeft feedback over alleen de prestatie. Het systeem geeft feedback over zowel dingen die fout gaan, maar ook als iets goed is uitgevoerd geeft het feedback over datgene wat goed is gegaan. Het systeem geeft feedback met externe focus, over het lichaam in verband met de omgeving. De timing van de feedback is concurrent. Tijdens het uitvoeren wordt er verteld of de patïent het goed doet, of het systeem maakt de patiënt duidelijk wat hij moet veranderen. De feedback wordt ook gegeven als bepaalde situatie zich voordoet (hartslag te hoog), en als die situatie na bepaalde tijd niet is gebeurd geeft het systeem een motiverende boodschap. Het systeem zal gebruik maken van summary feedback. Na elke vijf trainingen wordt er automatisch een overzicht gegeven van de uitvoer van alle trainingen tot nu toe. Het systeem geeft auditieve en visuele feedback.

21

4. Ontwerp In dit hoofdstuk wordt toegewerkt naar een gedetailleerd ontwerp van het ICT-systeem. Eerst wordt er een scenario opgesteld. Aan de hand van dit scenario worden de eisen van de gebruikers opgesteld in termen van PACT en FICS. Deze termen worden verderop in dit hoofdstuk besproken. Vervolgens wordt er een ontwerp gemaakt van het toekomstige systeem.

4.1 Scenario Een scenario is een visionaire beschrijving waarin de verschillende gebruikers van een (toekomstig) systeem een rol spelen. Een scenario vertelt wat de toekomstige gebruikers met een systeem kunnen doen en wat het systeem daartoe moet kunnen. Uit het scenario kunnen dan de eisen van het systeem opgesteld worden[38, 39]. Het scenario is gebaseerd op een combinatie van het literatuuronderzoek naar COPD en feedback, en het doel van dit onderzoek, wat beschreven staat in paragraaf 1.3. Het doel is om een systeem te ontwikkelen waarmee COPD patiënten trainingen kunnen doen die door het systeem worden waargenomen. Vervolgens analyseert het systeem de invoergegevens en geeft het systeem feedback op de uitvoer van de training. Paul Jansen wordt over een paar maanden 61. Hij heeft zijn hele leven bij een sloopbedrijf gewerkt, maar is sinds kort met vervroegd pensioen. In zijn vrije tijd gaat Paul vaak tennissen met zijn vrouw of gaat hij golfen met ex-collega’s. De laatste tijd heeft Paul tijdens deze bezigheden steeds vaker last van kortademigheid. De klachten werden zo erg dat hij heeft moeten stoppen met de potjes tennis. Tegenwoordig kost zelfs boodschappen doen moeite. Paul wijt zijn klachten aan slaapgebrek. Nadat hij met pensioen is gegaan heeft hij geen vast bioritme meer en slaapt hij maar een paar uur per nacht. Twee weken gaan voorbij waarin Paul probeert om weer een ritme op te bouwen waarin hij acht uur per nacht slaapt. Dit lukt aardig maar de klachten nemen toe. Paul besluit naar de dokter te gaan. De dokter vraagt tijdens het consult wat Paul’s klachten zijn. Hij vertelt dat hij na inspanning kortademig is en een vervelend hoestje heeft. De dokter vraagt of Paul ooit gerookt heeft of in aanraking is gekomen met fijnstof. Paul zegt dat hij nog nooit gerookt heeft, maar dat hij 40 jaar sloopwerkzaamheden heeft verricht waarbij het nodige gruis en stof vrijkomt. Om de diagnose te kunnen stellen laat de dokter Paul een longfunctietest doen in de vorm van spirometrie. Uit deze test blijkt dat Paul een ernstige vorm van COPD heeft, namelijk COPD in GOLD stadium 3. Omdat Paul een ernstige vorm van COPD heeft en daarom dagelijkse activiteiten, zoals boodschappen doen, moeite kosten neemt de dokter met hem de mogelijkheid door voor een systeem bij Paul thuis, zodat hij thuis kan trainen en zo zijn conditie op peil houden. Dit lijkt Paul een goede oplossing, omdat het hem al moeite kost om naar de fysiotherapeut te reizen. Samen met de fysiotherapeut stelt Paul een trainingsschema op. Tien weken lang zal hij drie trainingen per week doen. Elke training duurt 30 minuten. Zodra Paul in het systeem invoert dat hij een training wilt gaan doen, stelt het systeem een oefensessie voor hem samen. Het trainen van uithoudingsvermogen, krachttraining en rek- en strek oefeningen worden willekeurig gecombineerd. Het systeem wordt bij Paul thuis geïnstalleerd en hij is klaar om te gaan trainen. Hij loopt naar het touchscreen dat hoort bij het systeem en voert in dat hij zijn oefening wilt gaan doen. Het systeem staat in Paul’s computerkamer, omdat Paul dat het handigst leek. Vervolgens draait hij zich om naar de televisie die aan de andere kant van de kamer staat. Hierop zijn 22

inmiddels instructies verschenen. “Bevestig de pulsee-oximeter en druk op OK als u dit gedaan heeft”. Paul bevestigt de pulse-oximeter en drukt op OK. Het systeem neemt vervolgens een hartslag en de zuurstofverzadiging waar en gaat naar het volgende scherm. Op dit scherm is een persoon te zien die om het systeem te kalibreren een bepaalde positie aanneemt. Paul neemt dezelfde positie aan. Het systeem neemt dit waar met behulp van een kinect en gaat naar het volgende scherm, waarin de virtuele persoon beweegt. Hij voert een rekoefening uit en Paul moet deze beweging vijf keer herhalen. Paul doet de virtuele persoon na en het systeem registreert wederom via de kinect dat Paul de beweging goed doet. Op dit moment gaat er een teller lopen die elke keer dat Paul de beweging goed uitvoert telt. Elke tel dat het systeem doet gaat gepaard met een piepje. Nadat het systeem heeft waargenomen dat Paul de oefening vijf keer juist heeft uitgevoerd geeft het de boodschap: “Goed gedaan! Nu de volgende oefening”. Het systeem registreert dat Paul de oefeningen goed onder de knie heeft, en besluit om de volgende keer het aantal herhalingen te verhogen. Nadat Paul de rekoefeningen heeft gedaan is het tijd om te fietsen. Het systeem vertelt Paul dat hij plaats moet nemen op de fiets. Paul neemt plaats op de hometrainer en begint te fietsen. Het systeem is zo ingesteld dat Paul moet fietsen op 65% van zijn maximale hartslag. Als Paul begint met fietsen zit hij op 40% van zijn maximale hartslag. Het systeem vertelt Paul om sneller te gaan fietsen: “Voer uw tempo op”. Na één minuut heeft Paul een hartslag bereikt die 65% is van zijn maximale hartslag. Het systeem geeft weer: “Mooi! Dit is het ideale tempo. Blijf zo fietsen.” Op het scherm is de hartslag van Paul te zien, zodat hij ziet welke hartslag hij ongeveer moet aanhouden. Paul fietst rustig verder. Na vijf minuten (1/3 van de training) geeft het systeem de boodschap: “U bent nu 5 minuten bezig en het gaat goed. Hou vol!” Deze zelfde boodschap wordt ook na 10 minuten gegeven. Als Paul 12 minuten bezig is begint hij vermoeid te raken. Het fiets tempo vermindert. Het systeem neemt dit waar en geeft de boodschap: “Kom op! Het gaat zo goed en u hoeft nog maar 3 minuten.” Paul zet nog even aan en na 15 minuten geeft het systeem de boodschap: “De training is voorbij. Heel goed gedaan!” Op het scherm verschijnen de gegevens van de afgelopen training. Hoe ver hij heeft gefietst en wat de gemiddelde hartslag was. Moe maar voldaan bekijkt Paul de resultaten en neemt tevreden een douche. Het systeem slaat de resultaten op in een database op een server. Paul’s dokter en fysiotherapeut hebben toegang tot deze server waardoor zij Paul’s data kunnen bekijken wanneer daar aanleiding toe is. Tien weken lang voert Paul drie trainingen per week uit. Elke training wordt door het systeem willekeurig samengesteld uit een aantal verschillende oefeningen met verschillende langdurigheid, zodat er veel variatie zit in de trainingen. Na tien weken heeft Paul weer een afspraak met de fysiotherapeut. Hij geeft aan dat het trainen hem goed bevalt en in samenspraak met de fysiotherapeut besluiten ze dat de trainingen vanaf nu 40 minuten gaan duren. Na acht weken in dit schema voelt Paul zich dusdanig goed dat hij besluit om weer eens te gaan golfen met zijn oude collega’s. Het gaat goed en na het potje heeft Paul geen last van kortademigheid.

