Advanced Aspects of IT-Infrastructures in Healthcare

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1 Advanced Aspects of IT-Infrastructures in Healthcare Einführung Vorlesung WS Univ.Prof. DI Dr. Thomas Grechenig Dr. Barbara Tappeiner INSO - Industrial Software Institut für Rechnergestützte Automation Fakultät für Informatik Technische Universität Wien

2 Organisatorisches Vorlesung Do. 17:15-19:30, Thomas Schopper Schulungsraum Sprache Deutsch, Englisch bei Bedarf Vorbesprechung Vorlesungsteil 7 Blocktermine: , , 8.11., , , , Abschlussprüfung am

3 Inhalt - Übersicht Einige ausgewählte Themen: Infrastruktur und Housing, IT-Betrieb Service Levels, Service Desks, Prozesse Kommunikation und Netzwerke, Gesundheitsnetzwerke Datenhaltung, Archivingssysteme Vorgaben aufgrund von gesetzlichen Rahmenbedingungen (Aufbewahrungspflicht,...) und deren Auswirkungen Fallbeispiele aus der Praxis: Krankenhaus Nord Neuerrichtung Test, Rollout und Betrieb im landesweiten ecard-system Ausschreibung Infrastrukturkomponenten Deutsche Gesundheitskarte

4 Definition of IT Infrastructure All of the hardware, software, networks, facilities, etc., that are required to Develop, Test, deliver, Monitor, Control or support IT Services. The term IT Infrastructure includes all of the Information Technology but not the associated people, Processes and documentation. Quelle: ITIL V3 IT ist wie ein Eisberg: Der Nutzer sieht nur, was über der Oberfläche ist, sieben Achtel liegen für den Anwender verborgen Verantwortung der IT-Abteilung Sichtbarkeit der IT-Abteilung 4

5 IT Infrastructure in Healthcare IT-Infrastruktur bei Gesundheitsdienstleistern Ärzten Krankenhäusern Apotheken Pflegeeinrichtungen Sozialversicherungen... Übergreifende IT-Infrastruktur zur Vernetzung von Gesundheitsdienstleistern Vernetzung von Ärzten Vernetzung von KH mit Ärzten Vernetzung von Laboren mit KH und Ärtzen... 5

6 Rahmenbedingungen und Besonderheiten IT-Infrastruktur im Gesundheitswesen Hohe Anforderungen an sicheren und hochverfügbaren Lösungen Geringe IT-Budgets zur Umsetzung Insellösungen für diverse Probleme/Anforderungen Heterogenität Beschaffte Systeme müssen kontinuierlich betreut und gewartet werden HW: alle 3-5 Jahre Ersatzbeschaffungen OS und SW: alle 5-8 Jahre Systemwechsel Weiterbildung des Personal Geringes Budget für Personal, geringere Gehälter In Krankenhäusern Anzahl der Applikationen sehr hoch Applikationen keine Seltenheit Gute Auswahl notwendig: Konsolidierung auf Hauptanwendungen Forderung nach einem oder maximal zwei Zentralsystemen 6

7 Standorte der IT-Infrastruktur im Gesundheitswesen Zentrale Infrastruktur In einer IT-Abteilung, Rechenzentrum, Serverraum In mehreren IT-Abteilungen, Rechenzentren, Serverräumen In einer organisationsübergreifenden IT-Abteilung, Rechenzentrum Vernetzung: Netzwerkinfrastrukturkomponenten Passive Komponenten = Verkabelung Aktive Komponenten = Router, Switches,... Dezentrale Infrastruktur (meist bei den Anwendern selbst) Arzt-PCs Laborinformationssysteme 7

8 IT - Betrieb von... Server Netzwerk Datenbanken Medizinische Anwendungssysteme Medizintechnik Sonstiges: Telefonanlage Zutrittssystem Parkplatzsystem... 8

9 ecard: High level technical architecture Physicians Call Center Docto rs PC CTI CC Application Flatrate, DSL 2 Redundant Data Centers GINA Ethernet Closed User Group Load- Application Database balancer Server Server Firewall 1 Firewall 2 LAN CCR Card Production Card Production Directory Service

