Strategische Planung in der Gesundheitsversorgung mit Big Data

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1 Fachartikel Strategische Planung in der Gesundheitsversorgung mit Big Data Von Alexander Schmid, Andreas Walter, Dominique Brodbeck Das Areal des Inselspitals mit den verschiedenen Kliniken. Bild: Inselspital Bern Dieses Fallbeispiel zeigt, wie das Insel spital in Bern In-Memory- und Big-Data- Technologien nutzte, um Patientenströme zu visualisieren. Dies eröffnete neue Pers pektiven für die strategische Langzeitpla nung der Spitalinfrastruktur. Das Universitätsspital Bern, auch bekannt als Inselspital, ist eines von fünf Universitätsspitälern der Schweiz. Es bietet umfassende medizinische Versorgung von der Geburts- bis zur Altersmedizin inklusive hochspezialisierten Leistungen wie beispielsweise Organtransplantationen. Rund 7700 Mitarbeiter kümmern sich um jährlich rund stationäre und ambulante Patienten. Neben der Patientenversorgung beteiligen sich die medizinischen Spezialisten des Inselspitals an internationalen Forschungsprojekten und der Ausbildung von Medizinstudenten. Das Spital ist in sieben Direktionen gegliedert, die insge- 16 IT for Health samt 40 Kliniken und Institute leiten. Insgesamt umfasst das ganze Spital mehr als 340 Organisationseinheiten. Ein «Masterplan» für die Infrastruktur planung Lange Zeit wuchs das Inselspital organisch, wobei sich Räumlichkeiten und Organisationsstruktur parallel und in gegenseitiger Abhängigkeit entwickelten. Aufgrund des technologischen Fortschritts in der medizinischen Behandlung entwickelten sich jedoch die Behandlungsprozeduren schneller, als die räumliche Infrastruktur angepasst werden konnte. Deshalb startete das Inselspital zusammen mit dem Kanton Bern ein Projekt zur Langzeitplanung der Infrastruktur. Durch flexible Gestaltung von Neu- und Umbauten wurde es möglich, Diskrepanzen in Behandlungsprozessen und der Infrastruktur dynamisch zu korrigieren. Angesichts des Zeitrahmens ist es nicht übertrieben, wenn

2 Urs Birchler, Direktionspräsident des Inselspitals, den Masterplan als «Jahrhundertprojekt» bezeichnet. In dessen Verlauf werden alle Organisationseinheiten von der Neugestaltung des Spitalgeländes betroffen sein. Um national sowie international konkurrenzfähig bleiben zu können, ist es erforderlich, aktuelle und zukünftige Bedürfnisse durch ein Gesamtkonzept für die Infrastruktur zu adressieren. Mit dieser Ausgangslage ini tiierte die kantonale Verwaltung einen Architekturwettbewerb und stellte das Gewinnerprojekt 2010 der Öffentlichkeit vor. Im November 2012 übergab der Kanton die Leitung des Projekts an das Inselspital. Ziel des Masterplans ist es, die Grundfläche von gegenwärtig Quadratmetern auf zu erweitern. Allerdings handelt es sich beim Masterplan weniger um einen Konstruktionsplan als vielmehr um ein Konzept, wie die Überbauung des Areals gestaltet und konzipiert werden kann. Denkmalgeschützte, über hundertjährige Gebäude müssen dabei miteinbezogen werden. Die nutz bare Grundfläche erstreckt sich über das ganze Gelände. Für jede unbebaute Parzelle ist ein maximales Gebäudevolumen definiert, sodass die architektonischen und bautechnischen Details der geplanten Gebäude erst direkt vor dem Bau ausgearbeitet werden müssen. Das Projekt wird von einem interdisziplinären Team unter der Leitung von Andreas Walter geführt und untersteht direkt dem Verwaltungsrat und der Geschäftsleitung. Ein Steuerungsausschuss begleitet das Projekt auf der unternehmenspolitischen