23

4.2 PACT & FICS In deze paragraaf worden aan de hand van PACT en FICS termen de eisen van het systeem bepaald. Wat moet het systeem kunnen en welke interacties moeten er zijn met de gebruiker en de omgeving. Eerst wordt uitgelegd wat de termen PACT en FICS inhouden, vervolgens wordt er een overzicht gemaakt van de PACT en FICS aspecten. PACT staat voor Persons, Activity, Context en Technology. Onder Persons vallen alle personen die een rol spelen in het scenario. Bij Activity worden de taken genoemd die deze actoren uitvoeren. Context gaat over de omgeving waarin deze taken worden uitgevoerd en Technology beschrijft de technologie die bij de activiteiten gebruikt worden[40]. FICS staat voor Functionality, Interaction, Content en Service. Met Functionality wordt de functie van het toekomstige systeem beschreven. Interaction omschrijft de interactie van de personen met het systeem. Content beschrijft de variabelen of boodschap van deze interactie. Bij service wordt het type van de interactie beschreven. Aan de hand van PACT en FICS wordt het scenario geanalyseerd. Bij het opstellen van PACT wordt er gekeken vanuit het oogpunt van de gebruikers. Wie gaan het systeem gebruiken, wat doen die gebruikers met het systeem, waar doen ze dit en met behulp van welke technologieën doen ze dit? Dit zijn vragen die beantwoord worden met PACT termen. Bij FICS wordt er naar het systeem gekeken vanuit het oogpunt van de ontwerper. Wat is de functie van het systeem, wat is de interactie met het systeem, hoe worden berichten vanuit het systeem gegeven naar de gebruikers en welk type hebben deze berichten? Op deze vragen wordt antwoord gegeven m.b.v. FICS termen[41]. In tabel 6 staat een overzicht van alle PACT die uit het scenario naar voren zijn gekomen. In tabel 7 staan alle FICS. Tabel 6: Een overzicht van de PACT, de functies van het systeem beschreven vanuit het oogpunt van de gebruiker

PACT Persoon

Activiteit

Paul: -

Patiënt, in dit geval Paul Dokter van Paul Fysiotherapeut van Paul Bezoekt de dokter Doet spirometrie test Voert trainingen uit

Dokter: - Stelt diagnose van Paul - Stelt maximale hartslag vast - Vraagt data op

Context

Fysiotherapeut - Begeleidt Paul in zijn trainingstraject - Vraagt data op - Paul, man met ernstige vorm van COPD 24

-

-

Technologie

-

-

-

-

Paul doet thuis fysieke trainingen met behulp van een systeem dat de trainingen waarneemt en feedback geeft. Voor Paul is het gunstig om thuis fysieke trainingen te doen ter bevordering van zijn conditie. Paul gebruikt een touchscreen om te communiceren met het systeem. Daarnaast is er een televisie die de trainingen kan projecteren en feedback kan geven. Er is een kinect aanwezig die Paul’s bewegingen kan waarnemen en een pulse-oximeter die zijn fysiologische grootheden, hartslag en zuurstofsaturatie, meet. Paul beschikt over draadloos internet en daardoor kan de data draadloos verzonden worden naar de server. Het is ook mogelijk om i.p.v. een touchscreen een PC te gebruiken om interactie te krijgen met het systeem. Dan is er voor de communicatie geen extra touchscreen nodig.

Het scenario en de PACT onderdelen zijn gemaakt met behulp van Fabian Beutel[42]. Zijn onderzoek richt zich op een dynamische training voor COPD patiënten. Het scenario is goed bruikbaar in dat onderzoek. Tabel 7: Een overzicht van de FICS, de technologie van het systeem beschreven vanuit het oogpunt van de ontwerper

FICS Functionaliteit

-

-

-

Het systeem neemt de patiënt waar als die een fysieke training aan het doen is. Dit doet het systeem met behulp van een kinect. Het systeem registreert deze training en kijkt of de training correct wordt uitgevoerd. Het systeem neemt de traingen waar met de kinect en neemt daarnaast de hartslag en de zuurstofsaturatie waar. Met deze gegevens bepaalt het systeem of de trainingen correct worden uitgevoerd. Het systeem geeft feedback aan de patiënt over de uitvoer van de training. Dit doet het systeem door via een computerscherm of een televisie gesproken berichten af te 25

Interactie

-

Content

Service

-

-

-

spelen en daarnaast ook geschreven bericht op het scherm weer te geven. Het systeem neemt de training waar met behulp van een kinect. Het systeem geeft feedback op de uitvoer van de training. Zorgverleners loggen in op deze server en bekijken de data van de patiënt. De data bevat de zuurstofverzadiging als functie van de tijd en de hartslag als functie van de tijd. Het verloop van hartslag en zuurstofverzadiging in de tijd kan dan bekeken worden. Daarnaast kan de zorgverlener de compliance bekijken, in hoeverre de patiënt ook daadwerkelijk de oefening correct uitvoert. Het is ook mogelijk om trainingen met elkaar te vergelijken. Dan kan bepaald worden of de patiënt inderdaad beter wordt in het uitvoeren van de training. De bewegingsdata van de Kinect. Hartslag en zuurstofverzadiging van bloed. Gesproken en geschreven feedback. De hartslag en de zuurstofverzadiging worden draadloos door de pulseoximeter verstuurd naar het systeem. De bewegingsdata wordt doorgegeven door de kinect die met USB verbonden is aan het systeem. Het systeem analyseert de data en bepaalt welke feedback gegeven wordt. Deze feedback wordt dan via geluidsberichten doorgegeven aan de patiënt. Het systeem stuurt de data draadloos door naar een server waar de zorgverlener de data kan bekijken als er internet beschikbaar is.

De PACT en FICS zijn de eisen aan het systeem. Deze eisen moeten worden verwerkt in een ontwerp voor het systeem. In de volgende paragraaf wordt er uitgelegd welke keuzes worden gemaakt bij het ontwerpen van het systeem. Daarnaast wordt de architectuur van het ontworpen systeem weergegeven.

26

4.3 Keuzes Bij het ontwerpen van het systeem zijn bepaalde keuzes gemaakt. Er is gekozen om de bewegingen waar te nemen met een kinect en er wordt in het scenario van een touchscreen gebruik gemaakt voor de interactie met het systeem. Voor beide keuzes zijn alternatieven denkbaar. Zo zou met een gewone camera ook de beweging waargenomen kunnen worden en met accelerometers kan per ledemaat worden bekeken wat de snelheid van dat ledemaat is. Interactie In het scenario is er voor de interactie tussen patiënt en het systeem gekozen voor een touchscreen. Er is voor een touchscreen gekozen voor het gebruikersgemak. Als het systeem via een pc bestuurt wordt, zou het kunnen dat het voor oudere gebruikers moeilijk wordt om het systeem te besturen. Niet alle ouderen zijn bekend met het besturen van een pc en een touchscreen is relatief eenvoudig onder de knie te krijgen. Het is wel mogelijk om in plaats van een touchscreen een pc te gebruiken om te communiceren met het systeem. Kinect Voor het waarnemen van de trainingen is besloten om gebruik te maken van een kinect. Het grote voordeel van de kinect is dat het beweging kan waarnemen zonder dat daarvoor sensoren op het lichaam van de persoon bevestigd moeten worden. Er is daarom geen dure motioncapturing hardware nodig. Een gewone camera kan beweging niet vastleggen, en valt daarom eigenlijk al af. Een gewone camera kan geen diepte meten. Er zou dan constant een zorgverlener naar de beelden moeten kijken en dan zelf feedback geven. Een ander alternatief zijn accelerometers. Deze kunnen de versnelling van de ledematen meten. In combinatie met elkaar zou zo dus ook data over de beweging kunnen worden verzameld. Het grote nadeel is dat de patiënt zelf accelerometers op zijn ledematen moet aanbrengen en dat het verre van comfortabel is bij het doen van fysieke training. Een kinect is een soort webcam met veel meer functies. De kinect bestaat uit een kleurencamera, een infrarood camera en een microfoon. De infrarood camera kan zien waar iemand staat door warmte te meten. Op basis van deze dieptegegevens wordt er een soort skelet gemaakt van de persoon die aan het bewegen is. Dit skelet wordt dan gevolgd gedurende de beweging. De kleurencamera van de kinect stuurt de gegevens in 32bit met een resolutie van 640x480 pixels naar het systeem. Hij maakt 30 beeldjes per seconde. De dieptecamera stuurt 16bit informatie door met een resolutie van 320x240 pixels. Ook deze maakt 30 beeldjes per seconde. 16bit betekent dat er 2^16 verschillende waardes mogelijk zijn. Er kunnen veel verschillende kleurenwaardes onderscheiden worden, dit zorgt voor veel detail. Er is een API beschikbaar voor de kinect. API staat voor Application Programming Interface. Het is een serie van programma’s die simpel aangeroepen kunnen worden, maar wel ingewikkelde programma’s of apparatuur kunnen besturen zonder dat er precies bekend is hoe dat apparaat werkt. Een alternatief voor de kinect is een 3D-camera van het Belgische bedrijf Optrima[43]. Deze camera kan ook gebruikt worden voor het waarnemen van bewegingen van een persoon. Het verschil met de kinect is dat deze camera zich vooral richt op het besturen van een computer of televisie, het neemt de rol van de afstandsbediening over. Daarentegen wordt de kinect vooral toegepast bij games.

