SensoGrip - ein druckempfindliches Schreibsystem (SensoGrip)

Hintergrund

Die Entwicklung der Schreibkompetenz ist nicht nur wichtig für die Stärkung des kindlichen Selbstbewusstseins, sondern wird auch als wesentlicher Grundstein für den schulischen (Sassoon, 1990; Stewart, 1992) und akademischen (Kruse, 1999) Erfolg angesehen.

Eine 2015 in Deutschland durchgeführte Umfrage unter 2000 Lehrkräften an Grund- und weiterführenden Schulen zeigte, dass mehr als 60 % der Kinder nicht in der Lage sind, ausdauernd zu schreiben (Diaz Mayer et al., 2017). Als Hauptursachen nannten Lehrer Handkrämpfe (73 %) und falsche Stifthaltung (68 %). In einer Längsschnittstudie in Norwegen wurde festgestellt, dass 27 % der Erstklässler Probleme mit der Handschrift haben (Karlsdottir & Stefansson, 2002). In den Vereinigten Staaten und Kanada sind Handschriftprobleme einer der häufigsten Gründe für die Überweisung an eine schulbasierte Ergotherapie (Hoy et al., 2011; Schneck & Case-Smith, 2015). In einer in Österreich durchgeführten Umfrage gaben 73 % der Ergotherapeuten an, dass Kinder mit umschriebener Entwicklungskoordinationsstörung (DCD) mit der Überweisungsdiagnose „Probleme in der Fein- und/oder Grafomotorik“ Ergotherapie erhalten (Dolezal & Schönthaler, 2018). International wird angenommen, dass die Prävalenz von Kindern mit DCD zwischen 2 % und 20 % liegt (Blank & Vinçon, 2020), wobei der am häufigsten auftretende Bereich in der Literatur 5 % - 6 % beträgt (Gaines et al., 2008; Blank et al., 2012; American Psychiatric Association, 2013).

Die wahrnehmungsmotorische Fähigkeit der Handschrift basiert auf einem komplexen Verarbeitungskonstrukt, das Inputs von visuell-motorischen Koordinationsfähigkeiten, motorischer Planung, kognitiven und Wahrnehmungsfähigkeiten sowie taktilen und kinästhetischen Wahrnehmungen umfasst (Maeland, 1992). Die Handschrift erfordert daher sehr feine motorische Fähigkeiten; Eine exakte Dosierung des Fingerdrucks auf dem Bleistift und des Minendrucks auf dem Papier sind wesentliche Bestandteile des Schreibens. Ziel des Erwerbs von Schreibkompetenz ist eine lesbare, flüssige, ermüdungsarme, effiziente und individualisierte Handschrift (Diaz Mayer et al, 2017). Lin et al. (2017) beobachteten, dass Kinder Schwierigkeiten bei der Dosierung des ausgeübten Drucks haben. Um geeignete Eingriffe zur Verbesserung der motorischen Kontrolle vornehmen zu können, ist es daher notwendig, alle druckrelevanten Daten zu erheben und zu integrieren. Derzeit gibt es kein ergotherapeutisches Instrument, das den Druck an der Stiftspitze und an der Haltefläche misst. Ziel dieses Projekts ist die interdisziplinäre Entwicklung eines drucksensitiven Stifts und der dazugehörigen Tablet-App als Beitrag zur Digitalisierung im Gesundheitswesen. Beide Teile des Systems sind Gegenstand der Studie, befinden sich dementsprechend in der Weiterentwicklung und sind nicht kommerziell erhältlich.

Beschreibung der verwendeten Technologie

Das System fragt keine personenbezogenen Daten ab und soll Kinder, die Schwierigkeiten bei der Druckdosierung haben, dabei unterstützen, ihre grafisch-motorischen Fähigkeiten durch Feedback zu verbessern. Das Verfahren ist wie folgt:

• Die Einstellungen des Stifts (Druckbereich, Feedback-Optionen: Farbe, Feedback-Verhalten) können über die App konfiguriert und verändert werden.
• Drucksensoren im Stift und auf der Grifffläche des Stifts messen die Stärke des Drucks und den Fingerdruck.
• Gesammelte Daten werden an die App übertragen, angezeigt und gespeichert.
• Basierend auf den vorgenommenen Stifteinstellungen erfolgt eine Rückmeldung über eine an der Stiftspitze angebrachte Feedback-Funktion (je nach Druck variiert das Aufleuchten eines Rings hinter der Stiftspitze) bei individuell passenden Druckverhältnissen.
• Während des Schreibens aufgezeichnete Druckverläufe werden für die therapeutische Entscheidungsfindung über die Tablet-App zur Verfügung gestellt.

