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    Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

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    Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

    On the Utility of Representation Learning Algorithms for Myoelectric Interfacing

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    Electrical activity produced by muscles during voluntary movement is a reflection of the firing patterns of relevant motor neurons and, by extension, the latent motor intent driving the movement. Once transduced via electromyography (EMG) and converted into digital form, this activity can be processed to provide an estimate of the original motor intent and is as such a feasible basis for non-invasive efferent neural interfacing. EMG-based motor intent decoding has so far received the most attention in the field of upper-limb prosthetics, where alternative means of interfacing are scarce and the utility of better control apparent. Whereas myoelectric prostheses have been available since the 1960s, available EMG control interfaces still lag behind the mechanical capabilities of the artificial limbs they are intended to steer—a gap at least partially due to limitations in current methods for translating EMG into appropriate motion commands. As the relationship between EMG signals and concurrent effector kinematics is highly non-linear and apparently stochastic, finding ways to accurately extract and combine relevant information from across electrode sites is still an active area of inquiry.This dissertation comprises an introduction and eight papers that explore issues afflicting the status quo of myoelectric decoding and possible solutions, all related through their use of learning algorithms and deep Artificial Neural Network (ANN) models. Paper I presents a Convolutional Neural Network (CNN) for multi-label movement decoding of high-density surface EMG (HD-sEMG) signals. Inspired by the successful use of CNNs in Paper I and the work of others, Paper II presents a method for automatic design of CNN architectures for use in myocontrol. Paper III introduces an ANN architecture with an appertaining training framework from which simultaneous and proportional control emerges. Paper Iv introduce a dataset of HD-sEMG signals for use with learning algorithms. Paper v applies a Recurrent Neural Network (RNN) model to decode finger forces from intramuscular EMG. Paper vI introduces a Transformer model for myoelectric interfacing that do not need additional training data to function with previously unseen users. Paper vII compares the performance of a Long Short-Term Memory (LSTM) network to that of classical pattern recognition algorithms. Lastly, paper vIII describes a framework for synthesizing EMG from multi-articulate gestures intended to reduce training burden

    Data-Driven Evaluation of In-Vehicle Information Systems

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    Today’s In-Vehicle Information Systems (IVISs) are featurerich systems that provide the driver with numerous options for entertainment, information, comfort, and communication. Drivers can stream their favorite songs, read reviews of nearby restaurants, or change the ambient lighting to their liking. To do so, they interact with large center stack touchscreens that have become the main interface between the driver and IVISs. To interact with these systems, drivers must take their eyes off the road which can impair their driving performance. This makes IVIS evaluation critical not only to meet customer needs but also to ensure road safety. The growing number of features, the distraction caused by large touchscreens, and the impact of driving automation on driver behavior pose significant challenges for the design and evaluation of IVISs. Traditionally, IVISs are evaluated qualitatively or through small-scale user studies using driving simulators. However, these methods are not scalable to the growing number of features and the variety of driving scenarios that influence driver interaction behavior. We argue that data-driven methods can be a viable solution to these challenges and can assist automotive User Experience (UX) experts in evaluating IVISs. Therefore, we need to understand how data-driven methods can facilitate the design and evaluation of IVISs, how large amounts of usage data need to be visualized, and how drivers allocate their visual attention when interacting with center stack touchscreens. In Part I, we present the results of two empirical studies and create a comprehensive understanding of the role that data-driven methods currently play in the automotive UX design process. We found that automotive UX experts face two main conflicts: First, results from qualitative or small-scale empirical studies are often not valued in the decision-making process. Second, UX experts often do not have access to customer data and lack the means and tools to analyze it appropriately. As a result, design decisions are often not user-centered and are based on subjective judgments rather than evidence-based customer insights. Our results show that automotive UX experts need data-driven methods that leverage large amounts of telematics data collected from customer vehicles. They need tools to help them visualize and analyze customer usage data and computational methods to automatically evaluate IVIS designs. In Part II, we present ICEBOAT, an interactive user behavior analysis tool for automotive user interfaces. ICEBOAT processes interaction data, driving data, and glance data, collected over-the-air from customer vehicles and visualizes it on different levels of granularity. Leveraging our multi-level user behavior analysis framework, it enables UX experts to effectively and efficiently evaluate driver interactions with touchscreen-based IVISs concerning performance and safety-related metrics. In Part III, we investigate drivers’ multitasking behavior and visual attention allocation when interacting with center stack touchscreens while driving. We present the first naturalistic driving study to assess drivers’ tactical and operational self-regulation with center stack touchscreens. Our results show significant differences in drivers’ interaction and glance behavior in response to different levels of driving automation, vehicle speed, and road curvature. During automated driving, drivers perform more interactions per touchscreen sequence and increase the time spent looking at the center stack touchscreen. These results emphasize the importance of context-dependent driver distraction assessment of driver interactions with IVISs. Motivated by this we present a machine learning-based approach to predict and explain the visual demand of in-vehicle touchscreen interactions based on customer data. By predicting the visual demand of yet unseen touchscreen interactions, our method lays the foundation for automated data-driven evaluation of early-stage IVIS prototypes. The local and global explanations provide additional insights into how design artifacts and driving context affect drivers’ glance behavior. Overall, this thesis identifies current shortcomings in the evaluation of IVISs and proposes novel solutions based on visual analytics and statistical and computational modeling that generate insights into driver interaction behavior and assist UX experts in making user-centered design decisions