27

Pulse-oximeter Er is wel gekozen om gebruik te maken van een pulse-oximeter die handmatig moet worden aangebracht op de vinger. Dit is maar een klein apparaat wat makkelijk te bevestigen is. Een pulse-oximeter is nuttig om de fysiologische grootheden te monitoren. Dit is essentieel voor COPD patiënten omdat er bepaalde grenswaarden zijn bij deze grootheden. Als deze overschreden worden is er gevaar voor de patiënt. Er is dan een grote kans op een exacerbatie. Met een pulse-oximeter zijn de relevante fysiologische grootheden, de hartslag en de saturatie, makkelijk te meten en de data kan draadloos naar een ontvanger worden gestuurd. De saturatie is de mate waarin zuurstof in het bloed voorkomt. Fiets Zoals uitgelegd staat in hoofdstuk 2, is fietsen een onderdeel van de training voor COPD patiënten. Fietsen bevordert het uithoudingsvermogen. Het fietsen wordt in de thuisomgeving gedaan op een hometrainer. Vaak is een COPD patiënt al in het bezit van een hometrainer. Voor het systeem maakt het niet uit wat voor soort hometrainer er gebruikt wordt voor de training. Er kan getraind worden op een hypermoderne hometrainer, maar ook op een ouderwetse. Bij het fietsen is het vooral belangrijk dat de juiste hartslag gehanteerd wordt gedurende een bepaalde periode. Web-based Het systeem is web-based. Dit betekent dat de data van het systeem overal ter wereld via internet te bekijken zijn. De resultaten van de training worden opgeslagen op een server, zodat de fysiotherapeut en andere zorgverleners kunnen kijken of de patiënt de trainingen op de juiste manier uitvoert. Kortom, het systeem is een web-based systeem waarmee patiënten fysieke trainingen kunnen doen. Het systeem stelt de training samen, neemt de training waar, geeft feedback op de training en slaat de relevante gegevens op zodat de zorgverlener(s) de data in een later stadium kunnen bekijken. Het systeem is een computer die aangesloten is op een tv-scherm. Voor het communiceren met deze computer kan een touchscreen gebruikt worden. Bij het televisiescherm staat een kinect die via USB verbonden is met de computer. De pulse-oximeter is ook verbonden met de computer, alle data wordt draadloos hierheen verstuurd. De computer analyseert de data en berekent welke feedback gegeven moet worden via de televisie. Vervolgens worden door de computer de patiëntdata doorgestuurd naar een server.

28

Figuur 4: Een overzicht van de architectuur van het systeem. De verschillende actoren en onderdelen en hoe deze met elkaar in verbinding staan

In figuur 4 is de architectuur van het systeem weergegeven. De patiënt begint met het uitvoeren van de training. Op het zelfde moment stuurt de pulse-oximeter de hartslag en de zuurstofverzadiging naar het systeem. Een kinect neemt de training waar. Het systeem analyseert de data en geeft op basis van de analyse feedback aan de patiënt. Als de training is afgelopen stuurt het systeem gegevens van de training naar een server. De zorgverlener kan dan op elk gewenst moment via een internetsite inloggen en van een afstand de data van de patiënt bekijken. Als er aanleiding voor is kan de zorgverlener contact opnemen met de patiënt om bijvoorbeeld het trainingsschema aan te passen.

29

5. Prototype Het is nu bekend hoe het systeem er uit komt te zien en welke functies het heeft. In dit hoofdstuk wordt er een prototype uitgewerkt van het systeem dat ontworpen is in hoofdstuk 4. Dit wordt gedaan met behulp van een Model/View/Controller architectuur.

5.1 MVC architectuur De Model/View/Controller architectuur wordt vaak gebruikt bij het ontwerpen van een applicatie. Het is een architectuur die een complexe applicatie opdeelt in drie verschillende onderdelen, het model, de view en de controller[44]. Het grote voordeel van de MVC architectuur is dat het scheiding maakt tussen de verschillende componenten. Als er een nieuwe versie van de applicatie gemaakt moet worden, hoeft niet de hele applicatie aangepast te worden, maar alleen het deel wat veranderd moet worden. Als de opmaak van een applicatie wordt vernieuwd, hoeft alleen de View component veranderd te worden, want de data die de applicatie bevat en de logica die het gebruikt veranderen niet. - Het model bevat de informatie van de applicatie. Het zijn de gegevens die de applicatie kan weergeven, opslaan en verwerken. - De view-component is de grafische weergave van de data uit het model. De view bepaalt wat de eindgebruiker van het systeem te zien krijgt en hoe de data wordt weergegeven. - De controller-component is het onderdeel dat de applicatie als het ware bestuurt. Het is de logica die de applicatie gebruikt. De controller reageert op een interactie van de gebruiker, meestal een muisklik of een toets die wordt ingedrukt. De controller bedenkt dan welke data uit het model moet worden weergegeven. In figuur 5 staat een schematisch overzicht van de MVC-architectuur. De controller reageert op input van de gebruiker. Het bepaalt of er niets gebeurt, of dat er informatie uit het model moet worden gehaald, of dat er informatie in het model moet worden veranderd, om vervolgens in de view de gebeurtenis weer te geven. View Gebruiker

Model Controller

Figuur 5: Een schematisch overzicht van de MVC architectuur. De controller reageert op een actie van de gebruiker. Door het Model aan te sturen kan de controller bepalen wat het systeem via de View terugkoppelt naar de gebruiker.

Een voorbeeld: Een COPD patiënt is bezig mijn zijn training. De beweging wordt waargenomen door een kinect, en een pulse-oximeter neemt de fysieke grootheden waar. De gebruikersinput in de controller zijn dan de hartslag, de zuurstofverzadiging en de bewegingsdata. De controller analyseert deze gegevens en bepaalt vervolgens welke feedback er naar de gebruiker gegeven moet worden. Als de hartslag van de patiënt te hoog is, moet de controller het model aansturen dat deze de boodschap: “Stop nu met trainen!” weergeeft in de view. De controller berekent welke berichten gegeven moeten worden en stuurt het model aan om deze berichten weer te geven in de view.

30

5.2 Relatie tussen MVC en FICS Bij het opstellen van de Model, View en de Controller van het systeem wordt er gebruik gemaakt van de FICS die in hoofdstuk 4 zijn gebruikt. Beide staan in verband met elkaar. De FICS beschrijft het systeem vanuit het oogpunt van de ontwerper, de MVC geven weer hoe het systeem daadwerkelijk werkt. De Model, View en de Controller zijn de componenten van de FICS maar dan specifieker uitgewerkt en beschreven. De FICS beschrijft hoe het systeem werkt en wat het moet doen, de MVC gaat meer in detail, het laat zien hoe het systeem werkt, wat er gebeurd, welke beslissingen het systeem neemt en hoe het systeem eruit ziet. De Model component van de MVC beschrijft de Content van de FICS. Het Model geeft weer welke informatie van het systeem naar de gebruiker gaat en andersom. De Interactie van de FICS beschrijft de View component van de MVC. Het geeft de interacties van het systeem naar de gebruiker weer en hoe deze interacties vormgegeven zijn. De functionaliteit wordt weergegeven door de Controller component. Door de controller “denkt” het systeem. De controller beschrijft wat het systeem doet en hoe het gebruikt wordt. Service beschrijft het systeem als geheel. Het beschrijft de dienst van het systeem voor de gebruiker. In figuur 6 is een overzicht gemaakt van de relatie tussen FICS en MVC. Op basis van het scenario worden vanuit het oogpunt van de gebruiker de PACT opgesteld. Vervolgens worden vanuit het oogpunt van de ontwerper de FICS opgesteld, waarna de Model, de View en de Controller gemaakt kunnen worden.

Scenario

P A C T

F I C S

M V C

Figuur 6: De relatie tussen FICS en MVC

5.3 Model Het model bevat verschillende gegevens. Alle mogelijke berichten die het systeem kan geven staan in het model. Daarnaast bevat het model de referentiegegevens, zoals maximale hartslag en minimale zuurstofsaturatie. De controller krijgt input over de huidige hartslag en vergelijkt de huidige hartslag met de maximale hartslag. Afhankelijk van de analyse geeft het systeem een bericht. Als de hartslag te laag is geeft het systeem een bericht dat de patiënt zijn tempo moet opvoeren, en als de hartslag te hoog is moet de patiënt zijn tempo verminderen of helemaal stoppen met trainen. Het model bestaat uit verschillende entiteiten. In de ene entiteit staan alle berichten die het systeem kan geven met betrekking tot feedback. In de andere staan de gegevens van de patiënt. De maximale hartslag, minimale zuurstofverzadiging, maar ook de naam en de resultaten van de patiënt. Zo kunnen zowel de patiënt als de zorgverlener de resultaten terugkijken. In de figuur 7 staat een overzicht van alle gegevens die het model bevat.

