Usability Studien für die Medizintechnik

Einführung

Fehlbedienungen von medizintechnischen Geräten können extrem schwerwiegende gesundheitliche Folgen für den Patienten haben – im schlimmsten Fall bis hin zum Tod. In wenig anderen Fällen ist die Bedienerfreundlichkeit so wichtig, wie gerade bei diesen Geräten. Das führt zum einen zu immer mehr Regulierung bei der Zulassung. Zum anderen lauern gerade in den USA viele Rechtsanwaltskanzleien darauf, Ärzte, pharmazeutische und medizintechnische Unternehmen mit Hilfe von „malpractice suits“ – also Klagen wegen falscher oder schlechter Behandlung – auf Schadensersatz und Schmerzensgeld in Millionenhöhe zu verklagen.

Warum ist überlegene Usability in der Medizintechnik kein „lästiger Kostenfaktor“, sondern ein wichtiges umsatzrelevantes Marketinginstrument?

  • Mühelose und leicht erlernbare Bedienung ist ein wichtiges Verkaufsargument, denn sie lässt sich bei der Customer Education (Produktschulung) wirkungsvoll demonstrieren – z. B. in Videos statt in voluminösen Handbüchern oder in schwerverständlichen Bedienungsanleitungen, die wegen der Zeitknappheit im Pflegebereich ohnehin niemand lesen kann.

  • Sie ist zeitsparend. Und liefert angesichts der Personalknappheit und der Arbeitsüberlastung des Pflegepersonals ein wichtiges Verkaufsargument. Denn eingesparte Arbeitszeit hat einen ökonomischen Wert.

  • Sie ist robust und auch für weniger vorgebildetes Pflegepersonal sicher einsetzbar. Damit verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass es durch Fehlbedienungen zu Schadensersatzansprüchen kommen kann.

  • Verbesserte Usability vergrößert Märkte. Im Fall der Medizintechnik unterstützt verbesserte Usability den Export in Länder sehr wirkungsvoll, die nur über geringe Ausbildungsstandards beim Pflegepersonal verfügen.

  • Patienten sollen heute möglichst schnell aus dem Krankenhaus entlassen werden. Für diejenigen medizintechnischen Geräte, die dem Patienten nach Hause mitgegeben werden können, besteht ein wirtschaftlicher Anreiz, solche Geräte auch für Anwendungen im Bereich Home Care einzusetzen. Das setzt natürlich besonders leichte Bedienbarkeit dieser medizintechnischen Geräte voraus.

Warum ist Eye-Tracking bei Usability Studien gerade für medizintechnische Geräte so sinnvoll?

  1. Medizintechnische Geräte haben sich in den letzten Jahrzehnten immer mehr zu „Medizincomputern“ entwickelt, bei denen zunehmend stärker auf visuelle Bedienelemente gesetzt wird. Auch „touch screens“ werden hier mittlerweile immer stärker eingesetzt. Dadurch steigen aber auch die Erwartungen der Nutzer an eine mühelose und intuitive Bedienbarkeit, wie sie dies von den Smartphones heute gewohnt sind.

  2. Damit lassen sich die Erkenntnisse der Usability Forschung im Bereich der Human Computer Interaction (HCI) auch auf solche medizintechnischen Geräte anwenden. Für die Optimierung der Usability im Bereich HCI gehört Eye-Tracking mittlerweile zu den ausgereiften Standardtechniken. Deshalb geben wir im Literaturverzeichnis eine eigene Rubrik zu Arbeiten für Eye-Tracking im Bereich Human Computer Interaction an.

  3. Mitarbeiter in verantwortungsvollen Positionen in der Medizintechnik haben typischerweise ihre akademische Bildung in den MINT-nahen Fächern erhalten. Deshalb schätzen sie objektiv erhobene, quantitative Daten ungleich stärker als subjektive, qualitative Einschätzungen.


