Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktoringenieur (Dr.-Ing.)

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1 Generisches Modell zur standardisierten und automatisierten Erfassung von klinischen Prozessdurchlaufzeiten und Ereignissen durch hierarchische Clusterung und semantische Transformation Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktoringenieur (Dr.-Ing.) Vorgelegt der Fakultät für Informatik und Automatisierung der Technischen Universität Ilmenau Eingereicht von M. Sc. Dipl.-Inf. (FH) Eva Gattnar Tag der Einreichung: 18. Februar 2013 Tag des öffentlichen Teils der wissenschaftlichen Aussprache: 06. Oktober 2014 Gutachter: 1. apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Vesselin Detschew 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph Ament 3. Prof. Dr.-Ing. Reinhard Eck

2 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS VERZEICHNIS DER REGELN VERZEICHNIS DER DEFINITIONEN VERZEICHNIS DER ALGORITHMEN ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V VIII IX XII XIII XIV 1 EINLEITUNG PROBLEMSTELLUNG ZIELSETZUNG LÖSUNGSANSATZ WISSENSCHAFTLICHER BEITRAG AUFBAU DER ARBEIT 8 2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN MODELLTHEORETISCHE EINORDNUNG Modelle Referenzmodelle Prozessmodelle Prozessmodellqualität WORKFLOW-MANAGEMENT Workflow-Management und Prozessanalyse Workflow-Management-Systeme (WFMS) EREIGNISORIENTIERUNG Definition von Ereignissen Event-Driven Architecture (EDA) MODELLIERUNGSMETHODEN Ereignisgesteuerte Prozessketten (EPKj Aktivitätsdiagramme der Unified Modeling Language (UMLj 27 3 KLINISCHES PROZESSMANAGEMENT UND QUALITÄT DIMENSIONEN DER KLINISCHEN QUALITÄT Struktur-, Prozess- und Ergebnisqualität Prozessorientierung und Qualität KLINISCHE STANDARDS Klinisches Qualitätsmanagement Klinische Behandlungspfade Medizinische Leilinien KLINISCHE QUALITÄT UND LEISTUNGSFÄHIGKEIT VON PROZESSEN Beurteilung klinischer Qualität Qualitätsindikatoren und Key-Performance-Indikatoren (KPIs) INTEROPERABILITÄT UND PROZESSMANAGEMENT Klinische Informationssysteme und Interoperabilität 46 I

3 3.4.2 Informationsfluss in diagnostischen Abteilungen 48 4 STATE OF THE ART ÜBERSICHT ÜBER AKTUELLE ANSÄTZE Evaluation der Qualität von Prozessmodellen Techniken der Referenzmodellierung Referenzmodelle im klinischen Umfeld Ereignisorientierung, klinisches Prozess-Mining und Monitoring Bewertung der Leistungsfähigkeit von Prozessen KRITIK AN DEN AKTUELLEN ANSÄTZEN 60 5 KONZEPTION EINES KLINISCHEN GENERISCHEN REFERENZPROZESSMODELLS DEFINITION DER STRUKTUR DES REFERENZPROZESSMODELLS Customer Process Reference Model (CPRM) Konzeption der Struktur des Referenzprozessmodells Prozessbausteine und Prozessschnittstellen Änderung des hierarchischen Bezugs von Prozessschnittstellen Aggregation von Prozessschnittstellen Reduzierung der Prozessbausteinhierarchie auf Prozessschnittstellen Verfeinerung des Modells mit neuen Prozessschnittstellen Erweiterung der Reichweite des Patientenprozesses HIERARCHISCHE CLUSTERUNG DER PROZESSSCHNITTSTELLEN Definition einer Namenskonvention für Cluster Definition einer Namenskonvention für Sub-Cluster ABHÄNGIGKEITEN UND ABLAUFBEZIEHUNGEN IM REFERENZPROZESSMODELL Definition einer Prozessschnittstellenalgebra Definition von Prozessregeln ALGORITHMUS ZUR KONSTRUKTION DES REFERENZPROZESSMODELLS KONZEPTION EINES EREIGNISMODELLS FÜR KLINISCHE ZEITKRITISCHE PROZESSE EREIGNISSTRUKTUREN IM REFERENZPROZESSMODELL Erweiterung des generischen Referenzprozessmodells um Ereignisse Start- und Endereignisse von Prozessschnittstellen STRUKTUR DES EREIGNISMODELLS Beziehungen zwischen Ereignissen Abstraktion von Ereignissen Ereignismengen des Ereignismodells VERARBEITUNGSLOGIK DES EREIGNISMODELLS Ereignistypen und Ereignisinstanzen Definition einer Ereignisalgebra Ereignisalgebra - Operatoren Ereignisalgebra - Kontext Ereignisalgebra - Zeitfenster Ereignisalgebra - Transitivität Ereignisalgebra - Asymmetrie Definition von Ereignisregeln SEMANTISCHE TRANSFORMATION DER EREIGNISSE Abhängigkeiten zwischen Ereignissen Fachliche, zeitliche und kausale Abhängigkeit ZeitÜche und kausale Abhängigkeit 131 ii

