ArchivDeutsches Ärzteblatt42/2019Medizininformatik-Initiative: Impulse für die digitale Medizin

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Medizininformatik-Initiative: Impulse für die digitale Medizin

Dtsch Arztebl 2019; 116(42): A-1883 / B-1551 / C-1519

Krüger-Brand, Heike E.

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Vier große Forschungskonsortien aus der Hochschulmedizin arbeiten daran, Patientendaten für die Behandlung und Forschung durch innovative IT-Lösungen verfügbar zu machen und die standortübergreifende Vernetzung voranzutreiben. Aufbruchstimmung und Kooperationswillen bei den Beteiligten sind spürbar.

Foto: Tex vector/stock.adobe.com
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Es könnte eine Erfolgsgeschichte werden, die sich bislang noch weitgehend im Schatten eines anderen großen Gesundheits-IT-Projekts – dem Aufbau der Tele­ma­tik­infra­struk­tur – abspielt. „Die Medizininformatik-Initiative hat eine wirkliche Initialzündung ausgelöst“, erklärte Prof. Dr. med. Markus Löffler, Universität Leipzig, beim ersten Kongress des SMITH-Konsortiums. Neben DIFUTURE, HiGHmed und MIRACUM ist SMITH eines der vier großen Konsortien aus Einrichtungen der Universitätsmedizin, die seit 2016 die Chancen der Digitalisierung dazu nutzen wollen, Forschung und Versorgung enger zu verknüpfen und zu verbessern.

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„Wir werden Techniken entwickeln, die übergreifend verfügbar sind, und Use Cases, die wechselseitig genutzt und erweitert werden können.“ Markus Löffler, Konsortialleiter SMITH. Foto: UKE/Ronald Frommann
„Wir werden Techniken entwickeln, die übergreifend verfügbar sind, und Use Cases, die wechselseitig genutzt und erweitert werden können.“ Markus Löffler, Konsortialleiter SMITH. Foto: UKE/Ronald Frommann

Entstanden sei „eine extrem starke Bewegung“, die nicht nur die medizininformatischen Fachleute erfasst habe, sondern „auch die Vorstände der Hochschulen, der Universitätskliniken und der medizinischen Fakultäten, die das als Strategiethema ausgewählt haben und die Initiative unterstützen“, betonte Medizininformatiker Löffler, Konsortialleiter von SMITH, im September in Berlin. Inzwischen seien „sehr kooperative Prozesse in ganz Deutschland in Gang gekommen“, die zu einer starken Konvergenz zwischen den vier Konsortien geführt hätten. Löffler verbucht es als großen Erfolg der Initiative, dass sich inzwischen alle Universitätskliniken in irgendeiner Form in eines der vier Konsortien einbringen.

Der Hintergrund: Riesige Datenmengen werden jeden Tag im Gesundheitswesen erzeugt – und verbleiben anschließend ungenutzt in den Datensilos von Institutionen, Sektoren sowie Forschungs- und Gesundheitseinrichtungen. Eine Rolle spielt dabei auch, dass die Daten aus der Versorgungsroutine wie Labordaten, Röntgenbilder oder Arztbriefe überaus heterogen sind. Die Medizininformatik-Initiative (MII), vom Bun­des­for­schungs­minis­terium (BMBF) 2015 gestartet und in mehreren Phasen zunächst bis zum Jahr 2021 mit mehr als 150 Millionen Euro gefördert, soll das ändern. Ihr Ziel ist es, die Grenze zwischen Patientenversorgung und medizinischer Forschung durch IT-Lösungen zu überwinden (Kasten MII).

Daten aus der Krankenversorgung und der klinischen und biomedizinischen Forschung sollen dabei institutionen- und standortübergreifend ausgetauscht und für medizinische Forschung genutzt werden können. Forschungsergebnisse sollen im Gegenzug aber auch schneller wieder in die Routine zurückgespielt werden. Die Anforderungen dafür sind komplex: Erforderlich sind dafür nicht nur interoperable Systeme, sondern beispielsweise ebenso einheitliche Datenschutz- und Datennutzungskonzepte. Spätestens ab 2022 soll in einer zweiten Förderphase die Vernetzung dann auf weitere Partner, Sektoren und Anwendungen ausgedehnt werden.

