多模式使用者介面無線護理資訊系統可用性評估

多模式使用者介面無線護理資訊系統可用性評估:

以急診檢傷為例

Usability Evaluation of a Wireless Multi-Modal Interaction Nursing Information System: Taking the Emergency Triage Support System as an Example

張博論 朱原嘉 陳櫻鐙 沈鈺翔

國立陽明大學衛生資訊與決策研究所

[email protected]

[email protected]

論文摘要

可用性工程為護理資訊中一重要的課題，改善系 統可用性可以有效的減少錯誤、提升速度，進而 改善工作效率，保障病患安全。而人機介面為系 統可用性中重要的環節，隨著科技的演進，系統 人機介面已由傳統之文字演進至圖形化、語音、

觸控、手寫、手勢，進而將各種介面截長補短互 相整合為多模式之使用者介面。本研究整合語音 與觸控技術，使用微軟 Visual Basic 6.0、Speech SDK 5.1 、 無 線 耳 機 麥 克 風 Logitech cordless freedom headset 以及大尺寸觸控螢幕 SONY PCV LX900，開發一多模式互動急診檢傷輔助系統，並 請三十名急診護理同仁協助執行可用性評估，藉 此為多模式使用者介面導入護理資訊系統提供先 導測試的經驗。本研究所開發之系統包含大而清 楚的觸控介面、可免用手及眼的語音輸入，並使 用簡單的規則，透過使用者輸入的一些檢傷資料 來提供檢傷分級、分類、分區的建議值，可作為 護理同仁分類的參考依據。此系統共有 26 個畫 面，語音詞彙 338 個。評估結果顯示若是採用語 音觸控混用之多模式介面，可比單純語音介面有 更高之容錯性。比較語音與觸控，雖然觸控正確 率高，但語音平均速度快。比較多模式、單模式 以及舊系統接受度，護理同仁最喜愛多模式介 面。而本研究所建置之系統平均每 106 秒可以完

成一次檢傷作業，於 63 分貝之噪音環境下可達 94%的語音辨識率。

關鍵字

多模式使用者介面 (Multi-Modal Interaction)、 可 用性(Usability)、急診檢傷(Emergency Triage)

背景介紹

可用性工程(usability engineering)為護理資訊中重 要的課題，無論是加護病房資訊系統、臨床決策 支援系統、病患複診追蹤系統、醫療器材與設備、

甚至是一個放置藥品抽屜的擺設，都有研究建議 於開發設計或者是評估採購時及必須導入可用性 工程的觀念、或透過可用性測試（usability testing）

來評估並改善。透過可用性工程可以用更接近使 用者需求的角度重新檢視醫療資訊系統的人機介 面的設計，有效的減少錯誤、提升速度，進而改 善工作效率，保障病患安全。而這些系統或是設 備 的 使 用 者 絕 大 多 數 都 為 醫 院 的 護 士 同 仁 [14,11]。

資訊系統人機介面設計的主流已經逐漸由純文字 轉換為圖形使用者介面[6;20]，近年來也有許多嶄 新的技術開始被應用到人機介面設計上，如語 音、觸控、手寫、手勢等各有其優缺點。目前市 面上亦有不少應用於醫療相關的語音辨識軟體，

大多數是希望能提供醫生病歷輸入的功能，不過

443 卻沒有顯著的提升工作效率[10]。觸控為一種被廣 泛應用的技術，如商店的銷售點（POS）系統，

然觸控雖有許多優點[16]，研究指出其速度及正確 率仍不及傳統鍵盤[1;12]。手寫亦是相當有價值的 技術，不過目前主要的障礙仍然是在於辨識率不 高[7;9]。而透過手勢對著電腦比畫進行輸入的模 式則尚於研究的階段，市面上並無產品化的系統 [5]。W3C(world wide web consortium)的多模式互 動小組（multimodal interaction working group）進 一步推動新一代的多模式使用者介面，希望可以 整合上述之技術如語音、觸控、手寫、手勢等方 式，為使用者設計出更便利更友善的互動方式 [13]。