Studienübersicht

Um Informationen über das Nutzererlebnis und die Nutzerakzeptanz sowie die Effekte des entwickelten Systems zu erhalten, wird in dieser Studie ein Mixed-Methods-Ansatz verfolgt.

Ein initialer partizipativer Gestaltungs- und Entwicklungsprozess auf Basis der relevanten Nutzergruppen (Ergotherapeuten, Kinder) und ein Evaluationsprozess auf Basis aller Nutzergruppen (Ergotherapeuten, Kinder, Erziehungsberechtigte) stellen die Nutzbarkeit und Akzeptanz des Projektergebnisses sicher.

Quantitative Daten werden durch Messen der Druckdaten während des Schreibvorgangs generiert. Zusätzlich werden Akzeptanzfaktoren quantitativ mittels Fragebögen erhoben, die auf dem „Usefulness, Satisfaction, and Ease of Use Questionnaire“ (USE) und der „Unified Theory of Acceptance and Use of Technology 2“ (UTAUT2) basieren. Während die Studiendauer drei Monate beträgt, werden aufgrund eines rollierenden Rekrutierungsverfahrens Schreibdaten pro teilnehmendem Kind über eine Dauer von acht Therapiesitzungen, in der Regel innerhalb von acht Wochen, erhoben. Zu Beginn der Interventionsphase werden die Stift- und Minendrücke jedes teilnehmenden Kindes ohne Aktivierung des im Stift integrierten Feedbacksystems zu jeweils vier Zeitpunkten als Baseline erhoben. Dazu wird ein Bogen mit Standardformularen für den ersten Messpunkt für Kinder der 1. Klasse verwendet. Für Kinder ab der 2. Klasse wird das Testverfahren „Systematic Assessment of Motor Writing Disorders“ (SEMS) angewendet. Für die späteren Messzeitpunkte wird ein Standardsatz aus dem SEMS verwendet. Die im Rahmen der regulären ergotherapeutischen Sitzungen erhobenen quantitativen Schreibdaten bestehen – je nach Schulstufe – aus der Sammlung von Standardformularen oder einem Standardsatz, die zu Beginn und am Ende der Therapiesitzung mit und ohne Stiftfeedback aufgenommen werden. Die Vertrautheit mit dem System wird durch eine Mindestanwendungsdauer des SensoGrip-Systems (10 Minuten pro Sitzung) sichergestellt. Qualitative Informationen werden über Interviews und Fokusgruppen mit Ergotherapeuten und Kindern nach der Interventionsphase erhoben und ausgewertet.

Studienziele und Forschungsfragen

Mit der Studie sollen folgende Wirkungen erzielt werden:

• Das Feedback des Stiftes unterstützt das Kind beim Erwerb besserer graphomotorischer Fähigkeiten
• Das System unterstützt die Dokumentation, indem es die Messungen objektiviert und die Transparenz erhöht
• Verbesserung der Schreibkompetenz der primären Zielgruppe
• Steigerung der Motivation und Therapietreue

Die folgenden Forschungsfragen dienen der Bewertung der Leistungsfähigkeit sowie der Funktionalität des Gesamtsystems und seiner Akzeptanz und Wirkung. Teilfragen sind beispielhaft unter Verwendung von Aufzählungszeichen aufgeführt.

Technische Leistung und Funktionalität des Systems

1.1: Welche technischen Leistungen erbringt das System im Alltag der Zielgruppen?

Benutzerfreundlichkeit des Systems

2.1 Wie wird Usability beschrieben? Welche Barrieren bestehen bei der realen Nutzung der einzelnen Komponenten?

Akzeptanz des Systems

3.1 Wie werden basierend auf dem UTAUT2-Modell Akzeptanzfaktoren des Systems von den Zielgruppen bewertet?

Auswirkungen des Systems

4.1: Was sind die beabsichtigten und unbeabsichtigten Wirkungen des Systems für Kinder, Ergotherapeuten und Erziehungsberechtigte?

• Verbessert das Biofeedback das Druckverhalten des Kindes (Fingerdruck oder Minendruck)?
• Beeinflusst das System die Motivation und Adhärenz der Kinder positiv?
• Verbessert das System die grafischen motorischen Fähigkeiten oder die Handschrift des Kindes basierend auf dem SEMS?
• Erhöht das System die Effizienz der Therapie (z. B. durch Wegfall von Dokumentationsaufgaben)?

