Interactive visualization of effects of medical treatment on a patients condition

Abstract

Betrachtet man visuelle Darstellungen von (computerausführbaren) klinischen Therapieplänen, so wurden in den letzten Jahren einige bemerkenswerte Visualisierungen entwickelt um, einerseits, die interne Logik dieser Therapiepläne, und andererseits, deren zeitbezogenen Aspekte darzustellen. Jedoch gibt es bisher weder visuelle Darstellungen der Auswirkungen der angewandten Therapien auf den Patientenzustand noch gibt es Möglichkeiten diese Auswirkungen interaktiv zu untersuchen.<br />Ausgehend von bekannten Visualisierungsmethoden haben wir einen interaktiven Prototyp (namens CareCruiser) entwickelt, der die Anwendung von Therapieplänen und deren Auswirkungen auf den Patientenzustand auf leicht verständliche Weise kommuniziert und untersuchbar macht. Unser Prototyp kombiniert die Vorteile von visueller Mustererkennung mit gewohnten Liniendiagrammen, welche die Entwicklung von bestimmten Patientenparametern intuitiv darstellen. Dadurch haben wir ein Werkzeug entwickelt, um (1) den Erfolg von angewandten Therapieplänen zu beurteilen, (2) die Effekte der einzelnen klinischen Aktionen auf den Patientenzustand zu untersuchen, und (3) suboptimale Therapieentscheidungen zu identifizieren. Zum einen hilft das Ärzten ihre Therapieentscheidungen zu optimieren und zum anderen ermöglicht das den Entwicklern von klinischen Leitlinien diese in Bezug auf ihre genauen Auswirkungen zu untersuchen und gegebenenfalls zu korrigieren.<br />Desweiteren haben wir verschiedene Schritte unternommen um die Qualität unserer interaktiven Visualisierung zu bemessen: (1) in einer frühen Entwurfs-Phase haben wir mit einem Medizin-Experten zusammengearbeitet, (2) wir haben eine heuristische Usability-Evaluierung durchgeführt und (3) wir haben die Brauchbarkeit unserer Visualisierung mit den tatsächlichen Endbenutzern (Ärzten) getestet. Zur Usability-Evaluierung haben wir allgemein anerkannte Usability-Grundsätze angewandt; beim Test mit den Endbenutzern haben wir zwei Ärzte gebeten die Funktionen unseres Prototypen zu testen und sie daraufhin interviewet. Sowohl dir Usability-Evaluierung als auch die Benutzer-Tests führten zu brauchbaren Resultaten und lassen darauf schließen, dass die entwickelten Visualisierungsmethoden undWerkzeuge zum interaktiven Umgang mit den Daten vielversprechend sind.<br />

In recent years, sophisticated visualization methods have been developed to support both the logical structure and the time-oriented aspects of computer-executable clinical treatment plans. However, visualizing the effects of applying treatment plans as well as supporting the exploration of effects on the patient's condition are still largely unresolved tasks.<br />To fill this gap, we have developed an interactive Information Visualization prototype (called CareCruiser) that enhances known visualization methods to communicate the processes of treatment plan applications together with their effects on a patient's condition in an intuitive way. Our prototype combines the advantages of enhanced visual pattern recognition with the traditional information concerning the development of parameters. Thus, it provides means (1) to assess success or failure of previously applied treatment plans, (2) to explore the effects of each applied clinical action on the patient's condition, and (3) to identify sub-optimal treatment choices. These means help physicians to optimize their treatment choices and enable developers of clinical practice guidelines (CPGs) to investigate and readjust these treatment plans.<br />To ensure the quality of our Information Visualization prototype (1) we collaborated with a medical expert in an early design phase, (2) we conducted a heuristic usability evaluation, and (3) we tested its usefulness with domain experts. In the course of the usability evaluation the evaluators tested the prototype in conformance with generally accepted usability principles; in the user testing, physicians were asked to function as users and were interviewed afterwards. Both the usability evaluation and the user testing led to useful results and presented a very positive picture of the visualization and exploration features of CareCruiser.