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Recent advances in machine learning models allowed robots to identify objects on a perceptual nonsymbolic level (e.g., through sensor fusion and natural language understanding). However, these primarily black-box learning models still lack interpretation and transferability and require high data and computational demand. An alternative solution is to teach a robot on both perceptual nonsymbolic and conceptual symbolic levels through hybrid neurosymbolic learning approaches with expert feedback (i.e., human-in-the-loop learning). This work proposes a concept for this user-centered hybrid learning paradigm that focuses on robotic surgical situations. While most recent research focused on hybrid learning for non-robotic and some generic robotic domains, little work focuses on surgical robotics. We survey this related research while focusing on human-in-the-loop surgical robotic systems. This evaluation highlights the most prominent solutions for autonomous surgical robots and the challenges surgeons face when interacting with these systems. Finally, we envision possible ways to address these challenges using online apprenticeship learning based on implicit and explicit feedback from expert surgeons.

Some automated decisions are required to be explained. However, together with a reason why a decision has been made, the user can require a reason why another decision has not. If we take a system where knowledge can be represented in a form of logical statements, the reasoning process of such system can be seen as “explainable by design”. In this study, we want to investigate which one (if any) of the native to logics methods, counterinterpretation or abduction, can facilitate the user comprehensibility of a logical non-consequence.

Introduction: It has been shown that communication skills acquired during undergraduate medical education are of great importance. Hence, many countries require teaching communication as part of their medical curricula. To assess students’ learning progress, “Catering to the Patient”, as an aspect of showing empathy, should be evaluated. Since there was no description of a validated instrument fitting for this purpose, one had to be developed. To describe its process of development and its psychometric properties were the aims of this study. Methods: Based on the Calgary-Cambridge Observation Guide (CCOG), items describing catering to the patient were selected and modified. Cognitive pretest interviews were conducted to check understandability. Therefore, 7 raters assessed 1 video each (R=7, V=1). In a following pilot study (R=3, V=10) first psychometric properties were evaluated and necessary corrections in the preliminary evaluation form were carried out before the final evaluation form was used to assess students’ ability to cater to the patient and psychometric properties were described in detail (R=2, V=35). Results: The final assessment instrument, “catering to the patient – Marburg evaluation form”, contains 11 checklist items and two global ratings (items 12 and 13). In the final evaluation the inter-rater reliability (IRR) ranged from 0 to 0.562, the median was r=0.305. Concerning item 13 (a global rating), 88.6% of the videos were scored with the maximum difference of one point. The internal consistency was very high (Cronbach’s α: α=0.937 and α=0.962), and the correlation between the checklist items and the global rating was high (Pearson’s r: r=0.856 and r=0.898). Discussion: The assessment instrument “catering to the patient” is suitable for giving feedback and for using it in formative examinations. Its use for summative examinations can be considered. Further examinations should evaluate if a three-point Likert scale could reach higher values and if item 13 can be used as a stand-alone item., Einleitung: Es konnte gezeigt werden, dass kommunikative Fähigkeiten, die während des Medizinstudiums erworben werden, von großer Wichtigkeit sind. Daher wird in vielen Ländern Kommunikation, als Teil des Curriculums des Medizinstudiums, zu lehren gefordert. Um den Lernfortschritt von Studierenden zu beurteilen, sollte das „Eingehen auf den Patienten“ als ein Aspekt von Empathie evaluiert werden. Da es keine Beschreibung eines validierten Instruments gab, das für diesen Zweck genutzt werden konnte, musste ein solches entwickelt werden. Das Ziel dieser Abhandlung ist, den Entwicklungsprozess des Instruments und seine psychometrischen Eigenschaften zu beschreiben. Methoden: Basierend auf dem Calgary-Cambridge Observation Guide (CCOG), wurden Items, die das Eingehen auf den Patienten beschreiben, ausgewählt und modifiziert. Kognitive Pretest-Interviews wurden durchgeführt um die Verständlichkeit zu überprüfen. Dafür bewerteten 7 Rater jeweils 1 Video (R=7, V=1). In einer darauffolgenden Pilotstudie (R=3, V=10) wurden das erste Mal die psychometrischen Eigenschaften evaluiert und notwendige Verbesserungen am vorläufigen Bewertungsbogen durchgeführt, bevor der finale Bewertungsbogen genutzt wurde, um die Fähigkeiten von Studierenden bezüglich des Eingehens auf den Patienten zu bewerten und die psychometrischen Eigenschaften detailliert zu beschreiben (R=2, V=35). Ergebnisse: Der finale Bewertungsbogen „Eingehen auf den Patienten – Marburger Bewertungsbogen“ beinhaltet 11 Checklisten-Items und zwei Globalbewertungen (Items 12 und 13). In der abschließenden Evaluation wieß die Interrater-Reliabilität (IRR) Werte zwischen 0 und 0,562 auf, der Median lag bei r=0,305. Bezüglich Item 13 (eine Globalbewertung) wurden 88,6% der Videos mit maximal einem Punkt Differenz bewertet. Die Interne Konsistenz war sehr hoch (Cronbach’s α: α=0,937 und α=0,962); die Korrelation zwischen den Checklist-Items und der Globalbewertung war hoch (Pearson’s r: r=0,856 und r=0,898). Diskussion: Der Bewertungsbogen „Eingehen auf den Patienten“ ist geeignet Feedback zu geben sowie zur Nutzung in formativen Prüfungen. Der Einsatz in summativen Prüfungen kann erwogen werden. Weitere Untersuchungen sollten evaluieren, ob mit einer dreistufigen Likert-Skala höhere Kennwerte erreicht werden könnten und ob Item 13 als alleiniges Item genutzt werden könnte., GMS Journal for Medical Education; 38(3):Doc69

Interactive exploration and analysis of large 3D particle systems, consisting of hundreds of thousands of particles, are common tasks in the field of scientific and information visualization. These steps typically involve selection and camera-update operations in order to reveal patterns or to focus on subsets. Moreover, if a certain region is known to be potentially interesting or a selection has been made, the user will have to choose a proper camera setup to investigate further. However, such a setup is typically chosen in a way that the interesting region is in the center of the screen. Unfortunately, it still needs to show important characteristics of the selected subset and has the least amount of occlusions with respect to other particles but shows enough context information in terms of non-selected particles. In this paper, we propose a novel method for real-time camera control in 3D particle systems that fulfills these requirements. It is based on a user and/or domain-specific evaluation heuristic and parallel optimization algorithm that is designed for Graphics-Processing Units (GPUs). In addition, our approach takes only several milliseconds to complete, even on the aforementioned large datasets while consuming only a few megabytes in global GPU memory in general. This is due the fact that we are able to reduce the processing complexity significantly using screenspace information and the excessive use of fast on-chip shared memory. This allows it to be seamlessly integrated into modern visualization systems that need real-time feedback while processing large particle-based datasets., Computer Graphics and Visual Computing (CGVC), Computer Graphics, 79, 87, Marcel Köster, Julian Groß, and Antonio Krüger, CCS Concepts: Human-centered computing --> Visualization systems and tools; Scientific visualization; Interaction techniques; Computing methodologies --> Shared memory algorithms; Massively parallel algorithms; Graphics processors

In case of injuries to the subaxial cervical spine, especially in osteoporotic bone, the question of the most stable operative technique arises. There are several techniques of screw fixation available regarding dorsal stabilization. This study investigates 2 techniques (lateral mass screws (LMS) vs cervical pedicle screws (CPS)) in the subaxial cervical spine regarding primary stability in a biomechanical testing using a translational injury model.A total of 10 human formalin fixed and 10 human fresh-frozen specimens (C 4 - T 1) were investigated. Specimens were randomized in 2 groups. Fracture generation of a luxation injury between C 5 and C 6 was created by a transection of all ligamentous structures as well as the intervertebral disc and a resection of the facet joints.Dorsal stabilization of C 4/C 5 to C 6/C 7 was performed in group A by lateral mass screws, in group B by pedicle screws. In the biomechanical testing, the specimens were loaded at 2 N/s in translation direction until implant failure.Formalin fixed specimen: Mean load failure was 513.8 (±86.74) Newton (N) for group A (LMS) and 570.4 (±156.5) N for group B (CPS). There was no significant difference (P = .6905).Fresh frozen specimen: Mean load failure was 402.3 (±96.4) N for group A (LMS) and 500.7 (±190.3) N for group B (CPS). There was no significant difference (P = .4206).In our loading model respecting the translational injury pattern and a flexion movement we could not verify statistically significant differences between lateral mass screws and cervical pedicle screws. Mean loading failure was slightly higher in the CPS group though.