„https://www.youtube.com/watch?v=J7DM9wCFpnQ“
„Medical Touchscreen Technology 1 – stock footage“
Es sind aber nicht nur solche akademischen Präferenzen, weshalb die Generierung und Analyse von objektiven, quantitativen Daten durch Eye-Tracking so wichtig sind. Ingenieure und Softwareentwickler müssen auch intern mit objektiven Argumenten von notwendigen Veränderungen der Anwenderergonomie der von ihnen entwickelten Systeme überzeugt werden, die ihnen selbst als überflüssig erscheinen mögen.

  1. Ein weiterer Vorteil von Eye-Tracking im Vergleich zur klassischen Methode der Usability Studien – der sogenannten „Think Aloud“ Methode (TA) – ist darin zu sehen, dass Probleme der TA Methode, die zu einer systematischen Verfälschung bei den tatsächlich dokumentierten Bedienprobleme führen können, beim Eye-Tracking objektiv vermieden werden. Um welche Probleme handelt es sich?

Bei der TA Methode wird immer voraussetzt, dass sich die Probanden (häufig Pflegepersonal aus dem Krankenhausbereich) nicht scheuen, Schwierigkeiten bei der Bedienung des medizinischen Gerätes sofort offen und vollständig zu benennen. Solche Antworten setzen aber bei komplizierten und technisch anspruchsvollen Apparaturen ein gehöriges Maß an Selbstvertrauen voraus, die mangelnde Bedienbarkeit nicht bei möglichen eigenen Defiziten zu suchen. Technisches Verständnis und das notwendige Selbstbewusstsein hängt immer auch mit Bildung zusammen. Gerade in Krankenhäusern besteht eine sehr starke Ungleichheit bei der Bildung, die die Grundlage für die starke Hierarchisierung bildet. Erschwerend kommt noch hinzu, dass ein großer Anteil des Pflegepersonals aus Gesellschaften stammt, in denen autoritäres Führungsverhalten die Regel und nicht die Ausnahme ist. In diesem Zusammenhang ist z. B. die Studie Email und Ahmad [2014] relevant, die auf dieses Problem aufmerksam gemacht haben. Sie schreiben [2014, Seite 268]:

Due to the power distance that is already present in the Malaysian culture, the user during the Think Aloud (TA) process sees the moderator as a supervisor and hence has a tendency to be afraid in disagreeing in the effectiveness, efficiency and satisfaction of degree of usability of a website under test. This is one reason why Think Aloud (TA) technique alone may not be suitable and reliable in usability studies in Malaysia.”

  1. Der Einsatz von Eye-Tracking für Usability Studien in der Medizintechnik ist zweifellos innovativ und stellt den “Stand der Forschung“ dar. Damit beweist das Unternehmen, dass es alles Menschenmögliche getan hat, um die Wahrscheinlichkeiten von Fehlbedienungen bereits im Vorfeld zu minimieren. Und dies kann das Unternehmen anhand der Dokumentation später in gerichtlichen Auseinandersetzungen auch objektiv belegen.

Eye-Tracking für Usability Studien im Bereich Human Computer Interaction

Eye-Tracking wird seit einigen Jahren in einer ganzen Reihe von Industrien erfolgreich für die Verbesserung der Usability bei der Human Machine Interaction und der Human Computer Interaction eingesetzt. Zu diesen Industrien zählen z. B. die Automobilindustrie, die Software-Industrie aber auch für die Schulung von Piloten (Airlines) und der Bereich der Luftüberwachung.

Tobii Pro Glasses 2 in Air Traffic Control

https://www.youtube.com/watch?v=jH1dWkl3jXQ

https://www.youtube.com/watch?v=JjLNTEDDWTY

Eye-Tracking für Usability Studien in der Medizintechnik

Dass Usability in der Medizintechnik von extrem hoher Bedeutung ist, kann man heute als unstrittig voraussetzen. Während aber in früheren Jahren die Durchführung von Eye-Tracking an stationäre Geräte gebunden war, hat sich der Anwendungskreis durch die Weiterentwicklung von Eye-trackern hin zu mobilen Geräten stark vergrößert. Mit mobilen Eye-trackern können heute Usability Studien auch für medizintechnische Geräte durchgeführt werden, die unter realistischen Bedingungen stattfinden müssen, wie sie im Klinikumfeld herrschen.