語音的速度較快但觸控的正確率高兩種模式，將 其充分整合、截長補短，開發一以多模式使用者 介面為設計概念之系統，希望能為多模式使用者 界面導入醫療資訊提供先導測試的經驗。

急診室為醫院中最複雜的環境，對於人機介面的 設計有相當的挑戰。而急診為民眾尋求緊急、危 急、非一般看診時間醫療照護最主要的場所，在 我國，每十名急診患者就有一到五位屬於危急重 症，必須緊急處置，否則即有生命或肢體危害[2]

而檢傷工作為急診室工作之第一步，因此本系統 測試的環境選為急診室檢傷站。而人機介面對於 急重症照護資訊系統相當重要，好的人機介面將 可 以 提 升 病 患 安 全 並 且 改 善 護 士 們 的 生 產 力 [15]。目前急診室所使用的檢傷系統仍為終端機系 統，介面為文字模式，有許多改善的空間。但若 採用較先進的技術，是否能達到提升系統可用性 的效果是值得疑慮的。事實上急診室的環境相當 複雜，救護車的汽笛聲，電話鈴聲，院內廣播，

穿梭的病患與家屬，等等都是可能會嚴重影響語 音辨識效率的因素。護士也需要不時的接電話，

回答家屬的詢問，跟同仁交談等等，都會中斷執 行的流程。種種問題都可能是造成可用性不佳的 原因，如何解決這些問題也為本研究增添了許多 挑戰。

研究方法

一、開發原則

為了讓系統能相似於先前護士們所操作的舊系 統，達到可用性中的「跟原來工作相像」及「容 易學習」之原則[17]，本研究先對護士們所使用的 舊 3270 終端機檢傷系統進行分析，以護士們熟習 之系統架構為基礎，重新其使用者介面。而於圖 形化使用者介面之設計，參考其新版 PDA 系統之 設計[2]，盡量採取原先使用者熟習之互動模式，

但調整為適合大型觸控螢幕之設計。語音介面的 分析則請護士協助分別於白天班、大夜班、小夜 班對檢傷的實際情況進行錄音，以分析實際為病 患進行檢傷時語音互動的情形，找尋最佳的語音 介 面 模 式 。 系 統 開 發 時 則 採 用 雛 形 開 發 法

（prototyping），持續的與護理同仁進行修改與討 論。

二、開發工具

本 系 統 所 使 用 的 程 式 開 發 工 具 為 微 軟 公 司 之 Microsoft Visual Basic 6.0，搭配其語音辨識開發工 具 Microsoft Speech SDK 5.1 及簡體中文語言包 [18]。無線耳機麥克風則採用羅技公司的 Logitech Cordless Freedom Headset[12]，如圖一所示，觸控 螢幕桌上型電腦為 SONY PCV LX900 其搭載 Intel Pentium III 1GHz 、128 RAM 、以及十七吋 觸控螢幕[19]，如圖二所示。系統設計的概念為元 件化、模組化、以及三層式程式設計架構，將所 有有關於檢傷病患邏輯的部分設計為元件、而前 端與使用者介面相關的部分由於比較零散不易設 計為元件，則整理為模組。

語音控制方

基本資料由掛號系統傳 自動分級

三、多模式互動設計

本觸控螢幕的設計依照使用者的需求，設計出大 螢幕，大按鈕，大字形的視覺介面。螢幕中所有 的方框都是可以觸控的按鍵，左上角第一塊桃紅 色的部份為基本資料區，是由急診掛號區所傳送 過來的資料，下方藍色方塊為檢傷輸入的按鈕，

尚未輸入沒有值的方塊呈現為較深的藍色，輸入 後有值方塊顯示為淺藍色，若是觸控後該方框會 閃爍三秒鐘，正在作用的方框呈現為黃色，非做 用中的方框以預設的顏色呈現，橘色的部份為電 腦輔助決策的資訊，分別為檢傷分級、檢傷分類、

