Neue medizinische Erkenntnisse durch temporale Datenabstraktion und klinische Protokolle

Das Ziel dieses Projektes ist die experimentelle Anwendung und die Weiterentwicklung von vielversprechenden Lösungsansätzen im Bereich der zeitorientierten Datenabstraktion und der protokollbasierten Therapieplanung in der Betreuung von Frühgeborenen in Intensivstationen. Davon erwarten wir uns einerseits einen Beitrag zum medizinischen Wissen über diese Patientengruppe und andererseits zusätzliche Erkenntnisse über den Einsatz der verwendeten Methoden. Intensivstationen sehen sich heute mit zwei Problemen konfrontiert: Einerseits werden zwar umfangreiche Meßdaten von zahlreichen Patientenmonitoren geliefert, sie liegen aber meist nur in der Form von Rohdaten zur Verfügung - die Aufgabe, sie im jeweiligen klinischen Kontext richtig zu interpretieren bleibt dem medizinischen Personal überlassen. Andererseits ist die computerunterstützte Anwendung von Therapieplänen und -protokollen in Intensivstationen nur dann sinnvoll möglich, wenn das eingesetzte System in den Strom der Meßdaten eingebunden wird und selbständig auf Veränderungen im Zustand des Patienten reagiert. Im vorangehenden FWF-Projekt P12797-INF wurde eine Reihe von Methoden und Programmen zur zeitorientieren Datenabstraktion, für die Entwicklung und Ausführung von Therapieplänen, sowie zu deren Visualisierung geschaffen. In diesem Projekt werden wir sie verwenden, um Lösungswege für die oben beschriebenen Probleme aufzuzeigen. Im Rahmen dieses interdisziplinären Projektes können wir auf unsere bestehenden umfangreichen Kontakte zur Neonatologie und Intensivmedizin aufbauen. Sowohl die Neonatologie als auch die Informatik werden durch das vorgeschlagene Projekt bereichert. Einerseits werden die von uns angestellten Studien das Verständnis der physiologischen Prozesse im unreifen menschlichen Körper vertiefen. Andererseits werden aktuelle Methoden der Datenabstraktion und Prozeßmodellierung evaluiert und nächste Entwicklungsschritte aufgezeigt werden.

Das vorliegende Forschungsprojekt hatte zwei Schwerpunkte: (1) Wie können medizinische Therapiepläne in eine computer-interpretierbare Form gebracht werden und (2) Wie können solche computer-interpretierbare Therapiepläne und die vorhandenen PatientInnendaten Aufgaben- und BenutzerInnen-gerecht visualisiert werden. Um medizinischem Personal sowie PatientInnen eine Übersicht über aktuelle oder mögliche Therapieverläufe anhand von medizinischen Therapieplänen zu geben, will man diese computer-interpretierbar darstellen. Dazu müssen die Dokumente erst in ein Format gebracht werden, das ein Computer "versteht". Wir beschäftigen uns unter anderem damit, diese Dokumente (in natürlicher Sprache) in solch ein computer-verständliches Format zu übersetzen. Da aber das Erlernen dieser Tätigkeit sehr mühsam ist und auch detailliertes medizinisches Wissen notwendig ist, versuchen wir die Übersetzung teilweise zu automatisieren. Dies geschieht mittels einer Technik namens "Informationsextraktion". Ein System erhält Regeln und kann mit diesen relevante Information erkennen und strukturiert zusammenfügen. Wir haben eine Methode entwickelt (LASSIE), die in mehreren Schritten eine Leitlinie übersetzt und dabei Informationsextraktion anwendet. Wir haben dafür einerseits die Struktur von Leitlinien analysiert, um Muster zu finden, die bei der Formalisierung unterstützen können. Andererseits haben wir zeitliche Aspekte im Kontext der Therapieabläufe in Leitlinien analysiert und deren Modellierungsmöglichkeiten in den formalen Darstellungen untersucht. Mittels eines von uns entwickelten Tools (DELT/A) ist es der BenutzerIn möglich, nach jedem Schritt das Ergebnis zu begutachten, Änderungen vorzunehmen, oder noch benötigte Information hinzuzufügen. Diese Methode ist eine wesentliche Erleichterung bei der Übersetzung von Leitlinien und hat das Potential auch die Entwicklung von Leitlinien zu unterstützen. Weiters haben wir eine Methode entwickelt, um den Inhalt von Tabellen aus PDF Dateien in ihrem strukturellen Kontext in eine Text- oder HTML- Datei zu überführen und diese prototypisch implementiert (pdf2table). Von gleicher Wichtigkeit neben der Transformation von natürlichsprachlichen Dokumenten in ein computer- verständliches Format ist auch die entgegengesetzte Transformation von computer-interpretierbaren Therapieplänen in ein von Menschen verständliches Format. Zu diesem Zweck haben wir in enger Zusammenarbeit mit ÄrztInnen interaktive Methoden zur graphischen Repräsentation von medizinischen Therapieplänen sowie zeitbasierten PatientInnendaten entwickelt (CareVis). Diese Arbeit führte zu der Erkenntnis, dass eine systematische Betrachtung von Methoden der Visualisierung von Zeit und zeitorientierten Informationen im aktuellen Stand der Forschung fehlt. Diese Lücke konnte im Rahmen des Projekts durch eine umfangreiche Bestandsaufnahme der verfügbaren Visualisierungsmethoden sowie deren systematische Kategorisierung und Charakterisierung geschlossen werden. Dieser strukturierte Überblick ist besonders für AnwenderInnen hilfreich, um für den jeweiligen Zweck geeignete Visualisierungsmethoden einfacher finden zu können. Daneben wurde basierend auf vorhandenen Ansätzen zur Modellierung von Zeit und zeitorientierten Informationen ein eigenes, modulares Zeit- und Datenmodell entwickelt, welches applikationsunabhängig eingesetzt werden kann. Schliesslich wurde ein Konzept für ein Framework als schrittweisen Prozeß zur Unterstützung des Visualisierungsprozesses von Zeit und zeitorientierten Informationen entwickelt (TimeViz). Neben den methodischen und konzeptuellen Arbeiten haben wir eine neuartige Visualisierungsmethode zur Repräsentation von Planungsdaten bzw. Therapieplänen entwickelt und implementiert (PlanningLines). Ein kontrolliertes Experiment zeigte, dass BenutzerInnen von PlanningLines sowohl weniger Fehler beim Umgang mit zeitlichen Unsicherheiten machen als auch schneller bei der Bearbeitung von Aufgaben als die BenutzerInnen einer Standardmethode sind. Da Informationsvisualisierung noch eine sehr junge Disziplin ist, hat sich noch keine eindeutige Begrifflichkeit herausgebildet. Um die wissenschaftliche Gemeinschaft im Anliegen einer Konkretisierung der verwendeten Begriffe zu unterstützen, wurde eine internationale Informations- und Kommunikationsplattform auf Basis von Wiki Technologie konzipiert und bereitgestellt, an der jede BenutzerIn aktiv teilnehmen kann (InfoVis:Wiki).