10 Beispiel Schema EGK 10

11 Beispiel Schema epsos 11

12 Beispiel: Health Network Reference Architecture

13 Einsatz und Umsetzung von IT-Infrastruktur Umsetzungsplanung Anforderungsanalyse Beschaffung / Umsetzung Test Schulung Installation / Deployment / Release Umsetzungsreview Wartung/Support 13

14 Anforderungen Funktional / Nicht-Funktional Funktional: Tut das System/die Infrastruktur das was es tun soll Funktionale Spezifikation Anwendungen: Use Cases, Datenmengen, Transaktionsraten Infrastrukturkomponenten: Größen- und Werteparameter, Datenmengen, Transaktionsraten Nicht-Funktional: Welche Eigenschaften muss das System/die Infrastruktur qualitätsmäßig sonst noch erfüllen? Wie kann man nicht-funktionale Anforderungen messen? Security Maßnahmen, Voraussetzungen Interoperability Schnittstellen, Standards Error Tolerance selbstorganisierend, Backup-Strategien Maintainability Homogenität vs. Heterogenität Reusability Modularer Aufbau, Schnittstellen, Standards, Komponenten-Verteilung Flexibility - Verfügbarkeit von Systemen/Komponenten Openness Standards, Quellcode, Zugriff Scalability vertikal und horizontal Performance Datenmengen, Transaktonsraten,Ergebnisgeschwindigkeit Availability Ausfallszenarien,Sicherung personell/infrastrukturell 14

15 Beispiel: Design criteria for a Health Network Design Criteria Realisation Security 1) Organizational: only trusted party access 2) Point-to-point encryption 3) Flexible Routing/Hiding mechanisms Interoperability 1) Agreement to single transport mechanism TCP-IP (layer 3) 2) Layer 2: defining logical segments as VLANs Error Tolerance 1) seamless mechanisms to allow uninterrupted (and therefore transparent) failover: failover capabilities on routing (layer 3) and switching (or layer 2) level 2) Core as redundant system Maintainability 1) make integration processes for further components as easy as possible 2) very high degree of simplicity. 3) Network maintenance will be mainly centralized by the NOCs Reusability 1) integration of new services a fast and repeatable process 2) core configuration and client attachment patterns 3) cost savings and limit installation costs/time of new health sites

16 Design criteria for a Health Network Design Criteria Realisation Flexibility 1) Central components (e.g. core routers) must be upgradable to accommodate the 40/100 gbps standard 2) Appropriate contracts with network equipment vendors to guarantee long term support and upgrade options of the infrastructure. Openness Scalability open communication standards (RFCs) modular pattern-based design Performance 1) Minimize latency: all locations are connected as directly to the core sites of the health network as possible 2) Ultra-high bandwidth Availability 1) To avoid unavailability due to component failures a concept of redundant everything is required. 2) Dynamic routing mechanisms (on layer 3) and automatic seamless layer 2 failovers 3) Permanent monitoring and automatic alerting in case of system failures (or system fail-over) guarantees short response times and normal system operations

17 Design to Cover the Failure Scenarios

18 IT Strategie 18

19 Strategische Ziele Strategisches Grobkonzept Grobkonzeption mit mehreren funktionalen Implementierungsstufen Im Rahmen der Implementierung dann Erarbeitung der Feinkonzepte und deren Umsetzung Z.b. Homogenisierung, Erweiterung Services, Outsourcing, Insourcing 19

20 Einsatzstrategie Klärung der zukünftigen Investitions- und Leistungsfelder Kostenplanung Jahresbudgets, Gesamtbudgets Klärung der fachlichen Ausrichtung (Kernkompetenz) Ableitung der Anforderungen an die IT, Performanz an Netze und Systeme Beispiel: alle IT-gestützten Kernprozesse müssen von allen KH- Arbeitsplätzen bis hin zum Patientenbett erreichbar sein. Durchgängige Unterstützung der Geschäftsprozesse durch IT und MT. Daten müssen zur Verfügung stehen, wo und wenn sie gebraucht werden, unabhängig vom System in dem sie erfasst wurden Indikatoren für Zielerreichung: Mitarbeitern stehen an ihren Arbeitsplätzen die dort benötigte Informationen zur Verfügung Daten werden an der Stelle erfasst wo sie entstehen 20

