Modellierung des Radiologie-Workflows

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1 Modellierung des Radiologie-Workflows Ein praktischer Vergleich etablierter Prozessmodellierungssprachen Lang M 123, Bürkle T 2, Laumann S 3, Bauer J 4, Prokosch H-U 2 Martin Lang 1. Workflow Forschungsgruppe, Imaging Science Institute, Tübingen 2. Lehrstuhl für Medizinische Informatik, Universität Erlangen Nürnberg 3. Department Soarian Imaging Enterprise, Siemens AG Medical Solutions, Erlangen 4. Abteilung für Radiologische Diagnostik, Universitätsklinik Tübingen GMDS 2006 Montag, 11. September 2006 martin.lang@m-lang.de ISI Tübingen

2 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 2 Gliederung Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion Universitätsklinik Tübingen Universitätsklinik Erlangen Imaging Science Institute

3 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 3 Einleitung Motivation Modellierung ist Basis für Prozessverbesserungen Anforderungen an Modellierungssprachen variieren Zielsetzung der Modellierung Dokumentation Um- oder Neustrukturierung der Organisation Verbesserung (qualitativ / monetär / prozessual) Domäne (hier: Radiologie) Viele Prozesstypen, Abweichungen, Akteure, Rollen, Fachabteilungen Häufig Dienstleistungen nach Uno-Actu Prinzip Hohe Durchdringung der Prozesse mit IT Teil eines Forschungsprojektes der Siemens AG (Med), UK Erlangen und UK Tübingen Algorithmische Analyse und Bewertung der Prozesse zweier Radiologien

4 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 4 Einleitung Zielsetzung Zielsetzung dieser Arbeit Vergleich etablierter und graphischer Prozessmodellierungssprachen Fokus (Grundvorrausetzungen) Etablierte Modellierungssprache Graphische Modellierungssprachen Arbeitsabläufe der Radiologie Maschineninterpretierbare Prozessmodelle Modellierungssprachen UML 2.0 Aktivitätsdiagramme (UML AD) ARIS Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK) OMG Business Process Modeling Notation (BPMN) Workflow Netze (Wf-Netze nach W. van der Aalst)

5 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 5 Methodik Modellierung des radiologischen Prozesses in Tübingen und Erlangen CT oral und iv Kontrast Evaluierung der Modellierungssprachen 1. Anforderungen an die Modellierungssprache 2. Interviews mit Expertengruppe für rad. Prozesse 4 Experten aus der Industrie 4 Experten mit klinischem Hintergrund 4 Experten mit wissenschaftlichem Fokus

6 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 6 Methodik Anforderungen an die Modellierungssprache Grundlegende Anforderungen Ausdrucksmächtigkeit Formalisierungsgrad/Präzisierungsgrad Analysierbarkeit / Validierbarkeit Ausführbarkeit / Simulierbarkeit Herstellerunabhängigkeit Angemessenheit Einfachheit / Verständlichkeit Klinische Schwerpunkte Organisatorische Aspekte ++ Operationale Aspekte + Datenorientierte Aspekte + Zeitliche Aspekte +

7 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 7 Ergebnisse UML 2.0 Aktivitätsdiagramme Anforderung [erstellt] Datenspeicherknoten Material, Equipment vorbereiten Anforderung (MTRA) Atemkommandos geben (MTRA) Scan [Termin durchführen benötigt==nein] Bilddaten Transport «datastore» Temporärer Speicher (lokal) Patient vorbereiten [nein] [[Termin benötigt?==ja]] Konsistenz prüfen Termin vergeben Prozedur planen Ausdrucksstark Vorteile Nachteile UML ist in ihrer Vollständigkeit nicht ausführbar Eingeschränkte Simulationsmöglichkeiten (Werkzeuge) Eingeschränkte Prozessanalysefähigkeiten (Werkzeuge) Keine Spezifikation des Ausführungsortes Darstellung von Kontroll- und Datenflüssen Datenspeicher Knoten Warteschlangen Zeitliche Ereignisse Exception Handler, Erweiterbar offizieller Standard formal fundiert (PN-Semantik) breiter Tool-Support [sämtliche Bilder akquiriert==ja]