Spaeth eye-tracking Brille
Bildnachweis: https://www.tobiipro.com/product-listing/tobii-pro-glasses-2-premium/

Ein Beispiel für eine Usability Studie für medizintechnische Geräte mit Hilfe von Eye-Tracking ist die Arbeit von Spaeth, et al. [2017], die die Nutzerfreundlichkeit von vier verschiedenen Anästhesie- und Beatmungsgeräten an der Universität Freiburg durchgeführt haben. Die Ergebnisse ihrer Studie sind im British Journal of Anaesthesia am 3. Oktober 2017 veröffentlicht worden. Die Eye-Tracking Analysen in ihrer Arbeit haben offenbart, dass Bedienungsprobleme die Arbeitsleistung einschränken. Die Bediener hatten die Nutzerfreundlichkeit des Beatmungsgerätes Perseus von Dräger am besten bewertet. Die Bewertungen erfahrener Bediener bestätigen diese Einschätzung. Alles in allem zeigte sich in dieser durch Eye-Tracking unterstützten Usability Studie, dass die Nutzerfreundlichkeit zwischen den verschiedenen Beatmungsgeräten erheblich differiert und Bedienungsprobleme die Effizienz bei der Ausführung bestimmter Aufgaben einschränken. Durch die Eliminierung dieser Probleme könnte die Arbeitsleistung und damit auch die Patientensicherheit erhöht werden. Zum Einsatz kam bei der Studie von Spaeth, et al. [2017] der mobile Eye-tracker Tobii Pro Glasses 2, der über vier Augenkameras sowie eine Kamera für das Gesichtsfeld verfügt und dabei nur 45 Gramm wiegt.

Der Leiter der Anästhesie North York General Hospital, Dr. Richard Bowry, erklärt in diesem YouTube Video die Vorteile des kürzlich angeschafften State-of-the-Art Beatmungsgerätes.

Anaesthesia Chief Demonstrates New Anaesthesia Machines”


„https://www.youtube.com/watch?v=iF5XkcK5LKw“
„Anaesthesia Chief Demonstrates New Anaesthesia Machines“

In der Anwenderforschung für medizintechnische Produkte kommt es insbesondere auf realistische Bedingungen an, unter denen getestet wurde.1 Typisch für reale Arbeitsbedingungen sind Stresssituationen, bei denen die kognitive Arbeitsbelastung sprunghaft ansteigt. Durch E-Tracking lässt sich die kognitive Arbeitsbelastung der Probanden objektiv und im Zeitverlauf messen und führt zu dementsprechenden, quantitativen Messdaten, die später die Repräsentativität der Studie objektiv gegenüber Dritten belegen können.

Inwieweit bringt Eye-Tracking einen Informationsgewinn für Usability Studien?

Zu dieser Frage gibt es eine ganze Reihe von Studien, die den Informationsgewinn von Eye-Tracking für Usability Studien belegen. Eine schnelle Einführung in das Thema gibt das Video von Lynette Goh und, das hier aufgeführt ist. Mehr dazu findet sich in den Literaturhinweisen in den Abschnitten: I. (Eye-tracking for Usability Studies of Medical Devices), V. (Eye-tracking for Usability) und VI. (Eye-tracking for Human-Machine-Interaction) im Anhang.