21 Systemstrategie Basiert auf Einsatzstrategie Konzeption und Implementierung der IT-Infrastruktur und der Anwendungssysteme Gesichtspunkt des effizienten IT/MT-Betriebs Implementierung Risikomanagement und Datenschutz Komplexität führt zu neuen Risiken Zunehmende IT-Durchdringung bedeutet Belastung mit fachfremden Dokumentationstätigkeiten geringe Anwenderzufriedenheit bei schlechter IT Planung Ziel: Abbildung möglichst vieler Kernprozesse über wenig unterschiedliche Verfahren, Applikationen Indikatoren für Zielerreichung: In vergleichbaren Fachabteilungen kommen über Betriebsstättengrenzen hinweg diesselben IT- Anwendungen zum Einsatz Keine Mehrfachdatenerfassung oder manuelle Datenübertragung Keine zwei IT-Anwendungen mit demselben Funktionsumfang Anforderungen aus FA zur IT-Infrastruktur werden betriebsstättenübergreifend diskutiert und der kinikumsweite Nutzen priorisiert 21

22 Heterogener Infrastruktur-Ansatz Für jede Anwendung ein eigenes System Best of Breed Für jedes System ein eigener (virtueller) Server Aufwändig bis unmöglich für alle Systeme Know-How aufzubauen und kontinuierlich zu pflegen Key-User in den Fachabteilungen für Weiterentwicklung der Systeme zuständig Externe Betreuung für Teilsysteme 22

23 Monolithischer Ansatz für IT-Infrastruktur Spezialsysteme sind über Kommunikationsserver verbunden IT Abteilung kann Anwendungs- betreuung übernehmen Einfachere Ausbildungsmöglichkeit 23

24 Auswahl von Lösungen Zukunftssicherheit Zeit der Auswahl bis zur Umsetzung Re-Alignment Stabilität Umfassende Marktstudien notwendig Firmenübernahmen, Kooperationen, Fusionen seitens der Anbieter machen Markt unkalkulierbarer und undurchsichtiger Herausforderung für IT: am Wissenstand zu bleiben gleichzeitig den Prozess der strategischen IT-Konsolidierung optimal und köstengünstig zu steuern 24

25 Organisationsstrategie Optimaler Einsatz der vorhandenen Mitarbeiter für die verschiedenen zu erbringenden Dienstleistungen CIO (Chief-Information-Officer) IT-Manager IT-Abteilung: CIO + Mitarbeiter: Sicherstellung des IT-Betriebs Betreuung der Anwender Strategische Weiterentwicklung der IT Konzeption und Beschaffung neuer IT-Systeme Kontiuierliche Beobachtung der Auslastung und der Ressourcennutzung Reduktion der Ausfälle von IT-Infrastrukturen Entlastung der Systemexperten für die Aufgabe der Fehlerbehebung (Anwender rufen zentrale Hotline an, stören Experten nicht) Dokumentation aller Fehlerbehebungs- und Supporttätigkeiten 25

26 Wesentliche Aufgaben einer IT-Abteilung 30 % : 30% : 30% : 10% 26

27 Ressourcenstrategie Interne VS externe Leistungserbringung Ressourcenplanung, Arbeitszeit, Bereitschaft Trend in Industrie: Auslagerung der IT-Abteilungen an externe Dienstleister Auch in der KH-IT diskutiert, meist aber Reinigung, Küche, Apotheke, Labore nach extern Gründe für interne IT im Gesundheitswesen Anforderungen an klinische Prozessunterstützung sind komplex, Auslagerung lohnt sich nur bei gut standardisierten IT-Prozessen Externe IT-DL haben höhere Kostenstrukturen IT-Mitarbeiter in KH verdienen in der Regel weniger als in der Industrie jeder kocht gern sein eigenes Süppchen 27

28 Interne vs externe Leistungserbringung 28

29 Ziele in der Ressourcenstrategie Über Betriebsstättengrenzen hinweg kommt diesselbe IT-Infrastruktur zum Einsatz IT-Infrastruktur weist Redundanzen und Ausfallkonzepte auf, entsprechend der vereinbarten Dienstleistungsvereinbarungen Unterscheidung zw. IT-Betrieb, IT-Servicemanagement, IT-Projekten Für alle IT-Antwendungen und IT-Infrastruktursysteme stehen klare Beschreibungen der durchzuführenden Service-Prozeduren zur Verfügung Dienstleistungsvereinbarungen mit Spezifikation des Leistungsumfangs und der Servicequalität Interne und externe Dienstleistungsvereinbarungen 29