Daten harmonisieren und computerlesbar machen

Beispiel SMITH: Das Akronym steht für „Smart Medical Information Technology of Healthcare“. Die wesentlichen Ziele: „Wir wollen die elektronische Krankenakte erschließen und zugänglich machen. Im Augenblick ist das kaum der Fall“, erläuterte Löffler. „Die allermeisten Krankenhäuser hierzulande haben nur die für die Abrechnung relevanten Daten verfügbar. 95 Prozent der Informationen aus dem Krankenhausinformationssystem können wir zudem nicht nutzen.“ So ließen sich etwa aus einem PDF-Dokument nicht die Nebenwirkungen einer Medikation für Analysen herauslesen, erläuterte er. Die Daten müssen harmonisiert und computerlesbar gemacht werden. Das erfordere strukturierte, automatisiert auslesbare Angaben und einheitliche Datenformate, um beispielsweise Laborwerte zu vergleichen, Kurven zu erstellen und neue Erkenntnisse aus Daten zu generieren.

Derzeit sind sieben Uniklinika in SMITH organisiert (Aachen, Bonn, Essen, Halle, Jena, Leipzig, Hamburg-Eppendorf), hinzu kommen Vernetzungspartner, das heißt solche, die zwar mitarbeiten, aber zunächst noch kein eigenes Datenintegrationszentrum (DIZ) aufbauen, nämlich die Unikliniken Bochum, Düsseldorf und Rostock. In den DIZ sollen Versorgungs- und Forschungsdaten dezentral am jeweiligen Uniklinikstandort zusammengeführt, standardisiert und für den standortübergreifenden Austausch aufbereitet werden.

„Wir haben außerdem ein breites Spektrum von Industriepartnern gewonnen, bei uns mitzuwirken“, berichtete Löffler. Das sei eine strategische Entscheidung, „weil wir so dafür sorgen wollen, dass die Techniken und die Prozesse, die in den DIZ aufgebaut werden, anschließend auch aus kompetenter Hand vorgehalten werden und eine Nachhaltigkeit entwickeln“, meinte er. So sind innerhalb von SMITH etwa die Unternehmen März und InterSystems für den DIZ-Aufbau und den Rollout aller technischen Spezifikationen zuständig. Weitere Industriepartner sind beispielsweise Bayer, Averbis und ID.

Die übrigen Konsortien sind in ähnlicher Form aufgestellt und kooperieren ebenfalls mit weiteren Partnern, darunter Forschungseinrichtungen, Unternehmen, Krankenkassen, ärztlichen Körperschaften und Patientenvertretern.

Use Cases sollen den Mehrwert belegen

Anhand von konkreten patientenbezogenen Anwendungsfällen (Use Cases) sollen die Konsortien zudem demonstrieren, dass die entwickelten digitalen Techniken und die Vernetzung funktionieren und einen Mehrwert für Versorgung und Forschung bieten (siehe Kasten Anwendungsbeispiele). Im Projekt SMITH etwa will man den Nutzen der digitalen Medizin anhand von Anwendungen aus der Intensiv- und der Infektionsmedizin belegen.

„Unsere Kliniker sind hochinteressiert. Wir können ihnen bessere Werkzeuge zur Verfügung stellen.“ Klaus A. Kuhn, Konsortialkoordinator DIFUTURE. Foto: A. Eckert, TUM
„Unsere Kliniker sind hochinteressiert. Wir können ihnen bessere Werkzeuge zur Verfügung stellen.“ Klaus A. Kuhn, Konsortialkoordinator DIFUTURE. Foto: A. Eckert, TUM

Das Konsortium DIFUTURE (Data Integration for Future Medicine) befasst sich laut Konsortiumskoordinator Prof. Dr. med. Klaus A. Kuhn, München, unter anderem mit den Krankheitsbildern multiple Sklerose und Morbus Parkinson. Weitere Anwendungen etwa aus der Onkologie und der Kardiologie sollen im nächsten Jahr folgen. Dabei werden Befunde, Verlaufsdokumentation und Bildgebung selbst standardisiert. Es gelte, die Qualität schon bei der primären Datenerfassung im Auge zu behalten, betonte Kuhn. Wichtig, gerade für Big-Data-Analysen, sind auch die großen qualitätsgesicherten Datenbasen der Kassenärztlichen Vereinigung Bayerns, mit der das Konsortium kooperiert.