Nearest neighbor search algorithms on GPUs have been improving for years. Starting with tree-based approaches in the middle 70's, state-of-the-art methods use hash-based or grid-based methods. Leveraging high-performance hardware functionality decreases runtime of these search algorithms. Furthermore, memory consumption has been decreased significantly as well using Shared Memory. In the scope of these enhancements, particles have been reordered by different constraints that simplify neighbor processing. However, inspecting the existing algorithms reveals underused capabilities caused by algorithm desing. Exploiting these capabilities in a smart way can increase occupancy and efficiency on GPUs. In this paper, we present a neighbor processing approach that is based on dynamic load balancing. We rely on a lightweight workload-analysis phase that is applied during neighbor processing to distribute work throughout all warps in a thread group on-the-fly. In different domains, the neighbor function is often symmetric and, thus, commutative in each argument. In contrast to prior work, we use this domain knowledge to reduce the number of memory accesses considerably. Measurements of the newly introduced features on our evaluation scenarios show a comparable runtime performance to state-of-the-art methods. Increasing the overall workload by processing million-particle domains leads to significant improvements in terms of runtime. At the same time, we minimize global memory consumption to enable more particles to be processed compared to current approaches., Computer Graphics and Visual Computing (CGVC), Graphics, 53, 61, Julian Gross, Marcel Köster, and Antonio Krüger, CCS Concepts: Computing methodologies --> Shared memory algorithms; Massively parallel algorithms; Graphics processors

Current advances in machine translation increase the need for translators to switch from traditional translation to post-editing of machine-translated text, a process that saves time and improves quality. Human and artificial intelligence need to be integrated in an efficient way to leverage the advantages of both for the translation task. This paper outlines approaches at this boundary of AI and HCI and discusses open research questions to further advance the field.

Hintergrund: Seit Beginn des 20. Jahrhunderts wurde in zahlreichen Publikationen diskutiert, welche Faktoren für die Therapie penetrierender Halsverletzungen entscheidend sind. Neben der Behandlungsstrategie selbst lagen dabei die Unterschiede zwischen Schussverletzungen und Verletzungen durch scharfe Gewalt, die anatomische Einteilung des Halses und die Diagnostik mittels körperlicher Untersuchung, computertomographischer Angiographie (CTA) und Ösophagographie im Fokus vieler Studien. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Verbesserung der Versorgungsstrategien von penetrierenden Halsverletzungen zu leisten. Dafür wurde ein südafrikanisches Patientenkollektiv hinsichtlich der Epidemiologie, des Verletzungsmechanismus und der -lokalisation, der Vitalparameter, der Diagnostik, der Therapie sowie der Komplikationen und der Mortalität charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurde der Einfluss des Verletzungsmechanismus und der Lokalisation der Wunde auf die Patientenversorgung untersucht. Ein weiteres Ziel der Studie ist die Analyse der Aussagekraft der körperlichen Untersuchung, der CTA und der Ösophagographie. Methoden: In die retrospektive Studie wurden Patienten mit einer penetrierenden Verletzung des Halses eingeschlossen, die zwischen März 2010 und August 2011 in das Chris Hani Baragwanath Hospital in Johannesburg, Südafrika aufgenommen wurden. Die Versorgung erfolgte nach dem Prinzip des Selektiven nicht-operativen Managements (SNOM). Gemäß des Algorithmus der Klinik wurde auf der Basis der vorliegenden Symptome und der Ergebnisse apparativer Untersuchungen über die Therapie entschieden. Dabei wurden nicht alle Patienten mit vaskulären ‚hard signs’ (fehlende periphere Pulse, Seitendifferenz der Pulse, ‚thrill’, ‚bruit’, expandierendes oder pulsierendes Hämatom) oder aerodigestiven ‚hard signs’ (Emphysem, Dysphagie, Hämatemesis, blasende Wunde, Hämoptysis, Heiserkeit) operiert. Ergebnisse: Von den 303 Patienten wurden 265 durch scharfe Gewalt, 30 durch Schusswaffen und 8 durch einen anderen Mechanismus verletzt. 90,8% der Patienten hatten eine singuläre Verletzung und 9,2% der Patienten hatten multiple Wunden. Bei 31 Patienten waren ‚hard signs’ für eine vaskuläre Verletzung vorhanden und bei 49 Patienten ‚hard signs’ für eine aerodigestive Verletzung. Bei 163 Patienten wurde eine CTA und bei 56 Verletzten eine Ösophagographie durchgeführt. 169 (55,8%) Patienten wurden konservativ und 134 (44,2%) Patienten operativ therapiert. Die Komplikationsrate lag bei 9,9%, die intrahospitale Mortalität bei 2,3%. Nach Verletzungen durch scharfe Gewalt wurde signifikant seltener eine CTA durchgeführt (p=0,012), außerdem unterschied sich die Erstversorgung in der Notaufnahme: die Wunde wurde häufiger in der Notaufnahme genäht (p=0,005) und eine Intubation (p=0,005) und eine Immobilisation der Halswirbelsäule (p=0,000) wurden seltener durchgeführt als nach Schussverletzungen. Die Komplikationsrate war nach scharfer Gewalt niedriger (p=0,009). Verletzungen des hinteren Halsdreieckes wurden häufiger konservativ therapiert (p=0,039). Gefäßläsionen waren bei Verletzungen der Zone II wahrscheinlicher als in anderen Arealen (p=0,013). Die Sensitivität der vaskulären ‚hard signs’ lag bei 24,1%, die Spezifität bei 92,8%. Die Sensitivität der aerodigestiven ‚hard signs’ berechnete sich mit 42,3%, die Spezifität mit 86,3%. Die CTA erreichte eine Sensitivität von 63,6% und eine Spezifität von 91,2%. Die Sensitivität der Ösophagographie betrug 42,9%, die Spezifität 95,3%. Schlussfolgerung: Die Entscheidung für die operative oder konservative Therapie sollte auf der körperlichen Untersuchung und der zusätzlichen Bildgebung basieren. ‚Hard signs’ stellen keine obligate Operationsindikation dar, sondern eine konservative Therapie ist möglich, wenn die Ergebnisse der Bildgebung dieses Vorgehen rechtfertigen. Aufgrund der größeren Destruktionskraft und demzufolge der höheren Komplikationsrate unterscheidet sich die Erstversorgung von Schussverletzungen von der nach scharfer Gewalt. Die Bedeutung der Lokalisation der Wunde für die Diagnostik und für die definitive Therapie ist insgesamt gering. Aufgrund der hohen Spezifität der ‚hard signs’ und der bildgebenden Untersuchungen CTA und Ösophagographie kann bei einem pathologischen Befund jeweils von einer entsprechenden viszeralen Verletzung ausgegangen werden. Wegen der niedrigen Sensitivität der ‚hard signs’, der CTA und der Ösophagographie wird von einer Empfehlung für das weitere diagnostische und therapeutische Vorgehen auf Grundlage der Sensitivität abgesehen.

Fragestellung: Fragilitätsfrakturen des Beckens unterscheiden sich grundlegend von Beckenringfrakturen junger Patienten [ref:1] und gewinnen im klinischen Alltag zunehmend an Bedeutung [ref:2], [ref:3]. Bei dislozierten oder instabilen vorderen Beckenringfrakturen[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Die Ballon Kyphoplastie gilt als ein Standardverfahren in der Behandlung schmerzhafter osteoporotischer Wirbelkörperfrakturen. Mehrere alternative Techniken zur potentiellen Verbesserung der Höhenrekonstruktion und zum Erhalt der trabekulären Strukturen wurden entwickelt.[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Die Behandlung schmerzhafter osteoporotischer Wirbelkörperfrakturen mittels Ballonkyphoplastie gilt als Standardverfahren. Bei der Verwendung konventioneller Ballons kann das OP-Ergebnis nur gering vom Operateur beeinflusst werden, da der Ballon dem Weg des geringsten Widerstandes[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Osteoporoseassoziierte Fragilitätsfrakturen des Beckens unterscheiden sich grundlegend von Beckenringfrakturen jüngerer Patienten in Bezug auf Unfallmechanismus, Frakturmorphologie und Stabilität [ref:1]. Häufig besteht keine höhergradige Instabilität,[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017)

