Informatik
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Die Entwicklung eines Medizinproduktes benötigt in der Regel mehrere Jahre. Gesetzliche Vorgaben, wie zum Beispiel das Medizinprodukte Durchführungsgesetz, bestimmen, welche Schritte während der Entwicklung durchgeführt werden müssen. Deren Einhaltung muss in der technischen Dokumentation nachgewiesen werden. Die darin enthaltenen technischen Dokumente entstehen im Verlauf der Entwicklung. Diese bauen aufeinander auf und verweisen sich gegenseitig. Dadurch entstehen heterogene und unübersichtliche Strukturen. Eine Lösung für dieses Problem bietet Traceability. Traceability sorgt dafür, dass die Anforderungen an das Medizinprodukt mit Dokumenten, wie dem Anforderungskatalog, Lastenheft oder der Spezifikation verknüpft werden können. Somit ist jederzeit nachvollziehbar, welche Anforderungen mit welchem Test, welchen Änderungen oder welchen Ergebnissen zusammenhängen. Ein wichtiger Prozess bei der Entwicklung von Medizinprodukten ist zudem das Usability Engineering, wodurch die Sicherheit eines Medizinprodukts sichergestellt und Risiken bei der Anwendung minimiert werden sollen. In diesem Prozess entstehen viele Artefakte, wie zum Beispiel Usability-Berichte. Um den Überblick über alle Usability-Daten behalten zu können, können diese mithilfe von Traceability verknüpft werden. In diesem Artikel wird herausgestellt, welche Voraussetzungen für das Usability Engineering in der Medizintechnik an Traceability gestellt
werden.
In dieser Ausarbeitung wird auf Visualisierungsmöglichkeiten von neuronalen Netzen eingegangen. Ein neuronales Netz scheint zuerst nicht von außen einsehbar und ist somit für viele eine Blackbox. Häufig genutzte Python-Bibliotheken, zum Beispiel TensorFlow, werden vorgestellt und deren Stärken wie auch Schwächen präsentiert. Anhand dieser werden bereits bestehende Visualisierungen gezeigt und ihr derzeitiger Einsatz wird erläutert. Durch einen Vergleich soll ersichtlich werden, welche Bibliothek am meisten Daten während des Trainings liefert, damit diese Informationen weiter verarbeitet werden. Diese Daten sollen so visualisiert werden, dass sie bei der Entwicklung eines neuronalen Netzes unterstützend sind. Ziel ist es, auf die Möglichkeiten einzugehen, welche geboten werden können. Durch eine Vereinfachung des Debuggings neuronaler Netze sollen weiterführende Entwicklungen in diese Richtung unterstützt werden.
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.
Haptisches Feedback ist nach zahlreichen Studien ein wichtiger Bestandteil in der medizinischen Robotik. Die meisten Systeme befinden sich jedoch noch im Forschungsstatus und verfolgen unterschiedliche Ansätze. In der Teleoperation wird mit sensorlosen und Sensor-Systemen geforscht. Sensoren bieten, im Gegensatz zu den Encodern in sensorlosen Systemen, genaue Messungen, sind allerdings teuer in der Anschaffung, schwer zu desinfizieren und müssen in OP-Besteck integriert werden. In Hands-On Systemen fühlt der Operateur im Gegensatz zu Teleoperationssystemen direkt die auftretenden Kräfte bei der Benutzung. Der Roboter bietet in diesen Systemen nur die benötigte Stabilität und Genauigkeit, gesteuert werden sie direkt durch den Menschen. Dagegen werden in Teleoperationssystemen gezielte Controller eingesetzt. Hier hat sich der für den OP entwickelte sigma.7 durchgesetzt. Gegenüber der für die Allgemeinheit entwickelten Konkurrenz bietet er haptisches Feedback in allen nötigen Freiheitsgraden und eine entsprechende Kraftrückkoppelung.
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.
