Human Factors in sicherheitskritischen Systemen
Human Factors beschäftigt sich mit der Erforschung der Mensch-Technik-Interaktion und der Anwendung dieses Wissens, um Produkte gebrauchstauglich zu gestalten oder Sicherheit und Komfort zu erhöhen. In sicherheitskritischen Bereichen wie dem Gesundheitswesen, der Luftfahrt oder der Kontrolle von Kraftwerken stehen dabei die fehlerfreie Bedienbarkeit und die Sicherheit des Personals, der Patienten oder Kunden im Vordergrund. Dabei kann auch die explizite Berücksichtigung des Nutzererlebens (user experience) zu diesen Zielen beitragen.
Unsere gegenwärtigen Projekte sind im Bereich der Akutmedizin und der Flugsicherung angesiedelt:
- Situationsbewusstsein – das generelle Verständnis darüber was gerade geschieht – ist ein wichtiges Konzept in sicherheitskritischen Systemen. Wir untersuchen den Zusammenhang von visueller Aufmerksamkeitsverteilung von Anästhesisten, dem Situationsbewusstsein und klinischer Leistung. Dafür versuchen wir die Blickverteilungen von Anästhesisten anhand des SEEV Modells der Aufmerksamkeitsverteilung vorherzusagen und überprüfen die Vorhersagen mit empirischen Blickverteilungen. Wir erforschen, wie wir anhand der Modellierung der Blickverteilung und kognitiver Prozesse das Situationsbewusstsein eines Anästhesisten zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhersagen können. Mit dieser Information können medizinische Trainings verbessert und technische Unterstützung gezielter eingesetzt werden.
- In der Akutmedizin sind Ärzte, Krankenpfleger und Krankenschwestern in Situationen, die komplex, zeitkritisch und unübersichtlich sind. Gut designte Technologie kann genutzt werden, um die Übersicht bzw. das Situationsbewusstsein, Entscheidungen und Handlungen zu unterstützen. Anhand von nutzerzentrierten Designs gestalten und evaluieren wir technologische Unterstützung wie z.B. eine Tablet-basierte Applikation für die Dokumentation und leitlinienkonforme Durchführung von Wiederbelebungen in Krankenhäusern, die Nutzung von s.g. head-worn displays für einen mobilen und handfreien Überblick von Vitalparametern von mehreren Patienten oder den Vergleich von verschiedenen Laryngoskopiegeräten in Bezug auf Körperhaltung, Workload und Situationsbewusstsein.
- Technische Entwicklungen, Evaluationen und Forschung fokussieren sich in komplexen, sozio-technischen Domänen implizit nur auf Interaktionskonzepte, die auf klassischen HCI-Theorien wie z.B. Interaktion als Informationsaustausch beruhen. Unsere Arbeiten zeigen jedoch, dass Interaktionskonzepte, die auf modernen HCI Theorien basieren, in z.B. der Akutmedizin ein größeres Erklärungspotenzial haben. Wir erforschen, wie das Nutzererleben (user experience) in sicherheitskritischen Domänen genutzt werden kann, um zu einer fehlerfreien Bedienbarkeit sowie zur Personal- und Patientensicherheit beizutragen.
- Fluglotsen haben die Aufgabe den Verkehr in der Luft sicher, ordnungsgemäß, und ökonomisch zu lenken. Im Rahmen eines Forschungsauftrags unterstützen wir die Deutsche Flugsicherung GmbH bei der Konzept- und Prototypenentwicklung von Fluglotsenarbeitsplätzen mit einem speziellen Fokus auf die Lotsen, die ein Flugzeug auf dem Endanflug zu einem Flughafen begleiten.
Projekte zum Thema
Modellierung von Aufmerksamkeit und Situationsbewusstsein in der Akutmedizin
In diesem Projekt versuchen wir die visuelle Aufmerksamkeitsverteilung und das s.g. Situationsbewusstsein von Anästhesisten und der Anästhesiepflege in simulierten und realen Einleitungen einer Allgemeinanästhesie vorherzusagen. Die Erkenntnisse können für das Design, die Evaluation von Technologien und für Trainings benutzt werden, die darauf abzielen das Situationsbewusstsein zu verbessern.
Fördergeber
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Zeitraum
2021 - 2025
Link zur Projektwebsite
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CASSANDRA hört zu und hilft
Anästhesie-Teams müssen in einem zeitkritischen und dynamischen Umfeld Patienten versorgen und zusätzlich Behandlungsdaten flexibel dokumentieren. Als Teil des Projekts CASSANDRA tragen wir zur nutzerzentrierten Entwicklung einer sprachbasierten virtuellen Agentin bei und erforschen die Auswirkung dieses neuen KI-Teammitglieds auf Anästhesie-Teams.
Fördergeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Zeitraum
2022 - 2025
Link zur Projektwebsite
https://cassandra-hilft.de
Information support tools for the trauma patient pathway
Dieses Projekt konzentriert sich auf den „Weg des Patienten“ vom Krankenhaus in die Klinik und zielt darauf ab, Technologien, Geräte und Anzeigen zu entwickeln, die eine effektivere Übergabe von Patienten zwischen verschiedenen Zuständigkeitsbereichen ermöglichen.
Fördergeber
Australian Research Council
Zeitraum
2023-2026
Link zur Projektwebsite
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Ausgewählte Publikationen
Grundgeiger, T., Michalek, A., Hahn, F., Wurmb, T., Meybohm, P., & Happel, O. (2023). Guiding attention via a cognitive aid during a simulated in-hospital cardiac arrest scenario: a SEEV model analysis. Human Factors, 65(8), 1689-1701. https://doi.org/10.1177/00187208211060586
Grundgeiger, T., Hohm, A., Michalek, A., Egenolf, T., Markus, C., & Happel, O. (2022). The validity of the SEEV model as a process measure of situation awareness: the example of a simulated endotracheal intubation. Human Factors, 64(1), 1181–1194. https://doi.org/10.1177/0018720821991651
Grundgeiger, T., Wurmb, T., & Happel, O. (2020). Statistical Modeling of Visual Attention of Junior and Senior Anesthesiologists During the Induction of General Anesthesia in Real and Simulated Cases. IEEE Transactions on Human-Machine Systems, 50(4), 317-326. https://doi.org/10.1109/THMS.2020.2983817
Hohm, A., Happel, O., Hurtienne, J., & Grundgeiger, T. (2023). "When the beeping stops, you completely freak out" - How acute care teams experience and use technology. Proceedings of the ACM on Human-Computer Interaction 6.CSCW2 (2022): 1-32., Minneapolis, MN USA. https://doi.org/10.1145/3579590
Hohm, A., Happel, O., Hurtienne, J., & Grundgeiger, T. (2022). User experience in safety–critical domains: A survey on motivational orientations and psychological need satisfaction in acute care. Cognition, Technology & Work, 24(2), 247–260. https://doi.org/10.1007/s10111-022-00697-0
Huber, S., Gramlich, J., Pauli, S., Mundschenk, S., Haugg, E., & Grundgeiger, T. (2022). Toward User Experience in ATC: Exploring Novel Interface Concepts for Air Traffic Control. Interacting with Computers, 34(2), 43–59. https://doi.org/10.1093/iwc/iwac032
Grundgeiger, T., Hurtienne, J., Happel, O. (2020). Why and How to Approach User Experience in Safety-Critical Domains: The example of healthcare. Human Factors. https://doi.org/10.1177/0018720819887575
Grundgeiger, T., Münz, A., Schlosser, P., & Happel, O. (2023). Supervising Multiple Operating Rooms Using a Head-Worn display: A Longitudinal Evaluation of the Experience of Supervising Anesthesiologists and Their Co-Workers. Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI), Hamburg, GER. https://doi.org/10.1145/3544548.3581180
Kuge, J., Grundgeiger, T., Schlosser, P. D., Sanderson, P. M., & Happel, O. (2021). Design and Evaluation of a Head-Worn Display Application for Multi-Patient Monitoring. ACM Conference on Designing Interactive Systems (DIS), Nowhere and Everywhere. https://doi.org/10.1145/3461778.3462011
Wolf, S., Grundgeiger, T., Zähringer, R., Shishkova, L., Maas, F., Dilling, C., & Happel, O. (2025). How a Clinical Decision Support System Changed the Diagnosis Process: Insights from an Experimental Mixed-Method Study in a Full-Scale Anesthesiology Simulation. Paper presented at the CHI Conference on Human Factors in Computing Systems Proceedings (CHI '25), Yokohama, Japan. https://doi.org/10.1145/3706598.3713372
Ambe, A. H., Salisbury, I., Grundgeiger, T., Bodnar, D., Rothwell, S., Brown, N., . . . Matthews, B. (2025). Patient Handover in the Emergency Department Is Not Just a Point Event: Insights for Designing Information Support Tools. Paper presented at the CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’25), Yokohama, Japan. https://doi.org/10.1145/3706598.3713756
Klüber, S., Maas, F., Schraudt, D., Hermann, G., Happel, O., & Grundgeiger, T. (2020). Experience matters: Design and evaluation of an anesthesia support tool guided by user experience theory. Paper presented at the ACM Conference on Designing Interactive Systems (DIS), Eindhoven, Netherlands. https://doi.org/10.1145/3357236.3395552
Grundgeiger, T., Huber, S., Reinhardt, D., Steinisch, A., Happel, O., & Wurmb, T. (2019). Cognitive Aids in Acute Care: Investigating How Cognitive Aids Affect and Support In-hospital Emergency Teams. Paper presented at the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Glasgow, UK. https://doi.org/10.1145/3290605.3300884
