Informatik
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Medizinprodukte sind Gegenstände, Stoffe oder Software mit medizinischer Zweckbestimmung für die Anwendung am Menschen. Diese werden von Medizinprodukteherstellern entwickelt und auf den Markt eingeführt. Da die falsche Anwendung von Medizinprodukten bei Menschen zu Verletzbarkeit des menschlichen Körpers führen kann, ist eine angemessene Qualität der Medizinprodukte zu gewährtleisten. Um die Sicherstellung der Qualität einzuhalten, sind Medizinproduktehersteller verpflichtet, sich an die Medizinprodukteverordnung (MDR) zu halten. Für risikoreiche Produkte ist ergänzend die Nutzung eines Qualitätsmanagementsystems (QMS) verpflichtend. Dieses steuert die Struktur, Verantwortlichkeiten, Verfahren und Prozesse des Unternehmens, die für die Medizinprodukteentwicklung notwendig sind. In Zeiten der Digitalisierung werden Softwarelösungen eingesetzt, um die zeitaufwendigen Dokumentations- und Administrationstätigkeiten im QMS zu reduzieren und die Prozesse zu optimieren. Mit der Einführung einer Software wird ein QMS in der Praxis auch als elektronisches QMS (eQMS) bezeichnet. Weiterhin muss das gesamte QMS mit den Regularien konform sein. Deshalb ist das Ziel dieser Arbeit, mithilfe der regulatorischen Anforderungen herauszuarbeiten, welche Vorgaben bei der Einführung eines eQMS zu beachten sind und wie diese erfüllt werden können. Diese Arbeit bezieht sich auf die regulatorsichen Vorgaben aus der MDR und der ISO 13485. Die Norm beinhaltet Anforderungen an ein QMS von Medizinprodukten.
This document presents a new complete standalone system for a recognition of sleep apnea using signals from the pressure sensors placed under the mattress. The developed hardware part of the system is tuned to filter and to amplify the signal. Its software part performs more accurate signal filtering and identification of apnea events. The overall achieved accuracy of the recognition of apnea occurrence is 91%, with the average measured recognition delay of about 15 seconds, which confirms the suitability of the proposed method for future employment. The main aim of the presented approach is the support of the healthcare system with the cost-efficient tool for recognition of sleep apnea in the home environment.
Comparison of sleep characteristics measurements: a case study with a population aged 65 and above
(2020)
Good sleep is crucial for a healthy life of every person. Unfortunately, its quality often decreases with aging. A common approach to measuring the sleep characteristics is based on interviews with the subjects or letting them fill in a daily questionnaire and afterward evaluating the obtained data. However, this method has time and personal costs for the interviewer and evaluator of responses. Therefore, it would be important to execute the collection and evaluation of sleep characteristics automatically. To do that, it is necessary to investigate the level of agreement between measurements performed in a traditional way using questionnaires and measurements obtained using electronic monitoring devices. The study presented in this manuscript performs this investigation, comparing such sleep characteristics as "time going to bed", "total time in bed", "total sleep time" and "sleep efficiency". A total number of 106 night records of elderly persons (aged 65+) were analyzed. The results achieved so far reveal the fact that the degree of agreement between the two measurement methods varies substantially for different characteristics, from 31 minutes of mean difference for "time going to bed" to 77 minutes for "total sleep time". For this reason, a direct exchange of objective and subjective measuring methods is currently not possible.
Autonomous driving is becoming the next big digital disruption in the automotive industry. However, the possibility of integrating autonomous driving vehicles into current transportation systems not only involves technological issues but also requires the acceptance and adoption of users. Therefore, this paper develops a conceptual model for user acceptance of autonomous driving vehicles. The corresponding model is tested through a standardized survey of 470 respondents in Germany. Finally, the findings are discussed in relation to the current developments in the automotive industry, and recommendations for further research are given.
