Nguyen-Dobinsky, Trong-Nghia: Konzeption einer an semantischen Kriterien orientierten Komunikation für medizinische Informationssysteme

Aus der Klinik für Frauenheilkunde und Geburtshilfe

des Universitätsklinikums Charité

der Humboldt-Universität zu Berlin

Campus Charité Mitte

Direktor: Prof. Dr. med. W. Lichtenegger


DISSERTATION
Konzeption einer an semantischen Kriterien orientierten Komunikation für medizinische Informationssysteme

Zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum medicinalium (Dr. rer. medic.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin

von Herrn Dipl.-Ing. Trong-Nghia Nguyen-Dobinsky , geb. am 13.03.1953 in Thanh-Hoa, Viet-Nam

Dekan: Prof. Dr. med. M. Dietel

Gutachter:
PD Dr. rer. nat. J. Michel
Prof. Dr. med. R. Bollmann
Prof. emeritus of CS J. Weizenbaum

eingereicht: Juni 1997

Datum der Promotion: 3. April 1998

Schlagwörter:
Medizinischer Kontext, Standard für den Austausch medizinischer Daten, Semantik medizinischer Daten, medizinische Informationssysteme

Keywords:
Medical context, standard for exchange of medical data, semantics of medical data, medical information systems.

Zusammenfassung

Einleitung

In einem größeren Universitätsklinikum wie in der Charité sind EDV-gestützte Verfahren in verschiedenen Einrichtungen und für verschiedene Aufgaben im Einsatz: Verwaltung, Krankenversorgung, Forschung und Lehre. Diese Subsysteme sind in der Regel nicht in der Lage, Daten untereinander so auszutauschen, daß die in den Daten enthaltene Semantik nicht verlorengeht. Die Ursache liegt im wesentlichen in der Komplexität und in der Unschärfe der medizinischen Informationen. Medizinische Standards (HL7, DICOM, SNOMED, ICD, ICPM, ...) lassen sich für den Austausch von Daten verwenden, die gut formalisierbar und mit einer klaren Bedeutung behaftet sind. Nicht formalisierbare Daten, die z. B. in einem Befund oft vorkommen, lassen sich nicht ohne weiteres mit diesen Standards darstellen.

Ziel

Entwicklung eines Konzeptes für den Austausch medizinischer Daten, das die o. g. Probleme vermeidet.

Material und Methoden

Die Analyse der vorhandenen Subsysteme, Standards und Konzepte zeigt, daß das Konzept einerseits eine sehr einfache Syntax und eine simple Struktur aufweisen muß. Andererseits muß die medizinische Semantik voll erhalten bleiben. Als Vorbild kann die relationale Datenbank dienen, die mit einem Datentyp (Relation bzw. Tabelle) und einem einzigen Operator (SELECT) auf diesen Datentyp auskommt.

Ergebnisse

Das Konzept ist objektorientiert. Es enthält nur einen Datentyp. Das ist das AMICI-Objekt (AMICI: Architecture for Medical Information Exchange and Communication Interface). Über dieses AMICI-Objekt wird der gesamte Datenaustausch vorgenommen. Kann das Empfängersystem ein Objekt nicht oder nicht korrekt interpretieren, so wird die Interpretation vom Sendesystem übernommen. Ein Subsystem wird im Netzwerk über einen medizinischen Kontext angeschlossen, der das Interessengebiet und die Fähigkeit des Subsystems beschreibt. Das Subsystem kann an Hand der im Netz bekannten medizinischen Kontexte feststellen, welche weiteren Subsysteme für den eigenen Zweck interessant sein könnten. Alle AMICI-Objekte erhalten eine weltweit eindeutige Identifikation, so daß die Daten aus verschiedenen Institutionen, auch international, miteinander gemischt werden können.