Studiendesign

Die Studie verwendet ein Mixed-Methods-Design. Um die Wirksamkeit quantitativ zu bewerten, verwendet die Studie ein Single Case Experimental Design (SCED) (Krasny-Pacini & Evans, 2018). Im Vergleich zur Teilnehmerzahl bestehender SCED-Studien ist die Gruppengröße mit n=15 (nur Kinder) ausreichend groß.

Die Teilnehmerzahl für die qualitative Datenerhebung beträgt n=15 pro Zielgruppe (Ergotherapeuten, Kinder und Erziehungsberechtigte). Aufgrund der bewusst engen Reichweite der Einschlusskriterien ist aufgrund ihrer Erfahrungen von einer gewissen Homogenität der einzelnen Teilnehmergruppen auszugehen (Guest, Bunce & Johnson, 2006). Romney, Batchelder und Weller (1986) betonen, dass kleine Stichproben ausreichen können, um vollständige und genaue Informationen in einem bestimmten Kontext zu liefern, solange die Teilnehmer über ein gewisses Maß an Fachwissen auf dem Gebiet der Untersuchung verfügen. Darüber hinaus schlagen Guest, Bunce und Johnson (2006) vor, dass bei vorhandener Homogenität der untersuchten Gruppen eine Teilnehmerzahl von 12 eine ausreichende Sättigung erzeugen kann.

Methoden

Zur Auswertung werden die bereits erwähnten Forschungsfragen herangezogen. Die folgende Methodenübersicht stellt die verwendeten Bewertungsfaktoren den jeweiligen Methoden gegenüber. Außerdem wird verdeutlicht, welche Nutzer in welcher Studienphase zur Auswertung welcher Fragestellungen beitragen.

Evaluation von Performance, Usability und Akzeptanz im Feld Performance, Usability und Akzeptanz im Feld werden einerseits über Nutzungstagebücher und Abschlussinterviews, andererseits über Fragebögen auf Basis des USE-Fragebogens und des UTAUT2 ermittelt.

ich. Kinder (primäre Zielgruppe) tragen zum themenspezifischen Erkenntnisgewinn bei

• indem Sie zwei kurze kindgerechte Fragebögen ausfüllen
• sowie durch die Teilnahme am Abschlussgespräch.

ii. Ergotherapeuten (sekundäre Zielgruppe) tragen zum themenspezifischen Erkenntnisgewinn bei

• Dokumentation von Fehlern und Auffälligkeiten beim Einsatz des SensoGrip-Systems in der Therapie,
• Ausfüllen des USE- und UTAUT2-basierten Fragebogens nach der Interventionsphase
• Teilnahme am Abschlussgespräch

iii. Erziehungsberechtigte (tertiäre Zielgruppe) tragen bei

• Ausfüllen des Vorfragebogens und
• Ausfüllen des Post-Fragebogens (wenn der SensoGrip-Pen ihnen zu Hause gegeben wurde).

Bewertung der Wirkungen im Feld

Es wurde ein Single Case Experimental Design (SCED) gewählt, um die Wirksamkeit der Intervention mit dem SensoGrip-System intrapersonell oder an einer kleinen Anzahl von Personen zu untersuchen. Bei diesem Ansatz werden Daten von teilnehmenden Kindern prospektiv und intensiv untersucht. Das Ergebnis wird in allen Phasen der Studie wiederholt und mehrfach gemessen (Krasny-Pacini & Evans, 2018). Durch die wiederholten Messungen lassen sich Wirkungen bei Individuen oder Personengruppen nachweisen; somit stellen die Probanden ihre eigene Kontrollgruppe dar. Das Design ist besonders geeignet, wenn Studien in natürlichen Praxisumgebungen durchgeführt werden (Romeiser et al., 2017).

Die genaue Struktur des in dieser Studie verwendeten Designs ist wie folgt:

Das Studium gliedert sich in zwei Phasen (A/B):

Phase A – Grundlinienmessungen

• Zeitpunkt 0: Kinder werden in die Studie aufgenommen, wenn die Ein- und Ausschlusskriterien durch den Ergotherapeuten geprüft wurden und die Einverständniserklärung von einem Erziehungsberechtigten unterzeichnet wurde und das teilnehmende Kind bzw. das Kind mündlich eingewilligt hat. Zusätzlich werden zum Zeitpunkt 0 der Vorfragebogen des Erziehungsberechtigten und das Datenblatt des Kindes ausgefüllt.

