Vernetzte Technologie im Kontext Intensivstation

Endergebnis dieses Projektes ist ein prototypisch umgesetztes Audio-System, das die Alarm-Töne der verschiedenen Geräte auf einer Intensivstation durch ein kopfhörerbasiertes System ersetzt. So wird die Umgebungslautstärke auf der Station merklich gesenkt, was Patient, Angehörigen und Personal zu Gute kommt.

Intensivstation Klinikum Stuttgart

 

Geräte sind durch das Internet vernetzt. Profile werden "in der Cloud" gespeichert und sind überall erreichbar. Es ist für uns kaum noch vorstellbar, dass ein Ort für Information existiert. Informationen wandern in das Digitale und unsere Geräte und Gewohnheiten folgen diesem Trend.

Mit unserem Projekt wollten wir herausfinden, wie sich eine zunehmende Vernetzung der Gerätschaften im medizinischen Sektor auswirken würde. 

 

In Kürze

Endergebnis dieses Projektes ist ein prototypisch umgesetztes Audio-System, das die Alarm-Töne der verschiedenen Geräte auf einer Intensivstation durch ein kopfhörerbasiertes System ersetzt. So wird die Umgebungslautstärke auf der Station merklich gesenkt, was Patient, Angehörigen und Personal zu Gute kommt.

 

Recherche

Die Intensivstation unterscheidet sich erheblich von normalen Krankenhausstationen. Eine Vielzahl technischer Geräte ist in Verwendung und das Personalaufgebot weitaus größer.

Collage ICU Geräte

 

Wir haben zunächst die gängigen Geräte und ihre Funktion recherchiert, sowie potenzielle Nutzergruppen identifiziert. Das sind naheliegend:

  • Personal (im Wesentlichen Ärzte und Pflegekräfte)
  • Patienten
  • Angehörige
  • Seelsorger
 

Papers und Artikel zum Thema Vernetzte Technologie im Medizinbereich zeigen einen auffälligen Trend zur Telemedizin — aus Gründen der medizinischen Versorgung sowie mit dem Zweck der Effizienzsteigerung. Außerdem wird die digitale Dokumentation und ihre Weitergabe über die Krankenhaus-Grenzen hinaus immer wichtiger.

Ein weiterer Trend ist die Angehörigenfreundliche Intensivstation. Die Idee, Patient und Angehörigen ein möglichst angenehmes "Erlebnis" zu verschaffen, ist wohl vor allem auf den Wettbewerbsdruck der Krankenhäuser untereinander zurückzuführen.

Besonders interessant war außerdem der Artikel Intensive Care Unit Environment von Tim Wenham und Alison Pittard (http://ceaccp.oxfordjournals.org/content/9/6/178.full, Stand vom 15.06.14).

 

Gespräche

Klinik Stuttgart
 

Nach der obligatorischen Internet-Recherche besuchten wir die Intensivstation der Stauferklinik in Schwäbisch Gmünd, wo wir den Pflegedienstleiter Ralph Trevino einen Tag lang begleiteten. Er verschaffte uns einen Überblick über die beteiligten Personen in einer Intensivstation und schilderte uns deren Zuständigkeiten, Aufgaben und einen groben Tagesablauf. 

Im Stuttgarter Katharinenhospital konnten wir eine weitere Intensivstation besichtigen und führten unter anderem ein aufschlussreiches Gespräch mit einer Intensiv-Pflegekraft.

Ergänzende Gespräche mit der Pflegedirektorin des Klinikum Stuttgart sowie einem Versicherungsfachangestellten gaben uns Einblicke in die wirtschaftlichen Zusammenhänge des Systems.

 

Szenario

Aus unserer Recherche ergibt sich zunächst das Projekt-Szenario:
Eine moderne Intensivstation westlichen Standards in naher Zukunft. Das Krankenhaus arbeitet als Wirtschaftsunternehmen in einem staatlichen Gesundheitssystem wie dem unseren.

 

Auswertung der Recherche

 
Recherche FOto Versuch 2

 

Zur Strukturierung der Informationen haben wir Card-Sortings und Affinitätsdiagramme verwendet. Empathiekarten halfen uns dabei, die Ergebnisse der Interviews und Gespräche auszuwerten. Außerdem haben wir einen exemplarischen Stationsgrundriss entworfen, um die Signal- und Informationswege auf einer Intensivstation zu erfassen.