Context: Fast moving markets and the age of digitization require that software can be quickly changed or extended with new features. The associated quality attribute is referred to as evolvability: the degree of effectiveness and efficiency with which a system can be adapted or extended. Evolvability is especially important for software with frequently changing requirements, e.g. internet-based systems. Several evolvability-related benefits were arguably gained with the rise of service-oriented computing (SOC) that established itself as one of the most important paradigms for distributed systems over the last decade. The implementation of enterprise-wide software landscapes in the style of service-oriented architecture (SOA) prioritizes loose coupling, encapsulation, interoperability, composition, and reuse. In recent years, microservices quickly gained in popularity as an agile, DevOps-focused, and decentralized service-oriented variant with fine-grained services. A key idea here is that small and loosely coupled services that are independently deployable should be easy to change and to replace. Moreover, one of the postulated microservices characteristics is evolutionary design.
Problem Statement: While these properties provide a favorable theoretical basis for evolvable systems, they offer no concrete and universally applicable solutions. As with each architectural style, the implementation of a concrete microservice-based system can be of arbitrary quality. Several studies also report that software professionals trust in the foundational maintainability of service orientation and microservices in particular. A blind belief in these qualities without appropriate evolvability assurance can lead to violations of important principles and therefore negatively impact software evolution. In addition to this, very little scientific research has covered the areas of maintenance, evolution, or technical debt of microservices.
Objectives: To address this, the aim of this research is to support developers of microservices with appropriate methods, techniques, and tools to evaluate or improve evolvability and to facilitate sustainable long-term development. In particular, we want to provide recommendations and tool support for metric-based as well as scenario-based evaluation. In the context of service-based evolvability, we furthermore want to analyze the effectiveness of patterns and collect relevant antipatterns. Methods: Using empirical methods, we analyzed the industry state of the practice and the academic state of the art, which helped us to identify existing techniques, challenges, and research gaps. Based on these findings, we then designed new evolvability assurance techniques and used additional empirical studies to demonstrate and evaluate their effectiveness. Applied empirical methods were for example surveys, interviews, (systematic) literature studies, or controlled experiments.
Contributions: In addition to our analyses of industry practice and scientific literature, we provide contributions in three different areas. With respect to metric-based evolvability evaluation, we identified a set of structural metrics specifically designed for service orientation and analyzed their value for microservices. Subsequently, we designed tool-supported approaches to automatically gather a subset of these metrics from machine-readable RESTful API descriptions and via a distributed tracing mechanism at runtime. In the area of scenario-based evaluation, we developed a tool-supported lightweight method to analyze the evolvability of a service-based system based on hypothetical evolution scenarios. We evaluated the method with a survey (N=40) as well as hands-on interviews (N=7) and improved it further based on the findings. Lastly with respect to patterns and antipatterns, we collected a large set of service-based patterns and analyzed their applicability for microservices. From this initial catalogue, we synthesized a set of candidate evolvability patterns via the proxy of architectural modifiability tactics. The impact of four of these patterns on evolvability was then empirically tested in a controlled experiment (N=69) and with a metric-based analysis. The results suggest that the additional structural complexity introduced by the patterns as well as developers' pattern knowledge have an influence on their effectiveness. As a last contribution, we created a holistic collection of service-based antipatterns for both SOA and microservices and published it in a collaborative repository.
Conclusion: Our contributions provide first foundations for a holistic view on the evolvability assurance of microservices and address several perspectives. Metric- and scenario-based evaluation as well as service-based antipatterns can be used to identify "hot spots" while service-based patterns can remediate them and provide means for systematic evolvability construction. All in all, researchers and practitioners in the field of microservices can use our artifacts to analyze and improve the evolvability of their systems as well as to gain a conceptual understanding of service-based evolvability assurance.
Going forward with the requirements of missions to the Moon and further into deep space, the European Space Agency is investigating new methods of astronaut training that can help accelerate learning, increase availability and reduce complexity and cost in comparison to currently used methods. To achieve this, technologies such as virtual reality may be utilized. In this paper, an investigation into the benefits of using virtual reality as a means for extravehicular activity training in comparison to conventional training methods, such as neutral buoyancy pools is given. To help determine the requirements and current uses of virtual reality for extravehicular activity training first hand tests of currently available software as well as expert interviews are utilized. With this knowledge a concept is developed that may be used to further advance training methods in virtual reality. The resulting concept is used as a basis for development of a prototype to showcase user interactions and locomotion in microgravity simulations.