In HiGHmed geht es um drei Use Cases aus der Onkologie, der Kardiologie und der Infektionskontrolle. Entwickelt wird eine offene Plattform. „Wir sind dreifach ,open‘“, betonte der Standortsprecher für das Konsortiummitglied Charité, Martin Peuker. Alle Spezifikationen für Programmierschnittstellen seien frei zugänglich, alle klinischen Modelle wie etwa Laborparameter basierten auf offenen Standards und alle Systemkomponenten seien genau definiert und zugänglich. Vor allem der Use Case Infektionskontrolle ist laut Peuker vorangeschritten. Das Datenmodell liege vor, erste Algorithmen könnten trainiert werden, molekularspezifische Charakteristiken würden in die Datenbank integriert, so der Charité-CIO. Die ersten 300 Laborparameter wurden auf Basis der LOINC-Klassifikation integriert.

Datenverfügbarkeit für die Forschung unterstützen

MIRACUM (Medizininformatik in Forschung und Versorgung in der Universitätsmedizin) arbeitet an dem IT-gestützten Aufbau von Rekrutierungsplattformen für klinische Studien, an Prädiktionsmodellen zur klinischen Entscheidungsunterstützung und an der Optimierung interdisziplinärer molekularer Tumorboards. Inzwischen habe man ein föderiertes Authentifizierungssystem über das Konsortium hinweg etabliert, sodass sich jeder Forscher einfach per Passwort von seinem Standort aus im DIZ anmelden könne, erläuterte der Konsortialleiter Prof. Dr. biol. hom. Hans-Ulrich Prokosch, Erlangen-Nürnberg.

„Wir lernen extrem viel voneinander und wir können trotzdem unsere Konzepte weiterverfolgen, die auf Open Source basieren.“ Hans-Ulrich Prokosch, Konsortialkoordinator MIRACUM. Foto: Michael Rabenstein
„Wir lernen extrem viel voneinander und wir können trotzdem unsere Konzepte weiterverfolgen, die auf Open Source basieren.“ Hans-Ulrich Prokosch, Konsortialkoordinator MIRACUM. Foto: Michael Rabenstein

Das Forschungsportal des Konsortiums soll 2020 starten. Es wird Forschern einen Überblick darüber ermöglichen, welche Krankenhäuser wie viele Patientendatensätze und mit welchen Merkmalen aus dem Kerndatensatz der MII potenziell für Abfragen bereitstellen können. Nach einer solchen Machbarkeitsanalyse kann der Forscher einen Projektantrag etwa für eine Kooperation mit einem oder mehreren Standorten stellen. „Über das Portal werden die Anfragen verteilt, die lokalen Datenintegrationszentren holen sich diese ab, sodass an jedem Standort einzeln entschieden werden kann, ob man an einem bestimmten Projektantrag teilnehmen will“, erläuterte Prokosch.

Für die Patienteneinbindung gibt es auch bereits erste Ansätze: So sei der Prototyp für eine Smartphone-App fertiggestellt worden, mit der der Patient sich künftig auf einem Patientenportal anmelden, Einwilligungen für die Datennutzung geben und verfolgen könne, was mit seinen Daten geschehe. Derzeit werden ein Tool für das modulare Einwilligungsmanagement und eine entsprechende Patienteninformation hierfür erarbeitet, so Prokosch.

Abgesehen von den unterschiedlichen Use Cases haben die Konsortien bereits seit der Konzeptphase viele Prozesse auch gemeinsam entwickelt, so etwa die technische Referenzarchitektur für die DIZ und einen gemeinsamen Kerndatensatz, der bundesweit an allen Standorten gelten soll und dazu dient, die Dokumente maschinenlesbar zu machen.