    Automatic Generation of Personalized Recommendations in eCoaching

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    Denne avhandlingen omhandler eCoaching for personlig livsstilsstøtte i sanntid ved bruk av informasjons- og kommunikasjonsteknologi. Utfordringen er å designe, utvikle og teknisk evaluere en prototyp av en intelligent eCoach som automatisk genererer personlige og evidensbaserte anbefalinger til en bedre livsstil. Den utviklede løsningen er fokusert på forbedring av fysisk aktivitet. Prototypen bruker bærbare medisinske aktivitetssensorer. De innsamlede data blir semantisk representert og kunstig intelligente algoritmer genererer automatisk meningsfulle, personlige og kontekstbaserte anbefalinger for mindre stillesittende tid. Oppgaven bruker den veletablerte designvitenskapelige forskningsmetodikken for å utvikle teoretiske grunnlag og praktiske implementeringer. Samlet sett fokuserer denne forskningen på teknologisk verifisering snarere enn klinisk evaluering.publishedVersio

    Next Generation Business Ecosystems: Engineering Decentralized Markets, Self-Sovereign Identities and Tokenization

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    Digital transformation research increasingly shifts from studying information systems within organizations towards adopting an ecosystem perspective, where multiple actors co-create value. While digital platforms have become a ubiquitous phenomenon in consumer-facing industries, organizations remain cautious about fully embracing the ecosystem concept and sharing data with external partners. Concerns about the market power of platform orchestrators and ongoing discussions on privacy, individual empowerment, and digital sovereignty further complicate the widespread adoption of business ecosystems, particularly in the European Union. In this context, technological innovations in Web3, including blockchain and other distributed ledger technologies, have emerged as potential catalysts for disrupting centralized gatekeepers and enabling a strategic shift towards user-centric, privacy-oriented next-generation business ecosystems. However, existing research efforts focus on decentralizing interactions through distributed network topologies and open protocols lack theoretical convergence, resulting in a fragmented and complex landscape that inadequately addresses the challenges organizations face when transitioning to an ecosystem strategy that harnesses the potential of disintermediation. To address these gaps and successfully engineer next-generation business ecosystems, a comprehensive approach is needed that encompasses the technical design, economic models, and socio-technical dynamics. This dissertation aims to contribute to this endeavor by exploring the implications of Web3 technologies on digital innovation and transformation paths. Drawing on a combination of qualitative and quantitative research, it makes three overarching contributions: First, a conceptual perspective on \u27tokenization\u27 in markets clarifies its ambiguity and provides a unified understanding of the role in ecosystems. This perspective includes frameworks on: (a) technological; (b) economic; and (c) governance aspects of tokenization. Second, a design perspective on \u27decentralized marketplaces\u27 highlights the need for an integrated understanding of micro-structures, business structures, and IT infrastructures in blockchain-enabled marketplaces. This perspective includes: (a) an explorative literature review on design factors; (b) case studies and insights from practitioners to develop requirements and design principles; and (c) a design science project with an interface design prototype of blockchain-enabled marketplaces. Third, an economic perspective on \u27self-sovereign identities\u27 (SSI) as micro-structural elements of decentralized markets. This perspective includes: (a) value creation mechanisms and business aspects of strategic alliances governing SSI ecosystems; (b) business model characteristics adopted by organizations leveraging SSI; and (c) business model archetypes and a framework for SSI ecosystem engineering efforts. The dissertation concludes by discussing limitations as well as outlining potential avenues for future research. These include, amongst others, exploring the challenges of ecosystem bootstrapping in the absence of intermediaries, examining the make-or-join decision in ecosystem emergence, addressing the multidimensional complexity of Web3-enabled ecosystems, investigating incentive mechanisms for inter-organizational collaboration, understanding the role of trust in decentralized environments, and exploring varying degrees of decentralization with potential transition pathways