 

Generelle Beobachtungen 

Digitale Vernetzung ist im Klinik-Alltag angekommen. Analoge Dokumentation wird durch die digitale Patientenakte ersetzt. Die meisten medizinischen Geräte verfügen über Netzwerk-Schnittstellen. Im Klinikum Stuttgart kommen Patientendaten schon auf der Station an, bevor der Patient eingetroffen ist — als Live-Stream direkt vom Krankenwagen.

Alle Systeme sind auf Effizienz und bestmögliche medizinischen Versorgung ausgelegt. Das ist zwar zunächst oberste Priorität, wir hatten jedoch den Eindruck, dass das Potenzial nicht vollständig genutzt wird.

Da die medizinischen Aspekte der Vernetzung sehr komplex sind, haben wir uns auf das Stations-Umfeld als Gestaltungsraum konzentriert. Verbesserungen in diesem Bereich lassen sich außerdem auch finanziell gut argumentieren (Stichwort: Angehörigenfreundliche Intensivstation).

Problembereiche

 

Spritzenpumpe 3

Aus unserer Recherche heraus haben wir vier wesentliche Problembereiche des Stationsumfeldes identifiziert:

Stress für Patient/Angehörige/Personal durch Lautstärke

Der Geräuschpegel übersteigt in der Regel die vorgeschriebenen Normen. Es ist nicht einfach nur laut: viele Geräte kommunizieren über Warntöne, die Patienten und Angehörige start verunsichern und beängstigen. 

Adressaten der Alarme sind vor allem Pflegekräfte. Diese haben jedoch oft Probleme, die relevanten Alarme wahrzunehmen, da sie zu stark an die Geräusche gewöhnt sind. Die Einstellung der Alarm-Lautstärke ist eine ständige Gratwanderung zwischen Reizüberflutung und der Angst etwas Wichtiges zu überhören.

Stress für Patient/Angehörige durch Bildschirme

Rund um das Patientenbett leuchtet, blinkt und flackert es aus allen Richtungen. Patienten stört die Helligkeit der Geräte, besonders nachts, und Angehörige werden von den für sie kryptischen Diagrammen und Zahlen nur unnötig verunsichert.

Geräte-Interfaces

Die Interfaces der Krankenhaus-Technik sind selten optimal gestaltet, unübersichtlich und kompliziert in der Bedienung. Wir lasen von häufigen Bedienfehlern, die im schlimmsten Fall das Leben des Patienten gefährden. Eine Schwester beschwerte sich außerdem, alle paar Monate die Bedienung neuer Geräte erlernen zu müssen.

Ineffiziente Dokumentation

Eine Pflegekraft verbringt pro Tag bis zu vier Stunden allein mit der Dokumentation des Patientenzustands und der durchgeführten Behandlungen. Ein Problem ist auch hier die schlechte Bedienbarkeit des Dokumentationssystems.

 

Konzeptphase

Um Ideen zu generieren, haben wir als erstes die Crazy-Eight Methode angewendet. Dabei kam zwar vorwiegend "Mist" heraus, der Prozess an sich macht jedoch viel Spaß. Und am Ende fanden sich doch einige interessante Ansätze unter den Skizzen.

Crazy Eight 

Als Projektschwerpunkt haben wir das Geräusch-Problem gewählt, weil wir gerade diesen Aspekt bei unseren Besuchen besonders unangenehm fanden.

Die Grundidee

Die Geräte der Intensivstation sind bereits grundlegen vernetzt. Warum kommunizieren sie also Alarme nur für jedermann hörbar durch unangenehme Audio-Signale? Alarme stressen Patienten und verstören Angehörige, eigentliche User sind Pfleger und Ärzte. Wir bringen die Informationen zum Personal: wenn jeder nur noch die Signale hört, die für ihn bestimmt sind, ist es für alle leiser.

 

Welche Signale gibt es?

Als nächstes haben wir alle uns bekannten Signale gesammelt, um den status quo möglichst genau zu erfassen.