分區等等。語音控制方塊若是綠色則正在進行語 音輸入，若是按一下會成橘紅色則是語音暫停的 情況，再按一下會恢復語音輸入的狀況。語音控 制方況下方為音量條，會隨著說話音量大小聲而 改變長短，最好的收音效果是處於綠色的範圍 中，黃色為太小聲，紅色為太大聲。

圖三 觸控螢幕介面設計，分為基本資料區（左 上紅區）、檢傷資料區（中央藍區）以及電腦輔助 區（右邊橘區）三區。

四、系統架構設計

本系統使用物件導向程式設計的方法與原則架構 而成，核心物件為檢傷病患物件，這個物件儲存 目前所照顧之急診病患的一切資訊，並且會根據 所儲存的資訊作簡單的判斷，進而觸發事件，如 舒張壓高於 100 則發出血壓過高之警告事件。

檢傷代理人則為一智慧型模組，透過監控檢傷病 患物件的屬性與事件，決定出建議的分級與處 置，並且可以執行一些內建的動作，如傳送資訊 其他相關工作流程，或是緊急通知相關的醫生或 護士等。由於本系統採用多模式使用者介面，因 此以使用者互動協調模組負責將所有要呈現給使 用者的資訊作協調分配，以最佳的方式呈現給使 用者。協調與同步語音，觸控螢幕，以及未來與 PDA 結合時，PDA 上所呈現給使用者的資訊。語 音模組使用微軟 Speech SDK 5.1 所建置，負責提 供語音辨識以及文字轉語音的功能。無線 PDA 通 訊模組負責將資訊與 PDA 版本的程式同步化。語 彙庫為 XML 檔案，儲存辨識所需要的辭彙和相關 資訊。

五、評估設計

本研究之評估分為兩階段，第一階段為開發前期 評估，第二階段為開發完成後之評估。在開發初 期，為了想及早得到使用者的反應並且搜集開發 系統所須要的知識，且提前讓使用者參與到設計 的過程中[14]，本研究於開發初期根據有限資訊快 速開發出一雛形系統，並將此系統交由護理同仁 測試並且提供建議。

當系統經由雛形開發法逐漸穩定並符合需求後，

則進入第二階段評估。第二階段評估將於執行前 先對目標受測者進行正式的展示說明與教育訓 練，經過訓練後受測者將對本研究之系統會有一 定程度的認識。正式評估時每人約執行 30 分鐘的 測試，該測試分為兩階段：第一階段為訓練電腦 圖一 Logitech©Cordless

Freedom Headset Model No. 8701

圖二 SONY PCV LX900

445 建立語音檔,費時約十分鐘,第二階段為系統測

試。測試時記錄完成時間，環境噪音，錯誤的情 況，並且以錯誤項目數計算出辨識率，比較辨識 率與完成時間的相關性來評估其容錯能力。測試 完成後請測試者填寫類似科技接受模式（TAM）

的問卷並且對測試提出建議，並於測試時記錄下 從旁觀察到的情況。

結果

本研究受測者多為 30 歲左右(60%)之女性(90%)，

其多為急診資歷超過十年（43%）之護士(60%)，

學歷多為大學（53%）與專科(43%)。平均每月皆 參與檢傷工作 1~5 次(80%)。大多數的使用者至少 每週會使用電腦一次(76%)，其中有三分之一的受 測 者 為 高 用 量 使 用 者 ， 每 天 使 用 數 次 電 腦

（33%），有七成（73%）以上的受測者在測試之 前就曾經接觸過語音辨識相關的訊息。測試後受 測者對於本系統多持正面看法，目前使用起來雖 自認不熟練（90%），但是認為只要稍加準備即可 勝任(87%)，有六成左右(63%)的使用者對目前的 系統效率已經認為滿意，而絕大多數（87%）的 使用者認為本系統（多模式使用者介面）比 PDA 來的好。