4 Zeitliche Abhängigkeit Inklusion der Abhängigkeiten Transitivität der Abhängigkeiten Asymmetrie der Abhängigkeiten Ermittlung von Prozessdurchlaufzeiten Vorüberlegungen Berechnung von Prozessdurchlaufzeiten Durchschnittliche Prozessdurchlaufzeiten Ermittlung von Key-Performance-Indikatoren (KPIs) KPI-Relevanz von Ereignissen Zeitliche und kausale Abhängigkeiten zwischen KPI-relevanten Ereignissen Berechnung von Key Performance Indikatoren Grenzwerte und durchschnittliche Key-Performance-Indikatoren 146 ALGORITHMUS ZUR KONSTRUKTION DES EREIGNISMODELLS KONZEPTION EINES VORGEHENSMODELLS ZUR ABLEITUNG VON KRANKHEITS- UND KRANKENHAUSSPEZIFISCHEN MODELLEN ABLEITUNG VON KRANKHEITSSPEZIFISCHEN REFERENZPROZESS- UND EREIGNISMODELLEN Ableitung von krankheitsspezifischen Referenzprozessmodellen Selektion und Kopie der Modellelemente Leitlinienbasierte Adaption der Prozessregeln Leitlinienbasierte Erweiterung des Modells Leitlinienbasierte Reduktion des Modells Ableitung des krankheitsspezifischen Ereignismodells Ableitung der Ereignismodellstruktur Adaption der Ereignisverarbeitungslogik Ableitung von krankheitsspezifischen Prozessdurchlaufzeiten Ableitung von krankheitsspezifischen Key-Performance-Indikatoren 180 ABLEITUNG VON KRANKENHAUSSPEZIFISCHEN PROZESS- UND EREIGNISMODELLEN Ableitung von krankenhausspezifischen Prozessmodellen Selektion und Kopie der Modellelemente Ablaufbasierte Adaption der Prozessregeln Ablaufbasierte Erweiterung und Reduktion des Modells Ableitung des krankenhausspezifischen Ereignismodells Ableitung der Ereignismodellstruktur Adaption der Ereignisverarbeitungslogik Ableitung von krankenhausspezifischen Prozessdurchlaufzeiten Ableitung von krankenhausspezifischen Key-Performance-Indikatoren Implementierung im Krankenhaus Erweiterung des generischen Ereignismodells um die Zuordnung zu klinischen Informationssystemen Informationssystembasierte Adaption des krankheitsspezifischen Ereignismodells Vorgehen beim Einsatz in bestehenden Workflow-ManagementSystemen (WFMS) Ableitung des krankenhausspezifischen Prozess- und Ereignismodells aus einem WFMS-Modell Ableitung der krankenhausspezifischen Zuordnung zu Informationssystemen VALIDIERUNG DER MODELLE VALIDIERUNG DES GENERISCHEN REFERENZPROZESSMODELLS UND DES EREIGNISMODELLS Validierung mit der Modellierungsmethode der Ereignisgesteuerten Prozessketten Konstruktion des generischen Referenzprozessmodefls und des Ereignismodells mit EPKs Abbildung von Prozessdurchlaufzeiten und Key-Performance-Indikatoren mit EPKs Validierung mit der Modellierungsmethode der UML-Aktivitätsdiagramme 228 III

5 Konstruktion des generischen Referenzprozessmodells und des Ereignismodells mit UML- Aktivitätsdiagrammen Abbildung von Prozessdurchlaufzeiten und KPIs mit UML-Aktivitätsdiagrammen Key-Performance-Indikatoren im Kontext klinischer Informationssysteme Einhaltung der Grundsätze ordnungsmäßiger Modellierung (GoM) VALIDIERUNG DES VORGEHENSMODELLS Ableitung des krankheitsspezifischen Referenzprozessmodells und Ereignismodells Ableitung des krankheitsspezifischen Referenzprozessmodells und Ereignismodells für die Erkrankung Akutes Koronarsyndrom" Ableitung des krankheitsspezifischen Referenzprozessmodells und Ereignismodells für die Erkrankung Gastrointestinale Blutung" Ableitung des krankenhausspezifischen Prozessmodells Ableitung des krankenhausspezifischen Prozessmodells für die Chest-Pain-Unit am Universitätsklinikum Mannheim (UMM) Ableitung des krankenhausspezifischen Prozessmodells am Beispiel der Behandlungsempfehlung in der Klinik und Poliklinik für Innere Medizin I am Universitätsklinikum Regensburg (UKR) FAZIT UND AUSBLICK 263 LITERATURVERZEICHNIS 267 ANHANG A REFERENZPROZESS- UND VORGEHENSMODELL 295 A.l VORGEHENSMODELL 295 A.1.1 Krankheitsspezifisches Referenzprozessmodell 295 A.l. 1.1 Krankheitsspezifische Prozessregeln [Schlaganfall] 295 A.l.1.2 Krankheitsspezifische Ereignisregeln [Schlaganfall] 298 A.1.2 Ereignisregeln mit Zuordnung zu Informationssystemen 301 A.2 VALIDIERUNG 307 A.2.1 Generisches Referenzprozessmodell 307 A.2.2 Krankheitsspezifisches Referenzprozessmodell 308 A Krankheitsspezifische Prozessregeln für das Akute Koronarsyndrom 308 A Krankheitsspezifische Ereignisregeln für das Akute Koronarsyndrom 311 A Krankheitsspezifische Prozessregeln für die Gastrointestinale Blutung 314 A Krankheitsspezifische Ereignisregeln für die Gastrointestinale Blutung 317 A.2.3 Krankenhausspezifisches Prozessmodell 320 A Krankheitsspezifischen Prozessregeln für das Akute Koronarsyndrom am UMM 320 A Krankheitsspezifischen Ereignisregeln für das Akute Koronarsyndrom am UMM 323 ANHANG B AUSZEICHNUNGEN, PUBLIKATIONEN UND VORTRÄGE 327 ß.l WISSENSCHAFTLICHE AUSZEICHNUNGEN 327 B.2 PUBLIKATIONEN 328 B.3 VORTRAGE 330 IV