5  Effizienzsteigerung durch eine digitale Infrastruktur an einem Routineultraschallarbeitsplatz– Eine quantitative Abschätzung mittels Prozesssimulation

Mit Einführung der DRG sind die medizinischen Leistungserbringer bestrebt, ihre Effizienz zu erhöhen. Wirtschaftliches Arbeiten wird zunehmend zur Existenzfrage. Die Radiologie bringt bedingt durch ihre Aufgabenstellung und ihre Abläufe ein hohes Potential zur Effizienzsteigerung mit.
Der Radiologe erbringt eng definierte Dienstleistungen in der Regel im Auftrag von anderen FachKliniken. Anders als im stationären Versorgungsbereich muss er nur in eingeschränktem Maß auf das schwer vorhersagbare Symptomverhalten des Patienten eingehen. Dies erlaubt genau definierte Abläufe, die sich nach den Erfordernissen der Fragestellung richten.
Radiologie ist Informationsverarbeitung, und ein effizientes Arbeiten erfordert ein effizientes Informationsmanagement. Die Idee der Einführung eines PACS (Picture archiving and communication system) zur elektronischen Bildarchivierung liegt nahe. Häufig schrecken jedoch die hohen Investitionskosten ab, zumal der Effizienzgewinn bisher nicht beziffert werden konnte. Auch ist häufig die Erfahrung gemacht worden, dass die Betriebskosten nach Einführung eines PACS stiegen und Arbeitsabläufe komplexer statt einfacher wurden.
Die vorliegende Arbeit adressiert die Frage, wie groß der anvisierte Effizienzgewinn durch eine digitale Infrastruktur tatsächlich ist. Betrachtet wurde ein Routine Ultraschallarbeitsplatz, an dem die Informationsverarbeitung derzeit in konventioneller Weise mit Papierakten und auf Film archivierten Ultraschallbildern abläuft. Um diesen Arbeitsablauf zu analysieren, wurde er als Modell im Computer abgebildet und simuliert. Anschließend wurde das Modell modifiziert im Sinne einer digitalen Infrastruktur und wieder simuliert. Die Ergebnisse der Simulationen wurden miteinander verglichen.
Die hier verwendete Methode der Prozesssimulation ist seit den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt worden. Im industriellen und Dienstleistungsbereich ist sie seit rund zwei Jahrzehnten etabliert, um Abläufe zu analysieren, verbessern oder in der Planungsphase von vorneherein effizient zu gestalten (8; 17). Auch in der Medizin wurde sie bereits verwendet (16; 20; 60). Sie wird trotz der relativ aufwendigen und damit kostenintensiven Methodik eingesetzt, da sie Zusammenhänge erkennen lässt und Fehler vermeiden hilft, bevor sie gemacht [Seite 111↓]werden.

Der Arbeitsablauf einer Routineultraschalluntersuchung in einer radiologischen Klinik wurde analysiert und als dynamisches Modell im Computer abgebildet. Anhand dieses Modells wurde der Einfluss einer bisher noch nicht bestehenden digitalen Infrastruktur auf die Effizienz und Personalkosten des Arbeitsablaufs untersucht.