Ebene. Dieser setzt sich zusammen aus dem Verwaltungsratspräsidenten, dem ärztlichen Direktor und dem Direktor Infrastruktur. Das Angebotsportfolio eines Spitals verstehen Bereits in einer frühen Phase realisierte das Projektteam, dass die räumlichen Aspekte aus organisatorischer Sicht von den Bauvorschriften getrennt werden müssen. Das wichtigste Anliegen des Inselspitals war die Aufteilung der Grundfläche und deren spezifischen Funktionalitäten (Bürofläche, Operationssääle etc.) auf die einzelnen Organisationseinheiten. Diese Entscheidungen bestimmen die arbeitstechnischen Abläufe, das heisst, wann wo was mit dem Patienten passiert, und die Raumeinteilung. Dies war allerdings mit einer anderen, höchst strategischen und politischen Frage verknüpft: Welche medizinischen Leistungen wird das Inselspital in Zukunft überhaupt erbringen? Diese Frage galt es zuerst zu beantworten, bevor über die Verwendung von Räumlichkeiten entschieden werden konnte. Diese Abklärungen fielen in die Zeit, in der in der Schweiz das Fallpauschalensystem Swiss-DRG eingeführt wurde. Das brachte Unsicherheit in den Planungsprozess. Am Anfang stand die Vision, autonome Kompetenzzentren einzurichten, die ihre Leistungen gemäss dem Swiss- DRG- Katalog erbringen sollten. Dies hätte zu einem Pyramidenmodell geführt mit den Kompetenzzentren den Kliniken an der Spitze, ihnen untergeordnet die operativen Abläufe und zuunterst die Hilfsprozesse. Als Alternative evaluierte das Projektteam, Leistungen aufgrund von Kategorien einzuteilen, wie sie die Konferenz der kantonalen Gesundheitsdirektoren (GDK) vorschlägt. Bald zeigte sich, dass beide Ansätze nicht zum Erfolg führen. Es gelang dem Projektteam weder die Leistungen anhand des Swiss-DRG-Systems noch aufgrund der kantonalen Kategorien zu gruppieren, sodass auf Basis der bestehenden Daten ein profitables Leistungsangebot entstanden wäre. Bei der Datenauswertung erkannte das Team zufällig, dass zu jedem Leistungserbringungseintrag ein Zeitstempel vorhanden war. Mit dieser Information wusste es, wann sich der Patient wo befand. So liess sich der Patientenfluss durch die gesamte Organisation und übers ganze Areal präzise nachvollziehen. Die Projektleiter erkannten bald das Potenzial, das in der Auswertung der Patientenströme für die Infrastrukturplanung lag. Aufgrund dieser Fakten konzentrierten sie sich darauf, wie die Kliniken angeordnet und organisiert sein könnten, um die Distanzen bei Patientenbewegungen zu minimieren. Analysen von Patientenströmen sind keine Neuheit. Allerdings liegt der Schwerpunkt üblicherweise auf der operativen Ebene, in der optimalen Abwicklung und der Verkürzung von Wartezeiten. Es gibt kaum dokumentierte Fälle, in denen die Analyse der Patientenströme für die strategische Planung eingesetzt wird. Das Projektteam am Inselspital konnte dementsprechend nicht auf einem bestehenden Ansatz aufbauen. Analyse von Big Data mithilfe von In-Memory-Technologie Zur Unterstützung zog das Projektteam zwei Professoren der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) bei, Dominique Brodbeck und Markus Degen. Zwar waren die Daten, die für die Visualisierung der Patientenströme benötigt werden, vorhanden. Diese waren jedoch über verschiedene Quellen verstreut, die Datenmengen riesig und im Sinne der Datenbanken-Logik nur lose verknüpft. IT for Health 17

