1. Bedeutung der Interoperabilität im Gesundheitswesen

Ein Datenaustausch, der im Rahmen einer medizinischen Behandlung eines Patienten zwischen verschiedenen Systemen stattfindet, steht in einem besonders wichtigen Zusammenhang mit der Interoperabilität. Der Bundesverband Gesundheits-IT weist auf eine Notwendigkeit im Zusammenhang mit der Sicherstellung der Versorgungsqualität und der Sicherheit des Patienten hin [BVITG]. Fehlinterpretationen oder Missverständnisse während des Informationsaustauschs, müssen bei allen medizinischen Informationssystemen vermieden werden. Einzelnen Daten bzw. Informationen, müssen durch Interoperabilität der Systeme, auf eine korrekte Art und Weise verarbeitet werden können. Hersteller von medizinischen Produkten (Hard- und Software) müssen ihre Systeme und Dienstleistungen unter nationalen und internationalen Standards für den medizinischen Einsatz zertifizieren lassen. Bei diesen Zulassungsprozessen erfolgt innerhalb fester Regulationen eine Prüfung, ob die Interoperabilität der jeweiligen Produkte hin zu anderen Produkten, klar gegeben ist. Eine bedeutende Institution auf internationaler Ebene ist u. a. die Food and Drug Administration (FDA) in der USA. Diese fordert die Interoperabilität von Medizinprodukten als eine notwendige Fähigkeit Informationen sicher, effektiv und gefahrlos innerhalb eines oder untereinander mehrerer Systeme auszutauschen. Dies ist unter den Aspekten einer verbesserten Patientenversorgung, der Reduzierung von Fehlern und unerwünschten Ereignissen sowie der Förderung von Innovationen zu sehen [FDA].

Vor dem Hintergrund von bestehenden technischen Hürden und aktuellen Defiziten bei der Ausstattung von IT-Systemen im Gesundheitswesen stellt dies eine Beschränkung der Bestrebung zur Digitalisierung von Behandlungsprozessen dar. Um aus Sicht eines Leistungserbringers elektronische Gesundheitsdaten erzeugen und weiterverarbeiten zu können, müssen an mehreren Stellen bei den eingesetzten IT-Systemen interoperabel funktionierende Schnittstellen geschaffen werden. Die Bedeutung von Schnittstellen zwischen den betreffenden IT-Systemen untereinander und deren jeweilige Fähigkeiten zur Interoperabilität sind somit ein entscheidender Aspekt für eine erfolgreiche Integration von klinischen IT-Systemen im Gesundheitswesen. Die Interoperabilität der betreffenden IT-Systeme ist in einem medizinischen Anwendungskontext besonders notwendig, um unter anderem die Versorgungsqualität zu verbessern und die Patientensicherheit mittels digitaler Informationsverarbeitung sicherzustellen. 

2. Was versteht man unter Interoperabilität

Sender Empfänger Modell

Nach dem Sender Empfänger Modell von Shannon und Weaver aus den 1940er Jahren, kann eine Information vom Sender nur zum Empfänger gelangen, wenn eine korrekte Übermittlung der Nachricht erfolgt [Wikipedia]. Für die Umsetzung einer (elektronischen) Kommunikation müssen die Informationen beim Sender somit codiert (Informationen werden zu Daten), anschließend übermittelt (Daten werden zur Nachricht) und danach beim Empfänger wieder korrekt decodiert (Nachricht zu Daten zu Informationen) werden. Die vom Sender und Empfänger genutzten Systeme müssen demnach interoperabel gestaltet sein.

Sender Empfänger Modell (abgewandelt, basierend auf Shannon und Weaver)

Definition(en) der Interoperabilität

Interoperabilität hat nicht nur im Gesundheitswesen eine Bedeutung für die Kommunikation von untereinander getrennten (IT)-Systemen. Beim Versuch der Erarbeitung einer allgemeingültigen Definition muss beachtet werden, dass je nach bezogenem Kontext in den Quellen unterschiedliche Definitionen angegeben werden.