Leistungsumfang

  • Gemeinsame Erarbeitung der Zielsetzung und des Testkonzepts: Kickoff Meeting zur gemeinsamen Abstimmung der Untersuchungsziele mit dem Endkunden und Definition der Aufgabenstellungen im Detail. Optimierungsansätze in den Bereichen Nutzerführung, Prozessabläufe, Verständlichkeit, Barrierefreiheit, Hilfesysteme bis hin zum schnellen und einfachen Umgang mit dem zu testenden System werden diskutiert und methodisch entsprechend begleitet und mittels validen Kontextdokumentationen erfasst. Validierung der Forschungsziele in Bezug auf den Return on Investment bzw. die Opportunitätskosten bei schlechter oder unklarer Usability im Rahmen der Human Computer Interaction.

  • Projektplanung und vorbereitende Expertenevaluation: Ausarbeitung des individuellen Studienkonzepts inklusive Pretest zur Sicherstellung der Machbarkeit des Konzepts. Priorisierung und Verwaltung der Nutzungsanforderungen im Projekt. Das Verfassen von stichhaltigen Aufgaben ist entscheidend für die Durchführung einer fundierten Studie. Gute Aufgaben sind konkret und ohne Hinweise, die das Verhalten der Menschen beeinflussen könnten. Gerade im Bereich des Eye-Tracking führen unklare Aufgabenstellungen oft zu Problemen bei der Analyse, da die Blickverläufe bereits durch die Aufgabenstellung beeinflusst sind (vgl. z. B. Duchowski [2007], Eye Tracking Methodology: Theory and Practice).

  • Zielgruppenanalyse zur Erstellung der Vorgaben zur Rekrutierung der Probanden und Festlegung der Stichprobengröße: Erstellung eines Screening-Fragebogens und eines Stichprobenplans auf Basis der Erkenntnisse der Wahrnehmungspsychologie. Dokumentation des Vorgehens in einem Testplan, der die Details der Studie nebst Metriken und Key Performance Indikatoren enthält. Metriken und KPIs können hierbei Zeitmessungen bis zur Lösung einer Aufgabe, Erfolgs- oder Fehlerquoten aber auch die Zufriedenheit mit dem System sein.

  • Durchführung der Studie: Moderation des Interviews, Eye-Tracking Operation und anschließendes Retrospective Think Aloud. Durch Live Viewing während des Eye-Tracking kann der Kunde jederzeit die Tests im Beobachtungsraum durch Liveübertragung mitverfolgen und auch Nachfragen stellen. Methodisches Know-how sichert klare Ergebnisorientierung und Erfolg. Langjährige Erfahrung in der Kalibration von Probanden und Eye-Tracking Operation sichert eine hohe Qualität der erhobenen Daten. Umfangreiches technisches Equipment ermöglicht die unterschiedlichsten Einsätze sowohl für digitale Stimuli (Remote Eye-Tracking), als auch im realen Umfeld (Wearable Eye-Tracking). Nicht nur in Deutschland, sondern auch in Europa oder weltweit lassen sich derartige Projekte realisieren. Langjährige Erfahrung und Partner in vielen Ländern sichern dabei die Validität und Reliabilität der Messungen.

  • Analyse der Ergebnisse: Ausführliche wissenschaftliche Analyse und Interpretation aller erhobenen Beobachtungs-, Eye-Tracking- und Befragungsdaten mit Entwicklung konkreter Lösungsvorschläge. Es werden konkrete Handlungs- und Optimierungsempfehlungen entwickelt, um die Struktur, Navigation und Bedienung, Inhalt und Verständnis, das Layout und die Rechtskonformität der Konzepte/Geräte zu verbessern. Speziell durch das Eye-Tracking werden kognitive Prozesse sichtbar gemacht, unsichtbare Wahrnehmungs- und Entscheidungsprozesse werden erkannt und implizit erfasst. Durch grafische Auswertungen (z.B. Gazeplots, Heatmaps, typische Blickpfade etc.) können objektiv Usability-Schwachstellen erkannt und sichtbar gemacht werden.