Der beobachtete Arbeitsplatz ist Teil des diagnostischen Funktionsbereichs einer Universitätsklinik. Es stehen drei Sonographiegeräte in drei Untersuchungsräumen zur Verfügung. Der Arbeitsplatz ist als Routine- und Volumenarbeitsplatz konzipiert. Laut Personalschlüssel sind ihm ein Oberarzt, ein Assistenzarzt und ein Anfänger, in der Regel ein Arzt im Praktikum, zugeteilt. Bei Beginn der Studie lag der Erfahrungsstand des Oberarztes bei ca. 40.000 Untersuchungen, des Assistenzarztes bei ca. 1200 Untersuchungen, des Anfängers bei ca. 250 Patienten aus dem gesamten Klinikum werden mit verschiedensten Fragestellungen sonographisch untersucht. Dabei kommt die B-Bild-Untersuchung ebenso zum Einsatz wie die farbkodierte Duplexsonographie. Zwischen dem 1.3.2000 und dem 28.2.2001 wurden pro normalem Arbeitstag im Routinebetrieb (Wochentage ohne Feiertage, Ankunft der Patienten zwischen 8:00 und 16:00 Uhr) durchschnittlich 37,6 [9-57] Untersuchungen an durchschnittlich 30,7 [9-48] Patienten durchgeführt. Häufigste Untersuchung war mit 8,1 pro Tag die Sonographie des Abdomens. Ankommende Patienten werden von den medizinisch-technischen Röntgenassistenten (MTRA) registriert und für die Untersuchung vorbereitet. Ärzte führen die Ultraschalluntersuchung durch und erstellen die Untersuchungsbefunde computergestützt in vordefinierten Bildschirmformularen. Die ausgedruckten Befunde werden von den MTRAs zusammen mit den Ultraschallbildern archiviert und in Kopie den Patienten ausgehändigt. Die Administration mit Zeitplanung und Abrechnung erfolgt computergestützt über das klinikinterne radiologische Informations- und Abrechnungssystem (RIS). Befunde und Bilder werden konventionell archiviert.

Im Unterschied zum vorhandenen Arbeitsplatz ist bei der anvisierten digitalen Infrastruktur ein größtmögliches Maß an Information digital verarbeitet und automatisiert. Unser Vorgabe für das Simulationsmodell umfasst ein digitales Bildarchiv (PACS), eine digitale Patientenakte und eine automatisierte Terminverwaltung. Bisher ist kein PACS und Terminverwaltung auf Basis eines elektronischen Terminkalenders ohne Automatismen verfügbar.

5.2.3  Prozess simulation

Mit der Prozesssimulation wird die Dynamik des Arbeitsablaufs eines sonographischen Routinearbeitsplatzes visualisiert und evaluiert. Grundlage für die Simulation ist ein Prozessmodell. Dieses besteht aus der Prozessstruktur, Ressourcen und Flussobjekten:

1. Die Prozessstruktur setzt sich aus Vorgängen (Arbeitsschritten) mit ihren Abhängigkeiten zusammen (Wann findet welcher Vorgang statt?). Vorgange sind charakterisiert durch ihr Dauer.
2. Ressourcen sind die Arbeitskraft und/oder das Material, die für die Durchführung einer Aktivität nötig sind. Ihre Zuteilung erfolgt in den Einheiten [Arbeitskraft x Zeit] bzw. [Material x Zeit].
3. Die Flussobjekte bewegen sich entlang der Prozessstruktur. Flussobjekte entsprechen z.B. Patienten und Akten, die bearbeitet werden. Ihr Verhalten in der Prozessstruktur wird von den Eigenschaften der Vorgänge, deren Beziehungen untereinander, der Ressourcenverfügbarkeit sowie von ihren eigenen Eigenschaften bestimmt und ermöglicht Aussagen über die Prozessqualität..

Tabelle 5-1: Erstellung eines Prozessmodells in fünf Phasen

Die Zielsetzung entscheidet über Umfang und Detailgrad des Simulationsmodells. Für ein Simulationsprojekt wird das anfangs oft subjektiv wahrgenommene Problem genau formuliert. Die Problemstellung ermöglicht eine exakte Fragestellung, die wiederum als Grundlage für die Zielsetzung des Projekts dient.
Mit dieser Studie wurde wahrgenommene Ineffizienz durch die papierbasierte Aktenführung und konventionelle Bildarchivierung bei hohen Patientenaufkommen [Seite 114↓] adressiert. Sie mündete in der Frage, wie viel Arbeitsaufwand durch die Einführung einer digitalen Infrastruktur eingespart werden kann. Dazu sollte ein Modell erstellt werden, welches eine zutreffende Aufwands und Kostenanalyse des bestehenden und des prospektierten Arbeitsablaufs ermöglicht. Das Prozessmodell sollte den Vergleich der Kenngrößen bei Szenarien mit und ohne digitale Infrastruktur ermöglichen.