3 Die organisatorische Darstellung der Patientenströme zeigt die zahlreichen Bewegungen beim Notfallzentrum (INO). Heterogene IT-Infrastrukturen sind typisch für grosse Spitäler, insbesondere für Universitätsspitäler. Ein Grund dafür ist, dass die einzelnen Kliniken selbstständig agieren und unterschiedliche Daten benötigen. Informationen einer Klinik, beispielsweise für Orthopädie, sind oftmals in einer spezifischen Applikation gespeichert und werden nur von dieser Klinik verwendet. Um andere, spezifische Bedürfnisse abzudecken, beispielsweise in der Forschung, haben Kliniken meist eigene Anwendungen, in denen zusätzliche Informationen für die Forschung gespeichert werden. Zusätzlich ist in Bern ein zentrales Informationssystem für elektronische Patientendossiers im Einsatz, das für administrative Arbeiten vom gesamten Inselspital genutzt wird. In diesem Projekt wurden Informationen aus verschiedenen Quellen verknüpft. Daten eines gesamten Jahres von den über 340 Organisationseinheiten wurden zusammengetragen. In diesem Zeitraum wurden stationäre Patienten mit über Transfers zwischen den Organisationseinheiten verschoben. Für Visualisierungsanwendungen bieten klassische transaktionale Datenbanken üblicherweise nicht ausreichend Durchsatz für den Datenzugriff, und die Datentypen sind nicht flexibel genug. Daher wurde eine dedizierte, verknüpfte In-Memory-Datenstruktur für die extrahierten Daten aufgebaut. Dieser Ansatz erlaubte es, eine schnelle und reaktionsfähige Benutzeroberfläche zu implementieren. Nach der Integration und Bereitstellung aller benötigten Daten mussten diese für die Planungsexperten aufbereitet werden. Bei dieser Art von Problemen, wie sie sich hier stellten, haben Analysten oft nur vage Vorstellungen, was sie eigentlich suchen: «Ich erkenne es, sobald ich es sehe.» Es war deshalb entscheidend, die Daten aus verschiedenen Perspektiven visualisieren zu können. Hierzu wurden interaktive Tools entwickelt, die Muster und Zugriffsdetails im Zusammenhang identifizieren konnten. Eine Applikation zur visuellen Analyse unterstützte die Analysten bei der Auswertung. Die Applikation erlaubte vier Hauptansichten: 1. Organisatorisch (siehe obenstehende Grafik): Zeigt die Organisationsstruktur und wie die medizinischen Aktivitäten den administrativen Raum formen. Eine kreisförmige Darstellung dient dazu, alle wichtigen Kliniken abzubilden. Solche Formen haben sich zur Darstellung von Gensequenzen und den Beziehungen zwischen den Genomen bewährt. Hier wurde die Technik angepasst, um die Patientenströme zwischen den Spitalorganisationen aufzuzeigen. 2. Systemisch (siehe Grafik auf Seite 20): Zeigt die Organisationsstruktur, wie sie sich aus den Patienten- 18 IT for Health

4 bewegungen innerhalb des Spitals ergibt. Diese Ströme erzeugen ein Beziehungsnetz, bei dem Kliniken mit regem gegenseitigen Patientenaustausch einander näherstehen als Kliniken mit wenig oder keinem Austausch. 3. Topografisch: Zeigt die aktuelle Gebäudesituation als eine Struktur, die aus verschiedenen individuellen Entscheidungen hervorgegangen ist. Die topografische Ansicht veranschaulicht die Patientenströme auf einer geografischen Darstellung des aktuellen Spitalgeländes. 