圖 4.1 基本起始畫面

圖 4.2 判斷檢傷結果畫面

圖 4.3 印列結果畫面

討論

由於使用者的行為是無法預測的，在系統開發上 為了要能夠盡量因應所有使用者所可能對系統做 出的動作，在開發上程式碼多半會比較散亂複 雜。如果從分層的角度上來看，越接近資料層，

則程式碼越容易結構化，越靠近介面層也就越靠 近使用者，例外狀況也會越來越多，所撰寫的程 式碼也就會越難掌握結構而容易出錯。多模式的 使用者介面給予使用者更大的彈性，另一方面也 代表為了要提供如此大的彈性，在開發上必須要 用更佳的方式來設計與管理程式碼。

在開發時，本研究先將使用者介面以及檢傷病患 資料結構與檢傷判斷邏輯的部分盡量的拆解開 來，將病患資料結構與檢傷判斷邏輯設計為元 件，而使用者介面內就不會再有任何有關資料結 構與判斷邏輯的程式碼，可以達到一部份簡化的 功能。由於使用者介面的部分不夠結構化，要設 計為元件有其困難，因此先設法將其模組化。以 目前的設計，多模式介面中每個介面模式都設計 為模組，如語音模組與觸控模組，這些模組都透

過互動協調模組來與底層的元件溝通，除此之 外，透過互動協調模組同步所有介面模式的行 為，如當以語音輸入一個項目時，同時也產生出 觸控輸入該項目應有的回饋。將協調同步的功能 獨立拆解出來將可簡化程式碼進而讓程式碼易於 管理並且減少出錯。如果能夠更清楚互動模式，

則可嘗試改設計為元件，將使用者互動模組設計 為一基礎元件，而所有的互動模式，如語音、觸 控等則以繼承的方式來承接所有基礎元件之內容 來修改之，如此將可以享受到更容易維護的優點。

然以此架構雖然可以應付大部分的狀況，但是仍 然會有許多可能的例外狀況出現，不同的使用者 使用不同的操作模式更有可能產生意想不到的結 果，因此如果要必須請多個使用者測試來發現問 題並逐一改善。

結論

本研究以急診檢傷為例開發一結合語音與觸控之 多模式互動護理資訊系統，藉以探討多模式人機 介面於護理資訊可用性之議題。結果顯示使用多 模式人機介面將可提升系統的容錯性，使用者並 可透過搭配不同互動模式來因應不同使用情境與 狀況，截長補短以達到工作效率最佳化。整體而 言使用者對多模式使用者介面的接受度高於單模 式（純語音）。而於急診檢傷的建議模式為以語音 作為主要輸入工具，搭配觸控螢幕之輔助。本研 究所開發之系統整體效率與容錯性則仍須加強。

本系統以護理人員所設計之模擬情境作為評估測 試時之情境，由於受測者所面對的是紙本的情 境，因此測試的結果應會與於真實情境所測試的 結果有差距。除此之外，目前本系統的設計只能 一次處理一個個案，但與護理人員討論後，由於 他們在進行檢傷時，經常會同時處理多個個案，

因此本系統未來也需有此功能才能滿足需求。

本系統的詞庫是依照舊 3270 終端機系統所設計 的，而舊系統當遇到詞庫無法滿足的例外狀況是 請使用者輸入「其他」選項，本系統則並未處理，

未來必須找尋較佳的例外狀況。於進行實場測 試，應可利用近兩個月之急診檢傷資料對本系統

對於例外狀況忍受力的測試。

未來本研究所開發之系統將可有兩個延續 性的議題，一為前端使用者介面可用性研究之延 伸，一為後端智慧型決策輔助元件設計之研究。

前端之可用性研究，除了可以依照測試後使用者 所提供之意見持續改善系統外，也可以繼續嘗試 將不同的人機互動模式加入多模式之組合，例如 受測者曾經於測試時所提及的手寫辨識以及指紋 辨識等技術，以延伸探討多模式人機介面之可用 性。後端之檢傷病患元件的延伸性亦是相當大，

除可將元件之規格持續制訂的更完善更適用外，

目前本研究僅加入簡單之檢傷規則，未來則可嘗 試整合標準化之規則庫（如 Arden Syntax）讓系 統更有彈性，能提供更有品質之決策輔助。

參考文獻

1. Barrett J, Krueger H. Performance effects of reduced proprioceptive feedback on touch typists and casual users in a typing task. 13 ed.