Fragestellung: Die Häufigkeit osteoporotischer Frakturen und Insuffizienzfrakturen des Beckenrings steigt. In der operativen Behandlung von osteoporotischen Sakrumfrakturen stellt die geschlossene Reposition mittels kanülierter Schraubenosteosynthese ein etabliertes Verfahren dar, wobei die[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Fragestellung: Die Inzidenz der geriatrischen Beckenringfraktur ist deutlich steigend. Die Behandlung dieser typischen Verletzung des älteren Menschen stellt eine Herausforderung dar und bedarf schlüssiger und altersentsprechend adaptierter Versorgungsstrategien. Die Vorliegende Studie soll[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Fragestellung: Die Häufigkeit osteoporotischer Frakturen und Insuffizienzfrakturen des Beckenrings steigt. In Rahmen der operativen Behandlung von instabilen hinteren Beckenringfrakturen muss möglicherweise eine lumbopelvine Abstützung erfolgen, wobei die osteoporotische Knochenqualität[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Introduction: It has been shown that communication is an important medical skill that can and must be taught; preferably during medical school. In the study programme of medical studies at Philipps-University Marburg this is realised by the Communication-Curriculum. Nevertheless, additional training is needed during semesters late in the course, specialising in challenging conversational situations. Methods: To expand the Communication-Curriculum, the module “Communication in Surgical Contexts“ for medical students in their last year (Praktisches Jahr, PJ) was developed. For evaluating the success of learning in the module, “Catering for the Patient“ was assessed, because empathy, which is expressed by catering for patient, is a core competence of doctor-patient communication. In the absence of a suitable instrument for measuring this aspect of empathy, one needed to be developed, resulting in an additional part of this thesis. In a first step the evaluation form “Catering for the Patient“ was methodically developed. The form was based on the Calgary-Cambridge Observation Guide (CCOG). Secondly, the course was evaluated within a randomised efficacy study. Students of the intervention group, who participated in the course, as well as those of the control group not participating, underwent standardised Mini Clinical Evaluation Examiniations (Mini-CEX) in the interdisciplinary skills lab of Marburg (Maris). This was done approximately two weeks after the module and was videotaped. These videos were rated by two physicians blinded to randomasation using the developed evaluation form. Results: The module deals with difficult patients as well as taboo sub jects with a focus on domestic violence. These sub jects were first discussed and then further explored through conversations with simulated patients (SPs). The evaluation form consists of 11 items which specify aspects of catering to the patient. It is completed by two global ratings, Item 12 from the patient’s perspective and Item 13 from the rater’s perspective. Items are evaluated with the aid of a five-point Likert scale from “fully applies“ to “does not apply at all“. Reviewing the evaluation form, a very high internal consistency and a correlation between Item 13 and items 1 to 11 close to unity could be detected. In the statistical evaluation of the videos, a significant difference between the intervention group and control group did not appear. Asked about the integration of the course into the curriculum, 21.4% of the students demanded teaching of physical examination as a requirement, 14.3% disapproved of integration and 64.3% approved of it. Discussion and conclusion: All of the the evaluation form items are suitable for teaching or examinations. Further evaluation is required to identify whether Item 13 by itself is suitable for summative examinations. No learning progress in the area of “Catering for the Patient“ could be shown within the study. Yet most of the students approved of integration into the curriculum. It can be expected that other competencies and knowledge will have been acquired by the students. Within this work multiple goals were achieved. A module about communication in difficult situations was developed. This course was targeted at students in the surgical trimester of the final year of medical school. This course has been evaluated by the assessment instrument “Catering for the Patient“ which has been developed and reviewed, and can now be used for teaching and examination purposes., Einleitung: Kommunikation ist eine wichtige ärztliche Kompetenz, die, wie gezeigt werden konnte, gelehrt werden kann und muss; dies sollte am besten schon während des Studiums geschehen. Im Studiengang Humanmedizin der Philipps-Universität Marburg wird dies durch das Kommunikations-Curriculum realisiert. Dennoch besteht weiterer Entwicklungsbedarf insbesondere für höhere Semester und herausfordernde Gesprächssituationen. Methoden: Um das Kommunikations-Curriculum zu erweitern, wurde der Kurs „Kommunikation in der Chirurgie“ für Studierende im Praktischen Jahr (PJ) entwickelt. Zur Evaluation des Lernerfolgs durch den Kurs wurde das „Eingehen auf den Patienten“ bewertet, da Empathie – die sich darin ausdrückt – eine Kernkompetenz der Arzt-Patienten-Kommunikation darstellt. In Ermangelung eines geeigneten Messinstrumentes wurde dieses entwickelt, wodurch sich zwei Studienschritte ergaben. Als Erstes wurde im Rahmen der methodisch fundierten Assessment-Entwicklung auf Grundlage des Calgary-Cambridge Observation Guide (CCOG) ein Bewertungsbogen zum Thema „Eingehen auf den Patienten“ erstellt. Im zweiten Schritt wurde in einer randomisierten Wirksamkeitsstudie der Kurs evaluiert. Sowohl die Probanden der Versuchsgruppe mit Kursteilnahme als auch die der Kontrollgruppe ohne führten ca. zwei Wochen nach dem Kurs standardisierte Mini Clinical Evaluation Examiniations (Mini-CEX) im Marburger Interdisziplinäres Skills Lab (Maris) durch, die auf Video aufgezeichnet wurden. Diese Videos wurden anhand des erstellten Bewertungsbogens von zwei ärztlichen, verblindeten Beurteilern bewertet. Ergebnisse: Der Kurs beinhaltet die Themen Umgang mit schwierigen Patienten und Tabuthemen, welche am Beispiel der häuslichen Gewalt besprochen werden. Diese Themen werden durch Gespräche mit SPs praktisch geübt und vertieft. Der Bewertungsbogen bestehend aus 11 Items, die das Eingehen auf den Patienten beschreiben, wird durch zwei Globalbewertungen (aus Patienten- und Beobachterperspektive) ergänzt. Die Bewertung erfolgt anhand einer fünfstufigen Likert-Skala von „trifft voll und ganz zu“ bis „trifft gar nicht zu“. Im Rahmen der Überprüfung des Bewertungsbogens konnte eine sehr hohe interne Konsistenz und eine gute Korrelation von Item 13 mit den Items 1 bis 11 festgestellt werden. In der statistischen Auswertung der Videos zeigte sich kein Unterschied zwischen der Interventions- und Kontrollgruppe. Zur Integration des Kurses ins PJ-Curriculum befragt, forderten 21,4% der Studierenden die Lehre von körperlicher Untersuchung als Voraussetzung, 14,3% lehnten eine Integration ab und 64,3% befürworteten sie. Diskussion und Schlussfolgerung:Die Items 1 bis 13 des Bewertungsbogen eignen sich zur Lehre oder für Prüfungen. Ob für summative Prüfungen alleine auf Item 13 zurückgegriffen werden kann, bleibt zu evaluieren. Im Rahmen der Studie konnte kein Lernzuwachs im Bereich „Eingehen auf den Patienten“ gezeigt werden. Dennoch kann davon ausgegangen werden, dass andere Kompetenzen und Wissen in diesem Kurs vermittelt wurden, da die Mehrheit der Studierenden sich für eine Integration des Kurses ins Curriculum ausspricht, was ohne einen Lernerfolg nicht zu erwarten wäre. Als Ergebnisse dieser Arbeit sind die Entwicklung einer Unterrichtseinheit zur Kommunikation in schwierigen Situationen im Rahmen des chirurgischen PJ-Tertials und deren Überprüfung sowie die Entwicklung und Evaluation des Bewertungsbogens „Eingehen auf den Patienten“ für Lehr- und Prüfungszwecke zu werten.