„Grundsätzlich ist in der MII ein Wettbewerb der besten Ideen nicht nur möglich, sondern ausdrücklich über die Konsortialstruktur strukturell gewünscht. Wir sehen schon heute, wie von dem kreativen Austausch alle profitieren. Doch dort, wo technische Lösungen das übergreifende Ziel berühren, Daten deutschlandweit zusammenzuführen und zu nutzen, müssen wir im Nationalen Steuerungsgremium, in dem alle Konsortien und die Koordinationsstelle vertreten sind, dafür Sorge tragen, dass die fachlichen Festlegungen verbindlich erfolgen und wir zu der erforderlichen Harmonisierung kommen“, erläuterte Sebastian C. Semler, Geschäftsführer der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung e.V. (TMF). Die TMF koordiniert im Begleitprojekt gemeinsam mit dem Medizinischen Fakultätentag und dem Verband der Universitätsklinika Deutschlands e.V. die Abstimmung der Entwicklungen innerhalb der MII. Gemeinsame Festlegungen werden derzeit in den vier AGs Consent (Patienteneinwilligung), Data Sharing, Interoperabilität und Kommunikation erarbeitet.

Die DIZ etwa haben eine gemeinsame Zielsetzung: Mit ihnen sollen die Konsortien eine einheitliche generische Plattformarchitektur aufbauen, „die es perspektivisch erlaubt, die Daten eines KIS mit allen elektronischen medizinischen Akten zu nutzen – unabhängig von den speziellen medizinischen Use Cases, die wir derzeit entwickeln, und mit nahezu identischer Funktionalität an allen Standorten. Diese Services wollen wir dann späteren Partnern mit zur Verfügung stellen“, betonte Löffler.

Neben den konsortiumspezifischen Use Cases sollen daher auch zwei konsortienübergreifende Anwendungsfälle die semantische Harmonisierung der Rohdaten und die interoperablen Schnittstellen in den DIZ unter Beweis stellen: die Projekte POLAR zu den Problemen der Polypharmazie und CORD (Collaboration On Rare Diseases) zur besseren Behandlung seltener Erkrankungen.

Kerndatensatz: Wichtig für die Standardisierung

Der Kerndatensatz, der in der AG Interoperabilität erarbeitet worden ist, umfasst zum Beispiel Diagnosen und Prozeduren, Laborbefunde, Medikationen, Stammdaten zu Personen und zu Behandlungsfällen, das heißt insbesondere zunächst die Daten mit starkem Abrechnungsbezug, die heute bereits in den Krankenhäusern strukturiert erfasst und auch für Forschungsprojekte immer wieder benötigt werden. Er wird jedoch mit Blick auf die Bedarfe der deutschlandweiten Anwendungsfälle der MII, aber auch die geplante elektronische Patientenakte (ePA) der Tele­ma­tik­infra­struk­tur sukzessive erweitert.

„Inzwischen haben wir wichtige Partner aus der Patientenversorgung dabei mit einbezogen“, berichtete Semler. Der Kerndatensatz habe eine wichtige Impulswirkung auf die Standardisierung. Vor allem der Kontakt zur Kassenärztlichen Bundesvereinigung (KBV) als der verantwortlichen Instanz für die Medizinischen Informationsobjekte (MIOs) der ePA sei sehr wichtig, „damit nicht Definitionen erarbeitet werden, die nur spezifisch für den Forschungsbereich relevant sind“, meinte er. Die KBV wurde vom Gesetzgeber beauftragt, die syntaktischen und semantischen Festlegungen für die ePA zu definieren. „Kein Haus und kein Medizintechnikhersteller wird in der Lage sein, fünf oder sieben Spezifikationen parallel bedienen zu können, daher ist es ungemein wichtig, ein Crossover zwischen Forschung und Versorgung hinzubekommen“, unterstrich Semler. Die MII biete daher eine „Riesenchance, unter konsequenter Nutzung international anerkannter Standards Informationsobjekte aus dem ambulanten Bereich mit klinischen Daten zusammenzuführen“.