Diskussion

Das Konzept kann als Basis für weitere Dienstleitungen in einem Klinikum bzw. einem Krankenhaus dienen. Namentlich zu nennen sind telemedizinische Anwendungen, bei denen nicht nur die Kommunikation zwischen Ärzten, sondern auch zwischen Patienten und Arzt möglich ist. Weiterhin betrifft dies den Einsatz von Software-Agenten, die sich um den Informationsbedarf eines Arztes individuell kümmern.

Schlagworte

Medizinischer Kontext, Standard für den Austausch medizinischer Daten, Semantik medizinischer Daten, medizinische Informationssysteme.

Abstract

Introduction

Large hospitals like the University hospital Charité use in different units different information systems for recording patient and medical data. There are also different tasks: administration, healthcare, research and education. These medical information systems are often called subsystems. They are usually not able to exchange data without lost of semantic. The complexity and the variability of medical terminology cause this problem. Existing medical standards (e. g. HL7, DICOM, SNOMED, ICD, ICPM, ...) are helpful for well formalised terms. Non-formalised terms that are often used in diagnostic reports can not be represented by existing standards.

Aims

Development of a concept for medical information exchange which fulfills the requirements mentioned above.

Material and Methods

The system analysis that is performed based on existing subsystems, medical standards and concepts provides two essential requirements. On the one hand the syntax of such standard must be extremely simple. On the other hand the standard must be able to transfer extremely complex semantics. As an example relational databases (RDB) provide a good idea of such simple syntax and complex semantics. RDB's include only one data type. It is called relation or table. To manipulate tables one needs only one operation. That is the SELECT command in SQL.

Result

The concept is object oriented. It includes only one object called AMICI-object like RDB's (AMICI: Architecture for Medical Information Exchange and Communication Interface). Data exchange is completely performed by these AMICI-objects. If the receiving subsystem is not able to interpret and represent an object, the sending subsystem will take over this task. Within a network a subsystem uses a special AMICI-object called medical context to describe its features and its area of interest. A subsystem can inquire medical contexts to explore installed and running subsystems in the network. An international unique identifier identifies every AMICI object so that you can mix objects provided by different international institutions, e. g. to use them in multi-center-studies.

Discussion

This concept can also be used as a basic service for higher level applications in a hospital. Two of them are telemedicine and software agents. Telemedicine is not only a tool for physicians. It should be also a tool for communication and interaction between patient and physician.

Physicians can use personal software agents for information acquisition, which meets exactly his specific requirements.