Signaltabelle ICU

Die meisten Geräte am Patientenbett unterscheiden zwischen drei Alarmstufen:

  1. Grüner Alarm bei kleineren Anomalien der Messwerte, z.B. wenn eine Sonde verrutscht. Kommt sehr häufig vor und wird meist sofort vom Personal quittiert
  2. Gelber Alarm bei Anomalien der Messwerte, beim Drücken der Patientenglocke oder z.B., wenn ein Medikament erneuert werden muss
  3. Roter Alarm bei kritischem Patientenzustand mit absoluter Priorität; oder: Zimmerglocke zweimal gedrückt
 

Prototypen

Unsere Idee war, ein Kopfhörer-System einzuführen, um die Alarm-Signale direkt vom Gerät zum Personal zu bringen. Der Ton wird so von öffentlich unspezifisch zu spezifisch adressiert. Er ist seltener zu hören, wodurch der Warn-Charakter wieder erhöht wird.

 

Mark I — Binaurale Beatles

Binauraler Sound ist digital manipuliert und erzeugt im Gehirn eine räumliche Wirkung. Er ist dadurch gegenüber normalem Stereo-Sound überlegen, da er mehr Informationen zu seinem Ursprung kommunizieren kann.

Um den Effekt zu testen, haben wir einen Beatles-Track in Apple Logic Pro "gefaltet" (so nennt man das Umwandeln von "normalem" Sound in räumlichen Klang). Gekoppelt mit einer Webapp und dem iPhone Kompass-Sensor, scheint der Sound immer aus der selben Richtung zu tönen, egal in welche Richtung man sich dreht.

 

Mark II — NASA ICU

 
Nasa Tool
 

Ein Freeware-Tool der Nasa kann Audio-Dateien in Echtzeit in binaurale Signale umwandeln. Per Schieberegler können die Soundquellen außerdem in einem virtuellen Raum verteilt werden. Mit Hilfe das Nasa-Tools und eines professionellen Augmented Screen Protection and Projection Prototyping Foil Systems konnten wir den status quo einer Intensivstation simulieren, um die Raumwirkung der Schallquellen zu testen.

 

Mark III — Web-Audio Binaural ICU

 
Binaural Web UI
 

Um uns von dem unhandlichen Nasa-Tool zu lösen und volle Kontrolle über die Technik zu erhalten, übertrugen wir das System auf den Browser. Mit Hilfe der Web Audio API konnten wir Soundquellen per Drag&Drop im Raum platzieren uns durch Draggen eines Punktes im virtuellen Raum drehen und bewegen.

Bone Conduction Kopfhörer

Da im Stationsbetrieb die Ohren des Personals nicht durch Kopfhörer verdeckt sein dürfen, sind wir auf Knochenschall-Kopfhörer umgestiegen. Diese sitzen vor statt auf der Ohrmuschel und übertragen den Schall durch den Schädelknochen. 

Außerdem fanden wir heraus, dass niedrige Frequenzen bei unseren Kopfhörern zu einer Vibration führten, die sich womöglich zur Informationsvermittlung nutzen ließe.

 

Mark IV — Web-Audio Binaural ICU mit iPhone Kompass via Node.js/Websockets

 
Creepy Stephan
 

Wir befestigten ein iPhone mit einem Kopfband an einem Probanden. Indem wir die Kompass-Daten per Websockets-Verbindung an einen Node.js-Server streamen, konnten wir unseren dritten Prototyp um Echzeitdaten der Blickrichtung erweitern.

Im Test mit Freiwilligen konnten uns auf die Frage hin "Woher kommt der Ton?" alle Probanden mit hoher Genauigkeit den Ursprung einer Schallquelle angeben. Allerdings war immer ein Kopfdrehen nach dem Trial&Error-Prinzip beteiligt, was im Ernstfall vermutlich zu Fehlern oder Ungenauigkeiten führt.

 

Wie klingt unser System?

 

Prof. Jens Döring stellte uns in einem Beratungsgespräch folgende Fragen: "Wie viele Punkte hat das Telekom-Logo?". Wohl jeder kennt die Telekom-Melodie ( da - da - da - di - daaa) und kann so die korrekte Anzahl von 4 Punkten angeben (das "di" steht für das T im Logo).