31

De feedbackberichten bestaan uit verschillende soorten. De feedback kan gegeven worden op het tijdsverloop van de oefening, er wordt feedback gegeven als de oefening begint of afgelopen is en als de patiënt de oefening goed of juist niet goed uitvoert.

Figuur 7: Alle feedbackberichten die in het model van het systeem staan

Naast de feedbackberichten bevat het model ook data over de patiënt. Gegevens over de patiënt, zoals maximale hartslag en minimale zuurstofverzadiging staan in het model. Deze horen bij een patiënt waarvan zijn naam en zijn patiëntnummer ook opgeslagen zijn in het model. Bij het uitvoeren van de trainingen wordt de data van een patiënt opgeslagen samen met de uitvoer van de oefening. Deze resultaten worden opgeslagen zodat ze later teruggekeken kunnen worden door zowel de patiënt als door de zorgverlener(s). Elke patiënt heeft één dossier met daarin zijn patiëntdata. Elk patiëntdata dossier heeft één patiënt waaraan de data verbonden is. Een patiënt kan meerdere resultaten hebben, maar elk resultaat heeft maar één patiënt. De resultaten kunnen bekeken worden door een zorgverlener. Deze moet inloggen met een gebruikersnaam en een wachtwoord.

Figuur 8: Het model bevat gegevens over de patiënt en slaat de uitvoer van de fysieke training op

32

5.4 View De View component beschrijft hoe het systeem communiceert met de gebruiker. Hoe de gebruiker het trainingsschema te zien krijgt en hoe de gebruiker feedback op de training ontvangt. Deze communicatie tussen gebruiker en systeem heet interface. Om een indruk te geven van de interface worden mockups gemaakt. Vervolgens wordt er met behulp van Unity 3D een interactief prototype gemaakt. Unity 3D is een softwareprogramma waarmee games gemaakt kunnen worden. Het dient zich uitstekend om een 3D omgeving te visualiseren. Met Unity kan ook gemakkelijk een GUI (Graphic User Interface) gemaakt worden[45]. 5.4.1 Mockups Om te laten zien hoe de interface van een toekomstig systeem er uit komt te zien worden er mockups gebruikt. Aangezien het toekomstige systeem gebruikt gaat worden door chronisch zieke mensen moet het eenvoudig te bedienen zijn. De interface moet helder zijn en niet te veel, maar ook niet te weinig informatie bevatten. Bij de mockups is er vanuit gegaan dat er eerst wordt begonnen met rek- en strekoefeningen, vervolgens wordt er gefietst en er wordt afgesloten met een krachttraining voor de bovenste extremiteiten. Het is een combinatie van trainingen die zijn weergegeven in tabel 2. Het systeem bestaat uit een aantal beginschermen waarmee de patiënt kan communiceren. Hij voert in het systeem is dat hij klaar is om te gaan trainen. Vervolgens registreert het systeem dat de patiënt klaar is om te trainen en stelt een trainingsschema samen. In het beginscherm kan de patiënt ook zijn resultaten bekijken en een aantal instellingen van het systeem, zoals achtergrondkleur, aanpassen. Het beginscherm ziet er als volgt uit:

Figuur 9: Een mockup van het startscherm van het touchscreen en twee schermen waarna de training begint

33

Er zijn drie buttons waarop geklikt kan worden. De patiënt kan kiezen om te beginnen met trainen, de resultaten kunnen bekeken worden en de instellingen kunnen veranderd worden. In figuur 9 is er gekozen om te beginnen met trainen. Op het tweede scherm verschijnt dan de training die is samengesteld en kan er gekozen worden om te starten. In het derde scherm wordt er ook daadwerkelijk gestart met de training. Rechts onder in het scherm staat een klok die aangeeft hoe laat het is. In het beginscherm kan ook worden gekozen om de resultaten te bekijken of om de instellingen te veranderen. Deze schermen zien er als volgt uit:

Figuur 10: Het resultatenscherm en het instellingenscherm van het touchscreen

Bij de resultaten kan bekeken worden wat er tot nu al is bereikt door het doen van de trainingen. Er wordt een overzicht gegeven van onder andere de totale trainingstijd, de gemiddelde hartslag en de gemiddelde zuurstofverzadiging. In het instellingenscherm kunnen sommige instellingen veranderd worden. Het lettertype kan veranderd worden als de patiënt het te groot of te klein vindt en de lay-out kan veranderd worden. Een andere achtergrondkleur kan ingesteld worden naar wensen van de gebruiker van het systeem. Naast het beginscherm bestaat het systeem ook uit een “mainscreen” in dit geval de televisie. De patiënt heeft aangegeven dat hij klaar is om te gaan trainen. Het systeem geeft aan dat de patiënt de pulse-oximeter moet bevestigen en dat hij dezelfde houding moet aannemen als de persoon op de televisie. Op dit moment gaat de patiënt voor de televisie staan en daar ziet hij de volgende interface:

34

35

Figuur 11: Mockups van de mainscreen van het toekomstige thuistrainingsysteem

In figuur 11 zijn de verschillende situaties te zien die tijdens te trainingen kunnen voorkomen en hoe het systeem eruit ziet en reageert tijdens die situaties. In het echte systeem zijn de silhouettes geen stilstaande afbeeldingen maar animaties. Zodra de patiënt de juiste houding heeft aangenomen en dit wordt waargenomen door het systeem begint de training. 5.4.2 Prototype De mockups zijn gemaakt in PowerPoint. De mockups geven een indruk hoe de view van het systeem er grafisch uit ziet. In deze paragraaf wordt een werkend prototype gemaakt. Er kan bij dit prototype geklikt worden op de knoppen die in het scherm te zien zijn. Het prototype beperkt zich tot het bekijken van resultaten, het veranderen van een instelling en invoeren dat de patiënt klaar is om te gaan trainen. Er is nog geen prototype van het gedeelte dat de patiënt daadwerkelijk aan het trainen is. In Unity 3D is met behulp van JavaScript de view van het systeem gemaakt. Het gedeelte waar de patiënt aan het trainen is, is niet verwerkt in de view. Bij het uitvoeren van de training kan de patiënt zichzelf in 3D zien in een 3D omgeving. Unity is geschikt om een 3D omgeving te modelleren, dat is de reden waarom ook de GUI in Unity is gemaakt. Het deel waarin de patiënt zichzelf in 3D ziet kan er goed op aangesloten worden. De patiënt start het systeem op als hij klaar is om te gaan trainen. Het eerste scherm wat weergegeven wordt staat in figuur 12.

36

Figuur 12: Een werkend prototype van het beginscherm van het systeem, gemaakt in Unity 3D

De patiënt heeft nu drie keuzes, hij kan gaan beginnen met trainen, hij kan de resultaten bekijken of hij kan de instellingen veranderen. Indien de patiënt op de knop “Resultaten bekijken” klikt, verschijnt het volgende scherm:

Figuur 13: Het prototype van het scherm met de resultaten

In dit scherm krijgt de patiënt een overzicht van zijn tot nu toe behaalde resultaten. Er wordt weergegeven hoe veel tijd de patiënt getraind heeft. Daarnaast is er een grafiek van het verloop van de hartslag van de patiënt. Daarnaast wordt de “compliance” van de patiënt weergegeven, dat is de mate waarin de patiënt meewerkt. De compliance is een maat om weer te geven of de patiënt de training naar behoren uitvoert. Vervolgens kan de patiënt weer terug naar het beginscherm met de knop rechtsboven, waar hij vervolgens kan kiezen om te beginnen met trainen. Het systeem stelt een training voor de patiënt samen en geeft op het scherm weer welke trainingen de patiënt moet gaan doen.

37

Figuur 14: Het scherm waarop staat welke training de patiënt gaat doen

In dit scherm wordt de patiënt geïnformeerd over de training die hem staat te wachten. Hij kan deze informatie even laten bezinken, om vervolgens te starten met de training. Hij klikt daarvoor op de knop “Start training”. In het scherm wat dan geladen wordt, krijgt de patiënt een instructie over het bevestigen van de pulse-oximeter.

Figuur 15: Aanwijzingen om de pulse-oximeter te bevestigen en te beginnen met trainen

Vervolgens kan de training beginnen en begint het systeem met het opslaan en analyseren van de data van de oefening. De scripts die in Unity gebruikt zijn om de GUI te ontwerpen staan in bijlage B.

