Abgeschlossene Projekte

Auswirkungen chirurgischer Assistenzsysteme auf die Leistung, Beanspruchung und das Situationsbewusstsein von Chirurgen

Laufzeit 01.10.2008 bis 30.06.2011

Kooperation mit dem Innovation Center Computer Assisted Surgery (ICCAS), Universität Leipzig

Gefördert von der DFG

In den letzten Jahren haben computerbasierte Assistenzsysteme im Bereich der Chirurgie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ein Beispiel dafür liefern Navigationssysteme, die den Chirurgen bei der räumlichen Orientierung im Situs unterstützen. Dabei unterscheiden sich die Systeme in der Art der Funktionsallokation und damit ihrem Automationsgrad. Während sog. pointer-basierte Systeme nur zu diskreten Zeitpunkten eine augmentierte Darstellung der gegenwärtigen Position des chirurgischen Instruments in Relation zur Patientenanatomie liefern, sind aktuell entwickelte „navigiert-kontrollierte“ (navigated control, NC) Systeme in der Lage, die Position des chirurgischen Instruments kontinuierlich anzuzeigen und darüber hinaus auch Entscheidungen über chirurgische Handlungen zu unterstützen, indem sie das chirurgische Instrument bei Erreichen vorher definierter Arbeitsraumgrenzen automatisch stoppen und so den Chirurgen bei dem Schutz von Risikostrukturen unterstützen. Bisherige Forschungsarbeiten zu derartigen Navigationssystemen haben sich vor allem auf Probleme der technischen Umsetzbarkeit sowie Analysen der Erfahrungen mit dem Einsatz dieser Systeme aus ersten klinischen Fallstudien konzentriert. Mit dem Abschluss des vorliegenden Projekts liegen nun erstmals Ergebnisse einer umfassenden ingenieurpsychologischen Analyse der Auswirkungen des Einsatzes dieser Systeme vor. Als Referenzmodell für die laborexperimentellen Untersuchungen wurde die Simulation einer Mastoidektomie, d.h. eines risikoreichen chirurgischen Eingriffs im Bereich des Felsenbeins, mit und ohne NC-Assistenz herangezogen.

Insgesamt wurden drei Experimente durchgeführt. In den ersten beiden Experimenten wurde untersucht, inwieweit der Einsatz von NC-Systemen neben den zu erwartenden positiven Auswirkungen auf die Qualität chirurgischer Eingriffe und die Patientensicherheit auch neue Problembereiche und Fehlerrisiken mit sich bringen würde, wie sie aus anderen Bereichen in Zusammenhang mit der Nutzung von Assistenzsystemen bekannt sind (z.B. Verlust von Situationsbewusstsein; Übervertrauen; Probleme beim Erwerb bzw. Erhalt manueller Fertigkeiten) und inwieweit diese Auswirkungen von der Erfahrung der Chirurgen abhängen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz der Systeme bei noch relativ unerfahrenen Chirurgen erwartungsgemäß zu positiven Effekten im Hinblick auf die Effektivität der Eingriffe und die Patientensicherheit führt. So waren chirurgische Novizen nur dann in der Lage, die simulierte Mastoidektomie ohne eine Verletzung von Risikostrukturen durchzuführen, wenn sie von dem NC-System unterstützt wurden. Zudem konnte gezeigt werden, dass der Einsatz des NC-Systems die physiologische Beanspruchung während des simulierten Eingriffs sowohl bei Novizen als auch Experten signifikant reduziert. Allerdings werden diese Vorteile bei beiden Gruppen durch eine deutlich verlängerte Operationszeit und eine signifikant erhöhte subjektive Beanspruchung „erkauft“. Bei Novizen kommt es zusätzlich zu einer Verlängerung der Reaktionszeit auf Sekundäraufgaben, was auf eine geringere Restkapazität bei Nutzung des Systems schließen lässt. Es kann angenommen werden, dass diese negativen Folgen direkt mit dem implementierten automatischen Stoppmechanismus zusammenhängen und damit ein Problem des direkten Eingreifens des Systems in den Handlungsablauf der Chirurgen widerspiegeln. Hinweise auf einen Verlust des Situationsbewusstseins in Folge der Nutzung der NC-Assistenz wurden kaum gefunden und zeigten sich nur ansatzweise bei chirurgischen Novizen.
 
In einem dritten Experiment wurde untersucht, inwieweit der Einsatz computer-basierter Navigationsassistenz bereits im chirurgischen Training den Erwerb und Aufbau chirurgischer Fertigkeiten beeinträchtigen würde. Entgegen der Erwartung wurden zumindest für frühe Phasen des Fertigkeitserwerbs keinerlei negative Folgen des Einsatzes der Systeme gefunden. Dieses Projektergebnis hat direkte praktische Implikationen für den Einsatz computer-basierter Navigationssysteme im Rahmen der klinisch-praktischen Ausbildung von Chirurgen.

Die im Rahmen eines Artikels in der wissenschaftlichen Zeitschrift Human Factors (2011, Vol. 6) publizierten Projektarbeiten wurden von der amerikanischen Human Factors and Ergonomics Society (HFES) mit dem mit US$ 10.000 dotierten Human Factors Prize 2011 for Excellent Research in Human Factors/Ergonomics ausgezeichnet (www.hfes.org/web/pubpages/hfprize.html).

