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Kapitel 2. Aufgabenstellung

In der vorliegenden Arbeit soll ein den im Abschnitt 2.2 Anforderungskatalog beschriebenen Anforderungen genügender Standard vorgeschlagen werden. An Hand vorhandener Anwendungen in der Universitätsfrauenklinik und im Institut für Pathologie der Charité wird untersucht, inwieweit ein solcher Standard aus technischer Sicht realisierbar ist und den medizinischen Anforderungen genügt.

In diesem Kapitel wird die Aufgabe - auf der obigen Problemstellung und dem Ergebnis der Recherche über den Stand der technologischen Forschung basierend - formuliert. Hierbei wird zunächst das Ist-System beschrieben, für das das Kommunikationskonzept entwickelt werden soll.

Im ersten Abschnitt ” Systemabgrenzung ” wird der Definitionsbereich des Systems festgelegt. Hier wird beschrieben, was zum System gehört bzw. eine Schnittstelle mit dem System besitzt.

Anschließend wird der Anforderungskatalog zusammengestellt. Im Anforderungskatalog werden die zu lösenden Aufgaben sowie die Randbedingungen festgelegt, die bei der Lösung der Aufgaben zu beachten sind. Sie bestimmen somit die Lösungsmenge.

2.1. Systemabgrenzung

Im folgenden wird das Ist-System beschrieben, für das die Aufgabe formuliert wird. Hierbei spielen die folgenden Komponenten eine wichtige Rolle für die vorliegende Arbeit:

• die EDV-Kommunikationsstruktur mit der Server- und Netzwerkebene sowie
• die Anwendungsebene.

Die im folgenden am Beispiel der Charité gemachten Angaben sind typisch für große Universitätsklinika anzusehen.

Die Server-Ebene

In der Charité existiert ein heterogenes Netz von Servern aller Funktionen, angefangen von reinen File-Servern über Datenbankserver bis hin zu speziellen Anwendungsservern. Primär werden File-Server mit dem Betriebssystem Netware 3.x eingesetzt. Z. Z. sind über 40 Novell 3.x Server und etwa 10 Novell 4.x Server am Netz (Stand Dezember 1996). Dazu kommen etwa 40 Apple Macintosh in 20 Zonen. Eine geringe Anzahl von UNIX-Rechnern von HP und SUN, sowie Windows NT Server sind ebenfalls vorhanden. Im Rechenzentrum sind DEC-Rechner mit dem DecNet PathWork im Einsatz. Hierbei ist der Trend zu Windows NT als Server-Betriebssystem eindeutig erkennbar.

Die Netzwerkebene

Das Netzwerk der Charité wird in mehrere Subnetze unterteilt, die durch sehr unterschiedliche Verkabelungen über eine relativ homogene Router-Struktur verbunden sind. Die Verkabelungen reichen von Koax über Twisted Pair bis hin zu Glasfaser. ISDN-Leitungen sind in Vorbereitung. Ein ISDN-Knoten mit 64 S0 Anschlüssen wurde bereits in Betrieb genommen. Auf diesen Verkabelungen wird hauptsächlich Ethernet II für das Protokoll TCP/IP, IPX/SPX, DecNet und FDDI, sowie Ethernet Snap für AppleTalk geroutet. Das Microsoft LAN Manager Protokoll, das auf Broadcasting-Verfahren basiert, wird z. Z. nicht geroutet. Ferner wird das ATM-Pro

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tokoll eingesetzt, um die Verbindung mit dem UKRV, Universitätsklinikum Rudolph-Virchow, herzustellen. Da alle Server TCP/IP unterstützen, kann das System theoretisch mit einem Protokoll auskommen.

Die Anwendungsebene

Auf diesem relativ heterogenen Hintergrund laufen eine nicht ohne weiteres bezifferbare Anzahl von Anwendungen, die meist keine Verbindung miteinander haben. Hierbei stellen die DOS/Windows-Clients mit Abstand die Mehrheit dar (mehr als 700 Systeme). Abbildung 2-5 zeigt die Entwicklung der Computervernetzung in der Charité (Nguyen-Dobinsky, T. N., et al. [70] )

Abbildung 2-5 Entwicklung der Computervernetzung in der Charité

Diese Vielfältigkeit der Systeme führt zwangsläufig zu einer Reihe von Problemen, die bereits im Kapitel Einleitung angeführt wurden.