5.5 Controller De controller component is de schakeling tussen het model en de view. Het analyseert de input en stuurt vervolgens het model aan om bepaalde gegevens door te sturen naar de view. In dit systeem is de controller gerealiseerd met behulp van een aantal matlab scripts. Met 38

behulp van matlab kan worden gesimuleerd dat er data ontvangen wordt en wordt geanalyseerd. Naar aanleiding van deze analyse kan dan feedback gegeven worden. Deze scripts zijn weergegeven in de bijlage. Er is voor matlab gekozen vanwege de gebruiksvriendelijkheid. Er kan snel een functie geprogrammeerd en getest worden. De scripts van de controller beperken zich tot het geven van feedback. De scripts hebben geen betrekking op de bewegingsdata. De beslissingen die het systeem maakt zijn gebaseerd op de invoer van de fysische grootheden. Er wordt wel rekening gehouden met het feit dat er ook bewegingsdata bij de invoer zit, maar in de scripts is deze bewegingsdata alleen goed of fout. In de realiteit zit de bewegingsdata complexer in elkaar, dan dat het alleen juist of onjuist is. Er zijn voor elke soort training verschillende scripts. Bij de fietstraining is de bewegingsdata niet belangrijk, maar gaat het vooral om de fysieke grootheden die de juiste waardes moeten hebben. Bij het trainen met gewichten is vooral de bewegingsdata belangrijk, en moeten de fysieke grootheden wel waargenomen worden voor het geval er grenswaardes overschreden worden en de situatie gevaarlijk wordt voor de patiënt. Op het moment dat de patiënt begint aan de fietstraining gaat de controller de functie fietstraining.m uitvoeren. In deze functie wordt dan de functie fietsen.m aangeroepen, die de variabelen van de functie fietstraining.m analyseert en vervolgens bepaalt welke feedback er gegeven wordt. Figuur 16 is een flowchart diagram dat geldt voor elk script. Eerst wordt de data van de patiënt ingelezen, vervolgens worden de feedbackberichten ingelezen. De invoer van de data wordt dan vergeleken met de patiëntdata. Vervolgens wordt bepaald welke feedback er gegeven gaat worden.

Figuur 16: Een flowchart diagram van de matlab scripts, een schematische voorstelling van het proces dat gebruikt wordt door de algoritmes om feedback te geven.

39

De feedback die gegeven kan worden, wordt ingelezen vanuit een Excel bestand. Vanuit matlab kan relatief snel een variabele worden gekoppeld aan een zin uit een Excel bestand. Zo staat de inhoud van de feedbackberichten los van de matlab functie. Als het bericht in Excel wordt aangepast wordt het ook in matlab aangepast. Als tijdens het fietsen de hartslag constant 156 slagen/minuut is, en de zuurstofverzadiging 93%, gedurende 15 minuten, geeft het systeem achtereenvolgens deze feedback: >> fietstraining(156,93,15) 'Dit is het goede tempo! Hou vol!' 'Dit is het goede tempo! Hou vol!' 'U bent op 1/3 en het gaat goed. Hou vol!' 'U bent op 2/3 en het gaat goed. Hou vol!' 'Het fietsen is klaar. Heel goed gedaan!' Vervolgens, als de persoon klaar is met fietsen, gaat de controller het script trainengewichten.m gebruiken om te bepalen welke feedback gegeven moet worden in de view. De controller vergelijkt de bewegingsdata van de patiënt met de referentie bewegingsdata. Zodra deze overeenkomen heeft de patiënt één herhaling gedaan. Zolang de hartslag niet te hoog wordt en de zuurstofverzadiging niet te laag wordt gaat het systeem door met herhalingen tellen. Na 12 herhalingen is één set voltooid. Het systeem geeft de feedback dat de patiënt twee minuten rust moet houden en vervolgens weer een set herhalingen moet doen. Na vier sets is de training afgelopen. Als tijdens het trainen met gewichten de juiste beweging wordt gemaakt en de hartslag en de zuurstofverzadiging niet boven en onder de grens komen, geeft het systeem tijdens één set de volgende feedback: >> trainengewichten(150,93,1) 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed gedaan! Neem twee minuten rust en begin dan met de volgende set herhalingen' Als er vier sets voltooid zijn is de training afgelopen en wordt de volgende feedback gegeven via het scherm: 'De training is afgelopen. Heel goed gedaan!' 'In het beginscherm kunt u een overzicht zien van de resultaten.' Het script wat de controller gebruikt bij het trainen met gewichten staat in bijlage A. 40

Naast fietsen en trainen met gewichten kunnen er ook rek- en strekoefeningen gedaan worden. Voor rek- en strekoefeningen geldt hetzelfde als bij de training met de gewichten; vooral de bewegingsdata is belangrijk, aangezien een patiënt de juiste beweging moet maken om de goede spieren aan te spannen. Daarnaast moeten ook de hartslag en de verzadiging gemeten worden zodat de grenswaardes niet overschreden worden. Het script wat de controller gebruikt bij de rek- en strekoefeningen staat in de bijlage. Het werkt als volgt: het systeem geeft weer dat de patiënt een minuut lang de beweging moet nabootsen die op het scherm vertoond wordt. Daarna begint de patiënt met bewegen. Deze beweging wordt waargenomen. Als de beweging overeenkomt met de bewegingen op het scherm is de uitvoer juist. Als de beweging niet overeenkomt moet de patiënt rustig proberen om de beweging na te doen. De feedback als de hartslag 150 is, de verzadiging 93% en de bewegingen juist zijn: >> rekoefeningen (150,93,1) 'Doe een minuut lang dezelfde beweging als de persoon op het scherm doet.' 'Dit is de juiste beweging. Ga zo door!' De feedback als de bewegingen niet correct zijn: >> rekoefeningen (150,93,0) 'Doe een minuut lang dezelfde beweging als de persoon op het scherm doet.' 'U maakt niet de juiste beweging. ' 'Kijk naar het scherm en probeer de beweging rustig na te doen.' De feedback als de hartslag te hoog wordt of de verzadiging te laag is: >> rekoefeningenen_parameter(150,89,1) 'Doe een minuut lang dezelfde beweging als de persoon op het scherm doet.' 'Uw zuurstofgehalte is te laag. U moet nu direct stoppen met trainen!' Al de bovenstaande scripts zijn voor elke oefening uitzonderlijk. Om een totale trainingssessie te kunnen weergeven moet er een script komen die de oefeningen achter elkaar uitvoert en daarnaast ook nog de resultaten weergeeft nadat de training is uitgevoerd. Om dit te realiseren is het script totaletraining_compliance.m gemaakt. Dit script voert achtereenvolgens het script voor de rekoefeningen, het scripts voor het fietsen en het script voor de training met de gewichten uit. Nadat de training is afgelopen verschijnen de resultaten op het scherm. De hartslag, zuurstofverzadiging, de totale trainingstijd en de compliance worden weergegeven. Stel dat de patiënt een constante hartslag van 158 slagen/minuut heeft, zijn zuurstofverzadiging 93% is en hij de bewegingen goed doet, geeft het script deze uitvoer: >> totaletraining_goed(158,93,1) Tabel 6: De uitvoer van het script voor de totale training. In de linkerkolom staan alle feedbackberichten en in de rechterkolom staat het soort van training waarop de feedbackberichten betrekking hebben

'Welkom! Voer dezelfde beweging uit als de persoon op het Rekoefeningen scherm' 'Doe een minuut lang dezelfde beweging als de persoon op het scherm doet.' 'Dit is de juiste beweging. Ga zo door!' 'Goed gedaan! Voor de volgende training moet u fietsen.' 'Neem een korte pauze en ga daarna op de hometrainer zitten.' 41

'Zodra u begint met fietsen start de training.' 'Dit is het goede tempo! Hou vol!' 'Dit is het goede tempo! Hou vol!' 'U bent op 1/3 en het gaat goed. Hou vol!' 'U bent op 2/3 en het gaat goed. Hou vol!' 'Het fietsen is klaar. Heel goed gedaan!' 'Nu moet u trainen met de gewichten. Neem even rust.' 'Pak daarna de gewichten en begin met trainen.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'Goed zo! Doe de beweging nog ... keer.' 'De training is afgelopen. Heel goed gedaan!' 'In het beginscherm kunt u een overzicht zien van de resultaten.' hartslag = 158 saturatie = 93 totale_tijd = 92.0757 compliance = 100

Fietsen

Krachttraining

Resultaten

Het script voor deze uitvoer staat in de bijlage A. Bij de uitvoer van de scripts wordt voor elke soort oefening één keer een script gebruikt. Er zijn drie soorten trainingen, en daarom worden er in totaal drie scripts gebruikt voor een hele training. Bij het echte systeem is het de bedoeling dat de scripts herhaaldelijk gerund worden tijdens de oefening. Elke drie seconde wordt het script uitgevoerd aan de hand van de gegevens die binnenkomen. Als de hartslag, de bewegingsdata en de zuurstofverzadiging goed zijn zal het systeem een positieve feedback boodschap geven. Als het script drie seconden later weer uitgevoerd wordt en de hartslag is te hoog, zal het systeem de patiënt direct manen tot stoppen.