Öffentlichkeitswirksame Berichte zu dem Projekt erschienen in verschiedenen Zeitungen, Zeitschriften und Newslettern, darunter Berichte in Marburger Bund Zeitung (Ausgabe 6, April 2010),  KTM – Krankenhaus Technik und Management (Ausgabe Januar/Februar 2011), tuintern (Ausgabe 5, Mai 2011).

Complacency und Automation Bias Effekte in der Mensch-Maschine-Interaktion: Einfluss von Funktionsallokation und Bedienerzustand

Gefördert von der DFG (2008-2010)

Mit der Automatisierung technischer Systeme sind zunehmend psychologische Probleme der Interaktion von Mensch und Automation in den Blickpunkt gerückt. Dabei sind insbesondere Phänomene in den Blickpunkt gerückt, die mit einem übersteigerten Vertrauen in die Funktionen und die Zuverlässigkeit automatisierter Systeme zusammenhängen und, je nach Kontext, als "complacency" bzw. "automation bias" bezeichnet werden. Zentrales Ziel des Forschungsprojekts war es, die Entstehungsbedingungen dieser Effekte zu untersuchen und ihre Bedeutung für automationsbedingte Fertigkeitsverluste und Einbußen des Situationsbewusstseins im Umgang mit automatisierten Systemen zu bestimmen. Basierend auf der allgemeinen Arbeitshypothese, dass es sich bei den Effekten um ein Problem der Aufmerksamkeitsausrichtung und Zielpriorisierung bei komplexen Aufgabenanforderungen handelt, wurden drei Experimente durchgeführt, in denen (1) der Einfluss der Funktionsallokation, (2) der Einfluss des Bedinerzustands und (3) der Einfluss der Systemerfahrung auf das Entstehen von "complacency" und "automation bias" wurde. Zudem wurde untersucht, inwieweit typische "automation bias" Effekte im Umgang mit automatischen Assistenzsystemen damit zusammenhängen, dass die Systeme nicht genügend überwacht werden (analog zum "complacency" Effekt in der Prozessüberwachung), widersprüchliche Informationen aus der Umwelt nicht angemessen gewichtet werden, oder aber es zu mehr subtilen Aufmerksamkeitseffekten im Sinne von "attentional blindness" kommt.   Als Praxismodell wurde dabei im Rahmen von Laborexperimenten mit der Mikrowelt AutoCAMS 2.0 der Umgang mit Assistenzsystemen zum Fehlermanagement in der Prozesskontrolle herangezogen. Wichtige Projektergebnisse wurden in den Arbeiten von Reichenbach et al. (2011), Manzey et al. (im Druck) sowie dem Überblicksartikel von Parasuraman & Manzey (2010) publiziert.

Geteilte Wissensstrukturen als Element der Sicherheitskultur (GetWis)

Laufzeit: 01.08.2004 bis 31.01.2009

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Der Begriff der Sicherheitskultur hat sich als Ausdruck eines Programms der Neuorientierung sicherheitsgerichteten Denkens und Handelns durchgesetzt. Kulturelle Aspekte erlangen in Bezug auf Sicherheit ein stärkeres Gewicht, d.h. soziale und organisationale Faktoren rücken immer mehr ins Zentrum der Betrachtung. In diesem Vorhaben soll ein spezifisches Bestimmungsstück für Sicherheitskultur untersucht werden. Weitgehend unbeachtet blieben bisher Wissensaspekte in ihrem Einfluss auf die Sicherheitskultur, obwohl deren Handlungsrelevanz wissenschaftlich unumstritten ist. So werden verschiedene Aspekte eines  „geteilten Wissens“ in Teams bisher vor allem im Rahmen der social-cognition Forschung mit dem Ziel der Leistungssteigerung durch verbesserte Prozesse bei der (Team-) Zusammenarbeit diskutiert. Ziel des Projektes ist es, im Rahmen von Feld- und Laboruntersuchungen die Entstehung von geteiltem Wissen und die Auswirkungen von geteiltem Wissen auf sicherheitsrelevantes Handeln zu untersuchen. Neben einer Untersuchung zur Verteilung sicherheitsrelevanter Informationen in Organisationen mit hohem Gefährdungspotenzial (Kernkraftwerken) werden dabei in laborexperimentellen Arbeiten auch spezifische Aspekte geteilten Wissens auf das Verhalten und die Leistung von Teams untersucht. Dazu gehören u.a. auch Untersuchungen zu den Auswirkungen von Arbeitsprinzipien, bei denen die Herstellung sozial geteilten Wissens zur Erhöhung der Sicherheit von Arbeitsprozessen eingesetzt wird (Prinzip personeller Redundanz bei der Überwachung von Systemen). Es wird angestrebt, das Phänomen sozial geteilter Wissensstrukturen im Verhältnis zur Sicherheitskultur zu analysieren, um mögliche Zusammenhänge und Interventionsstrategien aufzuzeigen.

Selbstwertung und Förderung von Sicherheitskultur in Kernkraftwerken

Laufzeit: 01.01.2002 bis 31.10.2003

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Risiken bei grenzüberschreitendem schienengebundenem Güterverkehr - Interoperability

Laufzeit: 01.09.2002 bis 30.09.2003

Gefördert von der International Union of Railways