In diesem Abschnitt wird die Systemabgrenzung am Beispiel der pränatalen Diagnostik konkreter vorgenommen. Für andere Kliniken bzw. Institute kann entsprechend vorgegangen werden.

Patientendaten: Das hier verwendete Subsystem speichert Daten über die schwangere Patientin, über ihre Anamnese, ihre Schwangerschaft und die Ultraschalluntersuchungen, die in der Abteilung durchgeführt werden. Eine direkte Kommunikation mit dem Identifikationssystem des Charité-Patientenverwaltungssystems existiert nicht.

Diagnose und Therapie: Die Untersuchungsdaten werden zum Teil über Bildschirmmasken, zum Teil über Freitext erfaßt. Diese Freitexte verlieren bei einer maschinellen Auswertung in der Regel ihre Semantik, ihre Bedeutung. Die Beschreibung der Diagnose bzw. der Therapie wird z. Z. weder vom Subsystem selbst noch mit Hilfe eines zentralen Systems codiert.

Fremdbefunde: Die Daten aus Fremdbefunden sollen nicht nur in der codierten Form zwischen den medizinischen Subsystemen übertragen werden. Auch die textlichen Daten sollen in ein Fremdsystem transferierbar sein, damit die persönliche, medizinische Beurteilung eines Arztes wiedergegeben werden kann.

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Abbildung 2-6 zeigt die für die vorliegende Arbeit geltende Systemabgrenzung.

Abbildung 2-6 Systemabgrenzung

2.2. Anforderungskatalog

Wie oben bereits erwähnt, fehlt es an einer allgemeinen Möglichkeit, medizinische Informationen zwischen den medizinischen Subsystemen auszutauschen. Diese Möglichkeit kann durch einen Standard für Datenaustausch geschaffen werden. Als technische Voraussetzungen können Server, Netzwerk und Protokolle angesehen werden. In der Arbeit soll ein Standard für den Austausch von medizinischen Informationen vorgeschlagen werden, der folgende Hauptanforderungen erfüllen soll:

• Maximale Semantik
• Minimale Syntax und
• Praxisnähe.

Anhand von Beispielanwendungen in der Frauenklinik und im Institut für Pathologie wird untersucht, inwieweit ein solcher Standard aus technischer Sicht realisierbar ist, sowie den medizinischen Anforderungen genügt.

2.2.1. Maximale Semantik

Analog zu den relationalen Datenbanken darf die Semantik des Standards nicht anhand der Syntax definiert werden (s. DICOM). Mit anderen Worten muß eine neue Bedeutung, ein neues Objekt oder ein neues Attribut durch einfaches Hinzufügen von Daten innerhalb des vorhandenen semantischen Rahmens erzeugt werden können. Man muß hierfür keinen neuen Datentyp definieren.

Die Anforderung nach maximaler Semantik steht an erster Stelle des Anforderungskatalogs. Um einen korrekten Informationsaustausch zu gewährleisten, muß die medizinische Semantik erhalten bleiben. Bereits 1980 plädiert Cerutti, S., für die Erhaltung der Semantik in medizinischen Datenbanken [14] ]. Williams, B. T., et al. fanden ebenfalls heraus, daß eine akkurate Semantik dem Anwender mehr Nutzen bringt [86] ].

Um festzustellen, ob die medizinische Semantik gewährleistet ist, wird folgende Definition formuliert:

Medizinische Identität

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Zwei Datensätze sind medizinisch identisch, wenn: alle nachfolgenden Bedingungen (a-c) erfüllt sind:

1. Sie das gleiche medizinische Objekt beschreiben.
2. Jedes Attribut, das in dem einen Satz enthalten ist, auch in dem anderen enthalten sein muß. Hierbei müssen die Attributwerte jeweils identisch sein.
3. Folgendes gilt: zwei Attributwerte sind medizinisch identisch, wenn ein beliebiger praktizierender Arzt nicht unterscheiden kann, ob der eine Wert durch einen maschinellen Transfer oder durch eine manuelle Übersetzung durch einen Mediziner zustandegekommen ist.

