Forschungsallianz 3Dsensation: 3D-Technologien in der Mensch-Maschine-Interaktion

StressSense 2

Anwendung optischer und textilbasierter Sensoren zur Detektion von Ermüdungs- und Stressparametern in ausgewählten Arbeitsszenarien

FKZ 03ZZ0461

Hintergrund

Stress am Arbeitsplatz kann die Gesundheit gefährden. Insbesondere psychische Stressoren spielen hierbei mehr und mehr eine Rolle. Es fehlen Interpretationsrichtlinien um die Beanspruchung am Arbeitsplatz zu detektieren, Stress zu klassifizieren und Ableitungen für entsprechende Maßnahmen erstellen zu können. Des Weiteren wird Sensortechnik zur Stresserfassung benötigt, bei der die Arbeitsabläufe der Nutzer nicht beeinträchtigt werden. Besonders in physiologischen Parametern, wie z.B. Herzfrequenz, Herzratenvariabilität, Hautleitwert und Oberflächen-EMG, kann Stress nachgewiesen objektiv werden.

3Dsensation

Strategiebericht 2019

Ziele

Zur objektiven Erfassung relevanter Parameter mit dem Ziel der Förderung der Gesundheit am (Bildschirm-) Arbeitspatz sind relevante technische und materielle Sensoreigenschaften zu definieren. Im Zentrum stehen optische Sensoren, jedoch sind bislang nicht alle der genannten Vitalparameter durch optische Sensoren korrekt und objektiv erfassbar. Daher wurde ein Multi-Sensor-System genutzt, mit dem stressrelevante Parameter zeitgleich erfasst werden können. Es sollte im Sinne einer Event Classification, heraus gestellt werden, ob sich emotionale, mentale und physische Erregung in ihrer Erfassung voneinander unterscheiden. Es sollte weiterhin aufgezeigt werden, ob auf der Basis der erfassten Daten eine Trennung von körperlicher Bewegung und psychischem Stressoren möglich ist. Dies sollte die spätere Interpretation der Daten und damit die zielgerichtete Ableitung von Maßnahmen unterstützen. Mit einer anschließenden Mustererkennung auf Basis der Datenlage sollte es ermöglicht werden, dass die zu entwickelnden Sensoren bzw. die zugehörige Software über die Aufnahme, Interpretation und Speicherung der Daten eigenständig entscheiden können. Die Mensch-Maschine-Interaktion stand hierbei in einem besonderen Fokus. Es sollten Anforderungen formuliert werden, die eine praktische Anwendung gewährleisten und an den Bedürfnissen der Nutzer orientiert sind.

Methoden

Es wurden Messreihen im Labor (simulierter Bildschirmarbeitsplatz, über Computerprogramm induzierte mentale Belastung) und anschließend am individuellen Arbeitsplatz durchgeführt. Bei 30 Probandinnen wurden mit Standardverfahren in einem Multisensorsystem (NeXus 10) die physiologischen Parameter Herzfrequenz, Herzratenvariabilität, Hautleitwert und Oberflächen-EMG des M. trapezius und zusätzlich die subjektive Belastungswahrnehmung mithilfe der BORG CR10-Skala gemessen. Nach einer Baseline-Messung von 10 Minuten folgte in fünf sich steigernden Stufen zu je fünf Minuten die Belastungsphase, gefolgt von einer fünfminütigen Regenerationsphase. Bei 13 Probandinnen konnten die genannten Parameter später für 30 Minuten am individuellen reellen Arbeitsplatz unter alltäglichen Bedingungen gemessen werden. Mithilfe der System Usability Scale (SUS) wurde zudem die Anwendbarkeit des Messsystems beurteilt und mithilfe des NASA TLX (mehrdimensionale Skala zur Belastungserfassung) die allgemeine Belastung der Probandinnen über die Messungen hinweg erfasst. Die Ergebnisse aus dem SUS sollten Rückschlüsse auf die Mensch-Maschine-Interaktion zulassen.

Ergebnisse

Anhand der erfassten physiologischen Daten ließen sich keine eindeutigen Muster zur Stresserkennung generieren. Erst die Verknüpfung zum subjektiven Empfinden, in der vorliegenden Untersuchung über die BORG CR 10-Skala, lässt veränderte Beanspruchungen über die sich steigernden Stufen erkennen. Es kam zwar beim Vergleich der einzelnen Belastungsstufen zu Veränderungen, die jedoch individuell verschiedene Verläufe aufweisen. Für allgemeingültige Ableitungen sind weitere Untersuchungen zur Stresserfassung und zur Stresswahrnehmung mit großen Datensätzen aus verschiedenen Stichproben und in Kombination mit weiteren Assessments notwendig.

Eine kombinierte, zeitgleiche Messung mehrerer relevanter Parameter ist dabei unumgänglich. Die angewandte Messtechnik wurde aus Probandinnen-Sicht mit „gut“ bewertet, dennoch bleibt der Fokus auf kontaktlosen Systemen, da nur sie arbeitsplatzunabhängige und gefährdungs- und hindernisfreie Messungen zulassen. Die derzeit verfügbaren adäquaten Messmethoden gehören zu den Goldstandard-Verfahren der Medizin, besitzen aber wenig bis keine Praxistauglichkeit für den täglichen Gebrauch außerhalb des klinischen Settings. Es wurde ein Anforderungskatalog für die Entwicklung zukünftiger kontaktarmer/kontaktloser Sensorsysteme mit allen wesentlichen Charakteristika erstellt.

Schlussfolgerung und Ausblick

Es sind durchaus bereits kontaktarme/kontaktlose Wearables, Smartphone-Apps und andere Systeme auf dem Markt, die es möglich machen, über eine auf das einzelne Individuum bezogene, über einen längeren Zeitraum aufgezeichnete Datenmenge intraindividuelle Mustererkennungen vorzunehmen, u.a. auch auf individuellen Stress bezogen. Auf dieser Basis sind sicherlich auch allgemeine Verhaltensempfehlungen zur Gesundheit an den Nutzer generierbar. Auch ist es über diese Systeme möglich, verschiedene zeitgleich erfasste Parameter mit einfließen zu lassen. Inwiefern diese Daten jedoch messmethodisch objektivierbar und medizinisch relevant und damit zur differenzierten Gesundheitsförderung geeignet sind, bleibt offen. Daher ist es weiterhin notwendig, die Fusionierung medizinischer Goldstandardmethoden mit möglichst kontakt- oder zumindest kabellosen Sensoren zu beforschen.

Abschlußbericht