  • Report der Studie: Ausführliche Analyse der Usability-Probleme und Entwicklung konkreter Handlungsempfehlungen zur Umsetzung, Erstellung von Highlight-Videos mit Live-Aussagen von Probanden.

  • Bereitstellung des gesamten Eye-Tracking Equipments: Darüber hinaus stellen wir das gesamte Eye-Tracking Equipment (Hardware und Software) für den Zeitraum der Studie zur Verfügung.

Über Jürgen Bluhm – Methodik und Beratung

Wir sind ein integrierter Lösungsanbieter für Hardware und Software für den gesamten Bereich Eye-Tracking. In der Vergangenheit beschränkte sich der Einsatz von Eye-Tracking vorwiegend auf den akademischen Bereich. Doch durch die Entwicklung von mobilen und kostengünstigen Eye-trackern ergeben sich zunehmend viele Anwendungen außerhalb der Labors. Wir helfen unseren Klienten aus der akademischen und der Unternehmenswelt durch integrierte Lösungen die verschiedenen Methoden für die Erhebung und Analyse von Eye-Tracking Daten sowie die hierzu erforderliche Hardware und Software zu nutzen. Damit bieten wir unseren Klienten integrierte Lösungen statt einzelne Produkte.

Kontakt

Jürgen Bluhm
Methodik & Beratung
Büro München
Pfarrer-Grimm-Str. 11
80999 München
Telefon: 089-8189 5452
Tel.: +49 (0)172 14 91 134
Internet: www.jbmub.de
E-Mail: mail@jbmub.de

Dr. Dirk W. Rudolph
Eye-tracking-Education.com
Büro Köln
Raderberger Straße 156a
50968 Köln
Telefon: 0221-3466 3727
Tel.: 0176-6469 4611
Internet: eye-tracking-education.com
Email: dirk.rudolph@eye-tracking-education.com

Literatur

Abweichend von der generell einzuhaltenden Regel, nach der nur diejenigen Literaturquellen in einem Literaturverzeichnis erwähnt werden dürfen, die auch im Text besprochen wurden, listen wir an dieser Stelle Bücher und Artikel aus wissenschaftlichen und industrienahen Fachzeitschriften unabhängig von ihrer Erwähnung im übrigen Text auf, die für die entsprechenden Teilgebiete relevant sind. Wir wollen damit einerseits einen Eindruck davon geben, wie weit sich bereits die akademische und angewandte Forschung mit dem Einsatz von Eye-Tracking für Usability Studien von medizintechnischen Geräten beschäftigt haben, und die andererseits für solche zukünftigen Studien als Grundlage genutzt werden können, die sich speziell mit dem Einsatz von Eye-Tracking für Usability Studien für medizintechnische Geräte beschäftigen

I. Eye-tracking for Usability Studies of Medical Devices

II. Usability of Medical Devices

III. Patient Safety and Liability

IV. Usability of Healthcare Websites

V. Eye-tracking for Usability

VI. Eye-tracking for Human-Machine-Interaction

Eye-tracking for Usability Studies of Medical Devices

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Eye-tracking for Usability

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Often, user testing relies a lot on the Think Aloud method where users either verbalise what they are thinking while doing the usability test tasks (concurrent) or they describe their experiences after finishing the tasks (retrospective). Concurrent Think Aloud disrupts the natural cognitive process of using product/service, whereas Retrospective Think Aloud suffers from self-reporting issues such as reliance on fallible long-term memory or fabricating of information. The idea behind eye tracking is that our eye movements can be used to make inferences about our cognitive processes. When real-time eye tracking during a usability test can be viewed by stakeholders and team members, it facilitates quicker realisation of problems and decision-making. For the agile environment where time is precious, within one day, the team is able to have actionable insights. GoBear is a web service startup that utilised eye tracking during their user testing. Hear from them with real examples on how they have used eye tracking for their design changes and the way they have fitted such a testing methodology into their agile roadmap.”

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1 Siehe hierzu z. B. Uy [2015].

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