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Purpose
Supporting the surgeon during surgery is one of the main goals of intelligent ORs. The OR-Pad project aims to optimize the information flow within the perioperative area. A shared information space should enable appropriate preparation and provision of relevant information at any time before, during, and after surgery.
Methods
Based on previous work on an interaction concept and system architecture for the sterile OR-Pad system, we designed a user interface for mobile and intraoperative (stationary) use, focusing on the most important functionalities like clear information provision to reduce information overload. The concepts were transferred into a high-fidelity prototype for demonstration purposes. The prototype was evaluated from different perspectives, including a usability study.
Results
The prototype’s central element is a timeline displaying all available case information chronologically, like radiological images, labor findings, or notes. This information space can be adapted for individual purposes (e.g., highlighting a tumor, filtering for own material). With the mobile and intraoperative mode of the system, relevant information can be added, preselected, viewed, and extended during the perioperative process. Overall, the evaluation showed good results and confirmed the vision of the information system.
Conclusion
The high-fidelity prototype of the information system OR-Pad focuses on supporting the surgeon via a timeline making all available case information accessible before, during, and after surgery. The information space can be personalized to enable targeted support. Further development is reasonable to optimize the approach and address missing or insufficient aspects, like the holding arm and sterility concept or new desired features.
Fragestellung: Das klinische Standardverfahren und Referenz der Schlafmessung und der Klassifizierung der einzelnen Schlafstadien ist die Polysomnographie (PSG). Alternative Ansätze zu diesem aufwändigen Verfahren könnten einige Vorteile bieten, wenn die Messungen auf eine komfortablere Weise durchgeführt werden. Das Hauptziel dieser Forschung Studie ist es, einen Algorithmus für die automatische Klassifizierung von Schlafstadien zu entwickeln, der ausschließlich Bewegungs- und Atmungssignale verwendet [1].
Patienten und Methoden: Nach der Analyse der aktuellen Forschungsarbeiten haben wir multinomiale logistische Regression als Grundlage für den Ansatz gewählt [2]. Um die Genauigkeit der Auswertung zu erhöhen, wurden vier Features entwickelt, die aus Bewegungs- und Atemsignalen abgeleitet wurden. Für die Auswertung wurden die nächtlichen Aufzeichnungen von 35 Personen verwendet, die von der Charité-Universitätsmedizin Berlin zur Verfügung gestellt wurden. Das Durchschnittsalter der Teilnehmer betrug 38,6 +/– 14,5 Jahre und der BMI lag bei durchschnittlich 24,4 +/– 4,9 kg/m2. Da der Algorithmus mit drei Stadien arbeitet, wurden die Stadien N1, N2 und N3 zum NREM-Stadium zusammengeführt. Der verfügbare Datensatz wurde strikt aufgeteilt: in einen Trainingsdatensatz von etwa 100 h und in einen Testdatensatz mit etwa 160 h nächtlicher Aufzeichnungen. Beide Datensätze wiesen ein ähnliches Verhältnis zwischen Männern und Frauen auf, und der durchschnittliche BMI wies keine signifikante Abweichung auf.
Ergebnisse: Der Algorithmus wurde implementiert und lieferte erfolgreiche Ergebnisse: die Genauigkeit der Erkennung von Wach-/NREM-/REM-Phasen liegt bei 73 %, mit einem Cohen’s Kappa von 0,44 für die analysierten 19.324 Schlafepochen von jeweils 30 s. Die beobachtete gewisse Überschätzung der NREM-Phase lässt sich teilweise durch ihre Prävalenz in einem typischen Schlafmuster erklären. Selbst die Verwendung eines ausbalancierten Trainingsdatensatzes konnte dieses Problem nicht vollständig lösen.
Schlussfolgerungen: Die erreichten Ergebnisse haben die Tauglichkeit des Ansatzes prinzipiell bestätigt. Dieser hat den Vorteil, dass nur Bewegungs- und Atemsignale verwendet werden, die mit weniger Aufwand und komfortabler für Benutzer aufgezeichnet werden können als z. B. Herz- oder EEG-Signale. Daher stellt das neue System eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu bestehenden Ansätzen dar. Die Zusammenführung der beschriebenen algorithmischen Software mit dem in [1] beschriebenen Hardwaresystem zur Messung von Atem- und Körperbewegungssignalen zu einem autonomen, berührungslosen System zur kontinuierlichen Schlafüberwachung ist eine mögliche Richtung zukünftiger Arbeiten.
In this paper a method for the generation of gSPM with ontology-based generalization was presented. The resulting gSPM was modeled with BPMN/BPMNsix in an efficient way and could be executed with BPMN workflow engines. In the next step the implementation of resource concepts, anatomical structures, and transition probabilities for workflow execution will be realized.