4. Chronologisch: Zeigt in einer dynamischen Ansicht, wie sich Ereignisse und deren Häufigkeit über die Zeit verändern. Ein- und Austritte für jeden Tag sind als gespiegeltes, gestapeltes Balkendiagramm dargestellt. Die Spiegelung ermöglicht es, Ungleichgewichte zwischen Ein- und Austritten schnell zu erkennen. Der gesamte Strom für jeden Tag ist kumuliert als schwarze Linie dargestellt. Sie zeigt, wie viele Patienten sich an einem bestimmten Tag im Spital aufhalten. Um die Erkenntnisse und Hypothesen in diesen vier Hauptsichten auszuwerten, war es nötig, sich auf die Ebene der einzelnen Fälle, also der Patienten, hinunterzubegeben. Die Fälle liessen sich filtern, entweder nach Organisationseinheiten, die während des Aufenthalts besucht wurden, oder nach anderen Kategorien und numerischen Kriterien. Dazu gehören zum Beispiel das Ziel nach der Entlassung, die Diagnose oder die Länge des Aufenthalts. Eine separate Ansicht zeigte alle herausgefilterten Fälle auf einen Blick. So konnten die relevanten Informationen zu jeder Fallgeschichte aufgezeigt werden. Evidenzbasierte Reorganisation von 2000 Zimmern Für die vertiefte Analyse der bestehenden Gebäudeaufteilung wurden ebenfalls die Visualisierungen beigezogen. Die Erkenntnisse daraus erwiesen sich als sehr aufschlussreich. Basierend auf dieser Analyse konnten Zukunftsszenarien beurteilt werden. Jedoch wartete das Fachpersonal am In- Anzeige Falls mal was dazwischen kommt. MEDISAFE Die medizinische USV-Anlage für Ihren medizinischen Gerätebetrieb im Krankenhaus, Arztpraxis und OP-Zentrum. Die kompakte Bauweise erlaubt die flexible Anpassung der USV-Leistung entsprechend Ihrem aktuellen Leistungsbedarf von 600 VA VA. Diese USV-Anlagen können wirtschaftlich und ohne grossen Aufwand, gemäss der Medizinnorm EN , EN aus.- bzw. nachgerüstet werden. TECHN IK F ÜR P ROFIS IT for Health 19

5 Die systemische Darstellung der Patientenströme hebt Kliniken mit vielen Bewegungen hervor. selspital, etablierte Ärzte und Mediziner, nicht unbedingt darauf, dass ihnen jemand erklärt, wie ihre Fachgebiete reorganisiert werden müssen. Die Treffen mit den Spezialisten waren deshalb eine heikle Angelegenheit. Denn niemand konnte abschätzen, wie überzeugend der gewählte Ansatz sein würde. Überraschenderweise zeigte sich, dass die Daten aus den Informationssystemen nicht infrage gestellt wurden, der Visualisierungsprozess leicht verständliche Grafiken hervorbrachte und demzufolge die Resultate der Evaluation entsprechend überzeugend wirkten. Die Analyse der Daten ergab, dass die meisten Patienten Leistungen des Intensiv-, Notfall- und Operationszentrums (INO) bezogen. Entsprechend zeigte die Visualisierung auf einer systemischen Karte das INO als «Gravitationszentrum» aller Kliniken. Deshalb entschied sich das Inselspital, dieses als funktionales Zentrum des Spitalgeländes zu positionieren, indem geplante neue Klinikgebäude in unmittelbarer Nähe errichtet werden. Bis 2015 werden Neurologie, Neuroradiologie und Neurochirurgie in einem eigentlichen Neurozentrum angrenzend ans INO zusammengefasst. Dieses Vorhaben bedingt, dass bis 2025 eines der grössten Spitalgebäude abgebrochen und neu gebaut wird, was einer Investitionssumme von mehr als 420 Millionen Franken entspricht. Das Inselspital rechnet in diesen Fachgebieten entsprechend mit einer Zunahme der Behandlungsfälle um 30 Prozent in den nächsten zehn Jahren. Die geplante Reorganisation der Einrichtungen auf dem Gelände soll die Zahl der Patientenbewegungen deutlich verringern. Berechnungen gehen von einer Reduktion von nahezu 19 Prozent aus. Geht man von stationären Patienten pro Jahr mit Bewegungen von einer durchschnittlichen Distanz von 1,1 Kilometern aus, entspricht dies einer Einsparung von 8000 Kilometern. Zudem lassen sich die Räume flexibler belegen. Dies ermöglicht dem Inselspital, Räumlichkeiten flexibel und entsprechend den effektiven Bedürfnissen unterschiedlichen Organisationseinheiten zuzuweisen. In einem ersten Schritt werden bis 2020 rund 2000 Räume gemäss den überarbeiteten Kern-, Forschungs- und Hilfsprozessen reorganisiert. Die ungekürzte Fassung dieses Artikels erschien ursprünglich auf Englisch in Ausgabe 9 des Magazins «360 The Business Transformation Journal» (http://360-bt.com) vom Januar Übersetzung: Andreas Heer 20 IT for Health