42

6. Conclusie, Discussie & Aanbevelingen 6.1 Conclusie In dit verslag is stap voor stap het ontwerp van een ICT systeem voor COPD patiënten beschreven. De onderzoeksvraag die werd geprobeerd te beantwoorden is: Hoe kan er een ICT systeem gerealiseerd worden, waarin het doen van oefeningen voor COPD patiënten en het krijgen van feedback op die oefeningen geïmplementeerd is? Om tot een antwoord voor deze vraag te komen is er gebruik gemaakt van deelvragen. -

Wat zijn de optimale parameters voor feedback?

Om deze vraag te beantwoorden is er een literatuuronderzoek gedaan naar feedback. Er zijn vele onderzoeken die zich richten op het geven van feedback en hoe de patiënten daar op reageren. Patiënten presteren het beste als bij de oefening feedback krijgen over de prestatie. De feedback moet zowel positief als negatief zijn. Positieve feedback heeft betrekking op wat goed is gegaan en negatieve feedback gaat over wat fout is gegaan. Positieve feedback werkt motiverend, negatieve feedback vertelt wat fout is gegaan, dus daar kan een patiënt van leren. De feedback wordt gegeven tijdens de uitvoer van de oefening. De feedback is zowel te horen als te zien, het wordt verbaal en visueel gegeven. In tabel 5 staat een uitgebreid overzicht van de optimale parameters voor feedback. -

Wat zijn de beste fysieke oefeningen die het grootste effect hebben op het verbeteren van de conditie van COPD patiënten?

Voor het beantwoorden van deze vraag is er literatuuronderzoek gedaan naar COPD. Er zijn veel onderzoeken die zich richten op longrevalidatie. Uit deze onderzoeken blijkt dat de conditie van COPD patiënten alleen verbeterd als de fysieke training vaak genoeg wordt uitgevoerd en met een hoge intensiteit. Er is sprake van hoge intensiteit als de inspanning hoger dan 60% van het maximale inspanningsniveau is. COPD patiënten hebben baat bij zowel krachttraining als trainen van het uithoudingsvermogen. Voor trainen van het uithoudingsvermogen is fietsen een goede vorm van training. Om de spieren in het lichaam sterker te krijgen kan er worden getraind met gewichten en kunnen er rekoefeningen gedaan worden. -

Welke functies heeft het systeem?

Het systeem moet patiënten waarnemen die fysieke trainingen doen. Door het waarnemen van de beweging, de hartslag en de zuurstofverzadiging geeft het systeem feedback op de uitvoer van de trainingen. Het systeem slaat de uitvoer van de training op en stuurt het naar een server, waar de resultaten bekeken kunnen worden door zowel de patiënt als de zorgverlener van de patiënt. Het systeem bestaat uit een computer met een bewegingscamera en een pulse-oximeter. De pulse-oximeter stuurt draadloos de hartslag en de zuurstofverzadiging naar de computer. De computer krijgt ook informatie van de bewegingscamera. Op basis van deze invoer wordt bepaald of de patiënt de training waar hij mee bezig is naar behoren uitvoert. Het systeem analyseert de data die binnenkomt en beslist aan de hand van deze data welke feedback er

43

gegeven wordt aan de persoon die de training doet. Het systeem slaat de data op en stuurt de data na afloop van de training naar een server. -

Hoe kan een algoritme worden ontwikkeld waarmee het systeem beslissingen kan maken voor het geven van feedback, op basis van invoer van gegevens?

Met behulp van matlab zijn verschillende algoritmes ontwikkeld. Deze kijken naar de invoergegevens, zoals de hartslag en de zuurstofverzadiging, en vergelijken deze invoer met bepaalde grenswaardes. Aan de hand van deze analyses geven de algoritmes de uitvoer in de vorm van verschillende feedbackberichten. Aan de hand van de Model/View/Controller architectuur is de inhoud van het systeem gemaakt. Het Model bevat de data die door het systeem geraadpleegd, opgeslagen, verstuurd en veranderd wordt. Het bevat onder andere de gegevens van de patiënt en de feedbackberichten die door het systeem gegeven kunnen worden. In de View wordt beschreven hoe het systeem eruit ziet. De grafische interface is uitgewerkt zodat toekomstige gebruikers een idee hebben hoe de vormgeving in elkaar zit. De Controller bevat de algoritmes die het systeem gebruikt om de data die binnenkomt te analyseren. Op basis van deze analyse wordt dan beslist welke feedback er gegeven wordt. Er zijn verschillende scripts die door het systeem worden gebruikt. Voor het uitvoeren van fietstraining, krachttraining en rekoefeningen zijn verschillende scripts. Er is ook een script waarbij deze drie scripts worden uitgevoerd waarna er een overzicht wordt gegeven van de behaalde resultaten. De scripts die gebruikt worden staan in bijlage A. Naast deze onderzoeksvragen is er ook een hypothese geformuleerd: -

Het is mogelijk om een interactief prototype te maken waarin feedback wordt gegeven op het doen van oefeningen voor COPD patiënten in een thuissituatie.

Met behulp van de scripts die gemaakt zijn kan er feedback gegeven worden op de uitvoer van de trainingen. De scripts werken echter met gesimuleerde data. Er wordt aangenomen dat er een hartslag en zuurstofverzadiging bekend is. Aan de hand van deze gegevens wordt de feedback gegeven. Er is nog geen interactief prototype waarin een patiënt ook daadwerkelijk feedback krijgt op een fysieke oefening die hij of zij doet. -

Hoe kan er een ICT systeem gerealiseerd worden, waarin het doen van oefeningen voor COPD patiënten en het krijgen van feedback op die oefeningen geïmplementeerd is?

Het systeem is nu bedacht, maar nog niet gerealiseerd. De intelligentie waarvan het systeem gebruik maakt is beschreven, de componenten van het systeem zijn bekend, de grafische interface is gemaakt en de feedbackberichten die gegeven worden door het systeem zijn weergegeven. Er is echter nog geen werkend prototype van het systeem. Door alle verschillende onderdelen op het systeem aan te sluiten kan een prototype gerealiseerd worden. De pulse-oximeter moet worden aangesloten op het systeem zodat het systeem de informatie van de hartslag en de zuurstofverzadiging ontvangt. Daarnaast moet het systeem zo worden geprogrammeerd dat de bewegingsdata die de kinect doorstuurt geanalyseerd kan worden. Vervolgens kunnen met behulp van de eerder ontworpen algoritmes alle invoergegevens worden geanalyseerd en kan feedback worden gegeven.

44

6.2 Discussie & Aanbevelingen De feedback die het systeem geeft is gebaseerd op onderzoeken naar feedback bij patiënten die een beroerte hebben gehad. Er zijn geen onderzoeken gevonden waar onderzocht werd wat de invloed van feedback is bij COPD patiënten. Het is daarom niet bekend of de feedback die het systeem geeft ook daadwerkelijk optimaal is voor COPD patiënten. In de toekomst zou een onderzoek gedaan kunnen worden naar het effect van feedback op COPD patiënten. In het deel van het systeem dat ontworpen is, is geen rekening gehouden met de bewegingsdata van de kinect. De matlab scripts kijken alleen naar de fysische parameters bij het geven van feedback. Er wordt daarbij aangenomen dat de beweging helemaal correct wordt uitgevoerd, of helemaal fout. Door een bewegingscamera te implementeren in het systeem zou de feedback ook specifiek op het lichaam kunnen worden gericht. Bijvoorbeeld als een patiënt bij een rekoefening zijn been niet hoog genoeg tilt kan de camera dit waarnemen en vervolgens kan het systeem de feedback geven dat de patiënt zijn been hoger moet tillen. Een toekomstig onderzoek zou zich kunnen richten op de implementatie van een bewegingscamera in het bestaande systeem. In dit onderzoek is het systeem alleen ontworpen. De intelligentie van het systeem is gemaakt en gesimuleerd, en de grafische weergave van het systeem is ontworpen. Er is echter nog geen tastbaar resultaat. Zodra er een bewegingscamera in het systeem geïmplementeerd is kan er een werkend prototype van het systeem gemaakt worden, waarbij iemand voor een bewegingscamera een beweging gaat uitvoeren en feedback krijgt op deze uitvoer. Het systeem kan dan getest worden door zowel de zorgverlener als door de patiënt. De matlabscripts die zijn ontworpen worden per training maar één keer uitgevoerd. Bij elke training is er maar één moment waarop er door de algoritmes parameters worden vergeleken en feedback wordt gegeven. In het toekomstige systeem moeten de algoritmes bijvoorbeeld elke drie seconde worden uitgevoerd om goede analyse te kunnen doen en feedback te geven. Bij de bestaande algoritmes is dit echter niet mogelijk omdat de constante invoer van gegevens niet is gesimuleerd. In tabel 6 is de compliance van de patiënt 100%. Dit betekent dat de oefening 100% goed is uitgevoerd. Dit is echter niet realistisch. In de werkelijkheid traint de patiënt niet altijd met de gewenste hartslag en voert hij niet 100% de juiste beweging uit. Als de patiënt bijvoorbeeld net begint met trainen zal zijn hartslag nog niet op 60% van zijn maximale hartslag zijn. Als een patiënt een rekoefening niet helemaal correct uitvoert zal de compliance geen 100% zijn. In de algoritmes is echter alleen nog maar een compliance van 0% (helemaal verkeerd) of 100% (helemaal perfect) mogelijk.

