Usability Engineering für medizinische Software am Beispiel eines Softwareprototypen für 3D-Visualisierung konfokaler Mikroskopiedaten

Abstract

Benutzerfreundlichkeit von medizinischen Geräten und von Benutzerschnittstellen medizinischer Software ist ein wichtiges Kriterium, um die Risiken von Fehlern bei der alltäglichen Anwendung zu minimieren. Um Qualität und Sicherheit für den Einsatz von Technik für medizinische Aufgaben gewährleisten zu können, sollte Gebrauchstauglichkeit im Entwicklungsprozess schon früh angestrebt werden. Methoden des Usability Engineerings sind in vielen Disziplinen bewährte Instrumente, strukturiert und zielführend, Anforderungen der Benutzer in ein System zu integrieren. Besonders im medizinischen Kontext werden Prinzipien von Benutzerfreundlichkeit wie geringe Fehleranfälligkeit, leichte Erlernbarkeit, Steigerung der Effizienz, Unterstützung und Verbesserung des Workflows, Authentizität und Kostenersparnis durch nachhaltige Planung stark gefordert. Mit dem iterativen Usability Engineering Prozess, mit den Phasen Analyse, Gestaltung und Prototyping wurde VolVis, ein 3D Visualisierungsprototyp für konfokale Mikroskopiedaten implementiert.<br />Durch Methoden wie Benutzerbefragung, Work_owanalyse und Analyse bestehender Visualisierungssoftware für Mikroskopie wurde der Grundstein für Bedienfreundlichkeit gelegt. Die Benutzerschnittstelle zeichnet sich aus durch die Beachtung von Gestaltungsregeln, wie Konsistenz, reduziertes Design, Arbeiten mit Metaphern und Betonung der wesentlichen Information. Der Prototyp wurde mit Java und VTK (Visualization Toolkit) in der Softwarearchitektur Model View Controller umgesetzt.<br />Es wird eine Einordnung von Usability in der Medizin in das übergeordnete Forschungsgebiet gegeben und in der Literatur vertretene Argumente für die Relevanz von Benutzerfreundlichkeit in der Medizin aufbereitet. Die theoretische Beschreibung des iterativen Usability Engineering Prozesses wird mit Beispielen der praktischen Umsetzung von VolVis begleitet. Das Prinzip der konfokale Mikroskopie wird als optisches Verfahren in der medizinischen Bilderzeugung beschrieben. Als Ergebnis wird die technische Umsetzung von VolVis, sowie eine detaillierte Auflistung der Funktionalität präsentiert.<br />

Usable user interface and interaction design is crucial for reduction of error rates of medical instruments and medical software in everyday use.<br />Application of usability processes should be considered at early stages of development and throughout the deployment process of technolgoical innovative systems. This ensures appropriate handling of security and quality concerns, and allows system design based on idiosyncratic user-requirements. Within the medical context usability issues such as error reduction, learning and adoption time, increase of efficiency, support of various workflows, authenticity and cost efficiency demand a structured planning throughout the development process.<br />This thesis introduces VolVis, a 3D visualization prototypical application for confocal microscopy that has been developed with a standard interative usability engineering process following a step-like approach: analysis, design and prototyping. Requirements such as user-friendliness of the system were supported by qualitative and quantitative methods, that include user interviewing, workflow analysis and a comparative study of existing visualization software for microscopy. For the design of the user interface factors such as consistency, reduced design, working with metaphors and emphasis on substantial information were considered. The application was implemented with the programming language Java and VTK (Visualization Tool Kit).The software architecture was designed according to the software engineering pattern model view controller.<br />