Ein nicht unerheblicher Anteil der Autounfälle ist auf Müdigkeit am Steuer zurückzuführen. Um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu vermeiden, existieren schon einige Ansätze wie beispielsweise die Erkennung der Fahrweise. Im Rahmen des IOT-Labors des Masterstudiengangs Human Centered Computing der Hochschule Reutlingen sollen verschiedene Fahrassistenzsysteme entwickelt und getestet werden, um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu verhindern. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Müdigkeitserkennung über Computer Vision (CV) und das Elektrokardiogramm (EKG). Im Rahmen dieses Papers wird die Müdigkeitserkennung über CV am Steuer mittels den Open Source Bibliotheken OpenCV und Dlib und dem Embedded PC Nvidia Jetson Nano verwirklicht. Die Müdigkeit über EKG wird über den Herzschlag und die Herzfrequenzvariabilität erkannt. Ebenfalls wurde in dieser Arbeit eine Schnittstelle aus CV und EKG entwickelt, um aus den Python-Skripten der Müdigkeitserkennung über Computer Vision und der Müdigkeitserkennung über EKG die zur Erkennung wichtigen Daten zusammenzufassen. Diese werden anschließend zu einem gesamten Ergebnis ausgewertet.
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Testumgebungen vorgestellt, welche in ein iteratives Vorgehen einfließen, um die Entwicklung von Augmented-Reality-Anwendungen zur Darstellung von autonomen Fahrfunktionen zu unterstützen.
Gestaltungsentwürfe und Softwareentwicklungen können in den Testumgebungen für unterschiedliche Zielsetzungen von Personenbefragungen vorgestellt und bewertet werden. Das entwicklungsbegleitende Testen ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Änderungshinweisen, welche für einen gültigen Lösungsentwurf eingearbeitet werden können. Die entwickelten Testumgebungen sind ein verkleinertes Modell, ein Fahrsimulator und ein reales Fahrzeug. Eigenschaften, Funktionen und Aufbauten resultieren aus Erkenntnissen der Literatur und Erfahrungen aus ersten Entwicklungen. Diese und die Einsatzmöglichkeiten werden mit dieser Arbeit aufgezeigt.
Context: Nowadays, companies are challenged by increasing market dynamics, rapid changes and disruptive participants entering the market. To survive in such an environment, companies must be able to quickly discover product ideas that meet the needs of both customers and the company and deliver these products to customers. Dual-track agile is a new type of agile development that combines product discovery and delivery activities in parallel, iterative, and cyclical ways. At present, many companies have difficulties in finding and establishing suitable approaches for implementing dual-track agile in their business context.
Objective: In order to gain a better understanding of how product discovery and product delivery can interact with each other and how this interaction can be implemented in practice, this paper aims to identify suitable approaches to dual-track agile.
Method: We conducted a grey literature review (GLR) according to the guidelines to Garousi et al.
Results: Several approaches that support the integration of product discovery with product delivery were identified. This paper presents a selection of these approaches, i.e., the Discovery-Delivery Cycle model, Now-Next-Later Product Roadmaps, Lean Sprints, Product Kata, and Dual-Track Scrum. The approaches differ in their granularity but are similar in their underlying rationales. All approaches aim to ensure that only validated ideas turn into products and thus promise to lead to products that are better received by their users.
Selecting a suitable development method for a specific project context is one of the most challenging activities in process design. To extend the so far statistical construction of hybrid development methods, we analyze 829 data points to investigate which context factors influence the choice of methods or practices. Using exploratory factor analysis, we derive five base clusters consisting of up to 10 methods. Logistic regression analysis then reveals which context factors have an influence on the integration of methods from these clusters in the development process. Our results indicate that only a few context factors including project/product size and target application domain significantly influence the choice. This summary refers to the paper “Determining Context Factors for Hybrid Development Methods with Trained Models”. This paper was published in the proceedings of the International Conference on Software and System Process in 2020.