Forschungskompatible Patientenakte bis 2025

Hinzu kommt, dass nach der Hightech-Strategie der Bundesregierung im Rahmen der MII bis zum Jahr 2025 die ePA in einer weiteren Ausbaustufe forschungskompatibel ausgestaltet werden soll. Dies erfordert eine enge Abstimmung mit vielen Akteuren auf der Forscher- und der Versorgerseite sowie mit dem Bundesforschungs- und dem Bun­des­ge­sund­heits­mi­nis­ter­ium und der für die Festlegungen der Tele­ma­tik­infra­struk­tur verantwortlichen Betriebsgesellschaft gematik. Die Anforderungen an eine solche Akte sind hoch: Sie muss intersektoral funktionieren und über die einheitliche Anwendung internationaler Standards die Vergleichbarkeit der enthaltenen Daten gewährleisten. Ihre Inhalte müssen strukturiert vorliegen, sodass sie für die datengestützte Analyse großer Patientenkohorten zur Verfügung stehen. Patienten müssen zudem eigene Daten integrieren können.

Derzeit wird laut Semler zudem konsortienübergreifend eine Infrastruktur für Forschungsanfragen vorbereitet, die Zentrale Antrags- und Registerstelle (ZARS) als „One-Stop-Agency“ für Wissenschaftler. Das Ziel: „Wissenschaftler sollen künftig über das zentrale Portal Anfragen stellen und Daten erhalten können, die gleichartig über alle beteiligten Universitätsstandorte hinweg harmonisiert sind, sodass ausreichende Fallzahlen und eine kuratierte Datenbreite für Forschungsarbeiten zur Verfügung stehen“, so der TMF-Geschäftsführer. Die Daten verbleiben dabei in den DIZ an den einzelnen Standorten in den Konsortien und werden lediglich über das Portal abfragbar gemacht.

Rahmen schaffen für die Patientenpartizipation

Ein großes Anliegen der MII ist es, die Patientenpartizipation zu stärken. Hierfür habe man den Dialog mit Patientenorganisationen aufgenommen, erklärte Semler. Er verwies auf die Ergebnisse der im Auftrag der TMF durchgeführten repräsentativen forsa-Umfrage, wonach mehr als drei Viertel der Deutschen bereit sind, ihre Gesundheitsdaten anonym und unentgeltlich digital für die medizinische Forschung zur Verfügung zu stellen. „Das Ansinnen der MII, Versorgungsdaten auch für Forschung zu nutzen, findet eine ganz hohe Akzeptanz in der Bevölkerung“, betonte Semler. Es sei nun Aufgabe der Forscher und der Politik, zügig die erforderliche rechtssichere und vertrauenswürdige Umgebung hierfür bereitzustellen.

Heike E. Krüger-Brand

5 Fragen an . . .
Sebastian C. Semler, TMF, unter: www.aerzteblatt.de/n106627
oder über QR-Code.

Die Medizininformatik-Initiative im Überblick

Seit 2016 arbeiten die Unikliniken in der Medizininformatik-Initiative (MII) des Bun­des­for­schungs­minis­teriums daran, medizinische Forschung und Versorgung besser zu vernetzen. Dazu werden an den Unikliniken Datenintegrationszentren eingerichtet. Sie sollen die Standardisierung, Integration und gemeinsame Nutzung von Daten auf lokaler und nationaler Ebene vorantreiben, um Prävention, Diagnostik und Therapie von Erkrankungen zu verbessern.

Die grundlegenden Konzepte werden von den vier Konsortien DIFUTURE (Konsortialführung: Technische Universität München/Klinikum der Universität München), HigGHmed (Uniklinik Heidelberg/Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg), MIRACUM (Universität Erlangen-Nürnberg/Uniklinikum Erlangen) und SMITH (Universität Leipzig) gemeinsam erarbeitet. In konkreten Anwendungsfällen (Use Cases) werden innovative IT-Lösungen entwickelt und implementiert, mit denen der Mehrwert der Technologien für Ärzte, Forscher und Patienten demonstriert werden soll.