45

7. Referenties 1. 2.

3. 4. 5. 6.

7. 8.

9.

10. 11. 12.

13. 14. 15. 16.

17. 18. 19. 20.

Lopez, A.D. and C.D. Mathers, Measuring the global burden of disease and epidemiological transitions: 2002-2030. Ann Trop Med Parasitol, 2006. 100(5-6): p. 481-99. Volksgezondheid, N.K. Cijfers COPD (prevalentie, incidentie en sterfte). 2010; Available from: http://www.nationaalkompas.nl/gezondheid-en-ziekte/ziekten-enaandoeningen/ademhalingswegen/copd/cijfers-copd-prevalentie-incidentie-en-sterfte-uitde-vtv-2010/. Astmafonds.nl. Symptomen van COPD. 19 April 2011; Available from: http://astmafonds.nl/over-longen/copd/over-copd/symptomen-van-copd. Nici, L., et al., American Thoracic Society/European Respiratory Society statement on pulmonary rehabilitation. Am J Respir Crit Care Med, 2006. 173(12): p. 1390-413. Hermens, H.J. and M.M. Vollenbroek-Hutten, Towards remote monitoring and remotely supervised training. J Electromyogr Kinesiol, 2008. 18(6): p. 908-19. Rabe, K.F., et al., Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease: GOLD executive summary. Am J Respir Crit Care Med, 2007. 176(6): p. 532-55. astmafonds.nl. Wat is COPD? 19 April 2011 19 April 2011]; Available from: http://astmafonds.nl/over-longen/copd/over-copd/wat-is-copd. Heijmans, M.J.W.M., Spreeuwenberg, P., Rijken, P.M., Monitor zorgen leefsituatie van mensen met astma en mensen met COPD. Trends en ontwikkelingen over de periode 20012004, NIVEL, Editor. 2005: Utrecht. Hoogendoorn, E.J.I., Feenstra, T.L., Rutten-van Mölken, M.P.M.H., Inventarisatie van het gebruik en de kosten van zorg voor astma en COPD in Nederland, RIVM, Editor. 2004, RIVM: Bilthoven. Burge, S. and J.A. Wedzicha, COPD exacerbations: definitions and classifications. Eur Respir J Suppl, 2003. 41: p. 46-53. Ringbaek, T.J., et al., Rehabilitation of patients with chronic obstructive pulmonary disease. Exercise twice a week is not sufficient! Respir Med, 2000. 94(2): p. 150-4. Puente-Maestu, L., et al., Comparison of effects of supervised versus self-monitored training programmes in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir J, 2000. 15(3): p. 517-25. Casas, A., et al., Encouraged 6-min walking test indicates maximum sustainable exercise in COPD patients. Chest, 2005. 128(1): p. 55-61. Wulf, G., C. Shea, and R. Lewthwaite, Motor skill learning and performance: a review of influential factors. Med Educ, 2010. 44(1): p. 75-84. van Vliet, P.M. and G. Wulf, Extrinsic feedback for motor learning after stroke: what is the evidence? Disabil Rehabil, 2006. 28(13-14): p. 831-40. Molier, B.I., et al., Nature, timing, frequency and type of augmented feedback; does it influence motor relearning of the hemiparetic arm after stroke? A systematic review. Disabil Rehabil, 2010. 32(22): p. 1799-809. Vollenbroek-Hutten, M.M., Oratieboekje: Zorg op afstand dichterbij! 2009, Universiteit Twente: Enschede. Bourbonnais, D., et al., Effect of force-feedback treatments in patients with chronic motor deficits after a stroke. Am J Phys Med Rehabil, 2002. 81(12): p. 890-7. Ellis, M.D., et al., Modifiability of abnormal isometric elbow and shoulder joint torque coupling after stroke. Muscle Nerve, 2005. 32(2): p. 170-8. Casadio, M., et al., A proof of concept study for the integration of robot therapy with physiotherapy in the treatment of stroke patients. Clin Rehabil, 2009. 23(3): p. 217-28.

46

21.

22. 23. 24. 25.

26. 27. 28.

29. 30.

31. 32. 33.

34. 35.

36. 37. 38. 39. 40. 41.

42. 43.

Broeren, J., M. Rydmark, and K.S. Sunnerhagen, Virtual reality and haptics as a training device for movement rehabilitation after stroke: a single-case study. Arch Phys Med Rehabil, 2004. 85(8): p. 1247-50. Eckhouse, R.H., Jr., R.P. Morash, and R.A. Maulucci, Sensory feedback and the impaired motor system. J Med Syst, 1990. 14(3): p. 93-105. Maulucci, R.A. and R.H. Eckhouse, Retraining reaching in chronic stroke with real-time auditory feedback. NeuroRehabilitation, 2001. 16(3): p. 171-82. Cirstea, C.M., A. Ptito, and M.F. Levin, Feedback and cognition in arm motor skill reacquisition after stroke. Stroke, 2006. 37(5): p. 1237-42. Cirstea, M.C. and M.F. Levin, Improvement of arm movement patterns and endpoint control depends on type of feedback during practice in stroke survivors. Neurorehabil Neural Repair, 2007. 21(5): p. 398-411. Goodman, J.S., R.E. Wood, and M. Hendrickx, Feedback specificity, exploration, and learning. J Appl Psychol, 2004. 89(2): p. 248-62. Ashby, F.G. and J.B. O'Brien, The effects of positive versus negative feedback on informationintegration category learning. Percept Psychophys, 2007. 69(6): p. 865-78. op den Akker, H., Jones, V. , Hermens, H.J., Predicting Feedback Compliance in a Teletreatment Application, in Proceedings of ISABEL 2010: the 3rd International Symposium on Applied Sciences in Biomedical and Communication Technologies. 2010: Rome, Italy. Wishart, L.R., et al., Age-related differences and the role of augmented visual feedback in learning a bimanual coordination pattern. Acta Psychol (Amst), 2002. 110(2-3): p. 247-63. Carey, J.R., et al., Comparison of finger tracking versus simple movement training via telerehabilitation to alter hand function and cortical reorganization after stroke. Neurorehabil Neural Repair, 2007. 21(3): p. 216-32. Winstein, C.J., A.S. Merians, and K.J. Sullivan, Motor learning after unilateral brain damage. Neuropsychologia, 1999. 37(8): p. 975-87. Colombo, R., et al., Assessing mechanisms of recovery during robot-aided neurorehabilitation of the upper limb. Neurorehabil Neural Repair, 2008. 22(1): p. 50-63. Jang, S.H., et al., Cortical reorganization and associated functional motor recovery after virtual reality in patients with chronic stroke: an experimenter-blind preliminary study. Arch Phys Med Rehabil, 2005. 86(11): p. 2218-23. Coote, S., et al., The effect of the GENTLE/s robot-mediated therapy system on arm function after stroke. Clin Rehabil, 2008. 22(5): p. 395-405. Broeren, J., et al., Assessment and training in a 3-dimensional virtual environment with haptics: a report on 5 cases of motor rehabilitation in the chronic stage after stroke. Neurorehabil Neural Repair, 2007. 21(2): p. 180-9. Kahn, L.E., et al., Robot-assisted movement training for the stroke-impaired arm: Does it matter what the robot does? J Rehabil Res Dev, 2006. 43(5): p. 619-30. Stewart, J.C., et al., Intervention to enhance skilled arm and hand movements after stroke: A feasibility study using a new virtual reality system. J Neuroeng Rehabil, 2007. 4: p. 21. Alexander, I.F., Maiden, N., Scenarios, Stories, Use Cases Through the Systems Development Life-Cycle. 2004, Chichester, UK: John Wiley and Sons. Carroll, J.M., Five reasons for scenario-based design. Interacting with Computers, 2000. 13(1): p. 43-60. Benyon, D. and C. Macaulay, Scenarios and the HCI-SE design problem. Interacting with Computers, 2002. 14(4): p. 397-405. Widya, I., et al., Scenario-based Requirements Elicitation in a Pain-teletreatment Application, in Proceedings of the ICSOFT 4th. International Conference on Software and Data Technologies. 2009: Sofia, Bulgaria. p. 406-413. Beutel, F., Towars a dynamic home training system for COPD patiënts. 2011, Universiteit Twente: Enschede. http://www.softkinetic.com/. 14 Juli 2011. 47

44. 45.

van der Linden, P., Just Java 2. 2002: p.714-715 www.unity3d.com. 24 Mei 2011.