Artefaktkorrektur und verfeinerte Metriken für ein EEG-basiertes System zur Müdigkeitserkennung
(2019)
Fragestellung: Müdigkeit ist ein oft unterschätztes, aber dennoch großes Problem im Straßenverkehr. Von rund 2,5 Mio. Verkehrsunfällen 2015 in Deutschland, waren 2898 Unfälle, mit insgesamt 59 Toten (~1,7 % der Todesfälle), auf Übermüdung zurückzuführen. Schätzungen gehen von einer Dunkelziffer von bis zu 20 % aus. In einer ersten eigenen Studie wurde überprüft, ob ein mobiles EEG in einem Fahrsimulator Müdigkeitszustände zuverlässig erkennen kann. Die Erkennungsrate lag lediglich bei 61 %. Ziel dieser Arbeit ist, das verwendete Messsystem zu verbessern. Dazu wird die Genauigkeit durch eine Artefaktkorrektur und mit Hilfe von verfeinerten Qualitätsmetriken erhöht. Eine erkannte Übermüdung wird dem Fahrer dann in angemessener Weise angezeigt, so dass er entsprechend reagieren kann.
Patienten und Methoden: Die Independent Component Analysis (ICA) ist ein multivariates Verfahren, um mehrere Zufallsvariablen zu analysieren. Für die Entscheidung, ob ein Fahrer gerade müde oder wach ist, wird der erstellte Merkmalsvektor für jede Sequenz mit ICA klassifiziert. Dafür wird ein trainierter Machine-Learning-Algorithmus eingesetzt, der in der Lage ist, auch unbekannte Datensätze in Klassen einzuteilen. Um die benötigten Frequenzwerte zu erhalten, wurde für jeden EEG-Kanal eine Fourier Transformation durchgeführt. Der erstellte Merkmalsvektor wird im nächsten Schritt durch ein Künstliches Neuronales Netz klassifiziert. Für das Training werden vorab erstellte Merkmalsvektoren mit den Klassen „Wach“ und „Müde“ versehen. Diese Daten werden zufällig gemischt und im Verhältnis 2:1 in eine Trainings- und Testmenge geteilt. Das Experiment wurde mit acht Personen mit jeweils zweimal 45 min Testfahrt durchgeführt.
Ergebnisse: Der komplette Datensatz besteht aus 150.000 Signalwerten, welche zu ca. 7000 Sequenzen zusammengefasst werden. Durch die Anwendung der Qualitätsmetrik bleiben 4370 Sequenzen für das Training übrig. Bei invaliden Sequenzen aufgrund von EEG-Artefakten gibt es deutliche Unterschiede. Im „Wach“ Zustand werden dreimal so viele Sequenzen verworfen als im „Müde“ Zustand. Insgesamt werden bei wachen Probanden im Schnitt ca. 50 % der Sequenzen verworfen, bei Müden lediglich 25 %. Im Durchschnitt erreicht das System eine Erkennungsrate von 73 % für beide Zustände. Vergleicht man nun das Verhältnis von „Wach“ und „Müde“ und lässt „Leichte Müdigkeit“ außen vor, liegen die Ergebnisse bei über 90 %.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass die Aufmerksamkeit während des Experiments abnimmt bzw. die Müdigkeit zunimmt. Dies verdeutlichen zum einen subjektive und objektive Beobachtungen von Müdigkeitsanzeichen. Zum anderen lassen sich messbare und klassifizierbare Unterschiede im EEG Signal nachweisen. Die als Merkmale eingesetzten Theta-Wellen zeigten eine niedrigere Amplitude gegen Ende des Experiments. Die Erweiterung der binären Klassifizierung führt zu einer weiteren Stabilisierung der Ergebnisse. Artefaktkorrektur und Qualitätsmetriken steigern die Güte der Daten weiter. Die entwickelte Anwendung zur Müdigkeitserkennung ermittelt messbare Zeichen von Müdigkeit und kann eine gute Entscheidung über die Fahrtauglichkeit treffen.
Assistant platforms
(2023)
Many assistant systems have evolved toward assistant platforms. These platforms combine a range of resources from various actors via a declarative and generative interface. Among the examples are voice-oriented assistant platforms like Alexa and Siri, as well as text-oriented assistant platforms like ChatGPT and Bard. They have emerged as valuable tools for handling tasks without requiring deeper domain expertise and have received large attention with the present advances in generative artificial intelligence. In view of their growing popularity, this Fundamental outlines the key characteristics and capabilities that define assistant platforms. The former comprise a multi-platform architecture, a declarative interface, and a multi-platform ecosystem, while the latter include capabilities for composition, integration, prediction, and generativity. Based on this framework, a research agenda is proposed along the capabilities and affordances for assistant platforms.