Die Wahl des operativen Zugangsweges und der geeigneten Instrumentierung, bei instabilen Verletzungen der subaxialen Halswirbelsäule mit Beteiligung der Facettengelenke, wird bis zum jetzigen Zeitpunkt kontrovers diskutiert. Der mechanische Stellenwert der knöchernen Facettengelenksfortsätze nach operativer Stabilisierung ist dabei bisher nur unzureichend untersucht worden. Ausgehend von der Vermutung, dass die knöchernen Facettengelenksfortsätze auch nach einer Verletzung mit kompletter Zerreißung des diskoligamentären Komplexes und der Gelenkkapsel einen deutlichen Einfluss auf die Stabilität im operierten Halswirbelsäulensegment haben, wurde diese biomechanische Studie konzipiert. Die konkrete Zielsetzung dieser Arbeit war es, die Bedeutung von uni- und bilateralen Facettengelenksfrakturen für die Primärstabilität einer monosegmentalen ventralen Fusion mittels trikortikalem Span und Plattenosteosynthese bei traumatischen Translationsbewegungen zu untersuchen. Verwendet wurden humane Halswirbelsäulenpräparate, bei denen eine Luxationsverletzung sowie unterschiedliche Facettengelenksverletzungen im Segment C4/C5 generiert worden waren. Im Anschluss erfolgte die ventrale Stabilisierung mittels Plattenosteosynthese. Eine Erprobung des für diese Fragestellung entwickelten Versuchsaufbaus wurde mit 12 formalinfixierten Halswirbelsäulen durchgeführt. Im darauffolgenden Hauptversuch wurden 15 fresh-frozen Halswirbelsäulen belastet. Hier erfolgte im Gegensatz zum Vorversuch eine zusätzliche Simulation des Kopfgewichts durch eine axiale Vorlast. Die Präparate wurden bis zum Implantatversagen belastet und die dafür benötigte Maximalkraft ermittelt. Ein Vergleich fand zwischen der Gruppe mit intakten knöchernen Facettengelenken und den Gruppen mit uni- und bilateralen Facettengelenksfrakturen statt. Dabei konnte im Vorversuch eine deutliche Tendenz und im Hauptversuch ein statistisch signifikanter, stabilisierender Einfluss bei Präparaten mit intakten Gelenkfortsätzen gegenüber Präparaten mit bilateralen Facettengelenksfrakturen festgestellt werden. Ausgehend von diesen Ergebnissen sollte bei Facettengelenksfrakturen zusätzlich zur ventralen Spondylodese eine dorsale Instrumentierung erwogen werden. Aufgrund der im Vorfeld der Belastung ermittelten schlechten Knochenqualität aller fresh-frozen Präparate und der eingeschränkten Übertragbarkeit von Testergebnissen aus biomechanischen Kadaverstudien auf Verhältnisse in vivo ist eine abschließende Beurteilung schwierig. Es müssen noch weitere experimentelle und klinische Studien durchgeführt werden, um den Einfluss der knöchernen Facettengelenke auf die Stabilität im verletzten Wirbelsäulensegment näher zu bestimmen., The choice of the surgical approach and the appropriate instrumentation for unstable injuries of the subaxial cervical spine involving the facet joints are matters of ongoing debate. The mechanical significance of the articular processes of the facet joints after surgical treatment has not yet been examined sufficiently. This biomechanical study is based on the assumption that the articular processes have a significant influence on the stability of the operated spinal segment after a complete disruption of the discoligamentous complex and the facet capsules. Our primary aim was to examine the significance of uni- and bilateral facet fractures for the primary stability of single level anterior cervical discectomy with fusion and plating during abnormal anterior translation. We used human cervical spine specimens in which we generated facet dislocations without, with unilateral or with bilateral facet fractures of the C4/C5 segment. All the spines were stabilized thereafter by means of anterior plating. We performed a pilot study by testing the experimental set-up on 12 formalin fixed spinal specimens. For the main experiment we used 15 fresh-frozen human lower cervical spines. In contrast to the pilot study, we simulated the in situ load on the spine by constant compressive preload. All specimens were tested until there was a mechanical failure of the fusion and we registered the required maximum load. We then compared the group without facet fractures with those with unilateral and those with bilateral facet fractures. Absence of a facet fracture had a statistically significant influence on the spinal stability compared with bilateral facet fractures in the main experiment and showed a non-significant trend in the pilot study. Based on these results, a posterior approach should be considered for patients with facet fractures in addition to a single anterior approach. However, the generalizability of our results is limited, because the specimens used in our experiment were taken from elderly donors and largely showed an osteoporotic bone structure. Furthermore, results from biomechanical cadaveric studies may not necessarily be applicable to the in-vivo environment. Further experimental and clinical studies are needed to examine the stabilizing influence of the facet joints in injuries of the subaxial cervical spine.

This study shows that cement augmentation plays an important role for the spine surgery in Germany even after publication of the two studies from the NEJM [Buchbinder et al. 2009; Kallmes et al. 2009]. All in all the participating operating departments have particular expertise and experience which can be confirmed by a high number of patients treated in one year together with the accomplishment to perform other stabilizing operations on the spine or the potential to react to possible complications. Regarding to the usage of different or new kyphoplasty–systems or techniques reservation dominates. Besides kyphoplasty vertebroplasty is mainly performed in Germany. There exists consensus in the relevance to accept osteoporosis being a cause of many fractures of the vertebral body and to start appropriate diagnostic and therapeutic arrangements. After the modification of the DVO–guideline in 2009 there have been little changes in procedures. Though, the evaluation yielded obvious discrepancies concerning the period between conservative treatment and operation. While the majority first tries conservative treatment at outpatients without memorable cause of trauma for at least three weeks, for acute trauma patients the decision for surgery is taken earlier. Within the first seven days a following fracture surgery is being performed. Additionally the surgical operations treat young patients reluctantly. Most departments set an age limit. Interventions shouldn´t take place at an age of under 50 years. The applied cement during the procedure does not need to have the feature of being absorbable. Furthermore German surgeons do not associate the volume of cement with pain reduction or the rate of adjacent fractures. However, cement interdigitation, controlled cement flow, reposition of the vertebral body and creating a void before injecting the cement are of particular importance. The comparison to a nationwide survey from 2008 showed that there were not observed any significant differences. So despite of being the subject of several discussions kyphoplasty is a well–established method for treating osteoporotic vertebral fractures in German hospitals., Mit Hilfe der vorliegenden Querschnittsstudie konnte gezeigt werden, dass die Zementaugmentation auch nach Veröffentlichung der kritischen Studien aus dem NEJM [Buchbinder et al. 2009; Kallmes et al. 2009] einen wichtigen Stellenwert in der Wirbelsäulenchirurgie in Deutschland besitzt. Insgesamt verfügen die teilnehmenden Fachdisziplienen über eine hohe Expertise auf diesem Gebiet, was sich durch die Jahresfallzahlen und die Fähigkeit zur Ausübung anderer stabilisierender Operationen an der Wirbelsäule sowie die Reaktion auf mögliche Komplikationen bestätigen lässt. In Bezug auf die Verwendung anderer bzw. neuer Kyphoplastie–Systeme oder Verfahren herrscht jedoch Zurückhaltung. Vor allem wird neben der Kyphoplastie in Deutschland die Vertebroplastie vollzogen. Einigkeit besteht dagegen darin, die Krankheit Osteoporose als Ursache vieler Wirbelkörperfrakturen anzuerkennen und entsprechende diagnostische und therapeutische Maßnahmen einzuleiten. Nach Änderung der DVO– Leitlinie im Jahr 2009 kam es zwar laut der Anwender zu wenigen Neuerungen im Procedere, dennoch ergab die Evaluation hinsichtlich des Zeitraumes zwischen konservativer Therapie und Indikation zur Operation deutliche Diskrepanzen. Während die Mehrheit, bei ambulanten Patienten ohne erinnerliches Trauma, konsequent leitlinienkonform erst nach 3 Wochen operativ tätig wird, intervenieren die Operateure bei akuten Wirbelkörperbrüchen bereits nach weniger als 7 Tagen. Zudem werden junge Patienten bundesweit eher selten behandelt. Die meisten Fachabteilungen setzen die Altersgrenze, unter der nicht zementaugmentiert werden sollte, bei mindestens 50 Jahren. Der für die Eingriffe verwendete Zement muss die Eigenschaft der Resorbierbarkeit nicht grundsätzlich besitzen. Auch sehen die operativen Kliniken Deutschlands keinen Zusammenhang zwischen Zementvolumen und Schmerzreduktion bzw. der Rate an Anschlussfrakturen. Dafür sind primär die Zementinterdigitation, ein kontrollierter Zementfluss, die Reposition des Wirbelkörpers als auch die Hohlraumschaffung vor Zementinjektion relevant. Der Vergleich zu einer bundesweiten Studie aus 2008 lieferte keine signifikanten Unterschiede. Somit stellt die Kyphoplastie, trotz diverser Diskussionen, weiterhin eine etablierte Methode im Portfolio der deutschen Operateure zur Behandlung osteoporotischer Wirbelkörperfrakturen dar.

Fragestellung: Die Häufigkeit osteoporotischer Frakturen und Insuffizienzfrakturen des Beckenrings steigt. In der operativen Behandlung von osteoporotischen Sakrumfrakturen stellt die geschlossene Reposition mittels kanülierter Schraubenosteosynthese ein etabliertes Verfahren dar, wobei die[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

International audience; Recent developments in the area of stereoscopic displays and tracking technologies have paved the way to combine touch interaction on interactive surfaces with spatial interaction above the surface of a stereoscopic display. This holistic design space supports novel affordances and user experiences during touch interaction, but also induce challenges to the interaction design. In this paper we introduce the concept of hover interaction for such setups. Therefore, we analyze the non-visual volume above a virtual object, which is perceived as the corresponding hover space for that object. The results show that the users’ perceptions of hover spaces can be categorized into two groups. Either users assume that the shape of the hover space is extruded and scaled towards their head, or along the normal vector of the interactive surface. We provide a corresponding model to determine the shapes of these hover spaces, and confirm the findings in a practical application. Finally, we discuss important implications for the development of future touch-sensitive interfaces.