Das ZD.BB - Digitaler Hub für kleine und mittelständische Unternehmen in der Region Stuttgart
(2020)
Die Digitale Transformation ist eines der meistdiskutierten Themen in der heutigen Geschäftswelt. Viele Unternehmen, vor allem kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), tun sich schwer die Chancen und Risiken der Digitalisierung einzuschätzen. Mit all den Möglichkeiten und Chancen, welche die Digitalisierung birgt, droht Unternehmen, die sich vor den Entwicklungen verschließen, der Verlust ihrer Markt- und Wettbewerbsposition. Mit dem im Februar 2019 eröffneten Digital Hub ZD.BB (Zentrum Digitalisierung) besteht in der Region Stuttgart eine neue, zentrale Anlaufstelle für Fragen rund um das Thema Digitalisierung. Am ZD.BB erhalten kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) sowie Startups für ihre digitalen Transformationsprozesse eine kompetente Beratung und Betreuung. Sie geht von der Sensibilisierung über die Analyse bis zur Lösungsentwicklung für digitale Prozesse. Mithilfe einer digitalen Qualifizierungsoffensive und mittelstandsgerechten Methoden zur Geschäftsmodellentwicklung werden Unternehmen im ZD.BB umfassend bei ihren Digitalisierungsvorhaben unterstützt. Dazu werden in Innovationslaboren, in Coworking Spaces und bei Events unterschiedliche Kompetenzen, Disziplinen, Ideen, Technologien und Kreativität vernetzt und auf diese Weise digitale Innovationen hervorgebracht.
Hochschulen sind Teil des Innovationsökosystems: in einer kooperativen Austauschbeziehung fördern sie die regionale Wirtschaft und die gesellschaftliche Entwicklung. Deshalb ist die Förderung von Innovation, Kreativität und unternehmerischem Denken eine wichtige Aufgabe. Die Europäische Kommission hat bereits 2005 unternehmerisches Denken und Handeln als Schlüsselkompetenz für das 21. Jahrhundert definiert: „Unternehmerische Kompetenz ist die Fähigkeit, Ideen in die Tat umzusetzen“ (Europäische Kommission, 2005, S. 21). Entrepreneurship Education boomt und die Förderung von unternehmerischen Kompetenzen an Hochschulen wird vorangetrieben – damit ist die Förderung von Gründungskultur nicht nur Teil der Wirtschaftsbildung sondern vielmehr als Querschnittsaufgabe zu verstehen. Die Entrepreneurial Mission verändert die Lehr- und Lern kultur an den Hochschulen. Zum einen ist es Ziel, Entrepreneurship in der Breite an den Hochschulen zu verankern: Unternehmerisches Denken und Handeln ist eine Kernkompetenz. Zum anderen fördert die Start-up Education an Hochschulen aktiv Unternehmertalente und Ausgründungen.
Das Projekt “Spinnovation” ist ein Verbundprojekt der Hochschule Reutlingen, der Hochschule Aalen und der Hochschule der Medien und wird vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg in der Ausschreibung „Gründungskultur in Studium und Lehre“ gefördert. Seit 2016 wurden dazu an den beteiligten Hochschulen zahlreiche neue Angebote für Studierende entwickelt, um das Thema Entrepreneurship Education curricular zu integrieren und eine Änderung des Mindsets in Richtung Entrepreneurship und Innovation zu bewirken. Basierend auf den Erfahrungen und Ergebnissen aus dem Verbundprojekt Spinnovation können konkrete Handlungsempfehlungen für die Entrepreneurship Education an Hochschulen abgeleitet werden.
Die rasante Entwicklung der Sensortechnik im Endverbraucherbereich lässt einen klinischen Nutzen der verfügbaren dezentral erhobenen Daten aus dem Patientenalltag zur Überwachung des individuellen Gesundheitszustands vermuten. Zur Überprüfung dieser Vermutung ist die Bereitstellung einer entsprechenden Plattform in den klinischen Alltag erforderlich. Hierzu wird die bwHealthApp entwickelt, mit der sowohl die aktuelle Bandbreite als auch die Evolution der Sensortechnik auf die klinische Anwendung abbildbar ist. Mit dem flexiblen Entwurf lässt sich der klinische Nutzen für die personalisierte Medizin evaluieren. Außerdem bietet die bwHealthApp einen an Machbarkeit orientierten Diskussionsbeitrag zu offenen rechtlichen, regulatorischen und ethischen Fragestellungen der Digitalisierung in der Medizin in Deutschland.