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Inhaltsverzeichnis

TitelseiteKonzeption einer an semantischen Kriterien orientierten Komunikation für medizinische Informationssysteme
1 Einleitung
1.1.Problemstellung
1.1.1.Medizinisch-wissenschaftliche Probleme
1.1.2.Patientenbezogene Probleme
1.1.3.Technische Probleme
1.1.4.Rechtlicher Aspekt
1.1.5.Ableitung aus der Problemanalyse
1.2.Stand der technologischen Forschung
1.2.1.Die objekt-orientierte Vorgehensweise (OO)
1.2.2.Firmenspezifische Realisierungen
1.2.3.Vergleich COM/OLE/ActiveX und Java
1.2.4.Das Netzwerkprotokoll RPC
1.2.5.Das Netzwerkprotokoll HTML/XML
1.2.6.Der HL7-Standard
1.2.7.Der DICOM-Standard
1.2.8.Das SNOMED-Konzept des College of American Pathologists
1.2.9.Das Semantic-Network
1.2.10.Vollständige Eigenentwicklung
1.2.11.Die Analyse von ”freien” Befundtexten
1.2.12.Weitere Arbeiten auf dem Gebiet der medizinischen Standards
1.3.Resumée
2 Aufgabenstellung
2.1.Systemabgrenzung
2.2.Anforderungskatalog
2.2.1.Maximale Semantik
2.2.2.Minimale Syntax
2.2.3.Praxisnähe
3 Methodik
3.1.Lösungsrahmen
3.2.Systemphilosophie
3.3.Entwurfsphilosophie
3.4.Das allgemeine Objektkonzept
3.4.1.Motivation
3.4.2.Unterschied zum herkömmlichen Objektkonzept
3.5.Syntax der Objektbeschreibung
3.6.Der medizinische Kontext
3.6.1.Zweck des medizinischen Kontextes
3.6.2.Struktur des medizinischen Kontextes
3.6.3.Kontextwechsel
3.6.4.Eigenschaften medizinischer Kontexte
3.6.5.Kontext-Matching
3.6.6.Syntax der Kontextbeschreibung
3.6.7.Beispiel einer Transformation
3.7.Der virtuelle Namensraum
3.8.Das Transaktionskonzept
4 Ergebnisse
4.1.Systementwurf
4.1.1.Softwarestruktur
4.1.2.Programmablauf
4.2.Softwarekomponenten
4.2.1.Allgemeine Kommunikation zwischen den Komponenten
4.2.2.Das Treiber-Konzept
4.2.3.Der virtuelle Befundviewer (VRV)
4.2.4.External Communication-Layer (ECL)
4.2.5.Das Knoteninterface (NI)
4.2.6.Der Transaktionsverteiler (TAD)
4.2.7.Der Object-Handler (OH)
4.2.8.Die Attribute-Engine (AE)
4.2.9.Das Device-Independent-Interface (DII)
4.2.10.Das Device-Dependent-Interface (DDI)
4.2.11.Der virtuelle Befundtreiber (VRD)
4.3.Datenentwurf
4.4.Das spezielle Objektkonzept
4.4.1.Objekt-Identifikation
4.4.2.Objekt-Inhalt
4.4.3.Objektbeziehungen
4.4.4.Objektmethoden
4.5.Attributklassen
4.6.Objektklassen
4.6.1.Beispiel für Objektdefinition
4.7.Die Subsysteme
4.7.1.Der invasive Knoten
4.7.2.Der geburtshilfliche Knoten
4.7.3.Der Pränatal-Ultraschall-Knoten
4.7.4.Der Fetalautopsie-Knoten
4.7.5.Der HL7-Knoten
4.7.6.Der allgemeine Knoten
4.7.7.Der Referenzknoten
4.8.Testimplementation
4.8.1.Zugriffe auf fremde Datenbanken
4.8.2.Abgleich zwischen verschiedenen Datenbanken
4.8.3.Antwortzeitverhalten der Zugriffe
5 Diskussion
5.1.Zielerreichung
5.2.Grenzen des Konzepts
5.3.Vergleiche mit anderen Konzepten
5.4.Nutzbarkeit des Konzepts für angrenzende Gebiete
5.5.Fazit
5.6.Ausblick
6 Zusammenfassung
Bibliographie A Literaturverzeichnis
Bibliographie A A. Print-Medien/CD-ROM
Bibliographie A B. Internet-Seiten
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung
Danksagung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 4-1 Merkmale der untersuchten Subsysteme
Tabelle 4-2 Verteilung eines Diagnosetextes in verschiedenen Schreibweisen
Tabelle 4-3 Antwortzeitverhaten von Originalversion und Testimplementation

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: Strukturierung der Probleme
Abbildung 1-2 Das COM-Modell der Firma Microsoft
Abbildung 1-3 Das Microsoft-COM als Basis für weitere Konzepte [11]
Abbildung 1-4 Übersicht über RPC-Mechanismus [26]
Abbildung 2-5 Entwicklung der Computervernetzung in der Charité
Abbildung 2-6 Systemabgrenzung
Abbildung 4-1 Softwarestruktur des Systems
Abbildung 4-2 Schematische Darstellung des Ablaufes einer Anfrage
Abbildung 4-3 Zugang vom virtuellen Befundviewer zum AMICI-Knoten
Abbildung 4-4 Zusammenspiel zwischen Object-Handler und Attribute-Engine
Abbildung 4-5 Allgemeine Struktur eines Objekts
Abbildung 4-6 Schematische Darstellung der Datenstruktur
Abbildung 4-7: Struktur des Ultraschall-Befund- und -Archivierungssystems
Abbildung 4-8: Struktur des HL7-Servers

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