Tabelle 5-2: Indikatoren der Prozessleistung

Für die Strukturermittlung begleitete ein nicht in den Arbeitsablauf eingebundener Beobachter (Arzt) die Untersuchungen von 30 Patienten und notierte alle identifizierten Einzelaktivitäten in einer Vorgangsliste. Wo im Rahmen der Fragestellung vertretbar, wurden mehrere einzelne Vorgänge zu einem übergeordneten Vorgang zusammengefasst, um das Prozessmodell so einfach wie möglich zu halten. Anschließend wurde für jeden Vorgang ermittelt, welche Vorgänge unmittelbar vor ihrer Durchführung ausgeführt sein müssen und welche nachfolgend durchzuführen sind. Eine Aufleistung der einzelnen ermittelten Vorgänge (Aktivitäten) befindet sich in Tabelle 4-3.
Bei der Protokollierung der Vorgänge wurden die Ressourcen miterfasst. Die ermittelten Daten wurden wiederholt mit den Ärzten und MTRAs abgeglichen, um Zusammenhänge möglichst realitätsnah zu erfassen und Beobachterfehler zu vermeiden.

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Tabelle 5-3: Ermittelte Vorgänge einer Ultraschalluntersuchung mit Beschreibung, Ressourcen, Vorgängern, Auftretenshäufigkeit (H_A ), Anzahl der Messwerte (n), Mittelwert der Messwerte (µ MW), Mittelwert der simulierten Werte (µ Sim.) und Signifikanzniveau (p).

Mit einem proprietären Softwaretool wurden für jeden Vorgang zwischen 2 und 159 Dauern gemessen. Die Software ermöglichte die Beobachtung mehrerer parallel ablaufender Vorgänge und verkürzte damit die Periode der Messdatenerfassung erheblich (39).
Zusätzlich zu den Zeitmessungen wurde ermittelt, wie häufig Vorgänge pro Zeiteinheit auftraten, die nicht direkt an eine Ultraschalluntersuchung gebunden waren (z.B. ankommende Telefonate, Anmeldevorgänge). Dieser Wert wurde über die Anzahl der Untersuchungen im Beobachtungszeitraum in die durchschnittliche Auftretenshäufigkeit pro Untersuchung umgerechnet.
Daten zur Anzahl der Patienten und An- bzw. Abmeldevorgänge pro Tag sowie Art und Anzahl der Untersuchungen pro Tag wurden den Daten eines Jahres aus dem klinikinternen Abrechnungssystem entnommen.

Für die Modellierung und anschließende Simulation verwendeten wir die Software Process v3 der Firma sciforma co. (Los Gatos, CA, USA) (4). Mit den ermittelten Vorgängen und Anordnungsbeziehungen wurde ein Netzplandiagramm erstellt. Pfeile (Aktivitätspfade) repräsentieren den Weg, den ein Flussobjekt im Prozess durchlaufen kann (Abbildung 4-1).

	Abbildung 5-1: Flussdiagramm der Prozessstruktur; Evaluationsmodell. Die grau unterlegten Vorgänge dienen der Prozesssteuerung. Prozessstruktur: Vom Evaluationsprozess wurden alle ausbildungsorientierten Vorgänge („1i“ und Steuervorgänge, s. Abbildung 4-1 bis 4‑3 ) entfernt.