Vergleichende Analyse des YouTube-Auftritts von privat- und öffentlich-rechtlichen Sendegruppen
(2020)
Lange wurde das Internet als Antagonismus zum Fernsehen gesehen. Es wurde dementsprechend zur Zuschauerrück- bzw. -gewinnung genutzt, was sich allerdings als ineffizient erwies. Inzwischen haben die einzelnen Sendegruppen das Internet jedoch als mediale Erweiterung erkannt und genutzt. Durch diese späte Akzeptanz zeigen sich starke Unterschiede im Umfang und der Vorgehensweise hinsichtlich der Nutzung des Internets als zusätzliches Medium. Am besten lässt sich dies in einem Vergleich in Bezug auf die wichtigste videotechnische Social Media Plattform YouTube darstellen.
In diesem Vergleich sollen die einzelnen Sendegruppen hinsichtlich ihrer wahrgenommenen Vorteile, Nachteile und Attraktivität bezogen auf das Nutzerverhalten und die Nutzermeinung bewertet werden. Die zielgruppenorientierte Optimierung des YouTube-Auftrittes ist von außerordentlich hoher Bedeutung für die zukünftige Marktdurchdringung.
High Performance Computing (HPC) enables significant progress in both science and industry. Whereas traditionally parallel applications have been developed to address the grand challenges in science, as of today, they are also heavily used to speed up the time-to-result in the context of product design, production planning, financial risk management, medical diagnosis, as well as research and development efforts. However, purchasing and operating HPC clusters to run these applications requires huge capital expenditures as well as operational knowledge and thus is reserved to large organizations that benefit from economies of scale. More recently, the cloud evolved into an alternative execution environment for parallel applications, which comes with novel characteristics such as on-demand access to compute resources, pay-per-use, and elasticity. Whereas the cloud has been mainly used to operate interactive multi-tier applications, HPC users are also interested in the benefits offered. These include full control of the resource configuration based on virtualization, fast setup times by using on-demand accessible compute resources, and eliminated upfront capital expenditures due to the pay-per-use billing model. Additionally, elasticity allows compute resources to be provisioned and decommissioned at runtime, which allows fine-grained control of an application's performance in terms of its execution time and efficiency as well as the related monetary costs of the computation. Whereas HPC-optimized cloud environments have been introduced by cloud providers such as Amazon Web Services (AWS) and Microsoft Azure, existing parallel architectures are not designed to make use of elasticity. This thesis addresses several challenges in the emergent field of High Performance Cloud Computing. In particular, the presented contributions focus on the novel opportunities and challenges related to elasticity. First, the principles of elastic parallel systems as well as related design considerations are discussed in detail. On this basis, two exemplary elastic parallel system architectures are presented, each of which includes (1) an elasticity controller that controls the number of processing units based on user-defined goals, (2) a cloud-aware parallel execution model that handles coordination and synchronization requirements in an automated manner, and (3) a programming abstraction to ease the implementation of elastic parallel applications. To automate application delivery and deployment, novel approaches are presented that generate the required deployment artifacts from developer-provided source code in an automated manner while considering application-specific non-functional requirements. Throughout this thesis, a broad spectrum of design decisions related to the construction of elastic parallel system architectures is discussed, including proactive and reactive elasticity control mechanisms as well as cloud-based parallel processing with virtual machines (Infrastructure as a Service) and functions (Function as a Service). To evaluate these contributions, extensive experimental evaluations are presented.
Elasticity is considered to be the most beneficial characteristic of cloud environments, which distinguishes the cloud from clusters and grids. Whereas elasticity has become mainstream for web-based, interactive applications, it is still a major research challenge how to leverage elasticity for applications from the high-performance computing (HPC) domain, which heavily rely on efficient parallel processing techniques. In this work, we specifically address the challenges of elasticity for parallel tree search applications. Well-known meta-algorithms based on this parallel processing technique include branch-and-bound and backtracking search. We show that their characteristics render static resource provisioning inappropriate and the capability of elastic scaling desirable. Moreover, we discuss how to construct an elasticity controller that reasons about the scaling behavior of a parallel system at runtime and dynamically adapts the number of processing units according to user-defined cost and efficiency thresholds. We evaluate a prototypical elasticity controller based on our findings by employing several benchmarks for parallel tree search and discuss the applicability of the proposed approach. Our experimental results show that, by means of elastic scaling, the performance can be controlled according to user-defined thresholds, which cannot be achieved with static resource provisioning.