Als übergeordnete Governance-Struktur fungiert das „nationale Steuerungsgremium“ der MII, in dem Vertreter aller Konsortien die Projektarbeit abstimmen. Die Zusammenarbeit wird von einer Koordinationsstelle organisiert, die von der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung gemeinsam mit dem Medizinischen Fakultätentag und dem Verband der Universitätsklinika Deutschlands betrieben wird.

Das Förderkonzept des BMBF umfasst drei Phasen, 160 Millionen Euro und 33 Universitätskliniken. Nach der Konzeptphase steckt das Projekt derzeit in der Aufbau- und Vernetzungsphase. Ende 2019 ist die Halbzeit erreicht.

Klinische Anwendungsbeispiele

DIFUTURE: Multiple Sklerose (MS)

Ziel ist es, die MS-Therapie zu verbessern, indem die Patienten so früh wie möglich eine für sie maßgeschneiderte Medikation erhalten. Dazu werden die Krankheitsverläufe zahlreicher Patienten verglichen, um in den Daten versteckte Muster aufzuspüren. Hierbei kann auf sehr große, zum Teil bereits standardisierte Datensammlungen zugegriffen werden. Das Spektrum der integrierten Daten umfasst klinische und Labordaten, Bilddaten und genetische Daten. Auf dieser Basis wollen die Forscher mathematische Modelle entwickeln, die die Ärzte bei ihrer Therapieentscheidung unterstützen. https://difuture.de

HiGHmed: Infektionskontrolle

In dem Use Case entwickeln die Mediziner ein Softwaresystem zur Analyse verschiedener Datenquellen aus Krankenhäusern, um Ausbrüche von Krankenhausinfektionen frühzeitig zu erkennen und Interventionsstrategien zu optimieren. „Unser Use Case ist ein rein präventionsmedizinischer. Wir wollen – durch Mustererkennung und andere Ansätze – ein Frühwarnsystem, das ,Smarte Infection Control System‘, etablieren. Es soll die Aufgabe übernehmen, Erregerübertragungen, Cluster, beginnende Ausbrüche und Einzelfälle von Erregern mit besonderer Relevanz früh zu erkennen und zu alarmieren. Die hoch qualifizierten Infection-Control-Mitarbeiter könnten sich dann auf die Verifikation dieser Alerts und das Umsetzen geeigneter Maßnahmen fokussieren“, erläuterte Prof. Dr. med. Simone Scheithauer, Göttingen. www.highmed.org

MIRACUM: Unterstützung molekularer Tumorboards

In interdisziplinären molekularen Tumorboards arbeiten Ärzte unterschiedlicher Fachrichtungen bei der Behandlung von Krebserkrankungen zusammen und treffen Therapieentscheidungen. Dabei müssen sie vielfältige Informationen berücksichtigen – von klinischen und radiologischen Befunden bis hin zu Blutwerten und genetischen Analysen. Diese Datenflut wollen Medizininformatiker durch intelligente IT-Lösungen nutzbar machen, etwa indem Datenvisualisierungen die behandlungsrelevanten Informationen strukturieren. www.miracum.org

SMITH: Algorithmische Surveillance (ASIC)

ASIC zielt darauf ab, Patientendatenmanagementsysteme auf Intensivstationen kontinuierlich auszuwerten, um die Patienten automatisiert zu überwachen und bei kritischen Zuständen schneller eingreifen zu können. Hierzu werden die Daten standardisiert und zusammengeführt. Die Ärzte sollen zudem über eine als Medizinprodukt entwickelte App auf die Daten zugreifen können. „Die Diagnose des aktiven Lungenversagens, die immer noch mit einer Sterblichkeit von bis zu 38 Prozent weltweit assoziiert ist, soll durch technische Innovation frühzeitig ermöglicht werden und so eine leitliniengerechte Therapie unterstützen“, erläuterte Prof. Dr. med. Gernot Marx, FRCA, Aachen. www.smith.care

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