gms | German Medical Science

Einleitung und Zielstellung: Informationssysteme im Gesundheitswesen sind komplex. Sie unterstützen eine Vielzahl von Unternehmensaufgaben, verarbeiten umfangreiche Informationen und müssen unterschiedlichsten Anforderungen genügen, wie z.B. regulativen (u.a. Datenschutz), organisatorischen (u.a. Struktur der Gesundheitseinrichtung) oder technischen (z.B. Verfügbarkeit, IT-Sicherheit, Performance). Da einzelne Anwendungssysteme dies in der Regel nicht abdecken können, baut sich eine Informationssystemarchitektur daher aus einer Vielzahl von Anwendungssystemen auf. Diese besitzen Schnittstellen, halten ihre Informationen in Datenbanksystemen und werden in (redundanten) Rechenzentren betrieben. Das IT-Management des Gesundheitsunternehmens kümmert sich um die Weiterentwicklung und den Betrieb des Informationssystems. Dafür benötigt es sowohl einen Überblick als auch Detailwissen über das Informationssystem. Zeichnungen werden oft gemacht, um den Überblick herzustellen. Diese können aber mehrdeutig sein, z.B. wenn Prozesse mit technischen Komponenten gemischt, Kanten für Kommunikationsbeziehungen, aber auch für Workflow-Schritte benutzt oder Symbole verwendet werden, die unklar sind (z.B. eine Wolke). Es kann außerdem hilfreich sein, dass Informationssystem aus verschiedenen Perspektiven (z.B. wo überall HL7 Standards zum Einsatz kommen) oder nur in Teilbereichen (z.B. einer Abteilung oder eines Funktionsbereiches) zu betrachten, was mit Zeichnungen nur mit viel Aufwand zu realisieren ist. Mit Integrating the Healthcare Enterprise (IHE) stehen Integrationsprofile für die technische Umsetzung von Anwendungsfällen im Gesundheitswesen zur Verfügung. Sollen diese im Rahmen einer Planung das Informationssystem erweitern oder verändern, gibt es ebenfalls mehrere Möglichkeiten diese einzusetzen.

Mit der Verwendung von Modellen können diese Herausforderungen besser gemeistert werden, da Modelle einer wohldefinierten Methodik folgen. Das 3-Ebenen Metamodell (3LGM²) ist eine solche Methodik, welche im Rahmen des DFG Projektes 3LGM2IHE weiterentwickelt und in diesem Beitrag vorgestellt wird.

Methoden: 3LGM² beschreibt eine Informationssystemarchitektur auf den 3 Ebenen: Fachliche Ebene, Logische Werkzeugebene und Physische Werkzeugebene [1]. Dabei werden auf der Fachlichen Ebene die Unternehmensaufgaben und Informationsobjekte (Objekttypen) abgebildet. Auf der Logischen Werkzeugebene sind die Anwendungssysteme, d.h. einsatzfähige, konfigurierte Softwareartefakte, mit ihren Schnittstellen und Datenbanken modelliert, die für die Unterstützung der Aufgaben zum Einsatz kommen. Schließlich beschreibt die Physische Werkzeugebene die Hardware inkl. Virtualisierungstechniken (z.B. virtuelle Maschinen, Container Technologien), die für den Betrieb der Anwendungssysteme erforderlich sind. Beziehungen zwischen den Elementen auf verschiedenen Ebenen können mittels Inter-Ebenen-Beziehungen modelliert werden.

Für die Integration von IHE wurden Semantik-Web Techniken (OWL, RDF) verwendet. Die IHE-Konzepte (z.B. Integrationsprofile, Akteure, Transaktionen) wurden aus den IHE Spezifikationen (Technical Frameworks: https://www.ihe.net/resources/technical_frameworks/) extrahiert und in eine IHE Ontologie überführt. Das Java-basierte 3LGM² Tool, welches die 3-Ebenen Metamodelle implementiert, wurde so erweitert, dass die IHE Konzepte für die Modellierung verfügbar sind.

Ergebnisse: Das 3LGM² Tool steht zum Download zur Verfügung (https://3lgm2.de/Downloads/3LGM2_Baukasten/). Es unterstützt die Erstellung Nachrichten-basierter Modelle (die Anwendungssysteme kommunizieren via Schnittstellen mittels Nachrichten) und Service-orientierter Modelle (die Anwendungssysteme besitzen Schnittstellen, die Services bereitstellen oder aufrufen). Die aus den IHE Spezifikationen extrahierten Informationen stehen nach dem Semantic-Web Paradigma maschinen-lesbar sowohl als Ressourcen (inkl. URL) (https://www.3lgm2.de/resource/ihe/) als auch via SPARQL abfragbar (https://3lgm2.de/sparql) zur Verfügung (IHE Ontologie). Das 3LGM² Tool wurde erweitert, sodass es die Informationen aus der IHE Ontologie verarbeiten kann und daraus in einem „Template Browser“ die IHE Akteure und Transaktionen gruppiert nach IHE Domains und Integrationsprofilen für die Modellierung zur Verfügung stellt, siehe Abbildung 1 [Abb. 1]. Handlungsanweisungen zur Modellierung von 3LGM² mit IHE wurden erarbeitet und in einem GMDS Tutorium vorgestellt [2]. Der Template Browser ist zudem in der Lage häufig benötigte Architekturmuster, wie z.B. das einer Treuhandstelle oder bzgl. der Archivierung von Krankenakten als Entwurfsmuster anzubieten, siehe Abbildung 2 [Abb. 2].

Diskussion: Durch eine DFG/TMF Förderung konnte 3LGM² als Methode um die Abbildung von IHE ergänzt und das 3GM² Tool um Funktionen zur Verwendung von IHE und Entwurfsmustern erweitert werden. Die zu Grunde liegende IHE Ontologie enthält aktuell nur eine Teilmenge der verfügbaren Integrationsprofile, z.B. aus den Domänen IT Infrastruktur und Radiologie. Zudem konnten nicht alle Abhängigkeiten aus den IHE Technical Frameworks berücksichtigt werden. Die bestehende Umsetzung ist aber mit den vorhandenen IHE Elementen für die Modellierung nutzbar und kann über die Ontologie erweitert werden, ohne dass es Änderungen am Quellcode des 3LGM² Tools bedarf.

Bei der Evaluierung durch Projektpartner zeigte sich, dass das 3LGM² Tool anwendbar und die damit erstellten Modelle hilfreich sein können [3]. Verbesserungen sind insbesondere bei der Nutzung (Usability, Unterstützung beim Modellieren, usw.) wünschenswert.

Der Template Browser des 3LGM² Tool ist die Voraussetzung für die Verwendung von Entwurfsmustern, um den Aufwand beim Modellieren zu reduzieren. Entwurfsmuster werden aktuell vom 3LGM2IHE Team entwickelt und sukzessive zur Verfügung gestellt. Dies muss keine alleinige Aktivität des 3LGM2IHE Teams sein. Entwurfsmuster können einfach durch Dritte erzeugt und verwendet werden.

Acknowledgement: Das 3LGM2IHE Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt. Projektnummer: 315068407, Förderkennzeichen: WI 1605/9-1, WI 1605/9-2, BE 3663/2-1, BE 3663/2-2, ME 5367/1-2, BI 1930/2-2, KR 1093/10-2.