Entwicklung einer Vitalparameter-Monitoring App für In-Ear-Wearables

Bachelorarbeit von Yannick Stelzner, Software-Entwickler
“Konzeption und Realisierung einer Vitalparameter-Monitoring-App auf Basis der Verwendung von In-Ear-Wearables”

In der seit April 2020 laufenden TELECOVID-Studie von Prof. Dr. Schmidt des Klinikums rechts der Isar (TU München) werden mit Hilfe von cosinuss° In-Ear-Wearables Covid-19-Patienten in häuslicher Isolation fernüberwacht. Mit dieser Lösung wird versucht, Krankenhäuser und das Personal in der Covid-19-Pandemie zu entlasten, indem folgende Vitalparameter der erkrankten Risikopatienten zu Hause überwacht werden: Sauerstoffsättigung, Herzfrequenz, Atemfrequenz und Körpertemperatur. Unter Aufsicht von Fachpersonal werden die Werte der Patienten auf einem Online-Dashboard in der Klinik analysiert und – wenn notwendig – eine Einweisung ins Krankenhaus eingeleitet.

Bis dato gab es allerdings weder für das Fachpersonal des Klinikums rechts der Isar noch für die Patienten selbst eine Möglichkeit die erfassten Vitalparameter mobil, bspw. auf ihrem Smartphone, einsehen zu können. Aus diesem Grund habe ich mich in meiner Bachelorarbeit an die Entwicklung einer mobilen Lösung begeben. Mit der Realisierung einer Applikation sollte es möglich sein diverse Funktionen des Servers von cosinuss° – insbesondere die Darstellung der Datensätze – abzubilden, sodass die gemessenen Daten in Zukunft für das Fachpersonal und die Patienten auf ihrem Smartphone zugänglich sind und analysiert werden können.

In meiner Bachelorarbeit habe ich mich konkret mit den Faktoren, die für eine Konzeption der geplanten App berücksichtigt werden müssen, sowie mit der finalen Realisierung auseinandergesetzt.

Um eine strukturierte und zuverlässige Entwicklung zu gewährleisten, mussten im Vorfeld verschiedene Anforderungen berücksichtigt werden, von denen einige insbesondere bei der Fernüberwachung von Patienten eine Rolle spielen. Hierzu gehören u.a.:

• Unterschiedliche Zielgruppen: Anwender der mobilen Applikation gehören zu zwei Zielgruppen mit unterschiedlichen Bedürfnissen und Erwartungen. So gibt es sowohl direkt an der Studie beteiligte Personen (PatientInnen, ÄrztInnen, TechnikerInnen) als auch indirekt betroffene Personen (Familienangehörige, FreundInnen). Für die Personengruppen gilt bspw. jeweils eine unterschiedliche Datenansicht in der Monitoring App. So hat das medizinische Personal Einsicht in Datensätze mehrerer Patienten, wohingegen Familienangehörige lediglich die Daten des/der Erkrankten einsehen können.
• Datenschutz: Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Datensicherheit und strengen Einhaltung der Datenschutzrichtlinien. Hierzu gehören Autorisierungsprozesse, Pseudonymisierung von Datensätzen, verschlüsselte Datenübertragung sowie ein Applikationsschutz, der zum Sperren der App dient.
• Server-Spezifikationen: Für die Darstellung der Datensätze in einer Dashboard- und Graphansicht müssen die speziellen Features und Spezifikationen des Servers untersucht und berücksichtigt werden. Hierzu gehören im Speziellen die Einsortierung der Personen in verschiedene “Projekte” sowie die Einsicht historischer Daten.
• Essentielle Funktionen: Die Applikation muss neben Funktionen für die Erfüllung ihres Hauptanwendungszwecks auch essentielle Funktionen aufweisen. Dazu gehören u.a. die Darstellung eines Menüs sowie Informationsseiten über die App.
• Auswahl des Betriebssystems: Um die Applikation möglichst vielen Personen zur Verfügung stellen zu können, muss der weltweite Marktanteil der meistgenutzten Smartphone-Betriebssysteme berücksichtigt werden. Zudem sollte die Wahl auf ein System fallen, mit dem sich viele Entwickler beschäftigen, sodass ein Austausch – etwa hinsichtlich verschiedener Problematiken – untereinander stattfinden kann.

Nach Identifizierung der Anforderungen, war für die Planung der App-Realisierungen eine Entwurfserstellung notwendig. Diese diente dazu sämtliche Anforderungen und zu berücksichtigende Aspekte miteinander in Verbindung zu bringen. Hieraus ergaben sich sowohl ein technischer Entwurf als auch ein visuelles Entwurfsmuster.

Für die technische Entwicklung wurde “Flutter” genauer betrachtet und ausgewählt. Mit dieser UI-Entwicklungssoftware ist es möglich Smartphone-Applikationen Betriebssystem übergreifend zu entwickeln, sodass diese sowohl auf iOS- als auch Android-Geräten lauffähig sind. Um die Kommunikation zwischen dem Server und der Applikation regeln zu können, wurde außerdem die RESTful API des Servers genauer analysiert.

Die visuellen Darstellungen im Entwurfsmuster dienten dazu einen ersten Eindruck sowie einen Plan für die finale Realisierung zu erhalten (siehe Abb. 1).

Abbildung 1: Beispiel für die Darstellung der Datensätze.

In der Realisierungsphase waren neben der eigentlichen Entwicklung der Vitalparameter-Monitoring App auch die Durchführung von regelmäßigen Tests essentiell. So konnten auftretende Probleme, wie Schwierigkeiten innerhalb des Login-Prozesses oder die genaue Darstellung der einzelnen Personen und ihrer Datensätze, behoben und die Applikation an die User Experience angepasst werden. Zudem ließen sich eine Vielzahl an geplanten Features erfolgreich umsetzen. Darunter gehören u.a. der Applikationsschutz, der Autorisierungsprozess, die Darstellungen der Personen in einem Dashboard sowie einer Graphansicht, ein Kalender und diverse Informationsseiten.

Das Ergebnis meiner Bachelorarbeit ist eine erste Version der Vitalparameter-Monitoring App, die zukünftig – auch über die TELECOVID-Studie hinaus – für verschiedene Anwendungsfälle genutzt werden kann.

Abb. 2 und 3: Einblicke in die aktuellste Version der Vitalparameter-Monitoring App.