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GMDS 2013: 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS)

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie

01. - 05.09.2013, Lübeck

Constraint-basierte Zeit- und Ressourcenplanung auf Basis von BPMN-Behandlungsmodellen

Meeting Abstract

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  • Denny Schneeweiss - Technische Universität Berlin, Berlin, DE

GMDS 2013. 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. (GMDS). Lübeck, 01.-05.09.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocAbstr.288

doi: 10.3205/13gmds286, urn:nbn:de:0183-13gmds2862

Published: August 27, 2013

© 2013 Schneeweiss.
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Einleitung und Fragestellung: In den vergangenen Jahren sind Kosten- und Leistungsdruck im öffentlichen Gesundheitswesen stetig gestiegen. Die notwendige Effizienzsteigerungen müssen jedoch ohne Verminderung von Behandlungsqualität und Patientensicherheit erreicht werden. Eine Folge war die Einführung von Methodiken aus dem Geschäftsprozessmanagement in das Gesundheitswesen [1], wodurch vermehrt formale Beschreibungen medizinischer Behandlungsprozesse - zum Beispiel in Workflow-Sprachen wie BPMN - zur Verfügung stehen. Weiterhin kommen im klinischen Bereich auch Werkzeuge aus der Constraint-Programmierung, einem Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz, zum Einsatz - vor allem im Bereich der automatisierten Zeit- und Ressourcenplanung - z. B. für Schichtplanung, für die Planung von Operationen oder bei der Auslastung medizinischer Geräte [2]. Die Constraint-Modelle für existierende Planungssysteme werden meist von IT-Experten erzeugt. Medizinisches Personal wie Ärzte oder Krankenhausverwalter ist selten in der Lage, diese selbstständig anzupassen wenn sich Anforderungen oder Prozesse ändern. Es existieren jedoch im BPM-Bereich grafische Notationen, mit denen diese Behandlungsprozesse als Workflows dargestellt werden können. Die BPMN-Sprache [3] bietet eine einfach zu verstehende Notation, die auch von Nicht-IT-Experten verinnerlicht werden kann.

Material und Methoden: In dieser fortschreitenden Arbeit wird eine automatisiert Transformation von BPMN-Behandlungsmodellen in Constraint-Probleme zur Zeit- und Ressourcenplanung entwickelt. Sie soll Domänenexperten selbstständige Anpassungen ihrer medizinischer Prozesse in Form von BPMN-Modellen für die vorhandenen Planungssystemen ermöglichen und diese so sinnvoll ergänzen. Die erzeugten Constraint-Satisfaction-Probleme (CSPs) können dann von einem Constraint-Solver gelöst und so Pläne generiert werden, welche die Prozessaktivitäten dem verfügbaren Personal und den Ressourcen (Behandlungsräume, Medizingeräte) optimal zuordnen und das Personal bei Koordinierung und dem täglichen Betrieb der medizinischer Einrichtungen unterstützen [4]. Zudem können Pläne situationsabhängig für verschiedene Ziele optimiert werden, z.B. für eine minimierte Patientenwartezeit oder einen maximalen Durchsatz der behandelten Patienten selbst bei reduzierter Belegschaft in der Urlaubszeit.

Ergebnisse: Grundlegende BPMN-Modelle lassen sich im aktuellen Stand bereits automatisch in CSPs mit Finite-Domain-Constraints transformieren. Zielplattform ist der JAVA-basierte CHOCO-Solver, welcher anschließend die Pläne generiert bzw. optimiert. Die für Sequenzflüsse und BPMN-Gateways erzeugten Constraints verwenden eine lokale Sicht auf Vorgänger- und Nachfolgerelemente. So werden auch nicht-wohlgeformte BPMN-Modelle, in denen nicht auf jeden Split- ein Join-Element folgt, unterstützt. Eine zusätzliche Erzeugung von globalen Constraints, die die Blockstrukturen im BPMN-Modell für effektivere Lösungsmechanismen nutzen, wird zur Zeit erarbeitet. Die zur Verfügung stehenden Ressourcen wie Personal, Räume und Geräte werden in einem Ressourcenmodell beschrieben und den Aktivitäten im BPMN-Modell zugeordnet. Um die Verwendung dieser Ressourcenbeschreibungen für medizinisches Personal zu vereinfachen, existiert eine Zwischenschicht, die die abstrakten Ressourcenbeschreibungen, die ggf. zusätzliche Constraints beinhalten, auf Klassen von medizinische Domänenobjekte wie Behandlungsräume, stationäre und mobile medizinische Geräte und Personaltypen abbilden. So kann mit Objekten, die von der Zielgruppe verstanden werden, geplant werden.

Diskussion: Gerade im kritischen und sehr dynamischen Bereich medizinischer Einrichtungen ist klar, das Planungssysteme immer nur Vorschläge für Abläufe anbieten können. Dennoch ist Erweiterung vorhandener Planungssysteme durch eine automatisierte Übersetzung von BPMN-Behandlungsmodelle in Constraint-Modelle zur Zeit- und Ressourcenplanung eine sinnvolle Ergänzung der existierenden Systeme und hat das Potential, das medizinische Personal bei der Koordinierung und Optimierung ihrer Behandlungsaktivitäten zu unterstützen und ihnen zu helfen, ihre Planungssysteme an ihre speziellen Bedürfnisse anzupassen.


Literatur

1.
Mauro, Leimeister, Krcmar. Serviceorientierte Integration medizinischer Geräte. Informatik-Spektrum. 2011 June; 34(34):276–286.
2.
Wolf, Armin. Constraint-Based Modeling and Scheduling of Clinical Pathways. Lecture Notes in Computer Science Vol. 6384 - Recent Advances in Constraints, Berlin / Heidelberg: Springer; 2011.
3.
Object Management Group. BPMN 2.0 Specification - Business Process Model and Notation Version 2.0}. Technical report. Object Management Group, January 2011.
4.
Marriott K, Stuckey PJ. Programming with Constraints: An Introduction. The MIT Press; 1998.