Cloud resources can be dynamically provisioned according to application-specific requirements and are payed on a per-use basis. This gives rise to a new concept for parallel processing: Elastic parallel computations. However, it is still an open research question to which extent parallel applications can benefit from elastic scaling, which requires resource adaptation at runtime and corresponding coordination mechanisms. In this work, we analyze how to address these system-level challenges in the context of developing and operating elastic parallel tree search applications. Based on our findings, we discuss the design and implementation of TASKWORK, a cloud-aware runtime system specifically designed for elastic parallel tree search, which enables the implementation of elastic applications by means of higher-level development frameworks. We show how to implement an elastic parallel branch-and-bound application based on an exemplary development framework and report on our experimental evaluation that also considers several benchmarks for parallel tree search.
Documentation of clinical processes, especially in the perioperative are, is a base requirement for quality of service. Nonetheless, the documentation is a burden for the medical staff since it distracts from the clinical core process. An intuitive and user-friendly documentation system could increase documentation quality and reduce documentation workload. The optimal system solution would know what happened and the person documenting the step would need a single “confirm” button. In many cases, such a linear flow of activities is given as long as only one profession (e.g. anaestesiology, scrub nurse) is considered, but even in such cases, there might be derivations from the linear process flow and further interaction is required.
JumpAR kombiniert die Welt der Augmented Reality (AR) mit dem weltbekannten Jump ’n’ Run Genre in einem Mobile Game. Der Spieler kreiert einen individuellen Spielparcours in seiner realen Umgebung und navigiert seine Spielfigur auf virtuellen Plattformen durch diesen. Der mit Unity entwickelte JumpAR Prototyp wurde nach Umsetzungen der Grundfunktionen und Mechaniken im Rahmen eines Nutzertests analysiert. Die Integration von echten Gegenständen aus dem Umfeld des Spielers führt im Spielfluss zu einer starken Verknüpfung der virtuellen und realen Welt, was eine neue AR-Interaktionsform für Handyspiele darstellt.
Selecting a suitable development method for a specific project context is one of the most challenging activities in process design. Every project is unique and, thus, many context factors have to be considered. Recent research took some initial steps towards statistically constructing hybrid development methods, yet, paid little attention to the peculiarities of context factors influencing method and practice selection. In this paper, we utilize exploratory factor analysis and logistic regression analysis to learn such context factors and to identify methods that are correlated with these factors. Our analysis is based on 829 data points from the HELENA dataset. We provide five base clusters of methods consisting of up to 10 methods that lay the foundation for devising hybrid development methods. The analysis of the five clusters using trained models reveals only a few context factors, e.g., project/product size and target application domain, that seem to significantly influence the selection of methods. An extended descriptive analysis of these practices in the context of the identified method clusters also suggests a consolidation of the relevant practice sets used in specific project contexts.
In Zusammenarbeit mit dem Medizinproduktehersteller ulrich medical wird eine User Experience und Usability Studie an der Software der im Moment eingesetzten Kontrastmittelinjektoren durchgeführt. Das Unternehmen möchte eine neue Variante eines Kontrastmittelinjektors entwickeln, der als Basis eine verbesserte Version dieser Softwares enthält. Benutzerstudien können mit den unterschiedlichsten Methoden durchgeführt werden. Das geeignete Vorgehen muss definiert und die Testpersonen in Bezug zur eingesetzten Methode ermittelt werden. Bei Medizinprodukten muss zusätzlich auf strikte Auflagen in Normen und Gesetzen geachtet werden. Die Grundlage zur Methodenauswahl bildet eine Recherche zu Usability und User Experience Vorgaben für Medizinprodukte. Die Studie wird anhand quantitativer Daten eines Usability Tests im Labor, Fragebögen zur User Experience und qualitativen Post Test- Interviews evaluiert. In erster Linie dient diese Studie der Ermittlung von möglichen Verbesserungen, welche in der darauf folgenden Masterthesis vertieft und umgesetzt werden.
