Einführung in die Medizinische Informatik - Wintersemester 2024/25 – Teil 4 PDF

Einführung in die Medizinische Informatik Wintersemester 2024/25 – Teil 4 uni-siegen.de Prof. Dr. Kai Hahn 11. November 2024 uni-siegen.de 3.3 Medizinische Datenstandards Health Level 7 (HL 7) Health Level 7 (HL 7) ist eine Gruppe internationaler S...

Einführung in die Medizinische Informatik Wintersemester 2024/25 – Teil 4 uni-siegen.de Prof. Dr. Kai Hahn 11. November 2024 uni-siegen.de 3.3 Medizinische Datenstandards Health Level 7 (HL 7) Health Level 7 (HL 7) ist eine Gruppe internationaler Standards für den Austausch von Daten zwischen Organisationen im Gesundheitswesen und deren Computersystemen. – HL 7 wird verwendet als Bezeichnung für die Organisation, die Standards im Gesundheitswesen entwickelt und unterstützt, Bezeichnung für die Versionen 2.x und die Version 3 der Standards und anderer Standards, die von den lokalen HL 7-Organisationen in 30 Ländern entwickelt werden. Wir machen heute eine kleine Zeitreise durch die wesentlichen Konzepte von HL7 und Folgesystemen. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 3 Health Level 7 (HL 7) Die Zahl 7 im Namen HL 7 bezieht sich auf die Schicht 7 des ISO/OSI-Referenzmodelles für die Kommunikation (ISO7498-1) und drückt damit aus, dass hier die Kommunikation auf Applikationsebene beschrieben wird. Darstellung Schicht Daten Pakete Segment „0“/ „1“ EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 4 Anwendungsbereiche von HL 7 HL 7 bietet Interoperabilität zwischen verschiedenen Informationssystemen im Gesundheitswesen – Krankenhausinformationssystemen (KIS), – Praxisverwaltungssystemen (PVS), – Laborinformationsmanagementsystemen (LIMS), – Radiologieinformationssystemen (RIS), – Bildverarbeitungs- und Archivierungssystemen (PACS), – Systemen zur Leistungsabrechnung, – Systemen, die als Elektronische Patientenakte fungieren (EPA). Deutschland: praktisch nur innerhalb von Krankenhäusern eingesetzt und bisher so gut wie nie zum Austausch von Daten zwischen dem klinischen und dem niedergelassenen Sektor EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 5 HL 7 Version 2.x Die Serie der HL 7 Version 2-Standards ist weit verbreitet und dient der Systemintegration innerhalb von Krankenhäusern zum Beispiel zur Kommunikation von Patienten- und Leistungsdaten sowie Leistungsanforderungen und Befunden. Es werden die notwendigen Anwendungsgebiete im Krankenhaus abgedeckt: – Patientendaten-Administration, – Befundkommunikation, – Leistungsanforderung und -übermittlung, – Dokumenten- und Stammdatenaustausch, – Mitarbeiterdaten, – Logistik, Materialmanagement und Ressourcenplanung. Daraus ergibt sich die Anforderung nach vielen verschiedenartigen Datenfeldern EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 6 HL 7-Nachrichtentypen ADT: Patienten-Stammdaten und Aufenthaltsdaten (Admission, Discharge, Transfer) ORM: Anforderung einer Untersuchung (Order Message) ORR: Antwort auf eine ORM Nachricht (Order Response) ORU: Befundübermittlung (Observation Result) MDM: Übermittlung medizinischer Dokumente (Medical Document Management) DFT: Übermittlung von Leistungsdaten zur Abrechnung (Detailed Financial Transactions) BAR: Übermittlung von Leistungsdaten nach dem OPS-Standard (Billing Account Record) … EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 7 Das HL 7-Transaktionsmodell Adt: Patient Admission, discharge and transfer EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 8  HL 7-Segmente MSH: Nachrichtenkopf (Message Header) EVN: Nachrichtenart (Event Type) OBR: (Observation Request) OBX: (Observation Result) ORC: (Common Order) PID: (Patient Identification) PV1: (Patient Visit) SFT: (Software Segment) … EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 9 HL7 Aufbau einer Nachricht EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 10  HL7 Aufbau einer Nachricht OPS = Operationen nach § 301 SGB V Procedures (Maßnahmen) Beispiele: 1-1-10: Klinische Untersuchungen 1-61-69: Diag. Endoskopie 3-00-09: Ultraschall 3-20-22: CT 5-21-22: OP an Nase+Nebenhöhle 9-26: Geburtsbegleitende Tätig. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 11 Aufbau von HL7-Messages MSH-Segment (Message Header) EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 12 HL7-Beispiele EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 13 HL7-Beispiele Ereignis (Event) => Versand einer Nachricht angestoßen – Event z.B. die stationäre Aufnahme eines Patienten – Aufnahme am KIS eingegeben KIS erzeugt Nachricht vom Typ ADT (Admission, Discharge, Transfer) + Ereignistyp z. B. A01, A02, A03… Über Nachricht klinische Subsysteme informiert – Patient dort bereits bekannt ist HL7-Nachricht: Typ ADT, Ereignistyp A01 (Neuaufnahme) – Segmente: Message Header (MSH), Patient Identification (PID) und Patient Visit (PV1). EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 14 HL7-Beispiele Ereignis (Event) => Versand einer Nachricht angestoßen – Event z.B. die stationäre Aufnahme eines Patienten – Aufnahme am KIS eingegeben KIS erzeugt Nachricht vom Typ ADT (Admission, Transfer, Discharge) + Ereignistyp z. B. A01, A02, A03… Über Nachricht klinische Subsysteme informiert – Patient dort bereits bekannt ist HL7-Nachricht: Typ ADT, Ereignistyp A01 (Neuaufnahme) – Segmente: Message Header (MSH), Patient Identification (PID) und Patient Visit (PV1). EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 15 HL7-Beispiele Ereignis (Event) => Versand einer Nachricht angestoßen – Event z.B. die stationäre Aufnahme eines Patienten – Aufnahme am KIS eingegeben KIS erzeugt Nachricht vom Typ ADT (Admission, Transfer, Discharge) + Ereignistyp z. B. A01, A02, A03… Über Nachricht klinische Subsysteme informiert – Patient dort bereits bekannt ist HL7-Nachricht: Typ ADT, Ereignistyp A01 (Neuaufnahme) – Segmente: Message Header (MSH), Patient Identification (PID) und Patient Visit (PV1). EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 16  Kodierung von Untersuchungsergebnissen in HL7 (und DICOM) Logical Observation Identifiers Names and Codes (LOINC) Zusammenstellung allgemeingültiger Namen und Identifikatoren zur Bezeichnung von Untersuchungs- und Testergebnissen aus Labor und Klinik (HL7 und DICOM Empfehlung) Die folgenden Felder werden zur Spezifikation eines LOINC-Ausdrucks verwendet: Feld Beschreibung Komponente (Analyt) z. B. Kalium, Hämoglobin, Hepatitis-C Antigen Messgröße z. B. Stoff-Konzentration, Enzym-Aktivität (Katalysegeschwindigkeit) Zeitangabe entweder handelt es sich um eine Untersuchung zu einem bestimmten Zeitpunkt (PT) oder um eine Untersuchung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne – z. B. 24-Stunden-Urin (24H) Art der Probe (System) z. B. Urin, Vollblut, Plasma, Liquor, Gewebe Art der Skalierung z. B. ob die Messung quantitativ (Maßgenauigkeit), ordinal (mit abgestuften Alternativen), nominal (z. B. Escherichia coli, Staphylococcus aureus) oder als Textdarstellung (z. B. das Ergebnis nach Diktat bei Röntgenuntersuchungen) erfolgte. Methodik Wie wurde das Ergebnis erzielt? (z.B. MRT, Angiogramm) EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 17 Kodierung von Untersuchungsergebnissen – Bsp.: Felder zur Spezifikation eines LOINC-Ausdrucks verwendet: EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 18 Kodierung von Untersuchungsergebnissen LOINC-Systematik: 6-achsige Nomenklatur : : : : : fakultativ ! LOINC_NUM KOMPONENTE MESSGR. ZEIT SYSTEM SKALA METHODE 2951-2 SODIUM SCNC PT SER/PLAS QN 8331-1 BODY TEMPERATURE TEMP PT MOUTH QN 1502-4 GLUCOSE^1H POST MCNC PT SER QN 100 G GLUCOSE PO EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 19 Kodierung von Untersuchungsergebnissen LOINC-Codierungswerkzeug RELMA EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 20 HL 7, Version 3 Seit 2005 nutzbarer, in kontinuierlicher Weiterentwicklung befindlicher, neuer Standard für den medizinischen Datenaustausch, der aktuelle Prinzipien der Softwaretechnik und der Datenaustausches umsetzt: – Basiert auf objektorientierten Konzepten – Bietet eine auf eXtensible Markup Language (XML) basierende Syntax – Basiert auf einem einheitlichen und standardisierten Entwicklungsmodell (HDF – HL 7 Development Framework), das sich am Unified Modelling Language-Standard (UML) orientiert und sich so in aktuelle Softwareentwicklungstechniken integrieren lässt. – Ist aber heute im klinischen Einsatz noch nicht sehr verbreitet, da die meisten Basis-Software- Systeme (z.B. KIS-Systeme) älter sind und daher auf V2.x aufbauen. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 21  Mini-Exkurs UML und XML 1988-12-12 “top-secret“ 1234 „Ability to walk “ …. Garcia et al., 2015 Abbildung der Realität in der Informatik (Modellierung) Prinzipiell menschenlesbar Abbildung von Verhältnissen und Zugehörigkeiten Stark hierarchisiert Abstrakte Beschreibung von Attributen und Informationen Überprüfbar! und deswegen integer Menschenlesbare, (fast) eindeutige Systembeschreibung Gängiges Beschreibungsformat UML XML EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 22 Vergleich HL 7 v2.3 – HL 7 v3 v2.3 - Message und … EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 23 Vergleich HL 7 v2.3 – HL 7 v3 … v3 - Message EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 24 DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine – offener Standard zur Speicherung und zum Austausch von Informationen im medizinischen Bilddatenmanagement. – Entwickelt 1983 von National Electrical Manufacturers Association (NEMA) und dem American College of Radiologists (ACR), seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. – Diese Informationen können beispielsweise sein: digitale Bilder, Zusatzinformationen wie Segmentierungen, Oberflächendefinitionen oder Bildregistrierungen. – DICOM standardisiert das Format zur Speicherung der Daten, das Kommunikationsprotokoll zu deren Austausch. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 25 DICOM Fast alle Hersteller bildgebender oder bildverarbeitender Systeme in der Medizin implementieren heute den DICOM- Standard in ihren Produkten: – Digitales Röntgen, – Magnetresonanztomographie, – Computertomographie, – Sonographie, – … Dadurch wird im klinischen Umfeld Interoperabilität zwischen Systemen verschiedener Hersteller ermöglicht. DICOM ist auch die Grundlage für die digitale Bildarchivierung in Praxen und Krankenhäusern (Picture Archiving and Communication System, PACS). EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 26 DICOM-Nutzung am Beispiel Patient wird mit Brustschmerz eingeliefert, Behandelnder Arzt ordnet MRT an: – Anfrage über KIS gestellt, – KIS generiert MRT-Anordnung für das RIS (Radiologie-Informationssystem), Patient wird in die Radiologie gebracht, dort werden MRT-Aufnahmen gem. Anforderung erstellt, Die fertigen Aufnahmen werden gem. DICOM-Standard zu einer sog. „Study“ zusammengeführt, EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 27 EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 28 DICOM-Nutzung am Beispiel Patient wird mit Brustschmerz eingeliefert, Behandelnder Arzt ordnet MRT an: – Anfrage über KIS gestellt, – KIS generiert MRT-Anordnung für das RIS (Radiologie-Informationssystem), Patient wird in die Radiologie gebracht, dort werden MRT-Aufnahmen gem. Anforderung erstellt, Die fertigen Aufnahmen werden gem. DICOM-Standard zu einer sog. „Study“ zusammengeführt, Die Bilder werden zur Archivierung ins PACS (Picture Archiving and Communication System) übertragen, … EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 29 DICOM-Nutzung am Beispiel … Radiologe fordert MRT-Aufnahme vom PACS zur Begutachtung und Weiterbearbeitung an. Dabei können weitere Annotationen an den Daten angebracht werden. Diese werden den Ursprungsdaten im PACS hinzugefügt. Dem RIS wird eine Mitteilung geschickt, dass die Bildbearbeitung abgeschlossen wurde. Das Transaktionsende wird dem KIS mitgeteilt (ggf. unter Übertragung wesentlicher Schlüsseldaten aus der Aufnahme) Der reibungslose Datentransfer in diesem Beispiel wird durch DICOM (zum Teil in Kombination mit HL 7) realisiert. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 30 Zusammenspiel von DICOM und HL 7 KIS EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 31 DICOM Kommunikationsmodell SCP (Service Class Provider) und SCU (Service Class User) operieren auf Informationsobjekten. Die Kombination aus Service Class und Informationsobjekt- Template wird als SOP (Service Object Pair) bezeichnet. SOPs stellen die Basis dar, um DICOM conformance von Datentransfers zu definieren. – Kombination aus Informationsobjekt und die damit auszuführende Aktion – z. B. „MR-Bild speichern“, „Ultraschallbild drucken“, etc. Beim initialen Handshake zwischen zwei DICOM-konformen Geräten (Association Establishment) legen diese ihre SOPs offen. Wenn die Assoziation erfolgreich ist, werden Instanzen der relevanten SOPs zwischen den Providern und den Usern der Kommunikation ausgetauscht. EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 32 DICOM Kommunikationsmodell Beispiele EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 33 DICOM Kommunikationsmodell Beispiele EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 34 DICOM-Datenstruktur Beispiel: High Level DS SQ: Sequence EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 35 DICOM-Datenstruktur Beispiel: Datenelement VR: Value Representation EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 36 DICOM-Datenstruktur Beispiel: Pixeldaten EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 37 FHIR – Fast Healthcare Interoperability Resources Die „neue“ Version (3) von HL7 wurde ab 1995 entwickelt. Aktuelle FHIR Version von 2018 Einige Dinge haben sich seitdem geändert: – Online statt offline – Tablet statt Desktop – App statt Software – Gesundheitsakte statt Krankenakte – Cloud statt Server – Offene API statt Datengrab – Flexible Analysen statt statischer Reports – Und: Patienten wollen ihre Daten kennen! Ohne Rücksicht: Wie sollte ein Neuanfang der Datenkommunikation aussehen? Entwickelt vom HL7-Team EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 38 FHIR – Fast Healthcare Interoperability Resources Fokus auf: – „Implementierer“ Wenn es schwer implementierbar ist, wird es nicht eingesetzt – die 80%-Lösung Nur das einbauen, was genutzt wird. Alles andere über Erweiterungen – etablierte Web-Technologien und moderne Kommunikationsparadigma REST: Representational State Transfer – menschen-lesbare Informationen HL7 V2 vs. V3 – Offenheit und freie Verfügbarkeit -> „Open“ Source – Skalierbarkeit EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 39 Moderne Kommunikations- und Datenparadigmen Create Read Update Delete (CRUD) XML & JavaScript Object Notation (JSON) { Marie „Name“: „Marie“, Mustermann XML „Surname“: „Mustermann“, JSON GER (423 Byte) „Nationality“: „GER“ (364 Byte) female „Gender“: „female“, 47 „Age“: 47, { { 1 „ID“: 1, Influenca „Diagnosis“: „Influenca“, 11.04.2017 „Since“: 11.04.2017, Ibuprofen „Treatment“: „Ibuprofen“, } } } EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 40 EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 41 FHIR Datenhaltungskonzept Beschreibung Ressource Kompakte, logisch-diskrete Einheit: Patient Medikation Bestellung … Referenz Verbindung zwischen zwei Ressourcen: Medikationspläne, Labor-Befunde, … , Patientenakte Profil Bilden Dienste und Dienstleistungen als Kombination von Ressourcen und Referenzen ab. Anpassung von Abläufen an nationale Besonderheiten: Überweisung in die Kinderchirurgie erfordert Angabe von Elternteilen (!) und allgemeine Angaben des Kindes. Verantwortlich: Nationale und Internationale HL7-Groups EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 42 FHIR Ressourcen 80 % EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 43 SMART on FHIR Projekt gestartet als Substitutable Medical Apps, Reusable Technologie Dopplung mit FHIR vermeiden: Zusammenarbeiten SMART stellt Standardwerkzeuge und Workflows zur FHIR Implementierung bereit Unter anderem mit einer App-Gallery: – Billirubin-Charts – Risikokalkulatoren (bspw. ASCVD) – Dashboard für Schmerztherapien – Diabetesfokussierte Patientenhistorie – (Patientenakten und Zugriff darauf) – … Wenn KIS/AIS FHIR implementiert  Plug`n Play (fast) EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 44 EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 Dosierungsüberwachung – Arzthelfer/innen 45 EMI - Vorlesung Teil 4 – 2024/25 Datenübersicht – Patient 46 Vielen Dank Prof. Dr. Kai Hahn Am Eichenhang 50 57076 Siegen [email protected] Einführung in die Medizinische Informatik 11. November 2024 47