Ressourcenallokation: Es wurden drei Experten und zwei erfahrene Untersucher zugewiesen. ortgeschrittene und Anfänger wurden nicht alloziert. Alle anderen Ressourcen blieben gleich.
In der hier gewählten Darstellungsform finden zwei Arten von Aktivitäten Verwendung. Weiße Rechtecke bilden Aktivitäten ab, in denen Untersuchungsvorgänge stattfinden. Grau unterlegte Vorgänge repräsentieren Verzweigungspunkte, die den Weg der Flussobjekte steuern. Ihnen sind keine Ressourcen oder Vorgangsdauern zugeordnet.
Das Verhalten eines Objekts an Verzweigungspunkten in der Prozessstruktur wurde stochastisch oder mit komplexen Bedingungen modelliert.
Den logischen Zusammenhängen der einzelnen Aktivitäten entsprechend entstanden 11 Teilprozesse (z.B. Untersuchung, Termin vereinbaren, Patientenakte vorbereiten etc.). Die eigentliche Ultraschalluntersuchung wird als Hauptprozess bezeichnet. Die eigentliche Ultraschalluntersuchung wird als Hauptprozess bezeichnet. Die Abhängigkeit zwischen den Teilprozessen besteht über die Ressourcenverfügbarkeit sowie über den Auftretenswahrscheinlichkeit. Beispielsweise wurde der Teilprozess ankommende Telefonate entsprechend der gemessenen Häufigkeit im Abstand von etwa 20 min getriggert. Jedem Vorgang wurde die erforderlichen Ressourcen zugewiesen. An Sachmitteln wurden nur solche mit begrenzter Menge und Verfügbarkeit (z.B. Ultraschallgeräte, Befundungscomputer) ins Prozessmodell aufgenommen.
Auf Basis der im Vorfeld erhobenen Daten wurden die Vorgangsdauern stochastisch modelliert. Eine statistische Analysesoftware (5) ermittelte für jede Vorgangsdauer, für die zehn oder mehr Messwerte vorlagen, eine Verteilungsfunktion. Dabei kamen Weibull-, Lognormal-, Erlang- und Betaverteilungen zum Einsatz. In den anderen Fällen wurde eine Dreiecksverteilungsfunktion verwendet, deren Eckpunkte über das Minimum, den Median und das Maximum der gemessenen Vorgangsdauern definiert waren.
Die Anzahl der Flussobjekte (z.B. Anzahl der Patienten) des Hauptprozesses richtet sich nach der Anzahl der zu simulierenden Untersuchungen. Die Anzahl der Flussobjekte in den Teilprozessen war in Abhängigkeit zum Hauptprozess modelliert. Im Verlauf der Modellierung wurde die Prozessstruktur wiederholt mit den beteiligten Ärzten und MTRAs verifiziert und angepasst, bis sie dem beobachteten Arbeitsablauf entsprach. Die Übereinstimmung der von der Simulation generierten mit den [Seite 121↓] gemessenen Daten wurde auf zwei Ebenen statistisch validiert (35, 78). Die simulierten Vorgangsdauern wurden mittels Goodness-of-Fit-Test (Kolmogorov-Smirnov) bei einem Signifikanzniveau von p=0,05 mit den gemessenen verglichen (Tabelle 4-3). Der Unterschied durfte nicht signifikant sein. Grundlage der zweiten Validierungsebene waren Patientendurchlaufzeiten, die über vier Wochen vom Abrechnungssystem der Klinik automatisch protokolliert worden waren. Sie mussten beim Mann-Whitney-Test beim Signifikanzniveau von p=0,05 mit den entsprechenden simulierten Zeitspannen übereinstimmen. Das Modell musste neben der durchschnittlichen Intervalldauer auch die Veränderung der Intervalldauer über den Tag reproduzieren (Abbildung 5-2).

	Abbildung 5-2: Validierung der Prozessdaten, Vergleich der gemessenen Patientenlaufzeiten von Patientenregistrierung (Aktivität 1c) bis Nachbereitung der Untersuchung (Aktivität 1l) mit den simulieren Zeiten in Abhängigkeit von Tageszeit

5.2.3.5  Phase V: Auswertung

Jeder Prozessdurchlauf simulierte einen Zeitraum von einem halben Jahr (26 Wochen à 5 Arbeitstage). Für die Simulation digitalen Infrastruktur wurde das validierte Prozessmodell abgewandelt. Die Veränderungen betrafen die Prozessstruktur, Vorgangsdauern und Ressourcenallokation. Es wurden somit alle Vorgänge entfernt, die durch die digitale Infrastruktur automatisiert wurden (Abbildung 5-3). Es entfielen alle Vorgänge, sie sich auf Akten-, Film- und Terminverwaltung beziehen.