8 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 8 Ergebnisse Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPK) Start Involvierte Akteure, Ressourcen + Ausführende Ausführende Organisationseinheit // Ort Ort MTRA (steril) Involvierte Akteure, Ressourcen + Anforderung V XOR Kontrastmittel hohe Anschaulichkeit Vorteile explizite Darstellung von primären, sekundären, optionalen Akteuren Aufführungsort ist spezifizierbar Werkzeuge zur Analyse und Simulation Diverse Formalisierungsaktivitäten Weite Verbreitung / Praxisnähe MTRA Termin nicht benötigt DSA Termin benötigt Abt. RAD 1 Nachteile Radiologe XOR Konsistenz prüfen Termin vereinbaren terminiert Angio xyz Abbruch von Aktivitäten nicht darstellbar Zeitliche Ereignisse nur indirekt nur statische Sicht auf Prozesse kein offizieller Standard (Proprietär) Simulation z.t. nur durch Erweiterungen

9 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion 9 Anforderung [erstellt] Ergebnisse Business Process Modeling Notation (BPMN) Vorteile [termin.] Infrastruktur nachbereiten Medizinische Sinnhaftigkeit prüfen [geprüft] Material, Equipment vorbereiten Anforderung Transport Patient vorbereiten ~ [erstellt] Wahlfreie Wahlfreie Sequenz Sequenz mit mit BPMN BPMN Material und Equipment vorbereiten Nieren und Schilddrüsenwerte prüfen Terminvergabe Aufklärungsbogen prüfen Aufklärungs bogen Patientendaten an der Modalität eingeben Radiologe informieren ~ Equipment vorbereiten Konsistenz prüfen Konsistenz prüfen Terminvergabe Transport Material, Patient Prozedur Equipment vorbereiten planen vorbereiten ~ Aufklärungs Patient aufklären -bogen Untersuchung durchführen Qualität Qualität nicht zufriedenstellend prüfen Bilder nachbearbeiten Prozedur Bilder dokumentieren archivieren Bericht Bilder lesen erstellen Gegenschau des Befunds Qualität nicht ufriedenstellend Befund freigabe [beendet] Befundverteilung Prozedur planen [termin.] Ausdrucksstark Schwimmbahnnotation für Akteure mehrerer Akteure innerhalb eines geöffneten Subprozesses nicht darstellbar Benötigte Ressourcen nicht modellierbar Wahlfreie Sequenz Dauer von Aktivitäten / Wartezeiten Explizit Darstellung von Kontroll- und Datenflüssen Reichhaltiges Event-Konzept formal fundiert (PN-Semantik) offizieller Standard Ausführbar (BPMN BPEL) Nachteile

10 10 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion Ergebnisse Workflow-Netze nach Aalst (Petrinetze) Trigger und zeitliche Ereignisse Vorteile Spezifikation von Triggern und zeitlichen Ereignissen Ressourcen / Ressourcenklassen N Akteure / Aktivität Formale Syntax und Semantik Starke mathematische Basis Turing-vollständig Analysierbarkeit / Simulierbarkeit Zahlreiche Erweiterungen Nachteile Datenflüsse nur implizit Modelle häufig sehr groß und komplex Viele Varianten, kein Standard

11 11 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion Ergebnisse Ausdrucksmächtigkeit (Kontrollflusskonstrukte nach Aalst et al.) UML AD eepk BPMN Wf-Netze Basic Control flow Sequence Parallel Split Synchronization Exclusive Choice Simple Merge Advanced Synchronisation Multi Choice Synchronizing Merge - + +/- - Multi Merge Discriminator Structural Patterns Arbitrary Cycles Implicit Termination Multiple Instance Pattern MI without Synchronization MI with a Priori Design Time Knowledge MI with a Priori Runtime Knowledge MI without a Priori Runtime Knowledge State-based Patterns Deferred Choice Interleaved Parallel Routing - - +/- + Milestone Cancellation Patterns Cancel Activity /- Cancel Case