  • Eine erste, eher technische Definition führt das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) an. Dort wird Interoperabilität mit der „Fähigkeit von Systemen definiert, Informationen auszutauschen und anschließend nutzen zu können“. Zusätzlich wird in dieser Quelle aufgeführt, dass ein Einsatz von einheitlichen Protokollen und die Nutzung von gemeinsamen Infrastrukturen für IT-Systeme dafür notwendig sind [IEEE].
  • Die EU publiziert unter dem Titel „European Interoperability Framework (EIF) – Towards interoperability for European public services“ eine Definition für Interoperabilität, als Notwendigkeit zur Erreichung der gegenseitigen Ziele in den einzelnen öffentlichen Verwaltungen der Mitgliedsstaaten. Dieses Ziel wird mittels einer interoperablen Kommunikation der einzelnen Organisationen untereinander und dem Austausch von Informationen und Wissen in den einzelnen Geschäftsprozessen und IT-Systemen erreicht [EIF].
  • Das auf das Gesundheitswesen abgewandelte Refined eHealth European Interoperability Framework (eEIF), erläutert Interoperabilität als eine Eigenschaft von Systemen welche: „Organisationen, eHealth-Lösungen, Systemen oder Einrichtungen zu einer besseren Zusammenarbeit befähigen soll“. Dies hat zum Ziel, den entsprechenden Berufsgruppen eine bessere Versorgungsqualität des Patienten durch einen kontinuierlichen Versorgungsprozess durch effizientere Nutzung von Informationen und gemeinsames Wissen zu ermöglichen [eEIF].
  • Das Fraunhofer Institut für Offene Kommunikationssysteme (FOKUS) gibt in seiner Informationsbroschüre an, dass: „Interoperabilität als Fähigkeit von Anwendungen, Prozessen und Diensten der Informations- und Kommunikationstechnologie verstanden werden kann, welche den elektronischen Datenaustausch auf Basis eines gemeinsamen Verständnisses der ausgetauschten Informationen unterstützt.“ Das FOKUS gibt weiter an, dass Interoperabilität auf 4 verschiedenen Ebenen (technisch, semantisch, organisatorisch, rechtlich) korrekt angewendet, eine entsprechende Interpretation der ausgetauschten Informationen ermöglicht.
  • Eine internationale sowie in einem IT-spezifischerem Kontext für das Gesundheitswesen stehende Definition wird von der Healthcare Information and Management Systems Society (HIMSS) angegeben. In dieser wird Interoperabilität als Fähigkeit von Systemen angegeben, eine grenzüberschreitende (organisatorisch, regional, national) Kommunikation zum Zweck des Informationsaustauschs zwischen Systemen umzusetzen. Dies sei eine Voraussetzung, um die Gesundheit von einzelnen Personen oder ganzen Bevölkerungen zu unterstützen. Zusätzlich gibt die HIMSS die Umsetzung von Interoperabilität innerhalb von vier verschiedenen Ebenen (technisch, strukturell, semantisch, organisatorisch) an [HIMSS].

Zusammenfassung zur Definition

Interoperabilität ist die Fähigkeit eines Systems, mit entsprechenden anderen Systemen unter Anwendung gemeinsamer Regeln und Standards zusammenzuarbeiten oder zu kommunizieren. Dabei muss beim Empfänger einer Nachricht ein identisches Verständnis über den Inhalt der Information erreicht werden, wie dies beim Sender der Fall ist. Um die Brücke zwischen einem Informationssender zu einem Informationsempfänger zu schlagen, bedingt es mehrere Voraussetzungen für betreffende IT-Systeme. Ein gegenseitiges Verständnis über eingesetzte Kommunikationswege, Datenformate und Nachrichtinhalte, nehmen dabei eine bedeutende Rolle ein. Für eine korrekte Umsetzung der Interoperabilität muss diese demzufolge auf mehreren Ebenen innerhalb der jeweiligen Systeme beachtet werden.

3. Ebenen der Interoperabilität im Gesundheitswesen

Die Ebenen der Interoperabilität im Gesundheitswesen sind als Struktur, Syntax, Semantik und Organisation definiert. Diese bilden in ihrer Gesamtheit ein Modell der Interoperabilität für (IT-)Systeme bei klinischen Leistungserbringern. Mit diesen Ebenen wird verdeutlicht, dass die technische Ausführung einer Datenkommunikation getrennt von der Interpretation der Nachrichteninhalte und der Steuerung des auslösenden (IT)-Prozesses gesehen werden muss.