	Abbildung 5-3: Prozessstruktur mit digitaler Infrastruktur

Die digitale Infrastruktur wurde mit unterschiedlichen Personalbesetzungen von Ärzten und MTRAs simuliert. Ziel war, eine ausgewogene Kombination aus möglichst hoher Ressourcenauslastung (R_A ) bei möglichst kurzer Patientenlaufzeit (P_A ) und möglichst geringen Kosten zu erreichen. Den Kostenberechnung lagen für die jeweiligen Personalressourcen die Vergütung nach BAT zuzüglich ortsüblichen Zulagen (Kosten pro Stunde: Assistenzarzt BAT IIa = 19,41€ / Facharzt BAT Ib = 21,20€ / MTRA BAT Vc = 12,53€) zu Grunde. Materialkosten wurden nicht berücksichtigt.

	Abbildung 5-4: Arbeitsaufwand für Untersuchungs- und Administrationstätigkeiten sowie unproduktive Zeiten pro Untersuchung. Gegenüberstellung eines Szenariums mit konventioneller Infrastruktur und mehrerer Szenarien mit digitaler Infrastruktur. Unterschiedliche personelle Besetzung (Ärzte/MTRAs).

Bei Einsatz einer digitalen Infrastruktur wird eine ähnliche Gerätetaktzeit und ‑auslastung bei verringertem Ressourceneinsatz erzielt. Bei gleichem [Seite 123↓] Ressourceneinsatz verringert sich die Taktzeit; die Geräteauslastung und die Anzahl der Patienten pro Zeiteinheit steigt (Abbildung 6-5).

	Abbildung 5-5: Geräteauslastung pro Untersuchung mit Gerätetaktzeit. Gegenüberstellung eines Szenariums mit konventioneller Infrastruktur und mehrerer Szenarien mit digitaler Infrastruktur. Unterschiedliche personelle Besetzung (Ärzte/MTRAs).

	Abbildung 5-6: Produktive und unproduktive Personalkosten pro Untersuchung. Gegenüberstellung eines Szenariums mit konventioneller Infrastruktur und mehrerer Szenarien mit digitaler Infrastruktur. Unterschiedlicher personelle Besetzung (Ärzte/MTRAs).