Statt mittels binauralem Sound eine möglichst realistische Nachbildung der Realität zu simulieren, entschieden wir uns schließlich für das eindeutigere "Punkte-System".

Akustische Parameter

Folgende akustischen Parameter stehen zur Informationscodierung zur Verfügung:

  • Tonhöhe
  • Lautstärke
  • Zeitdauer
  • (Richtung)
  • (Vibration)

Vermittelt werden muss der betroffene Patient, das Gerät sowie die Alarm-Stufe.

Experimente in Garage Band und Max/Msp

Keyboard und Skizzenbuch
 

Wie kann unser System klingen? Spielen die Geräte vielleicht die Intensivstations-Symphonie? Wie können die Warntöne angenehmer werden?

Folgende Punkte sind uns bei Experimenten in Garage Band aufgefallen bzw. klar geworden:

  • Warntöne müssen Warntöne bleiben
  • viele Informationen müssen in kurzer Zeit vermittelt werden
  • hohe Töne sind besser hör- und verortbar als niedrige
  • in der Natur vorkommende Töne sind angenehmer als unnatürliche Töne

Mit Hilfe von Max/Msp konnten wir eine Sound-Matrix generieren und Sounds vom natürlichen Piano-Klang bis zum synthetischen Ton verfremden.

Endergebnis / Prototyp

 

Jeder Sound besteht aus zwei Komponenten:

  1. Ein bis drei kurze Pieptöne identifizieren den Patient

    Da eine Pflegekraft in der Regel bis zu drei Patienten betreut, ist so die Quelle des Alarms in einer Sekunde erfassbar.

  2. Ein Ton signalisiert die Alarm-Stufe
    Das Prinzip des Übergangs von Natürlich zu Synthetisch wenden wir auch für unser Endergebnis an. Eine angepasste Piano-Aufnahme stellt den grünen Alarm dar und fungiert als Referenzton für gelbe und rote Alarme.
    Der gelbe und rote Alarm ist vom grünen Alarm aus jeweils weiter verfremdet und zusätzlich zur besseren Unterscheidung um einen Ton nach oben gepitcht. So erhöht sich schrittweise der Warncharakter.

[Video/Hörbeispiel]

 

Grüne / gelbe Alarme

Mehr als zwei bis drei gleichzeitige Alarme sind unrealistisch. Treten aber einmal mehrere Alarme gleichzeitig auf, werden sie im Loop abgespielt.

 

Roter Alarm

Rote Alarme haben absolute Priorität und erfodern sofortiges Handeln. Tritt ein roter Alarm auf, werden alle anderen Alarme ausgeblendet.

Angedacht sind außerdem zwei Interaktionsmöglichkeiten:

  • Die meisten auftretenden Alarme werden zur Kenntnis genommen und sofort quittiert. Dies soll mit einem simplen Knopfdruck auf den linken Lautsprecher möglich sein.
  • Ein Drücken auf den rechten Lautsprecher startet eine Sprachausgabe mit Details zum letzten Alarm und dem Patientenzustand. Eine Pflegekraft, die gerade eine Behandlung durchführt, kann mit Hilfe der Informationen die Situation besser einschätzen und entscheiden, ob der Patient sofort ihre Aufmerksam benötigt.


Die Tasten können auch ohne Hände betätigt werden, indem man mit der Schulter gegen den Ohrhörer drückt. Die Geste ist die gleiche wie beim Einklemmen eines Telefons zwischen Kopf und Schulter.

Die Möglichkeit, direkt mit den Signalen zu interagieren und insbesondere die Alarm-Detail Funktion stellen eine deutliche Verbesserung zum Status Quo dar. Die entstehenden Zeitvorteile kommen idealerweise direkt den Patienten zu Gute.

Fazit

 

Wir haben versucht, eine möglichst plausibles Konzept zu gestalten. Unser System ist aber mit Sicherheit nicht die optimale Lösung.

Durch unsere Recherche haben wir eine Reihe von Problemen identifiziert, dies es zu lösen gilt. Wir sehen unser Projekt hier als eine Anregung dafür, dass nutzerzentrierte Gestaltung die Rahmenbedingungen der Intensivstation oder dem Krankenhaus generell verbessern könnte.