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Die Städtische Klinikum München GmbH mit ihren fünf Standorten, verteilt im Stadtgebiet und mit derzeit über 4000 Betten, installiert ab Mitte 2005 ein einheitliches System zur Realisierung einer filmlosen Radiologie (PACS). Das bestehende Radiologieinformationssystem (RIS) wird dabei ebenfalls modernisiert bzw. neu beschafft, wohingegen das 1996 eingeführte flächendeckende KIS (SAP IS_H und i.s.h.med) beibehalten werden soll. Ziel ist der möglichst vollständige Verzicht auf herkömmliche Röntgenfilme, der für die Amortisation des Vorhabens essentiell erscheint [Ref. 1].

Im Rahmen der Erstellung des Feinkonzepts sind einige Fragen zur Konzeption eines solchen Systems zu beantworten, die sich insbesondere auf die Verwendung von dezentralen und/oder zentralen Strukturen beziehen. Im Vordergrund stehen dabei Zugriffszeiten, Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit, Systempflege und finanzielle Aspekte. Die Beantwortung dieser Fragen erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Radiologen, Medizininformatikern, Rechenzentrums- und Finanzplanern. Im folgenden sollen Material und Methoden, die dabei verwendet wurden, dargestellt werden. Im Anschluss werden erste Ergebnisse dargestellt.

Zur Vorbereitung der Geschäftsführung bezüglich der Entscheidung zur Beschaffung eine RIS/PACS wurde ein detailliertes Plangutachten erstellt. Es beinhaltet Angaben zur gegebenen Struktur, den vorhandenen Geräten und Systemen (Modalitäten), zu Schnittstellen, Infrastruktur (hier v.a. intra- und interhospitale Netzwerke) und zum gegebenen Workflow bezüglich radiologischer Bilder und Befunde. Weiterhin werden Implementationsvorschläge und Angaben zum nötigen finanziellen Aufwand gemacht. Im vorliegenden Zusammenhang von besonderen Interesse ist die ermittelte Menge an zukünftig anfallenden radiologischen Bilddaten ermittelt (Tab. 1 [Tab. 1]), die die Grundlage für daraus ergebende Lastanteile eines Netzwerk bilden.

Grundlage der Betrachtung ist das derzeit gängigste Modell der Implementierung eines verteilten RIS/PACS (im folgenden als Modell 1 bezeichnet): Dezentrale PACS-Server mit daran angeschlossenen Kurzzeitarchiven (KZAs), zentrales Langzeitarchiv (LZA). Im Zuge der geplanten Migration und Konsolidierung der Rechenzentren und des KIS stellt sich die Frage nach einer kompletten Zentralisierung des RIS/PACS (Modell 2). Es sind auch mehrere Zwischenformen denkbar, von denen hier eine exemplarisch genannt werden soll (Modell 3): Zentraler PACS-Server und LZA, dezentrale KZAs.

Wie festgestellt wurde, existieren trotz der offensichtlichen Evidenz der Vorabberechnung der Netzlast kaum spezifische Modelle. Denn wegen der besonderen Situation im Bereich der radiologischen Bilddaten (Datenvolumen pro Bild ca. 5 MB Volumen, die meist im Falle von CT- und MR-Bildern in Mengen angefordert werden) [Ref. 2] und einer gewissen Unsicherheit bei der Versendung der Rohdaten durch die PACS-Applikation (werden die Daten verschlüsselt, proprietär gekapselt und/oder in kleinere Einheiten geteilt?), die schlussendlich erst nach Auswahl eines expliziten Produktanbieters festgelegt werden kann, scheint die Verwendung von herkömmlichen Berechnungsverfahren oder Simulationen schwierig. So muss die Netzlast mathematisch ermittelt werden, wobei sich maximale erreichbare Last des realen Netzwerks, Betriebszeiten und erforderliche Zugriffszeiten zwischen den einzelnen Modellen deutlich unterscheiden kann. Die geplanten Implementierungsmodelle (zentral/dezentral) wie auch die Häufigkeit geschriebener bzw. gelesener Bilddaten haben unterschiedliche Netzbandbreiten zwischen den einzelnen PACS-Elementen zur Folge. Diese Volumina ergeben sich aus der Grobplanung erzeugter Bilddaten pro Jahr und PACS-System (i.d.R zwischen 0,5 und 5 TByte pro Jahr) woraus das geschriebene Volumen pro Tag abgeleitet werden kann. Das Volumen gelesener Bilddaten errechnet sich durch die Zugriffshäufigkeit auf das Kurzzeitarchiv bzw. Langzeitarchiv. Aus dieser Betrachtung folgt die Annahme, dass die Netzlast zwischen Modularität und Kurzeitarchiv eine hohe Netzperformance voraussetzt und im Fokus stehen sollte um kurze Antwortzeiten zu gewährleisten. Generell ist bei der Netzlastbetrachtung zwischen dem lokalen Netzwerk und dem zentralen Backbone zu unterscheiden, da sich hier je nach PACS-Modell unterschiedliche Anforderungen ergeben.

Wesentlich für das Funktionieren eines RIS/PACS sind Schnittstellen untereinander und in Richtung des steuernden KIS [Ref. 3]. Die Gestaltung der Schnittstellen wirkt sich maßgeblich auf das zu implementierende Modell aus.

Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass bereits jetzt, zukünftig aber eher mehr, die Modelle 2 und 3 einige Vorteile bieten. Weil sich hier die Netzlast auf wenige Stunden konzentriert, ein hoher Bandbreitenbedarf (im vorliegenden Fall zwischen ca 1 GBit/s bei Modell 3 bzw. ca. 4 Gbit/s bei Modell 1) vorliegen kann und wegen der großen Lasteinheiten nur einge relativ geringe Belastung des realen Netzwerks (10-25%) möglich ist, kann sogar die Realisierung nach einer exklusiven Nutzung des Netzwerks durch RIS/PACS nötig werden. Es ergeben sich aber Vorteile bezüglich Schnittstellen, Betreuung, Wartung und Service. Auf der anderen Seite kann bei einem rein dezentralen System (Modell 1) der zentrale Netzwerk Backbone wegen größerer zeitlicher Unabhängigkeit wesentlich kleiner ausfallen (< 1 GBit/s) und auch mehr ausgelastet werden (70-85%). Wobei Ersparnisse auf Netzwerkseite ev. höhere Investitionen auf RIS/PACS Seite gegenübergestellt und in Einklang gebracht werden sollten.

Ob die Nachteile der zentralen Lösungen durch deren unabstreitbare Vorteile mehr als aufgehoben werden, muss sich herausstellen. Die Ergebnisse unseres Vergleichs in fachlicher, aber auch wirtschaftlicher Hinsicht, stehen ab Ende 05/2005 zur Verfügung.