30 Operativer IT-Betrieb ITIL IT-Infrastructure Library eigene Vorlesungseinheit Dokumente für verschiedene Aspekte des IT- Servicemanagements, notwendige Prozesse für Betrieb Aufbauorganisation, Werkzeuge Defacto-Standard, Zertifizierungen Leistungszeiten Reaktionszeiten Ausfälle Nines Verfügbar- Keit Uptime Stunden Downtime Stunden Downtime Tage 99,99% 8759,124 0,876 0, ,50% 8716,2 43,8 1,825 99,00% 8672,4 87,6 3,65 98,00% 8584,8 175,2 7,3 30

31 Medizintechnikbetrieb Gesetzliche Vorgaben Stand der Technik der MT-Geräte Technische Machbarkeiten Auswahl nach Kosten, Sinn und Effektivität bzgl. Vollständigkeit Datenübermittlung aus Dokumentationen Daten Bilddaten (CT, MRT, Sonografie,..) Messwertdaten (Patientenmonitor, EKG,...) Befunde Schnittstellen zu anderen IT-Systemen 31

32 Medizinproduktegesetz (MPG) IT-Abteilung verantwortlich für Umsetzung/Einhaltung Auch Software seit 2010 Medizinprodukt, wenn sie eigenständig für medizinische und therapeutische Zwecke eingesetzt wird Risikoklassifizierung von MP I (Risikopotential gering) IIa (Risikopotential mittel) IIb (Risikopotential erhöht) III (Risikopotential hoch) CE-Kennzeichnung Veränderung neuerliche Überprüfung und Nachweise der vollständigen Sicherheit und Funktion Software als Medizinprodukt besonders sicher Im Umsetzungsprozess zu berücksichtigen (Safety and Security) Konformitätserklärungen MP in IT-Netzen: übergreifende Konzepte notwendig 32

33 Betriebssysteme und Konzepte Auswahl von Betriebssystemen Glaubenskrieg Windows: Desktop, Server Linux: Server, Desktop Mac OS: Desktop Terminaldienste und ThinClients Terminalserver: leistungsfähiger Server für Anwendungsprogramme TC: Benutzerendgeräte, am Netzwerk angeschlossen WebClients Lauffähig in jedem Browser-System Einfaches Deployment, einfache Wartung 33

34 Storage Zentralisierter Speicher Schnellere Bustechnologien Zunehmende Vernetzung der Daten Hohe Anforderung an Verfügbarkeit Redundante Auslegung Nutzbar durch mehrere Server Minimierung der Kosten in Anschaffung, Administration Hardware-Konsolidierung Geeignete Netzwerktechnologien notwendig NAS = Network Attached Storage, Datenspeicher wird direkt ans Netzwerk angeschlossen SAN = Storage Area Network, Server und Speichersysteme werden über Breitbandnetzwerke in einem eigenen Netzwerk verbunden 34

35 Archivierung Datenhaltung für das Produktivsystem Datenhaltung für Auswertung Langzeitarchivierung Beweiswert der Manipulierbarkeit Passwortschutz HashCodes Digitale Signatur Treuhänderregelung Historisierung: Wer hat wann was eingegeben, verändert oder gelöscht 35

36 Kurzzeitarchiv RAID-Systeme inkl. Backupstrategie (z.b. Digitale Bandlaufwerke) RAID=Redundant Array of Independent Disks RAID Level, z.b. 0: zwei oder mehrere Festplatten sind eine logische, 1: Daten werden auf zwei Festplatten parallel geschrieben (Spiegelung) Z.B. bei PACS (große Datenmengen, Bilddaten) im kurzfristigen Zugriff NAS (network attached storage) DAS (direct attached storage) SAN (storage area network) Backup Zeitplan, inkrementell 36

37 Langzeitarchiv Optische Speichermedien Magnetooptische Speichermedien WORM = Write-Once-Read-Many-Medien CD, DVC, Bänder mit Bänderroboter... Hohe Skalierbarkeit des Jahr für Jahr steigenden Speicherplatz notwendig Formatunabhängigkeit notwendig Bis zu 30 Jahre Speicherpflicht Kontrolle des Datenstatus Update der Technologien 37