Der Masterstudiengang Human-Centered Computing der Hochschule Reutlingen ist geprägt durch die Zusammenarbeit von Mensch und Computer. Eine wichtige Rolle an der Schnittstelle spielt die Sensorik, die der diesjährigen Konferenz Informatics Inside das Motto „perceive(it)“ verleiht. Dabei hebt das Wortspiel „it“ für die Informationstechnologie und die englische Übersetzung des Personalpronomens „es“ die Dualität der Wahrnehmung der Informationstechnologie durch den Menschen und der Realität durch den Computer hervor. Das Spannungsfeld zwischen künstlichen Sinneserweiterungen und der intelligenten Verarbeitung von Sensordaten ermöglicht unzählige Anwendungen für digitale Medien, virtuelle Welten, realitätsnahe Simulationen, computergestützte Arbeitsprozesse sowie intelligente Assistenzsysteme in der Produktion, im Haushalt, in der Medizin und in der Mobilität. Meine Aufmerksamkeit gilt hierbei der praxisnahen Forschung als Motor für diesen technischen Fortschritt.
Unternehmen wenden insbesondere bei IT-nahen Projekten seit einigen Jahren auch im Controlling verstärkt ein agiles Vorgehen an. Erfahrungen zeigen jedoch, dass dies nicht bei allen Projekten in jedem Unternehmen funktioniert. Hybride Ansätze, die agile mit klassischen Projekt-Management-Methoden verbinden, bieten eine Lösung.
The situation in the markets is changing rapidly and competition in the business sector is increasing rapidly. As a result, corporate marketing decisions are based on creating greater value for the consumer, which creates competitiveness and provides an advantage in competing for future customer loyalty. The purpose of this study is to determine whether there is a link between marketing communication tools and consumer perceived value in pursuit of consumer loyalty. Qualitative (observational research) and quantitative (a questionnaire survey) research methods were used to investigate the problem empirically. The observational research elucidated the value provided to the consumer by the research objects through marketing communication tools, supplementing the key questions for the quantitative study. Correlation and regression analysis were used in the study, with the results showing a statistically significant relationship between marketing communication tools and consumer perceived value in terms of user loyalty. It has also been determined that the greatest and strongest relationship in consumer value creation through marketing communication tools is the appropriate, mutually coordinated and complementary use of a package of marketing communication tools to achieve synergies that create the preconditions for increasing consumer loyalty in a competitive market.
Access to clinical information during interventions is an important aspect to support the surgeon and his team in the OR. The OR-Pad research project aims at displaying clinically relevant information close to the patient during surgery. With the OR-Pad system, the surgeon shall be able to access case-specific information, displayed on a sterile-packaged, portable display device. Therefore, information shall be prepared before surgery and also be available afterwards. The project follows an user-centered design process. Within the third iteration, the interaction concept was finalized, resulting in an application that can be used in two modes, mobile and intraoperative, to support the surgeon before/after and during surgery, respectively. By supporting the surgeon perioperatively, it is expected to improve the information situation in the OR and thereby the quality of surgical results. Based on this concept, the system architecture was designed in detail, using a client-server architecture. Components, communication interfaces, exchanged data, and intended standards for data exchange of the OR-Pad system including connecting systems were conceived. Expert interviews by using a clickable prototype were conducted to evaluate the concepts.
The paper explains a workflow to simulate the food energy water (FEW) nexus for an urban district combining various data sources like 3D city models, particularly the City Geography Markup Language (CityGML) data model from the Open Geospatial Consortium, Open StreetMap and Census data. A long term vision is to extend the CityGML data model by developing a FEW Application Domain Extension (FEW ADE) to support future FEW simulation workflows such as the one explained in this paper. Together with the mentioned simulation workflow, this paper also identifies some necessary FEW related parameters for the future development of a FEW ADE. Furthermore, relevant key performance indicators are investigated, and the relevant datasets necessary to calculate these indicators are studied. Finally, different calculations are performed for the downtown borough Ville-Marie in the city of Montréal (Canada) for the domains of food waste (FW) and wastewater (WW) generation. For this study, a workflow is developed to calculate the energy generation from anaerobic digestion of FW and WW. In the first step, the data collection and preparation was done. Here relevant data for georeferencing, data for model set-up, and data for creating the required usage libraries, like food waste and wastewater generation per person, were collected. The next step was the data integration and calculation of the relevant parameters, and lastly, the results were visualized for analysis purposes. As a use case to support such calculations, the CityGML level of detail two model of Montréal is enriched with information such as building functions and building usages from OpenStreetMap. The calculation of the total residents based on the CityGML model as the main input for Ville-Marie results in a population of 72,606. The statistical value for 2016 was 89,170, which corresponds to a deviation of 15.3%. The energy recovery potential of FW is about 24,024 GJ/year, and that of wastewater is about 1,629 GJ/year, adding up to 25,653 GJ/year. Relating values to the calculated number of inhabitants in Ville-Marie results in 330.9 kWh/year for FW and 22.4 kWh/year for wastewater, respectively.