48

8. Bijlage Het matlab script wat de controller component van het systeem gebruikt op het moment dat de patiënt gaat fietsen ziet er als volgt uit.

8.1 Bijlage A Matlabscripts rekoefeningen.m function [result] = rekoefeningen(HR, SPO2, bewegingsdata) %Eerst alle feedbackberichten en grenswaardes inlezen vanuit een Excel %bestand: [grenswaarde] = xlsread('Waardes.xlsx'); max_HR = grenswaarde(1); min_SPO2 = grenswaarde(2); referentie_bewegingsdata = grenswaarde(3); [num, begineinde] = xlsread('Begineinde.xlsx'); begin = begineinde(2); einde_1 = begineinde(8); einde_2 = begineinde(9); einde_3 = begineinde(10); [num, grenswaarde] = xlsread('Grenswaardes.xlsx'); tehoog = grenswaarde(1); telaag = grenswaarde(2); [num, neg_1 neg_2 neg_3

negatief] = xlsread('Negatief.xlsx'); = negatief(1); = negatief(2); = negatief(3);

[num, positief] = xlsread('Positief.xlsx'); pos_1 = positief(1); %Bericht weergeven dat patiënt begint met trainen: disp(begin) %De parameters worden met elkaar vergeleken. A.d.h.v. die analyse geeft het %script een positief danwel negatief bericht. if bewegingsdata ~= referentie_bewegingsdata && max_HR > HR && SPO2 > min_SPO2 disp(neg_2) disp(neg_3) %De referentiedata klopt niet, dus patiënt maakt niet de juiste beweging. compliance = 0; elseif bewegingsdata ~= referentie_bewegingsdata && HR < 0.5*max_HR disp(neg_1) compliance = 0; elseif bewegingsdata == referentie_bewegingsdata && HR < 0.5*max_HR disp(neg_2) disp(neg_3) compliance = 0; elseif HR > max_HR %De hartslag wordt te hoog, direct stoppen met trainen. disp(tehoog) compliance = 0; elseif min_SPO2 > SPO2 %Saturatie wordt te laag, direct stoppen met trainen disp (telaag) compliance = 0; elseif bewegingsdata == referentie_bewegingsdata && max_HR > HR && SPO2 > min_SPO2

49

disp(pos_1) %Zowel beweging als hartslag zijn goed, dus positief bericht. compliance = 33.3; disp(einde_1) disp(einde_2) disp(einde_3) end result = compliance; end

fietstraining.m function result2 = fietstraining(HR, SPO2, totale_tijd) %Grenswaardes en feedbackberichten worden ingelezen vanuit Excel. [grenswaarde] = xlsread('Waardes.xlsx'); max_HR = grenswaarde(1); min_SPO2 = grenswaarde(2); [num, grenswaarde] = xlsread('Grenswaardes.xlsx'); tehoog = grenswaarde(1); telaag = grenswaarde(2); for tijd = 0:totale_tijd if HR>=max_HR disp(tehoog) compliance = 0; break elseif SPO2 <= min_SPO2 disp(telaag) compliance = 0; break else fietsen(HR,SPO2,tijd); %In het script fietsen.m worden de uiteindelijke berichten gegeven. end if tijd == totale_tijd [num, begineinde] = xlsread('Begineinde.xlsx'); einde_1 = begineinde(11); einde_2 = begineinde(12); disp(einde_1) disp(einde_2) compliance = 33.3; end end result2 = compliance; end

fietsen.m function fietsen(HR, SPO2,tijd) [grenswaarde] = xlsread('Waardes.xlsx'); max_HR = grenswaarde(1); min_SPO2 = grenswaarde(2); totale_trainingstijd = 15;

50

[num tijdsverloop] = xlsread('tijdsverloop.xlsx'); tijd_1 = tijdsverloop(1); tijd_2 = tijdsverloop(2); [num, grenswaarde] = xlsread('Grenswaardes.xlsx'); tehoog = grenswaarde(1); telaag = grenswaarde(2); [num, begineinde] = xlsread('Begineinde.xlsx'); klaar = begineinde(3); [num, positief] = xlsread('Positief.xlsx'); pos_1 = positief(2); [num, negatief] = xlsread('Negatief.xlsx'); neg_1 = negatief(4); if

tijd <= 1/10* totale_trainingstijd && HR<0.6*max_HR disp(neg_1) elseif tijd < 1/10 * totale_trainingstijd && HR>=0.6*max_HR max_HR disp(pos_1) elseif tijd == 1/3*totale_trainingstijd && HR>=0.6*max_HR && max_HR && SPO2>min_SPO2 disp(tijd_1) elseif tijd == 2/3*totale_trainingstijd && HR>=0.6*max_HR && max_HR && SPO2>min_SPO2 disp(tijd_2) elseif tijd == totale_trainingstijd && HR < max_HR && SPO2 > disp(klaar) elseif HR>=max_HR disp(tehoog) return elseif SPO2 <= min_SPO2 disp(telaag) return end end

&& HR ~= HR < HR < min_SPO2

trainengewichten.m function [res] = trainengewichten(HR,SPO2,bewegingsdata) [grenswaarde] = xlsread('Waardes.xlsx'); max_HR = grenswaarde(1); min_SPO2 = grenswaarde(2); referentie_bewegingsdata = grenswaarde(3); [num, positief] = xlsread('Positief.xlsx'); pos_1 = positief(3); [num, begineinde] = xlsread('Begineinde.xlsx'); einde_1 = begineinde(6); einde_11 = begineinde(7); einde_2 = begineinde(5); [num, grenswaarde] = xlsread('Grenswaardes.xlsx'); tehoog = grenswaarde(1); telaag = grenswaarde(2);

51

[num, negatief] = xlsread('Negatief.xlsx'); neg_1 = negatief(2); neg_2 = negatief(3); aantal_herhalingen = 12; aantal_sets = 4; einde = (aantal_herhalingen * aantal_sets); for i = 1:einde if i == einde disp(einde_1) disp(einde_11) elseif mod(i,aantal_herhalingen)~=0 && bewegingsdata == referentie_bewegingsdata && HR < max_HR && SPO2 > min_SPO2 disp(pos_1) compliance = 33.3; elseif mod(i,aantal_herhalingen)==0 && bewegingsdata == referentie_bewegingsdata && HR < max_HR && SPO2 > min_SPO2 disp(einde_2) compliance = 33.3; elseif HR > max_HR disp(tehoog) compliance = 0; break elseif SPO2 < min_SPO2 disp(telaag) compliance = 0; break elseif bewegingsdata ~= referentie_bewegingsdata disp(neg_1) disp(neg_2) compliance = 0; end end res = compliance; end

totaletraining_goed.m function [hartslag, saturatie, tijd, compliance] = totaletraining_goed(HR,SPO2,bewegingsdata) tic [num, begineinde] = xlsread('Begineinde.xlsx'); begin = begineinde(1); [totale_tijd] = xlsread('fietstijd.xlsx'); disp(begin) [compliance1] = rekoefeningen(HR, SPO2, bewegingsdata); [compliance2] = fietstraining(HR, SPO2, totale_tijd); [compliance3] = trainengewichten(HR,SPO2,bewegingsdata); hartslag = HR saturatie = SPO2 totale_tijd = toc compliance = round(compliance1 + compliance2 + compliance3) end

52

8.2 Bijlage B Unity 3D scripts voor het GUI prototype. Voor het beginscherm: function OnGUI () { if (GUI.Button (Rect (75,75,800,100), "Beginnen met trainen")) { Application.LoadLevel ("tweedeschermtouchscreen"); } if (GUI.Button (Rect (75,250,800,100), "Resultaten bekijken")) { Application.LoadLevel ("Resultatentouchscreen"); } if (GUI.Button (Rect (75,500,300,75), "Instellingen")) { Application.LoadLevel ("Instellingentouchscreen"); } } Het scherm met de resultaten function OnGUI () { if (GUI.Button (Rect (1100,30, 150, 100), "Terug naar begin")) { Application.LoadLevel ("Mainscreen"); } GUI.contentColor = Color.black; GUI.Label (Rect (100, 80, 100, 100), "Trainingstijd:"); GUI.Label (Rect (100, 240, 100, 100), "Hartslag:"); GUI.Label (Rect (100, 420, 100, 100), "Compliance:"); } Het scherm met de instellingen function OnGUI () { if (GUI.Button (Rect (1100,30, 150, 100), "Terug naar begin")) { Application.LoadLevel ("Mainscreen"); } if (GUI.Button(Rect(100,100,200,50), "Blauwe achtergrond")) { Application.LoadLevel ("Mainscreen"); } if (GUI.Button(Rect(300,100,200,50), "Gele achtergrond")) { Application.LoadLevel ("Instellingengeleachtergrond"); } }

53

DE ONTWIKKELING VAN EEN THUISTRAININGSSYSTEEM VOOR COPD PATIENTEN

Recommend Documents