• Zeitpunkt 1: In der ersten regulären Therapiesitzung nach Aufnahme erfolgt der Beginn der Ausgangserhebung. Vor Beginn der regulären Therapie erhalten Kinder ab der 2. Klasse das Assessment-Instrument zur systematischen Evaluation motorischer Schreibstörungen (SEMS) und ab der 1. Klasse einen Bogen mit Standardformularen. Die Basislinienmessung wird mit SensoGrip ohne Feedback aufgezeichnet. Daran schließt sich die reguläre Therapiesitzung an. In den letzten fünf Therapieminuten wird ein Standardsatz (aus SEMS) oder die Standardformen mit dem SensoGrip ohne Feedback, aber mit Datenaufzeichnung kopiert. Um sich an den Stift zu gewöhnen, wird vor dem Aufschreiben des Testsatzes mit dem Stift gezeichnet.

• Zeitpunkt 2: Zu Beginn und am Ende der Sitzung wird der gewählte Standardsatz einmal mit aktiviertem SensoGrip ohne Feedback aufgeschrieben. Um sich an den Stift zu gewöhnen, wird das Testset vor dem Aufschreiben mit dem Stift gezeichnet.

Ergotherapeuten ermitteln aus den Basisdaten erste mögliche Schwellenwerte, die in den nächsten Sitzungen verwendet werden.

Phase B - Interventionsphase

• Zeitpunkt 3 - 7: Ab der dritten Therapiesitzung erhält das Kind eine Erklärung zur Wirkungsweise von SensoGrip und ein Feedback über einen Leuchtring an der Spitze des SensoGrip-Stifts. Therapeuten erhalten nun auch die schriftliche Auswertung des Kindes. Pro Sitzung sollten mindestens 10 Minuten mit SensoGrip gearbeitet werden. Mögliche Beispielübungen werden bereitgestellt, dennoch können Therapeuten SensoGrip für weitere fallspezifische Übungen zur Druckverbesserung einsetzen. Therapeuten dokumentieren, welche Übungen gemacht und welche Anpassungen vorgenommen oder ausprobiert wurden. Am Ende jeder Sitzung wird das Standard-Set zweimal kopiert – einmal mit und einmal ohne Feedback. Die Reihenfolge ändert sich jedes Mal, um mögliche Verzerrungen aufgrund der Reihenfolge und damit die Gewöhnung an das Schreiben mit dem Stift zu minimieren. Daten werden in beiden Formen aufgezeichnet. Gewählte Einstellungen werden notiert und nach Ermessen des Therapeuten ausgewählt.

Optional kann das Kind den SensoGrip ab der vierten Sitzung mit nach Hause nehmen und frei im Alltag nutzen, während das Tablet beim Therapeuten verbleibt.

• Zeitpunkt 8: In der letzten Sitzung werden SEMS bzw. die Standardformulare neu evaluiert. Das Schreiben erfolgt mit dem SensoGrip ohne Rückmeldung, aber mit Datenaufzeichnung.

Nach Abschluss der Intervention wird mit den teilnehmenden Kindern und den teilnehmenden Ergotherapeuten ein Einzelgespräch gemäß Interviewleitfaden geführt.

Eltern oder Erziehungsberechtigte erhalten nach Ende der Phase B nur dann einen zweiten Fragebogen, wenn der SensoGrip-Stift mit nach Hause genommen und dort verwendet wurde.

Beabsichtigte Ergebnisse der Studie

Die beabsichtigten Ergebnisse konzentrieren sich auf die folgenden Bereiche:

• Verbesserung der Schreibfähigkeit der primären Zielgruppe Das SensoGrip-System bietet eine Feedback-Möglichkeit für das Training von Feinmotorik, Visuomotorik und Kinästhesie. Er soll unterstützen, den Stift mit entsprechendem Druck zu halten und locker / ohne Verspannungen zu schreiben. Das System zielt darauf ab, die Motivation und Therapietreue durch direktes Feedback zu steigern. In der Folge könnten bei erfolgreicher Therapie auch die schulischen Leistungen der Patienten verbessert werden. Auch das Selbstwertgefühl der Patienten spielt eine wichtige Rolle, was durch die Verbesserung der Schreibkompetenz positiv beeinflusst werden könnte.
• Verbesserung der therapeutischen Möglichkeiten Je nach Bedarf des Patienten steht ein neues Instrument zur Verfügung, das das Potenzial hat, die Motivation und Adhärenz bei graphomotorischen Übungen zu steigern. Darüber hinaus wird nach erfolgreichem Abschluss des Projekts ein Tool zur Verfügung stehen, das eine standardisierte Diagnostik graphomotorischer Störungen und die Visualisierung von Therapiefortschritten ermöglicht. Durch diese verbesserten Möglichkeiten zur Überwachung von Therapieprozessen können Behandlungsfortschritte besser messbar gemacht und somit auch an Krankenkassen anhand konkreter Zahlen berichtet werden.