Towards Automated Surgical Documentation using automatically generated checklists from BPMN models
(2021)
The documentation of surgeries is usually created from memory only after the operation, which is an additional effort for the surgeon and afflicted with the possibility of imprecisely, shortend reports. The display of process steps in the form of checklists and the automatic creation of surgical documentation from the completed process steps could serve as a reminder, standardize the surgical procedure and save time for the surgeon. Based on two works from Reutlingen University, which implemented the creation of dynamic checklists from Business Process Modelling Notation (BPMN) models and the storage of times at which a process step was completed, a prototype was developed for an android tablet, to expand the dynamic checklists by functions such as uploading photos and files, manual user entries, the interception of foreseeable deviations from the normal course of operations and the automatic creation of OR documentation.
Purpose
Computerized medical imaging processing assists neurosurgeons to localize tumours precisely. It plays a key role in recent image-guided neurosurgery. Hence, we developed a new open-source toolkit, namely Slicer-DeepSeg, for efficient and automatic brain tumour segmentation based on deep learning methodologies for aiding clinical brain research.
Methods
Our developed toolkit consists of three main components. First, Slicer-DeepSeg extends the 3D Slicer application and thus provides support for multiple data input/ output data formats and 3D visualization libraries. Second, Slicer core modules offer powerful image processing and analysis utilities. Third, the Slicer-DeepSeg extension provides a customized GUI for brain tumour segmentation using deep learning-based methods.
Results
The developed Slicer-DeepSeg was validated using a public dataset of high-grade glioma patients. The results showed that our proposed platform’s performance considerably outperforms other 3D Slicer cloud-based approaches.
Conclusions
Developed Slicer-DeepSeg allows the development of novel AI-assisted medical applications in neurosurgery. Moreover, it can enhance the outcomes of computer-aided diagnosis of brain tumours. Open-source Slicer-DeepSeg is available at github.com/razeineldin/Slicer-DeepSeg.
Die Bereitstellung klinischer Informationen im Operationssaal ist ein wichtiger Aspekt zur Unterstützung des chirurgischen Teams. Die roboter-assistierte Ösophagusresektion ist ein besonders komplexer Eingriff, der Potenzial zur workflowbasierten Unterstützung bietet. Wir präsentieren erste Ergebnisse der Entwicklung eines Checklisten-Tools mit der zugrundeliegenden Modellierung des chirurgischen Workflows und Informationsbedarf der Chirurgen. Das Checklisten-Tool zeigt hierfür die durchzuführenden Schritte chronologisch an und stellt zusätzliche Informationen kontextadaptiert bereit. Eine automatische Dokumentation von Start- und Endzeiten einzelner OP-Phasen und Schritte soll zukünftige Prozessanalysen der Operation ermöglichen.
Lehre und Lernen unterliegt einem stetigen Wandel, wobei Interaktion als ein zentrales Element der Motivationssteigerung im Lernkontext angesehen wird. Der vorliegende Beitrag zeigt verschiedene Ansätze zur Gestaltung von interaktivem und kollaborativem Lehren und Lernen in einem virtuellen Klassenzimmer auf und stellt ein Beispiel für die Umsetzung und den Einsatz eines solchen Systems vor. Die Mehrwerte und Erfolgsfaktoren, die sich beim Einsatz virtueller Klassenzimmer und deren Gestaltung in Form einer interaktiven blended-learning Umgebung ergeben, werden dargestellt und diskutiert. Mit dem System Accelerator wird eine CSILT (Computer Supported Interactive Learning and Teaching)-Umgebung vorgestellt, in der diese Faktoren zum Einsatz kommen.