This paper describes a comparative case study that aims to uncover the quantifiable differences between non-interactive and interactive public displays in the urbanenvironment. The study involved a large temporaryinteractive public display on a central city square showing a selection of custom-made content. We have evaluated the effect on passers-by and spectators in two conditions: 1) non-interactive (2102 passers-by, 228 viewers), by showing a content loop, and 2) interactive (1676 passers-by, 257 viewers), by adding physical pushbuttons for content selection and gaming. We discuss the influence of noninteractive and interactive public displays on: 1) attracting attention, 2) engaging people, 3) improving social dynamics within and among groups of viewers, and 4) catering for the suitable time of day. Based on our observations, we provide quantitative support for the hypothesis that interactive displays are more successful than non-interactive displays to engage viewers, and to make city centers more lively and attractive.

Fragestellung: Distale Humerusfrakturen umfassen 2-6% aller Frakturen. Insbesondere AO Typ C Frakturen stellen eine Herausforderung für den Chirurgen dar. Ziel der osteosynthetischen Versorgung ist es eine anatomische Gelenkfläche bei Übungsstabilität zu erreichen. Viele Autoren[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

This paper presents a curated collection of fictional abstracts for papers that could appear in the proceedings of the 2039 CHI Conference. It provides an opportunity to consider the various visions guiding work in HCI, the futures toward which we (believe we) are working, and how research in the field might relate with broader social, political, and cultural changes over the next quarter century.

Fragestellung: In den letzten Jahren zeichnet sich ein zunehmender Nachwuchsmangel in der Chirurgie ab. Trotz diverser Erklärungsmodelle gibt es bisher keine belastbaren diesbezüglichen Daten. Ziel der vorgelegten Studie ist es, das aktuelle chirurgische Berufsbild unter Studierenden zu erheben[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Subaxiale Verletzungen der Halswirbelsäule einschließlich Beteiligung der Facetten und hinteren Bänder sind häufig. Eine Vielzahl von chirurgischen Behandlungsstrategien (anterior-posteriore, posteriore oder anteriore Stabilisierung) sind bereits in der Literatur beschrieben[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

This research project is partially supported by the Nuance Foundation. Date of Acceptance: 11/02/2013 Tabletop interaction with objects in and out of reach is a common real world as well as virtual task. Gaze as additional input modality might support this interactions on tabletops in terms of search, selection and manipulation of distant objects. The aim of this work is to design and evaluate an interaction technique that relies on gaze and gestural touch input for the selection of distant objects. The proposed approach makes objects that are out of physical reach easily available to the user, and aims to provide an increased selection accuracy compared to single modality approaches. The paper contributes a setup that allows to track people with a static eye-tracker in front of a tabletop and investigates an interaction technique that makes use of the flicking gesture augmented by gaze information to select distant objects. Postprint Non

In many mid- to large-sized cities public maps are ubiquitous. One can also find a great number of maps in parks or near hiking trails. Public maps help to facilitate orientation and provide special information to not only tourists but also to locals who just want to look up an unfamiliar place while on the go. These maps offer many advantages compared to mobile maps from services like Google Maps Mobile or Nokia Maps. They often show local landmarks and sights that are not shown on standard digital maps. Often these 'YOU ARE HERE' (YAH) maps are adapted to a special use case, e.g. a zoo map or a hiking map of a certain area. Being designed for a fashioned purpose these maps are often aesthetically well designed and their usage is therefore more pleasant. in this paper we present a novel technique and application called PHOTOMAP that uses images of 'YOU ARE HERE' maps taken with a GPS-enhanced mobile camera phone as background maps for on-the-fly navigation tasks. We discuss different implementations of the main challenge, namely helping the user to properly georeference the taken image with sufficient accuracy to support pedestrian navigation tasks. We present a study that discusses the suitability of various public maps for this task and we evaluate if these georeferenced photos can be used for navigation on GPS-enabled devices.

This research proposes 3D graphical agents in the role of virtual presenters with a new type of functionality --- the capability to process and respond to visual attention of users communicated by their eye movements. Eye gaze is an excellent clue to users' attention, visual interest, and visual preference. Using state-of-the-art non-contact eye tracking technology, eye movements can be assessed in a unobtrusive way. By analyzing and interpreting eye behavior in real-time, our proposed system can adapt to the current (visual) interest state of the user, and thus provide a more personalized, context-aware, and `attentive' experience of the presentation. The system implements a virtual presentation room, where research content of our institute is presented by a team of two highly realistic 3D agents in a dynamic and interactive way. A small preliminary study was conducted to investigate users' gaze behavior with a non-interactive version of the system. A demo video based on our system was awarded as the best application of life-like agents at the GALA event in 2006.

Surgical outcome depends not only on different therapis, but also on different additionally applied mesures like prophylaxis (antibiotics, heparin, etc.) and their complex interaction. The aim of this study was to establish a new concept of clinic modelling randomized trials (CMRTs) in rats (hemorrhagic shock model) to investigate the harmful or beneficial effects of antibiotic prophylaxis in trauma patients (evidence-based medicine). Elements of the clinical scenario and methodology of randomized trials were modelled as accurately as possible in this CMRT. Conditions of the rat model (CMRT) were adapted to the methodology of clinical trials and the clinical scenario with respect to sample size calculation, blinding and randomized allocation in a two-block design (n=20 animals per group), anaesthesia with fentanyl-droperidol, standardized operation (soft tissue damage, tibia fracture and intramedullary nailing), antibiotic prophylaxis 1 h before operation (intravenous cefuroxim/cefotaxim versus placebo (sodium chloride solution)), volume substitution (Ringer-solution) and postoperative analgesia. The clinical situation of healthy (American Society of Anesthesiologists (ASA) I and II) and severely injured (ASA III + IV) patients was simulated in the CMRT by sham operation and preoperative blood-letting, respectively, to initiate a relevant shock (1,5 h of mean arterial pressure below 50mmHg, blood pressure measured in tzhe femoral artery).The shock period was followed by resuscitation (volume loading) with Ringer-solution 40ml/kg. The endpoint was the 20-day mortality rate. Fracture healing was documented by radiography. The animal model was established successfully. The required blood-letting for relevant shock was 20ml/kg. The mortality rate in animals without blod letting simulating healthy patients (ASA I + II) was zero in the cefuroxime and in placebo groups (n=20 per group). In the experiment with preoperative blood-letting (ASA III + IV), n= 20 per group) a clear but not significant trend in the mortality rate for the cefuroxime group (20 per cent) versus placebo (40 per cent) could be observed (1 d.f., P > 0,05, X2-test) Disturbances of fracture healing did not occur. The clinical impact (evidence based) of antibiotic prophylaxis in traumatology was demonstrated in these experiments. The influence of other currently used antibiotics in trauma patients could be investigated in such animal models (CMRT`s) instead of expensive and time-consuming clinical trials. The results of this study suggest the advantage of prophylaxis with cefuroxime in severely injured patients. Other antibiotics and pathophysiological mechanisms can be investigated using CMRT`s., Die Auffassungen über den Einsatz einer perioperativen Antibiotikaprophylaxe bei unfallchirurgischen Operationen gehen in zahlreichen tierexperimentellen und klinischen Studien weit auseinander. Bei zusätzlichen Risikofaktoren oder multimorbiden Patienten ist die Indikation zur Antibiotikaprophylaxe noch umstrittener. Bisherige Studien über den traumatischen Schock haben das Wissen um pathophysiologische Zusammenhänge und Auswirkungen des Schocks verbessert. Die Reduktion der Mortalitätsraten durch unterschiedliche Therapeutika konnte in klinischen Studien zumindest auf tierexperimenteller Ebene meist nicht bestätigt werden. Es existieren weder tierexperimentelle noch klinische Studien, die Auswirkungen einer Antibiotikaprophylaxe auf die Mortalität im traumatischen Schock untersuchen. Bisher durchgeführte Studien haben nur einzelne Teilaspekte der klinischen Versorgung eines polytraumatisierten Patienten untersucht. Die verwendeten Tiermodelle haben die Interaktion unterschiedlicher klinischer Szenarios, wie unkontrollierter Blutverlust, Anästhesie, Art und Dauer der Volumensubstitution, Vorerkrankungen, Folgeoperationen, Antibiotikaprophylaxe und postoperative Analgesie, nicht berücksichtigt. Dies führte zur Entwicklung, des in dieser Arbeit beschriebenen Hämorrhagie-Fraktur-Modells. Die komplexe klinische Versorgung eines polytraumatisierten Patienten sollte darin berücksichtigt werden. Klinik-modellierenden randomisierten Tierstudien (CMRT) verbinden präklinische molekulare bzw. pharmakologische Experimente mit klinischen Phase II/III Studien. Vorraussetzung für die Realisierung solcher Studien ist das enge Zusammenarbeiten von Grundlagenforschern mit Ihren klinischen Kollegen. Dadurch kann die adäquate Übertragung der klinischen Situation auf das Tiermodell gewährleistet werden. In Kooperation mit dem zuständigen Veterinärmediziner wurde nach Etablierung des Frakturverfahrens und der Osteosynthese eine optimale Anästhesie für die Versuchstiere gefunden. Dieses Anästhesieverfahren konnte in allen Hauptversuchen erfolgreich übernommen werden. Die Tibiafraktur wurde mit einer intramedullären Marknagelung versorgt und entsprach der zurzeit üblichen Frakturversorgung der Klinik. Hierzu wurde ein für die Ratte geeignetes Implantat und eine OP-Technik etabliert, die zum einen in allen Versuchen zeitnah durchgeführt werden konnte als auch in 230 dokumentierten Röntgenaufnahmen eine adäquate Osteosynthese darstellte. Der hämorrhagische Schock sollte den Blutverlust bei verletzten Patienten bzw. die klinische Situation bei multimorbiden älteren Patienten (ASA 3/4) simulieren. Hierfür wurde ein Schockmodell entwickelt bei dem die Tiere über einen zuvor in die Arteria femoralis implantierten Katheter Blut entzogen bekamen um einen definierten MAP unter 50mmHg zu erhalten. Die Mortalität von circa 35% entsprach den in der Literatur angegebenen Werten. Wichtigstes Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines Tiermodells zur Erforschung unfallchirurgischer Fragestellungen. Es ist gelungen ein Fraktur- bzw. Osteosynthesemodells, eine für das Tier optimierte Analgosedierung und ein Schockmodell mit titrierbaren Mortalitäten zu etablieren. Im Rahmen erster Versuche mit großer Fallzahl (n=20) zur Untersuchung von Cefuroxim und Rocephin auf Veränderungen des postoperativen Outcomes konnte das Modell verwendet werden. Die einmalige präoperative Antibiotikaprophylaxe als Single-Shot richtete sich sowohl im Zeitpunkt der Applikation als auch in der Dosierung nach dem heute üblichen klinischen Standard. Das zu erwartende Keimspektrum bei unfallchirugischen Eingriffen wurde mit einem Cephalosporin der 2. bzw. 3. Generation abgedeckt. In den Versuchsgruppen ohne Schock überlebten alle Tiere (100% Survival CI:83-100). Sowohl bei der unkomplizierten Fraktur als auch im traumatischen Schock bewirkte die Antibiotikaprophylaxe mit Ceftriaxon (Rocephin©) keinen Unterschied in den Mortalitäten. Bei der Untersuchung von Cefuroxim konnten am Endpunkt Mortalität klare, wenn auch nicht signifikante Unterschiede, beobachtet werden (Cefuroxim-Gruppe 20%, Placebo-Gruppe 40%, n=20, p>0,05). Zusammenfassend verbinden klinik-modellierende randomisierte Tierstudien (CMRT) vorklinische molekulare bzw. pharmakologische Experimente mit klinischen Phase II/III Studien. Vorraussetzung für die Realisierung solcher Studien ist das enge Zusammenarbeiten von Grundlagenforschern mit Ihren klinischen Kollegen. Dadurch kann die adäquate Übertragung der klinischen Situation auf das Tiermodell gewährleistet werden. Das in dieser Arbeit dargestellte Fraktur-Hämorrhagie Modell hat sich als praktikables Modell zur Erforschung komplexer unfallchirurgischer Fragestellungen erwiesen.