6 Erkenntnisse aus dem Projekt Die Visualisierung der Patientenströme am Inselspital ist ein Beispiel, wie Big-Data-Analysen aus heterogenen Quellen einen Mehrwert für Organisationen im Gesundheitswesen bieten können. Im Vergleich zu anderen Anwendungsbeispielen ist die Auswertung und Analyse von Wegen und Patientenbewegungen in einem Spital technisch komplex. Das zeigte sich insbesondere beim Aufwand für die Extraktion und Aufbereitung der Daten aus den verschiedenen Systemen sowie bei der Entwicklung spezifischer Software für die Auswertung auf der Basis von In-Memory-Technologie. Eine wichtige Erkenntnis aus diesem Projekt ist die hohe Aussage- und Erklärungskraft der ermittelten Fakten. Bei der Untersuchung der verschiedenen Datenquellen wählte das Projektteam verschiedene Ansätze, um ihre Serviceleistungen zu modellieren. Früh zeigte sich die offensichtliche Stärke der Visualisierung der Patientenströme. Allerdings erwies sich die grafische Darstellung als aufwändig. Lohn dafür war die hohe Akzeptanz des gewählten Ansatzes durch die Fachleute und Spezialisten. Der Schlüssel zu deren Vertrauen in die strategischen Pläne war es, diese in einer für sie verständlichen Weise auszudrücken. Durch die Evidenzbasierung ist dies gelungen. Das Projekt ist ein Beispiel dafür, wie Erkenntnisse aus dem operativen Betrieb strategische Fragen beantworten und die Entscheidungsfindung unterstützen können. Indem das Projektteam eine passende Messgrösse gefunden und in einer ansprechenden Form präsentiert hatte, legte es die Grundlage für eine patientenorientierte Infrastrukturplanung eines grossen Spitals. Im Rahmen des iterativen Vorgehens war entscheidend, dass die involvierten Parteien eng zusammenarbeiteten, um das Verständnis für die gegenseitigen Positionen sicherzustellen. Das Projektteam musste genau wissen, wonach das Leitungsgremium suchte, um Antworten geben zu können, während dieses die Resultate der Evaluation verstehen und interpretieren musste. Aus Management-Sicht liegt ein grosses Potenzial der im Inselspital-Projekt eingesetzten Technologien darin, Daten aus verschiedenen Informationssystemen für weitere Zwecke über die strategische Infrastrukturplanung hinaus zu nutzen. Anwendungsbeispiele zeigen sich etwa in der Erkennung von Krankheiten und der Wirksamkeit von Behandlungen oder dem Benchmarking und der Simulation der Produktivität des Spitals. Es ist Aufgabe der strategischen Führung, die Patientenorientierung in ihren Organisationen voranzubringen. Entsprechend können sich Spitäler für die Langzeitplanung der Infrastruktur nicht mehr länger auf die Medizinalpolitik und frühere Geldzuteilungen stützen. Die Analyse der Wege in der Klinik und der Patientenströme erlaubt Erkenntnisse, die beim Entscheid über die künftige Infrastruktur berücksichtigt werden müssen. Alexander Schmid ist Doktorand und Forscher an der Business Transformation Academy in Basel. Andreas Walter ist Projektleiter «Masterplan» am Inselspital und Dozent an der Berner Fachhochschule. Dominique Brodbeck ist Professor für Biomedizinische Informatik an der Hochschule für Life Sciences FHNW. IT for Health 21

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