Hypermedia as the Engine of Application State (HATEOAS) is one of the core constraints of REST. It refers to the concept of embedding hyperlinks into the response of a queried or manipulated resource to show a client possible follow-up actions and transitions to related resources. Thus, this concept aims to provide a client with a navigational support when interacting with a Web-based application. Although HATEOAS should be implemented by any Web-based API claiming to be RESTful, API providers tend to offer service descriptions in place of embedding hyperlinks into responses. Instead of relying on a navigational support, a client developer has to read the service description and has to identify resources and their URIs that are relevant for the interaction with the API. In this paper, we introduce an approach that aims to identify transitions between resources of a Web-based API by systematically analyzing the service description only. We devise an algorithm that automatically derives a URI Model from the service description and then analyzes the payload schemas to identify feasible values for the substitution of path parameters in URI Templates. We implement this approach as a proxy application, which injects hyperlinks representing transitions into the response payload of a queried or manipulated resource. The result is a HATEOAS-like navigational support through an API. Our first prototype operates on service descriptions in the OpenAPI format. We evaluate our approach using ten real-world APIs from different domains. Furthermore, we discuss the results as well as the observations captured in these tests.
In der Kryochirurgie wird Kälte verwendet, um tumoröses Gewebe abzutöten. Dazu werden Kryosonden in den Tumor gestochen und stark abgekühlt. Hierbei gibt es verschiedene Herausforderungen, welchen computergestützt begegnet werden kann. Diese Arbeit gibt die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu den Herausforderungen wieder. Die vorgestellten Arbeiten beschäftigten sich mit der Simulation des im Tumor entstehenden Eisballs, dem korrekten Positionieren der Kryosonden im Tumor, dem Überwachen des Eingriffs sowie dem Entwickeln von Simulationen für Trainingszwecke. Dabei zeigt sich, dass der Einsatz von computergestützten Lösungen die Kryochirurgie für Operateur und Patient verbessern kann.
In networked operating room environments, there is an emerging trend towards standardized non-proprietary communication protocols which allow to build new integration solutions and flexible human-machine interaction concepts. The most prominent endeavor is the IEEE 11073 SDC protocol. For some uses cases, it would be helpful if not just medical devices could be controlled based on SDC, but also building automation systems like light, shutters, air condition, etc. For those systems, the KNX protocol is widely used. We build an SDC-to-KNX gateway which allows to use the SDC protocol for sending commands to connected KNX devices. The first prototype system was successfully implemented at the demonstration operating room at Reutlingen University. This is a first step toward the integration of a broader variety of KNX devices.
The emergence of agile methods and practices has not only changed the development processes but might also have affected how companies conduct software process improvement (SPI). Through a set of complementary studies, we aim to understand how SPI has changed in times of agile software development. Specifically, we aim (1) to identify and characterize the set of publications that connect elements of agility to SPI, (2) to explore to which extent agile methods/practices have been used in the context of SPI, and (3) to understand whether the topics addressed in the literature are relevant and useful for industry professionals. To study these questions, we conducted an in-depth analysis of the literature identified in a previous mapping study, an interview study, and an analysis of the responses given by industry professionals to SPI-related questions stemming from an independently conducted survey study.
Formula One races provide a wealth of data worth investigating. Although the time-varying data has a clear structure, it is pretty challenging to analyze it for further properties. Here the focus is on a visual classification for events, drivers, as well as time periods. As a first step, the Formula One data is visually encoded based on a line plot visual metaphor reflecting the dynamic lap times, and finally, a classification of the races based on the visual outcomes gained from these line plots is presented. The visualization tool is web-based and provides several interactively linked views on the data; however, it starts with a calendar-based overview representation. To illustrate the usefulness of the approach, the provided Formula One data from several years is visually explored while the races took place in different locations. The chapter discusses algorithmic, visual, and perceptual limitations that might occur during the visual classification of time-series data such as Formula One races.