1994. p. 378-81.

2. Chang P, Tzeng YM, Sang YY. The Development of Wireless PDA Support Systems for Comprehensive and Intelligent Triage in Emergency Nursing. Journal of Nursing(in chinese) 2003 Aug;50(4):29-39.

3. Chang L, Scott M. A comparison of two handwriting recognizers for pen-based computers. 1994 p. 9.

4. David N.Mohr, David W.Turner, Gregory R.Pond , Joseph S.Kamath , Cathy B.De Vos , Paul C.Carpenter. Speech Recognition as a Transcription Aid: A Randomized Comparison With Standard Transcription. J Am Med Inform Assoc 2003;10(1):89-93.

5. GWindows: Light-weight Stereo Vision for Interaction. Microsoft 2004 [cited 20040 Jul

5];Available from: URL:

http://research.microsoft.com/~nuria/GWindo ws/GWindows.htm

447 6. Head J. Question of interface design: How do

online service GUIs measure up? 1997. p.

20-9.

7. Janet R, Stuart M, Chris C. Oops! silly me!

errors in a handwriting recognition-based text entry interface for children. 2002 p. 35-40.

8. Logitech Cordless Freedom Headset Model No. 8701. Logitec 2004 [cited 1906 30];2004Available from: URL:

http://www.logitech.com

9. McLaughlin R. Redesigning the Crash Cart:

Usability testing improves one facility medication drawers. American Journal of Nursing 2003;103(4):64A-F.

10. Marcus A. Principles of Effective Visual Communication for Graphical User Interface Design. 1990. p. 107-11.

11. Miguel A, Valero M, Teresa A, Marcos F, Sanz Francisco P. Usability Engineering in Patients Follow-up Medical Information Systems.

Amsterdam: IEEE; 1996 p. 2307-8.

12. Murphy T. Innovative interfaces:New GUIs help zero in on information. 4 ed. 1997. p.

20-3.

13. Multimodal Interaction Activity. W3C 2004 [cited 20040 Jun 30];2004Available from:

URL: http://www.w3.org/2002/mmi/

14. Susan F, Barry F. The Role of Usability Testing and Documentation in Medical Device Safety. Istanbul, Turkey 2001 p. 4008-10.

15. Staggers N. Human Factors: Imperative Concepts for Information Systems in Critical Care. American Association of Critical-Care Nurses 2003;14(3):310-9.

16. Shneiderman B. Designing the User Interface:

Strategies for Effective Human Computer Interaction. Addison-Wesley; 1998.

17. Staggers N. Usability Concepts and Clinical Computing. In: Marion J.Ball KJH, editor.

Nursing Informatics-Where Caring and Technology Meet. Springer; 2000. p. 95-109.

18. Speech SDK 5.1 for Windows applications.

Speech SDK 5 1 for Windows applications 2002 June 24 [cited 20040 Jul 1];Available

from: URL:

http://www.microsoft.com/speech/download/s dk51/

19. SONY PCV LX900. SONY 2004 [cited 2004 Jun 30];2004Available from: URL:

http://www.sony.com

20. Wilson S, Inderrieden M, Liu S. A comparison of five user interface devices designed for point-of-sale in the retail industry. 1995 p.

273-7. [1] Susan F, Barry F. The Role of Usability Testing and Documentation in Medical Device Safety. Istanbul, Turkey 2001 p. 4008-10.