Diese Definition macht bezüglich der Darstellung keine Aussage. Sie überläßt sie den jeweiligen Subsystemen. Im wesentlichen kommt es darauf an, wie festgestellt werden kann, ob zwei Attributwerte medizinisch identisch sind. Hier bedient sich der Autor des sogenannten Turing-Testes. Dieser Test ist ein Gedankenspiel, das von dem englischen Mathematiker Alain Turing als Kriterium für die künstliche Intelligenz eingeführt wurde [103] .

Die Prüfung, ob ein Austausch die Anforderungen erfüllt, geschieht durch folgende Tests:

1. Vollständigkeitstest Ein System sendet einen beliebigen Datensatz an ein zweites System. Nach dem Transfer muß das Empfängersystem den Datensatz so darstellen können, daß der Inhalt des Datensatzes - medizinisch gesehen - vollständig erhalten bleibt, also mit dem ursprünglichen Datensatz medizinisch identisch ist. Es ist hierbei unerheblich, wie die Art der Darstellung gewählt wird (beispielsweise als Text, Zahlentupel oder Diagramm).
2. Reziproktest Ein System sendet einen beliebigen Datensatz an ein zweites System. Dieses sendet denselben Datensatz nach einer beliebigen Zeit wieder an den Sender zurück. Der jetzt vom Sendesystem empfangene Datensatz muß medizinisch identisch mit dem ursprünglichen Satz sein.
3. Looptest Ein Austausch besteht den Looptest, wenn der Reziproktest nach einer beliebigen Anzahl von Wiederholungen immer noch erfolgreich ist.

Nach einem Austausch kann sich die Darstellung ändern. Dies ist der Fall, wenn das Empfängersystem in der Lage ist, die erhaltenen Informationen zu präsentieren, ohne auf die Funktionalität des Sendesystems angewiesen zu sein. Beispielsweise wird im Sendesystem, einem pränatalen Diagnostiksystem, der Millimeter mit einer Dezimalstelle als Längenmaß verwendet. Im Empfängersystem wird dagegen Zentimeter, ebenfalls mit einer Dezimalstelle benutzt. Wird nun ein Wert von der Größe 0,2 mm an das Empfängersystem geschickt, so zeigt dieser Wert erwartungsgemäß im Empfängersystem 0,0 cm an. Somit gehen Informationen durch die unterschiedlichen Darstellungen verloren, was zu vermeiden gilt.

Fehlertoleranz

Es ist zu erwarten, daß ein Empfängersystem nicht alle Informationen interpretieren kann, die es vom Sendesystem erhält. In diesem Fall muß das Empfängersystem gemäß folgender abnehmender Priorität verfahren:

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1. Übernahme der Information mit voller Semantik.
2. Übernahme der Information als Text, d. h. Semantik ist nur für menschliche Leser erhalten. Automatisierte Verarbeitung ist damit nicht mehr möglich.
3. Ablehnung der Übernahme und Versuch, die Funktionalität des Sendesystems in Anspruch zu nehmen.
4. Ablehnung der Übernahme und Protokollierung der Ablehnung.

Ist eine einzelne Information nicht übernehmbar, so muß das Empfängersystem versuchen, die restlichen Daten zu verarbeiten, es sei denn, der Datensatz wird ohne die betroffene Information sinnlos.

2.2.2. Minimale Syntax

Um den Umfang des Standards klein zu halten, sollten so wenig Datentypen (Objekte) wie möglich definiert werden. Optimal wäre es, wenn der Standard nur einen einzigen Datentyp und eine einzige Operation/Methode auf diesem Datentyp definiert. Ein Beispiel hierfür ist die relationale Datenbank. Sie kommt mit der Tabelle als einzigem Datentyp und mit der Operation SELECT als einziger Operation aus.

2.2.3. Praxisnähe

Folgende Detailanforderungen müssen erfüllt sein. Sie sind in der EDV allgemein bekannt und werden hier nicht mehr näher erläutert.

• Sicherheit der Übertragung,
• Sicherheit der Daten,
• Schutz des Urheberrechts,
• Schutz der forschungsrelevanten Daten,
• Plattformunabhängigkeit und Internationalisierbarkeit,
• Minimaler Realisierungs- und Pflegeaufwand und
• Minimaler Overhead

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