Die Ebenen der Interoperabilität im Gesundheitswesen bilden in ihrer Gesamtheit ein Modell der Interoperabilität für (IT-)Systeme bei einem klinischen Leistungserbringer. Das Ebenen-Modell der Interoperabilität illustriert, wie ein einheitliches Verständnis für eine Datenkommunikation bei einem Nachrichtensender und -empfänger erreicht werden kann. 

Dabei sorgt die Ebene der Organisation dafür, systemübergreifende Workflows erst zu ermöglichen. Die Ebene der Semantik, um ein einheitliches Verständnis über die Inhalte zu schaffen. Die Ebene der Syntax sorgt dafür, die einzelnen Informationseinheiten aufzutrennen. Und die Ebene der Struktur ermöglicht die Datenströme zum Austausch zwischen den (IT-)Systemen.

Ebene der InteroperabilitätAufgabe und Inhalte
OrganisationSystemübergreifende Workflows, Prozesse, Rollen, Berechtigungen.
SemantikGemeinsames und einheitliches Verständnis der Informationseinheiten.
SyntaxInformationseinheiten bzw. einzelne Daten in den Datenströmen.
StrukturDatenströme zum Austausch zwischen den einzelnen Systemen.
Sender Empfänger Modell mit den Ebenen der Interoperabilität im Gesundheitswesen
Ebene der Interoperabilität
Aufgabe der Ebene
Organisation
Systemübergreifende Workflows ermöglichen
Semantik
Einheitliches Verständnis schaffen
Syntax
Auftrennen der Informationseinheiten
Struktur
Datenströme zum Austausch ermöglichen
Ebenen der Interoperabilität im Gesundheitswesen

Strukturelle Interoperabilität

Mit der strukturellen Interoperabilität wird das Ziel verfolgt, zwei Systeme zu befähigen miteinander kommunizieren und Daten austauschen zu können. Dazu werden einzelnen Datenströme zwischen den verschiedenen IT-Systemen auf Basis von Anschlüssen (seriell, parallel) über diversen Bussystemen (USB, RS32, CAN, PCIe) mit dafür konzipierten (Netzwerk-)Protokollen (TCP/IP, HTTPs, SMTP, FTP) übermittelt. Auf dieser Ebene ist der Inhalt der Nachrichten (Nutzdaten) nicht von den für die Übermittlung notwendigen Kommunikationsdaten zu unterscheiden.
Durch den Einsatz von standardisierten Verbindungen, Client-Server-Architekturen und Internetprotokollen in medizinischen IT-Systemen, ist diese Ebene eher unspezifisch für das Gesundheitswesen. Sie wird vielmehr als allgemeingültig im Zusammenhang mit der Digitalisierung und netzwerkbasierter Kommunikation im Krankenhaus und dessen Infrastrukturen verstanden.

Syntaktische Interoperabilität

Die Ebene der syntaktischen Interoperabilität definiert die einzelnen Informationseinheiten bzw. die Daten innerhalb der Datenströme. Hierbei werden die eigentlichen Nutzdaten (Informationen) von den überflüssigen Kommunikationsdaten bereinigt betrachtet. Die Identifikation der einzelnen Informationseinheiten erfolgt durch Anwendung oder Interpretation verschiedener Regeln (z. B. Trennzeichen) in den unterschiedlichen Formaten (HL7v2, DICOM, CSV, XML, JASON).
Auf dieser Ebene der Interoperabilität ist die meiste Durchdringung von Standardisierungen bei den Leistungserbringern festzustellen. Mit den Formaten HL7 v2 und DICOM existieren zwei explizit für das Gesundheitswesen entwickelten und vielfach angewendeten Formatsysteme. Der Großteil der innerhalb einer Klinik stattfindenden Kommunikationen basieren auf mindestens einem dieser beiden Formate. Nahezu alle notwendigen Datentransformationen für diese klinikinternen Kommunikationen werden auf dieser und der strukturellen Ebene über einen Kommunikationsserver in der klinischen IT-Infrastruktur der jeweiligen Leistungserbringer abgebildet.