This article describes the integration of knowledge based techniques into simulative Virtual Reality (VR) applications. The approach is motivated using multimodal Virtual Construction as an example domain. An abstract Knowledge Representation Layer (KRL) is proposed which is expressive enough to define all necessary data for diverse simulation tasks and which additionally provides a base formalism for the integration of Artificial Intelligence (AI) representations. The KRL supports two different implementation methods. The first method uses XSLT processing to transform the external KRL format into the representation formats of the diverse target systems. The second method implements the KRL using a functionally extendable semantic network. The semantic net library is tailored for real time simulation systems where it interconnects the required simulation modules and establishes access to the knowledge representations inside the simulation loop. The KRL promotes a novel object model for simulated objects called Semantic Entities which provides a uniform access to the KRL and which allows extensive system modularization. The KRL approach is demonstrated in two simulation areas. First, a generalized scene graph representation is presented which introduces an abstract definition and implementation of geometric node interrelations. It supports scene and application structures which can not be expressed using common scene hierarchies or field route concepts. Second, the KRL's expressiveness is demonstrated in the design of multimodal interactions. Here, the KRL defines the knowledge particularly required during the semantic analysis of multimodal user utterances.

In dieser Diplomarbeit wird das System PROXIMA vorgestellt, das in der Lage ist, ausgehend von Modelldaten graphische Abstraktionen zu erzeugen. Eine graphische Abstraktion ist die vereinfachte Darstellung eines in der Realität komplexeren Gegenstandes. Werden Details gezielt verringert, um z.B. eine Fokussierung auf einen bestimmten Bildbereich zu erreichen, so kann die Information vom Betrachter ungestörter aufgenommen werden. Auf diese Weise gelingt es, relevante von irrelevanten Einzelheiten zu trennen. Ausgehend von detaillierten 3D-Modelldaten erzeugt PROXIMA mithilfe von Abstraktionstypen vereinfachte Modelle. Die wesentlichen Abstraktionstypen sind das Dimensionieren, das Verschmelzen und das Weglassen von Teilobjekten. Bildgenerierungsverfahren (z.B . ein Projektionsalgorithmus oder ein Renderer) generieren aus abstrahierten Modellen dann eine IIIustration, die auf der Bildebene durch die Abstraktionstypen Verändern der Strichstärken und Vereinheitlichen weiter bearbeitet werden kann. Eine hohe Flexibilität wird dadurch erreicht, daß PROXIMA die Abstraktionen nicht vorberechnet, sondern einen inkrementellen Ansatz benutzt. Zum einen lassen sich so von ein und demselben Modell je nach Zielsetzung unterschiedliche Ergebnisse erzeugen. Zum anderen kann der Abstraktionsgrad während des Generierungsprozeßes beeinflußt werden. PROXIMA unterstützt zwei Betriebsmodi. Im interaktiven Betriebsmodus kann der Benutzer über eine graphische Schnittstelle abstrahierte Illustrationen generieren. Dazu wählt er die zu abstrahirenden Details direkt mit der Maus an und beeinflußt über verschiedene Parameter das Abstraktionsresultat. Im zweiten Betriebsmodus erzeugt PROXIMA Abstraktionen vollautomatisch. Die gewünschten Ergebnisse werden durch die Formulierung von Darstellungsbedingungen spezifiziert, die zu erfüllen sind. Mithilfe der Information über signifikante Attribute des Modells, propagiert PROXIMA dann für jedes Objekt des Modells eine Sichtbarkeitsbedingung. Auf dieser Basis wird anschließend der Abstraktionsgrad des Modells schrittweise erhöht.

