Masterarbeit »User-Centered Design und Evaluation KI-basierter Systeme im Krankenhaus«

Masterarbeit: User-Centered Design und Evaluation KI-basierter Systeme im Krankenhaus

Am Fraunhofer-Institut für Software- und Systemtechnik ISST in Dortmund leisten wir mit rund 170 Mitarbeitenden angewandte Spitzenforschung für den Digitalisierungsstandort Europa. Wir helfen Wirtschaft und Gesellschaft dabei, Daten souverän in Datenräumen (Data Spaces) zu teilen und ihren Wert voll auszuschöpfen – zum Beispiel im Gesundheitswesen, in der industriellen Fertigung oder mit Blick auf die Mobilität in smarten Städten.

Hintergrund der Masterarbeit

Eine hohe Vorhersagegüte eines Machine-Learning-Modells allein reicht nicht aus, um im klinischen Alltag einen Mehrwert zu schaffen. Klinische Prozesse sind komplex, zeitkritisch und durch Arbeitsabläufe sowie situative Rahmenbedingungen geprägt. Damit Prognosen die Entscheidungsfindung wirksam unterstützen, müssen sie Bedarfe der Nutzerinnen adressieren, verständlich aufbereitet sein und sich in bestehende Prozesse integrieren lassen. Klinische Anwenderinnen müssen außerdem nachvollziehen können, wie eine Prognose entsteht, wie verlässlich sie ist und welche Unsicherheiten oder Grenzen zu berücksichtigen sind. Methoden der erklärbaren künstlichen Intelligenz (Explainable AI, XAI) können relevante Einflussfaktoren und Modellentscheidungen transparent machen und so Vertrauen sowie eine angemessene Nutzung der KI-Ergebnisse fördern.

Im Healthcare-Team des Fraunhofer ISST entwickeln wir gemeinsam mit klinischen Partnern ML-basierte Lösungen zur Unterstützung des Klinikpersonals. Im Fokus stehen die Vorhersage von Operationsdauern für die OP-Planung und die Prognose des täglichen Patientenaufkommens in der Notaufnahme für die Ressourcenplanung. Für beide Anwendungsfälle bestehen bereits algorithmische Vorarbeiten.

Im Rahmen Deiner Masterarbeit untersuchst Du, wie klinische Nutzerinnen in die Entwicklung und Evaluation solcher KI-Prognosesysteme eingebunden werden können. Du entwickelst nutzerzentrierte Konzepte, integrierst bestehende Modellvorhersagen in prototypische Demonstratoren und evaluierst diese gemeinsam mit potenziellen Anwenderinnen hinsichtlich Verständlichkeit, Erklärbarkeit, Nutzbarkeit und Akzeptanz.

Aufgaben

Als Masterand*in bist Du Teil unserer Abteilung »Healthcare«, in der wir mit datengetriebenen Lösungen das Gesundheitswesen der Zukunft gestalten.

Mögliche Aufgaben für Deine Masterarbeit:

• Prozessanalyse: Du analysierst klinische Arbeitsabläufe, Informationsbedarfe und Anforderungen von Mitarbeitenden in der OP-Planung oder Notaufnahme.
• Anforderungsanalyse: Du entwickelst Nutzungsszenarien und Anforderungen für ML-basierte Prognose- und Planungssysteme in enger Abstimmung mit klinischen Anwender*innen.
• UX-Konzeption: Du konzipierst und gestaltest nutzerzentrierte Darstellungs- und Interaktionskonzepte, beispielsweise für die Visualisierung von Prognosen, Unsicherheiten oder Handlungsmöglichkeiten.
• Prototyping: Je nach Schwerpunkt der Arbeit entwickelst Du einen prototypischen Demonstrator und integrierst vorhandene Modellvorhersagen.
• Evaluation: Du planst und führst qualitative und/oder quantitative Untersuchungen mit potenziellen Nutzer*innen durch (z. B. Interviews, Workshops, Fragebögen) und bewertest Verständlichkeit, Nutzbarkeit, Vertrauen, Akzeptanz und die Einbettung in klinische Prozesse.
• Zusammenarbeit: Du arbeitest in einem interdisziplinären Team aus Data Scientists, UX-Expertinnen und klinischen Partnerinnen und leitest Empfehlungen für die Weiterentwicklung der Systeme ab.

Voraussetzungen

• Ein laufendes Masterstudium in Informatik, Medizininformatik, Human-Computer Interaction, UX Design, Psychologie, Kognitionswissenschaften, Data Science, Wirtschaftsingenieurwesen oder einer vergleichbaren Fachrichtung
• Interesse an nutzerzentrierter Entwicklung, Usability, Mensch-KI-Interaktion und digitalen Anwendungen im Gesundheitswesen
• Erste Kenntnisse in qualitativen und/oder quantitativen Forschungsmethoden, etwa Interviews, Workshops, Fragebogenerhebungen oder Usability-Tests
• Idealerweise erste Erfahrungen mit Datenanalyse, Prototyping, Visualisierung oder Machine Learning
• Interesse daran, klinische Arbeitsabläufe zu verstehen und gemeinsam mit Anwender*innen praxisnahe Lösungen zu entwickeln
• Eine strukturierte, eigenverantwortliche und sorgfältige Arbeitsweise sowie Freude an interdisziplinärer Zusammenarbeit
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Rahmenbedingungen

• Zukunftsgestaltende Aufgaben: Deine Masterarbeit ist ein wichtiger Teil Deiner akademischen Karriere und eine Chance, an der Schnittstelle von Wissenschaft und Wirtschaft an einem relevanten Thema der digitalen Zukunft mitzuarbeiten.
• Betreuung und Unterstützung: Du wirst von erfahrenen Expert*innen eng betreut und erhältst wertvolle Einblicke.
• Flexibilität: Arbeite dort, wo Du am besten produktiv bist – komplett remote oder vor Ort in Dortmund. Nur zum Abholen und Zurückgeben der Hardware und Smartcard müsstest Du je 1x ins Institut kommen.
• Ein offenes und kreatives Arbeitsumfeld mit engagiertem Team, flachen Hierarchien und viel Freiraum für eigene Ideen.

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