    Measuring the impact of COVID-19 on hospital care pathways

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    Care pathways in hospitals around the world reported significant disruption during the recent COVID-19 pandemic but measuring the actual impact is more problematic. Process mining can be useful for hospital management to measure the conformance of real-life care to what might be considered normal operations. In this study, we aim to demonstrate that process mining can be used to investigate process changes associated with complex disruptive events. We studied perturbations to accident and emergency (A &E) and maternity pathways in a UK public hospital during the COVID-19 pandemic. Co-incidentally the hospital had implemented a Command Centre approach for patient-flow management affording an opportunity to study both the planned improvement and the disruption due to the pandemic. Our study proposes and demonstrates a method for measuring and investigating the impact of such planned and unplanned disruptions affecting hospital care pathways. We found that during the pandemic, both A &E and maternity pathways had measurable reductions in the mean length of stay and a measurable drop in the percentage of pathways conforming to normative models. There were no distinctive patterns of monthly mean values of length of stay nor conformance throughout the phases of the installation of the hospital’s new Command Centre approach. Due to a deficit in the available A &E data, the findings for A &E pathways could not be interpreted

    (b2023 to 2014) The UNBELIEVABLE similarities between the ideas of some people (2006-2016) and my ideas (2002-2008) in physics (quantum mechanics, cosmology), cognitive neuroscience, philosophy of mind, and philosophy (this manuscript would require a REVOLUTION in international academy environment!)

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    (b2023 to 2014) The UNBELIEVABLE similarities between the ideas of some people (2006-2016) and my ideas (2002-2008) in physics (quantum mechanics, cosmology), cognitive neuroscience, philosophy of mind, and philosophy (this manuscript would require a REVOLUTION in international academy environment!

    Intelligent interface agents for biometric applications

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    This thesis investigates the benefits of applying the intelligent agent paradigm to biometric identity verification systems. Multimodal biometric systems, despite their additional complexity, hold the promise of providing a higher degree of accuracy and robustness. Multimodal biometric systems are examined in this work leading to the design and implementation of a novel distributed multi-modal identity verification system based on an intelligent agent framework. User interface design issues are also important in the domain of biometric systems and present an exceptional opportunity for employing adaptive interface agents. Through the use of such interface agents, system performance may be improved, leading to an increase in recognition rates over a non-adaptive system while producing a more robust and agreeable user experience. The investigation of such adaptive systems has been a focus of the work reported in this thesis. The research presented in this thesis is divided into two main parts. Firstly, the design, development and testing of a novel distributed multi-modal authentication system employing intelligent agents is presented. The second part details design and implementation of an adaptive interface layer based on interface agent technology and demonstrates its integration with a commercial fingerprint recognition system. The performance of these systems is then evaluated using databases of biometric samples gathered during the research. The results obtained from the experimental evaluation of the multi-modal system demonstrated a clear improvement in the accuracy of the system compared to a unimodal biometric approach. The adoption of the intelligent agent architecture at the interface level resulted in a system where false reject rates were reduced when compared to a system that did not employ an intelligent interface. The results obtained from both systems clearly express the benefits of combining an intelligent agent framework with a biometric system to provide a more robust and flexible application

    Food - Media - Senses: Interdisciplinary Approaches

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    Food is more than just nutrition. Its preparation, presentation and consumption is a multifold communicative practice which includes the meal's design and its whole field of experience. How is food represented in cookbooks, product packaging or in paintings? How is dining semantically charged? How is the sensuality of eating treated in different cultural contexts? In order to acknowledge the material and media-related aspects of eating as a cultural praxis, experts from media studies, art history, literary studies, philosophy, experimental psychology, anthropology, food studies, cultural studies and design studies share their specific approaches
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