Bei der Vertebroplastie und Kyphoplastie handelt es sind um minimalinvasive, operative Verfahren zur Behandlung von Wirbelk��rperfrakturen osteoporotischer, traumatischer oder neoplastischer Genese. Dabei wird hochvisk��ser Zement unter radiologischer Kontrolle ��ber eine Hohlnadel in den Wirbelk��rper eingespritzt, welcher innerhalb weniger Minuten aush��rtet und so den frakturierten Wirbel intrinsisch stabilisiert. Der Unterschied zwischen beiden Verfahren besteht darin, dass bei der Kyphoplastie der Wirbelk��rper zuvor zus��tzlich durch einen Ballon aufgerichtet wird. Beide Methoden f��hren bei einem Gro��teil der Patienten zu einer sofortigen, signifikanten Schmerzreduktion und erlauben in der Regel eine frei-funktionelle Mobilisierung bereits am ersten Tag nach der Operation. Obwohl es sich um erfolgreiche sowie etablierte Verfahren handelt, gibt es bis dato nur wenige Studien, die sich mit der Interaktion zwischen dem verwendeten Zement und dem umliegenden Gewebe befassen. Es finden sowohl bei der Kyphoplastie, als auch bei der Vertebroplastie verschiedene Arten von Zementen Anwendung. Die beiden Hauptgruppen sind: Zemente mit Polymethylmethacrylat und Zemente mit Calciumphosphat als Hauptbestandteil. Diese Studie untersuchte in vitro die potenzielle Zytotoxizit��t der beiden Zementgruppen auf Zellen der murinen osteoblast��ren Zelllinie MC3T3-E1 sowie den Effekt von Konzentration und Expositionsdauer. Um die m��gliche Zytotoxizit��t zu quantifizieren, kamen die Methoden Mikroskop-Kamera, Neutral-Rot-Test, xCELLigence��� Real-Time Cell Analysis und Durchflusszytometrie (FACS) zum Einsatz. Mit Hilfe der Mikroskopkamera konnte dabei die Adh��renz, Konfluenz und Morphologie der Zellen deskriptiv erfasst werden. Au��erdem wurde die Zellviabilit��t mittels Neutralrot-Test bestimmt und die Durchflusszytometrie analysierte die jeweiligen Zellzyklusphasen. Die Messungen erfolgten zu definierten Testzeitpunkten nach 24 h, 48 h und 72 h. Um die Zellproliferation zus��tzlich in Echtzeit zu bestimmen, wurde ein xCELLigence��� Real-time Cell Analyzer verwendet. Zur Ermittlung eines m��glichen Konzentrationseffektes wurde N��hrmedium f��r 72 h mit einer definierten Menge ausgeh��rtetem Zements inkubiert und anschlie��end in den Konzentrationen 1:10 und 1:20 zu den Zellen gegeben. In den genannten Testverfahren zur Analyse der Zytotoxizit��t zeigten sich bei den Polymethylmethacrylat-Zementen keine signifikanten Unterschiede im Vergleich zur Kontrolle. Demgegen��ber standen die signifikante Verminderung von Konfluenz, Viabilit��t und Proliferation und der erh��hte Anteil von apoptotischen Zellen in der sub-G1-Phase bei dem getesteten Calciumphosphat-Zement. Die h��heren Konzentrationen des mit Zement inkubierten Mediums zeigten in allen Versuchen eine tendenziell toxischere Wirkung; dieser Unterschied erreichte in der statistischen Testung jedoch keine ausreichende Signifikanz. Die Ergebnisse sprachen bei den Polymethylmethacrylat -Zementen f��r einen Erholungseffekt der Zellen mit zunehmender Dauer. So nahm die Konfluenz, Viabilit��t und Proliferation nach 48 h und 72 h im Vergleich zu 24 h zu und auch in der Durchflusszytometrie (FACS) zeigte sich nach 48 h eine signifikante Abnahme der Zellen in der sub-G1-Phase. Bei den Calciumphosphatzementen zeigte sich dieser Effekt dagegen nicht und die zytotoxische Wirkung war jeweils nicht reversibel. Diese Arbeit beschreibt erstmals die Zytotoxizit��t von Calciumphosphat-Zementen auf Zellen der murinen ostoeblast��ren Zelllinie MC3T3-E1 in vitro und zudem den Einfluss der Konzentration und Expositionsdauer. Allerdings sind auch wichtige Limitationen bei der Interpretation zu beachten. In vivo finden in Wirbelk��rpern beispielsweise nicht nur Interaktionen mit Osteoblasten statt, dort sind deutlich komplexere Regulationsmechanismen des Knochenauf- und abbau zu finden, wobei verschiedenste Zelltypen, eine speziell mineralisierte Extrazellul��rmatrix, Wachstumsfaktoren, Hormone und Puffersysteme beteiligt sind. Des Weiteren ist die Aussagekraft der Ergebnisse durch die begrenzte Versuchsdauer limitiert. In vivo besteht die Exposition gegen��ber dem potentiell zytotoxischen Zement oftmals f��r Jahrzehnte. Weitere Studien, sowohl in vivo als auch in vitro, ��ber einen deutlich l��ngeren Zeitraum sind erforderlich, um neue Zemente mit optimalen biomechanischen Eigenschaften, aber vor allem auch mit einer reduzierten toxischen Wirkung auf die im Knochen vorhandenen Zellen sowie die extrazellul��re Matrix zu entwickeln. Dadurch k��nnten die etablierten Verfahren der Vertebro- und Kyphoplastie optimiert und so das Behandlungsergebnis f��r den Patienten noch weiter verbessert werden., Vertebroplasty and kyphoplasty are minimally invasive, surgical procedures for the treatment of vertebral body fractures of osteoporotic, traumatic or neoplastic origin. Highly viscous cement is injected into the vertebral body under radiological control via a hollow needle, which hardens within a few minutes and thus intrinsically stabilizes the fractured vertebra. The difference between the two procedures is that in kyphoplasty, the vertebral body is also straightened up beforehand using a balloon. Both methods lead to an immediate, significant reduction in pain in the majority of patients and usually allow free-functional mobilization on the first day after the operation. Although these are successful and well-established methods, there have been only few studies to date that deal with the interaction between the used cement and the surrounding tissue. Different types of cements are used in both kyphoplasty and vertebroplasty. The two main groups are: cements with polymethyl methacrylate and cements with calcium phosphate as the main component. This study examined in vitro the potential cytotoxicity of the two cement groups on cells of the murine osteoblastic cell line MC3T3-E1 as well as the effect of concentration and exposure time. To quantify the possible cytotoxicity, the methods microscope camera, neutral red test, xCELLigence��� Real-Time Cell Analysis and flow cytometry (FACS) were used. With the help of the microscope camera, the adherence, confluence and morphology of the cells could be recorded descriptively. In addition, the cell viability was determined by means of the neutral red test and the flow cytometry analyzed the respective cell cycle phases. The measurements were carried out at defined test times after 24 h, 48 h and 72 h. An xCELLigence��� Real-time Cell Analyzer was used to determine cell proliferation in real time. To determine a possible concentration effect, nutrient medium was incubated for 72 hours with a defined amount of hardened cement and then added to the cells in concentrations of 1:10 and 1:20. In the test procedures mentioned for the analysis of the cytotoxicity, no significant differences were found in the polymethyl methacrylate cements compared to the control. In contrast, there was a significant reduction in confluence, viability and proliferation and the increased proportion of apoptotic cells in the sub-G1 phase in the calcium phosphate cement tested. The higher concentrations of the medium incubated with cement showed a tendency towards a more toxic effect in all tests; however, this difference did not reach sufficient significance in the statistical testing. With the polymethyl methacrylate cements, the results indicated that the cells had a recovery effect with increasing duration. Confluence, viability and proliferation increased after 48 h and 72 h compared to 24 h, and flow cytometry (FACS) also showed a significant decrease in the number of cells in the sub-G1 phase after 48 h. I the calcium phosphate cements, on the other hand, this effect was not evident and the cytotoxic effect was not reversible in each case. This study describes for the first time cytotoxicity of calcium phosphate cements on cells of the murine ostoeblastic cell line MC3T3-E1 and also the influence of the concentration and exposure time. However, important limitations must also be taken into account before interpretation. In vivo, not only interactions with osteoblasts take place in vertebral bodies, for example, there are significantly more complex regulatory mechanisms for bone formation and degradation, with a wide variety of cell types, a specially mineralized extracellular matrix, growth factors, hormones and buffer systems being involved. Furthermore, the meaningfulness of the results is limited by the limited duration of the experiment. In vivo exposure to the potentially cytotoxic cement often lasts for decades. Further studies, both in vivo and in vitro, over a significantly longer period of time are required in order to develop new cements with optimal biomechanical properties, but above all with a reduced toxic effect on the cells in the bone and the extracellular matrix. This could optimize the established vertebrolasty and kyphoplasty procedures and further improve the treatment outcome for the patient.