Mitarbeiter und Entscheidungsträger in radiologischen Kliniken assoziieren zum Begriff der elektronischen Infrastruktur in erster Linie das PACS. In der Annahme, dass durch die Umstellung vom filmbasierten Arbeiten und Archivieren auf PACS Kosten allein durch Materialeinsparungen reduziert werden, haben sich viele Kliniken ein PACS angeschafft. Häufig wird dann fest gestellt, dass die Gesamtkosten steigen. Ursache hierfür sind in erster Linie die zusätzlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen, die auftreten, wenn das PACS die bestehenden Arbeitsabläufe lediglich ergänzen soll. Erst wenn neben der elektronischen Speicherung und [Seite 124↓] Verarbeitung auch die Möglichkeiten der Automatisierung von Abläufen konsequent genutzt werden, entfaltet eine elektronische Infrastruktur ihr Einsparungspotential. So konnte mit einer über 10 Jahre eingeführten klinikübergreifenden digitalen Infrastruktur im Baltimore Veterans Affairs Medical Center der Prozess des Thorax-Röntgens erheblich vereinfacht werden. Die Anzahl der Arbeitsschritte wurde von 52 auf 11 reduziert (87). Ein ähnlicher Trend ist im Prozessmodell zu erkennen: Die Anzahl der Arbeitsschritte wurde für das Szenarium einer digitalen Infrastruktur von 29 auf 14 reduziert. Eine Reduktion des Arbeitsaufwands ist hieraus zwar abzuleiten, jedoch wurden bisher mangels vorhergehender Messungen keine Angaben zum quantitativen Ausmaß der Aufwandsverminderung und damit zur Höhe der einzusparenden Kosten gemacht. Die Simulation erlaubt dagegen eine quantitative Abschätzung der zu erwartenden Einsparungen. Die Aussagekraft der Simulation steht und fällt mit dem Vertrauen, dass die simulierten Daten mit den realen Daten übereinstimmen (78). Unterständiger Rückkopplung der prozessbeteiligten Ärzten und MTRAs wurde die strukturelle Gültigkeit des Modells wiederholt verifiziert. Zudem mussten die simulierten Daten mit den gemessenen Daten auf mehreren Ebenen übereinstimmen. Insgesamt wurde das Modell als ausreichend valide für die gegebene Fragestellung beurteilt.
Der simulierte Nettoarbeitsaufwand pro Untersuchung bei digitaler Infrastruktur reduzierte sich gegenüber der konventionellen Infrastruktur um 44,2% von 0:52 h auf 0:29 h. Umgerechnet auf die Bruttopersonalkosten ergibt sich eine Reduktion um 38,6% von 32,89 € auf 20,20 €. Diese Reduktion wird über die Einsparung von Personal erzielt, da die Untersuchungen jetzt von zwei Ärzten und einem MTRA durchgeführt werden. Die Durchlaufzeit der Patienten steigt dabei gegenüber dem konventionellen Szenarium um 15,1% von 0:52 h auf 1:00 h an. Gegenüber der für ihn schnelleren Lösung mit drei Ärzten und zwei MTRAs bei digitaler Infrastruktur (0:45 h) besteht sogar ein Anstieg um 32,1%. Hier werden allerdings keine Kosten gespart, während die Ressourcenauslastung sinkt. Eventuell besteht auch die Möglichkeit, die Anwesenheitsdauer durch andere Optimierungsmaßnahmen zu reduzieren. Die Anwesenheitszeit der Patienten nimmt bei einem MTRA gegenüber zweien leicht ab. Erwarten würde man den umgekehrten Trend. Der Effekt ist auf eine Eigenheit des Prozessmodells zurück zu führen. Die Tätigkeit „Patient abrufen“ hat eine niedrige Priorität. Ein Patient wird nur abgerufen, wenn ein MTRA gerade nichts Wichtigeres zu tun hat. Dieser Zustand tritt häufiger auf, wenn mehrere [Seite 125↓] MTRAs zur Verfügung stehen.
Die Aufwandsreduktion betrifft ausschließlich den administrativen Anteil der Untersuchung. Der Arbeitsaufwand am Patienten bleibt hier unberührt, da die einzelnen Vorgangsdauern gleich blieben. Dies kann sich ändern, wenn z.B. im Vorgang 1j (Befund erstellen und drucken) statt der Befundeingabe per Tastatur ein Spracherkennungssystem zum Einsatz kommt (76, 93). Generell sind Verkürzungen überall dort zu erwarten, wo Mensch-Computer-Schnittstellen effizienter gestaltet werden. Bisher werden z.B. die Stammdaten des Patienten immer wieder neu am Ultraschallgerät und am Befundungscomputer eingetippt. Hier ist ein Effizienzgewinn zu erwarten, wenn die Geräte automatisiert auf einen gemeinsamen Datenpool zugreifen können.
Alle Personaleinsparungen vor Ort müssen in Relation gesehen werden zu zusätzlichen Personal- und sonstige Kosten, die Einrichtung und Betrieb einer digitalen Infrastruktur mit sich bringen. Legt man die ermittelten Werte zugrunde, kann an dem einen Arbeitsplatz mindestens ein MTRA weniger beschäftigt werden, während der Patientendurchsatz sich erhöht. Das bedeutet eine jährliche Einsparung von 39790 € (Haushaltsbrutto) bei steigenden Einnahmen. Eine digitale Infrastruktur bedient alle Arbeitsplätze einer Klinik und macht viele zusätzliche Aufgaben wie Botengänge oder integritätserhaltende Aktenarbeit überflüssig. Bei entsprechender Anpassung des Arbeitsablaufs birgt sie trotz hoher Investitions- und zusätzlicher Betriebskosten ein immenses Potential zur Effizienzsteigerung und Kosteneinsparung.