Semantische Interoperabilität

Mit der sehr komplexen Ebene der semantischen Interoperabilität wird das Ziel verfolgt, ein gemeinsames Verständnis der übermittelten Informationseinheiten (Begriffe oder Codes) in allen beteiligten Systemen des Senders und des Empfängers herzustellen. Dies wird über Ordnungssysteme wie einfachere Wertetabellen (HL7, DICOM) oder komplexere Nomenklaturen (ATC, LOINC),Klassifikationen und Taxonomien (ICD-10, OPS) erreicht. Diese Umsetzungen bilden sehr spezifische Anwendung oder Umsetzungen für das Gesundheitswesen.
Die Verwaltung und Pflege der Ordnungssysteme, wird einheitlich von externen Akteuren wahrgenommen. Für einen Nachrichtensender ist es ausreichend eine Referenz auf das jeweils gültige Ordnungssystem innerhalb der Nachricht anzugeben, um eine semantische Interoperabilität für das übermittelte Datum bei dem Nachrichtenempfänger zu erreichen.
Die korrekte Umsetzung bzw. Codierung von Begriffen oder Werten innerhalb der medizinischen Behandlungsprozesse, bedingt jedoch eines erhöhten manuellen Einsatzes von dafür ausgebildeten Fachkräften. Eine automatische Codierung der semantischen Bedeutung im Gesundheitswesen ist zum aktuellen Zeitpunkt eine große Herausforderung. Diese kann eventuell in Zukunft durch einen verstärkten Einsatz von prädiktiven Algorithmen bzw. künstlicher Intelligenz (KI) weiter vereinfacht werden.

Organisatorische Interoperabilität

Über die Ebene der organisatorischen Interoperabilität wird eine übergreifende und organisierte Form der Kommunikation von mindestens zwei voneinander getrennten Organisationen koordiniert. So können systemübergreifende Prozesse unterstützt und aufeinander abgestimmt werden. Dabei kommen (standardisierte) Integrationen von Kommunikationsdiensten zum Einsatz, die unter Zuhilfenahme von Frameworks versuchen, übergreifende Workflows, Rollen- und Berechtigungskonzepten in den getrennten IT-Systemen abzubilden.
Für das Gesundheitswesen existiert auf dieser Ebene der Interoperabilität nur sehr wenig Standards. Mit der Initiative Integrating the Healthcare Enterprise (IHE) besteht jedoch ein umso mächtigeres und international etabliertes Framework. Damit werden evaluierte Nutzungsempfehlungen für die Anwendung von bereits existierenden Standards in speziellen klinischen Anwendungsszenarien definiert. Dies sind unter anderem ein einrichtungsübergreifender Dokumentenaustausch oder die telemedizinische Befundung von Röntgenbildern. Innerhalb dieser so genannten IHE-Profile werden einzelne Kommunikationsströme unterschiedlicher Akteure unter Einhaltung der syntaktischen und semantischen Interoperabilität abgebildet.

Ebene der InteroperabilitätAufgabe und InhalteStandards im Gesundheitswesen
OrganisationSystemübergreifende Workflows, Prozesse, Rollen, Berechtigungen.*Frameworks: IHE-Profile
SemantikGemeinsames und einheitliches Verständnis der Informationseinheiten.

*Klassifikationen, Taxonomien: ICD-10, OPS

*Nomenklaturen: ATC, LOINC

*Wertetabellen: in HL7 und DICOM

SyntaxInformationseinheiten bzw. einzelne Daten in den Datenströmen.*Formate: HL7 V2, DICOM, CSV, XML, JSON
StrukturDatenströme zum Austausch zwischen den einzelnen Systemen.

*Protokolle: TCP/IP, HTTP(S), SMTP, FTP

*Anschlüsse: seriell, parallel

*Bussysteme: USB, RS32, CAN, PCIe

Modell der Interoperabilität und Standards im Gesundheitswesen
Ebene der Interoperabilität
Aufgabe der Ebene
Organisation
Systemübergreifende Workflows ermöglichen
Semantik
Einheitliches Verständnis schaffen
Syntax
Auftrennen der Informationseinheiten
Struktur
Datenströme zum Austausch ermöglichen