This manuscript presents three experiments. The first chapter gives an overview of the theoretical background, and obtained results and is then followed by five separate articles addressing the experiments in greater detail. There have been concerns addressed by newspaper and scientific articles that humans might lose their navigational abilities when mainly relying on satellite navigation assistance and digital maps. The following manuscript tries to shed light on the impact of digital mobile map usage on spatial learning and wayfinding behavior in large, complex, multi-level buildings. The studies focus on a potential trade-off between the acquisition of environmental understanding and navigation performance. Furthermore, the studies investigate the influence of environmental characteristics as well as individual small-scale spatial abilities on these parameters. Study I and II took place in large and complex multi-level buildings. As a baseline a group of participants navigate only with the available signage, while others were equipped with a digital mobile map or a printed map. The first experiment is a case study, where participants chose their paths freely, similar to natural wayfinding. Navigators using a map had an advantage over those using only signage when it came to learning and navigation, but only for routes that required a floor change. In the second study participants received corrective feedback when taking erroneous turns to ensure comparable spatial learning and afterwards also navigated freely on two routes. Results suggested that map users take more correct turns and that decision point characteristics influence the usage of symbolic information. Therefore, the third study took place on a desktop computer, showing videos of the routes taken in Study II, with one group seeing a navigation assistance that offered allocentric or egocentric information, adapting to characteristics of the current decision point, while a control group saw the opposite visualization type. Two other experimental groups were shown either only allocentric or egocentric visualizations. At each decision point, participants had to decide where they wanted to go in order to reach a destination. Effects of the visualizations on spatial learning and decision accuracy were analyzed. Navigators who saw egocentric arrows were quicker and more accurate than those using a map. Differences in spatial learning were less strong than the behavioral differences in all three experiments, but pointed to a subtle advantage of classic paper maps over digital ones and also the influence of different signage types on the acquisition of environmental understanding. There was no evidence indicating a potential trade-off between wayfinding and learning. Verbal and visual attention data gathered in Stud I and II suggest that navigators without a map most mostly occupied with finding and understanding signage, while digital map users focus mostly on the maps, and paper map users have the greatest amount of free attentional resources. However, visual attention differed less between experimental groups than between decision points, suggesting a strong influence of environmental characteristics. Higher individual perspective-taking ability was connected to parameters in all three studies, e.g., to better wayfinding performance and map interaction as well as spatial understanding. The present data show the complex connection between smallscale cognitive environmental abilities, like perspective-taking, and large-scale environmental abilities, like wayfinding, spatial understanding, and one’s assessment of own environmental skills. Taken together, the three studies provided evidence that maps in general are beneficial for wayfinding in the real world, but differences between digital and printed maps were subtle, the impact on spatial learning was generally small. The results highlight the need to consider individual abilities and environmental influences when designing maps, but also to carefully consider the design and placement of signage.

In recent years, Virtual Reality (VR) and 3D User Interfaces (3DUI) have seen a drastic increase in popularity, especially in terms of consumer-ready hardware and software. These technologies have the potential to create new experiences that combine the advantages of reality and virtuality. While the technology for input as well as output devices is market ready, only a few solutions for everyday VR - online shopping, games, or movies - exist, and empirical knowledge about performance and user preferences is lacking. All this makes the development and design of human-centered user interfaces for VR a great challenge. This thesis investigates the evaluation and design of interactive VR experiences. We introduce the Virtual Reality User Experience (VRUX) model based on VR-specific external factors and evaluation metrics such as task performance and user preference. Based on our novel UX evaluation approach, we contribute by exploring the following directions: shopping in virtual environments, as well as text entry and menu control in the context of everyday VR. Along with this, we summarize our findings by design spaces and guidelines for choosing optimal interfaces and controls in VR. In den letzten Jahren haben Virtual Reality (VR) und 3D User Interfaces (3DUI) stark an Popularität gewonnen, insbesondere bei Hard- und Software im Konsumerbereich. Diese Technologien haben das Potenzial, neue Erfahrungen zu schaffen, die die Vorteile von Realität und Virtualität kombinieren. Während die Technologie sowohl für Eingabe- als auch für Ausgabegeräte marktreif ist, existieren nur wenige Lösungen für den Alltag in VR - wie Online-Shopping, Spiele oder Filme - und es fehlt an empirischem Wissen über Leistung und Benutzerpräferenzen. Dies macht die Entwicklung und Gestaltung von benutzerzentrierten Benutzeroberflächen für VR zu einer großen Herausforderung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation und Gestaltung von interaktiven VR-Erfahrungen. Es wird das Virtual Reality User Experience (VRUX)- Modell eingeführt, das auf VR-spezifischen externen Faktoren und Bewertungskennzahlen wie Leistung und Benutzerpräferenz basiert. Basierend auf unserem neuartigen UX-Evaluierungsansatz leisten wir einen Beitrag, indem wir folgende interaktive Anwendungsbereiche untersuchen: Einkaufen in virtuellen Umgebungen sowie Texteingabe und Menüsteuerung im Kontext des täglichen VR. Die Ergebnisse werden außerdem mittels Richtlinien zur Auswahl optimaler Schnittstellen in VR zusammengefasst.

Playing games has long been important to mankind. One reason for this is the associated autonomy, as players can decide on many aspects on their own and can shape the experience. Game-related sub-fields have appeared in Human-Computer Interaction where this autonomy is questionable: in this thesis, we consider gamification and game live-streams and here, we support the users' influence at runtime. We hypothesize that this should affect the perception of autonomy and should lead to positive effects overall. Our contribution is three-fold: first, we investigate crowd-based, self-sustaining systems in which the user's influence directly impacts the outcome of the system's service. We show that users are willing to expend effort in such systems even without additional motivation, but that gamification is still beneficial here. Second, we introduce "bottom-up" gamification, i.e., the idea of self-tailored gamification. Here, users have full control over the gamification used in a system, i.e., they can set it up as they see fit at the system's runtime. Through user studies, we show that this has positive behavioral effects and thus adds to the ongoing efforts to move away from "one-size-fits-all" solutions. Third, we investigate how to make gaming live-streams more interactive, and how viewers perceive this. We also consider shared game control settings in live-streams, in which viewers have full control, and we contribute options to support viewers' self-administration here. Seit jeher nehmen Spiele im Leben der Menschen eine wichtige Rolle ein. Ein Grund hierfür ist die damit einhergehende Autonomie, mit der Spielende Aspekte des Spielerlebnisses gestalten können. Spiele-bezogene Teilbereiche werden innerhalb der Mensch-Maschine-Interaktion untersucht, bei denen dieser Aspekt jedoch diskutabel ist: In dieser Arbeit betrachten wir Gamification und Spiele Live-Streams und geben Anwendern mehr Einfluss. Wir stellen die Hypothese auf, dass sich dies auf die Autonomie auswirkt und zu positiven Effekten führt. Der Beitrag dieser Dissertation ist dreistufig: Wir untersuchen crowdbasierte, selbsterhaltende Systeme, bei denen die Einflussnahme des Einzelnen sich auf das Systemergebnis auswirkt. Wir zeigen, dass Nutzer aus eigenem Antrieb bereit sind, sich hier einzubringen, der Einfluss von Gamification sich aber förderlich auswirkt. Im zweiten Schritt führen wir "bottom-up" Gamification ein. Hier hat der Nutzer die volle Kontrolle über die Gamification und kann sie nach eigenem Ermessen zur Laufzeit einstellen. An Hand von Nutzerstudien belegen wir daraus resultierende positive Verhaltenseffekte, was die anhaltenden Bemühungen bestärkt, individuelle Gamification-Konzepte anzubieten. Im dritten Schritt untersuchen wir, wie typische Spiele Live-Streams für Zuschauer interaktiver gestaltet werden können. Zudem betrachten wir Fälle, in denen Zuschauer die gemeinsame Kontrolle über ein Spiel ausüben und wie dies technologisch unterstützt werden kann.

Recently, gaze-based interfaces in stationary settings became a valid option, as remote eye trackers are easily available at a low price. However, making gaze-based interfaces ubiquitous remains an open challenge that cannot be resolved using remote approaches. The miniaturization in camera technology allows for gaze estimation with head-mounted devices, which are similar to a pair of glasses. A crucial step towards gaze estimation using such devices is calibration. Although the development is mainly technology driven, a hypothetical fully calibrated system in which all parameters are known and valid is affected by calibration drift. In addition, attributes like minimal intrusiveness and obstruction, easy and flexible setup and high accuracy are not present in the latest commercial devices. Hence their applicability to spontaneous interaction or long-lasting research experiments is questionable.In this thesis we enable spontaneous, calibration-free and accurate mobile gaze estimation. We contribute by investigating the following three areas: Efficient Long-Term Usage of a head-mounted eye tracker; Location, Orientation & Target Independent head mounted eye tracking; and Mobile & Accurate Calibration-Free gaze estimation. Through the elaboration of the theoretical principles, we investigate novel concepts for each aspect; these are implemented and evaluated, converging into a fi nal device, to show how to overcome current limitations.

The financial crisis and austerity politics in Europe has had a devastating impact on public services, social security and vulnerable populations. Greek civil society responded quickly by establishing solidarity structures aimed at helping vulnerable citizens to meet their basic needs and empower them to co-create an anti-austerity movement. While digital technology and social media played an important role in the initiation of the movement, it has a negligible role in the movement s on-going practices. Through embedded work with several solidarity structures in Greece, we have begun to understand the solidarity economy (SE) as an experiment in direct democracy and self-organization. Working with a range of solidarity structures we are developing a vision for a Solidarity HCI committed to designing to support personal, social and institutional transformation through processes of agonistic pluralism and contestation, where the aims and objectives of the SE are continuously re-formulated and put into practice. 3126 3137