Back to the future: origins and directions of the “Agile Manifesto” – views of the originators
(2018)
In 2001, seventeen professionals set up the manifesto for agile software development. They wanted to define values and basic principles for better software development. On top of brought into focus, the manifesto has been widely adopted by developers, in software-developing organizations and outside the world of IT. Agile principles and their implementation in practice have paved the way for radical new and innovative ways of software and product development. In parallel, the understanding of the manifesto’s underlying principles evolved over time. This, in turn, may affect current and future applications of agile principles. This article presents results from a survey and an interview study in collaboration with the original contributors of the manifesto for agile software development. Furthermore, it comprises the results from a workshop with one of the original authors. This publication focuses on the origins of the manifesto, the contributors’ views from today’s perspective, and their outlook on future directions. We evaluated 11 responses from the survey and 14 interviews to understand the viewpoint of the contributors. They emphasize that agile methods need to be carefully selected and agile should not be seen as a silver bullet. They underline the importance of considering the variety of different practices and methods that had an influence on the manifesto. Furthermore, they mention that people should question their current understanding of "agile" and recommend reconsidering the core ideas of the manifesto.
The scoring of sleep stages is one of the essential tasks in sleep analysis. Since a manual procedure requires considerable human and financial resources, and incorporates some subjectivity, an automated approach could result in several advantages. There have been many developments in this area, and in order to provide a comprehensive overview, it is essential to review relevant recent works and summarise the characteristics of the approaches, which is the main aim of this article. To achieve it, we examined articles published between 2018 and 2022 that dealt with the automated scoring of sleep stages. In the final selection for in-depth analysis, 125 articles were included after reviewing a total of 515 publications. The results revealed that automatic scoring demonstrates good quality (with Cohen's kappa up to over 0.80 and accuracy up to over 90%) in analysing EEG/EEG + EOG + EMG signals. At the same time, it should be noted that there has been no breakthrough in the quality of results using these signals in recent years. Systems involving other signals that could potentially be acquired more conveniently for the user (e.g. respiratory, cardiac or movement signals) remain more challenging in the implementation with a high level of reliability but have considerable innovation capability. In general, automatic sleep stage scoring has excellent potential to assist medical professionals while providing an objective assessment.
Purpose: Gliomas are the most common and aggressive type of brain tumors due to their infiltrative nature and rapid progression. The process of distinguishing tumor boundaries from healthy cells is still a challenging task in the clinical routine. Fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) MRI modality can provide the physician with information about tumor infiltration. Therefore, this paper proposes a new generic deep learning architecture, namely DeepSeg, for fully automated detection and segmentation of the brain lesion using FLAIR MRI data.
Methods: The developed DeepSeg is a modular decoupling framework. It consists of two connected core parts based on an encoding and decoding relationship. The encoder part is a convolutional neural network (CNN) responsible for spatial information extraction. The resulting semantic map is inserted into the decoder part to get the full-resolution probability map. Based on modified U-Net architecture, different CNN models such as residual neural network (ResNet), dense convolutional network (DenseNet), and NASNet have been utilized in this study.
Results: The proposed deep learning architectures have been successfully tested and evaluated on-line based on MRI datasets of brain tumor segmentation (BraTS 2019) challenge, including s336 cases as training data and 125 cases for validation data. The dice and Hausdorff distance scores of obtained segmentation results are about 0.81 to 0.84 and 9.8 to 19.7 correspondingly.
Conclusion: This study showed successful feasibility and comparative performance of applying different deep learning models in a new DeepSeg framework for automated brain tumor segmentation in FLAIR MR images. The proposed DeepSeg is open source and freely available at https://github.com/razeineldin/DeepSeg/.
The focus of the developed maturity model was set on processes. The concept of the widespread CMM and its practices has been transferred to the perioperative domain and the concept of the new maturity model. Additional optimization goals and technological as well as networking-specific aspects enable a process- and object-focused view of the maturity model in order to ensure broad coverage of different subareas. The evaluation showed that the model is applicable to the perioperative field. Adjustments and extensions of the maturity model are future steps to improve the rating and classification of the new maturity model.
Digitalization and enterprise architecture management: a perspective on benefits and challenges
(2023)
Many companies digitally transform their business models, processes, and services. They have also been using Enterprise Architecture Management approaches for a long time to synchronize corporate strategy and information technology. Such digitalization projects bring different challenges for Enterprise Architecture Management. Without understanding and addressing them, Enterprise Architecture Management projects will fail or not deliver the expected value. Since existing research has not yet addressed these challenges, they were investigated based on a qualitative expert study with leading industry experts from Europe. Furthermore, potential benefits of digitalization projects for Enterprise Architecture Management were researched. Our results provide a theoretical framework consisting of five identified challenges, triggers and a number of benefits. Furthermore, we discuss in what ways digitalization and EAM is a promising topic for future research.