12 12 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion Bewertung der Modellierungssprachen Zusammenfassung Bis zu einem gewissen Detaillierungsgrad sind alle betrachteten Sprachen geeignet UML 2.0 AD EPK BPMN Wf-Netz Ausdrucksmächtigkeit + + +/- +/- Objektive Objektive Bewertung Bewertung + + Gewichtung Gewichtung durch durch Expertengruppe Expertengruppe Formalisierungsgrad/Präzisierungsgrad Analysierbarkeit / Validierbarkeit +/- + +/- ++ Ausführbarkeit / Simulierbarkeit Herstellerunabhängigkeit Bewertung Bewertung durch durch Expertengruppe Expertengruppe Angemessenheit Einfachheit/Verständlichkeit

13 13 Einleitung Methodik Ergebnisse Diskussion Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

14 14 Ergebnisse Ausdrucksmächtigkeit - Klinische Schwerpunkte Sehr wichtig (++) 3,86 3,00 2,71 2,43 Überhaupt nicht relevant (--) Wertung durch Expertengruppe Organisatorisch Operational Datenorientiert Zeitlich Akteure / Rollen Aktion-Akteur- Zuweisung Verantwortlichkeiten Mehrere ausführende Akteure Ressourcen (Devices) Ausführungsort Daten- und Dokumentenfluss Entitys / Datenobjekte Kausale Abhängigkeiten Dauer von Aktivitäten Wartezeiten

15 15 Ausdrucksmächtigkeit Klinische Anforderungen und Schwerpunkte ,0 80, , ,0 50, BPMN UML AD 2.0 UML AD 1.4 Wf-Netze eepk

16 16 Klinische Prozesse Der radiologische Kernprozess Order Schedule Appointment Check Request Create Order (analog ) Create Order (digital) Retrieve order (analog ) Sort orders Schedule Appointment Note down appointment (analog ) Create RIS entry for appointment (digital) Medical check of request Consistency check of request Plan/Prepare Examination Insert billing data Accounting of examination Print roentgen bag labels Retrieve previous images (manual ) Retrieve previous images (digital ) Provide previous images Fetch the patient from the waitnig area Prepare patient Repare Equipment Position patient Patient consent Transport Execute Examination Order patient transport (digital) Order patient transport (digital) Transport patient Receive Patient Rake patient to the examination room Insert patient data (staorage foil ) (analog ) Choose patient from MWL (digital) Instruct patient Perform procedure Document procedure Print Leistungsetiketten Prepare roentgen bag Distribute images Process Images Check Quality Prepare SCR Read Images Report Develop film / print images Document procedure Check quality standars Distribute images Select examination from worklist (manual ) Select examination from Worklist (digital) Read images Dictate report Transcribe report Check report / correct report Sign off report Print report Distribute report Demonstrate Select examination Diskuss images (internally ) Demonstrate case Reinforce demonstration

17 17 Methodik Einordnung der modellierten Radiologieprozesse Level 1 Management Process Research Process Patient Process Education and Teaching Process Level 2 Admit Anamnesis Detect Treat Discharge Level 3 Laboratory Test Non-Invasive Imaging Invasive Imaging Clinical / Bedside Test Level 4 Order Request Organize Transportation Hier Hier Vergleich Vergleich der der Sprachen Sprachen am am Beispiel: Beispiel: Perform PerformProcedure Procedure CT CT oral oral und und iv ivkontrast iemaens CPRM Process Procedure Results Check Order Prepare Patient Coordinate Infrastructure Communicate Results Schedule Procedure Prepare Procedure Evaluate Procedure Results Archive Patient Interview/ Consent Perform Procedure Create Report Demonstrate Results Plan Procedure Document Procedure Transcribe Report Prepare Material / Equipment Check Quality Validate / Sign off Report