38 IT-Beschaffung: Make or Buy Abhängig von Notwendigen Komponenten (HW, SW) Informationen aus Fachabteilungen Eigenen Ressourcen, Kosten Projektlaufzeit Integrationsmöglichkeiten CAPEX = Capital Expenditures Investitionsausgaben für längerfristige Anlagegüter Bilanzierte Aktiva, die langfristig abgeschrieben wird OPEX = Operational Expenditures Betriebsausgaben für laufende Ausgaben für funkt. Operativen Geschäftsbetrieb Bilanzierung in voller Höhe als Aufwände TOTEX = Total Expenditures CAPEX + OPEX Budget-Töpfe, Projektbudget, Betriebsbudget, Investitionsbudget Lizenzkosten einmalig/laufend 38

39 Implementierungskosten + Wartungs- und Supportkosten CAPEX: IT-Infrastruktur-Beschaffung und Implementierung OPEX: Implementierung und Betrieb der IT-Infrastruktur Wartung/Support: Üblicherweise 10-20% der Investitionskosten pro Jahr Hotline/Support/Bugfixing zu definierten Zeiten Service Level Agreement 7x24 5x9 6x12 Reaktionszeiten/Lösungszeiten nach Dringlichkeit/Fehlerklassen Beispiel vereinfacht: Anschaffung Software KIS-Modul AB, einmalige Lizenzkosten: Anschaffungskosten CAPEX Wartungs- und Supportvertrag auf 5 Jahre: Kosten pro Jahr 15% = SLA: 24x7 Reaktionszeiten nach Fehlerklassen Abschreibung SW auf 8 Jahre 39

40 Ausschreibungen Privatwirtschaft Unternehmen, die dem Ausschreibenden bekannt sind, werden zur Angebotsabgabe aufgefordert. ein Unternehmen (ein Privater) schafft sich eigenen Markt kann Angebote leichter vergleichen und unter einem Preis- /Leistungsangebot auswählen Es muss nicht die billigste Bieterin/der billigste Bieter gewählt werden. Ausschreibungen (insbesondere der öffentlichen Hand), die dem Bundesvergabegesetz (BVergG 2006) unterliegen formalisiertes Verfahren öffentlich-rechtliche Rechtsschutzmöglichkeiten Vergabekontrollverfahren Gesetzliche Grundlage Bundesvergabegesetz: alle zu beachtenden inhaltl. Vorgaben, Zuschlagskriterien Landesvergaberechtl. Gesetze 40

41 Ausschreibung Ausschreibungserstellung durch Auftraggeber Oft eigenes Projekt: Kosten/Zeit/Ressourcen Anforderungsanalyse Konkrete Erwartungen: Personal/Dienstleistungen Produkte/Lizenzen Ausschreibungsbeantwortung durch Auftragnehmer Vertrieb/Ausschreibungsscreening Umfeldanalyse Business Case Rechnung 41

42 Öffentliche Ausschreibung - Verfahrensarten Offenes Verfahren unbeschränkte Anzahl von Unternehmen Aufforderung öffentlich zur Abgabe von Angeboten Nicht offenes Verfahren / Verhandlungsverfahren mit/ohne Bekanntmachung Zweistufig Bieterauswahl nach Anträgen Angebotslegung und Bewertung Zuschlag 42

43 Ablauf Ausschreibung (1) Bieterauswahl Teilnahmeanträge Nachweis der technischen Leistungsfähigkeit Nachweis der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit Referenzen Personal Angebotslegung durch Anbieter Anforderungensbeantwortung Lösungskonzept/Produkt/Implementierungsvorgehen Teststellungen / Prototypen Personalinterviews Kostentabelle Abgabe Angebot bis zu einem bestimmten Zeitpunkt verschlossen in Kuvert 43

44 Ablauf Ausschreibung (2) Bewertung durch Auftraggeber Bewertungskritierien für objektive Beurteilung mit Gewichtung (Preis/Konzept) Mehrstufiges Auswahlverfahren Verhandlungsergebnis Preis Zuschlag Projektbeginn Lieferbeginn Start der Projektumsetzung Start des Personaleinsatzes 44

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