Digitalisierung in der Medizin - Fluch oder Segen ? Prof. Dr. Hans-Ulrich Prokosch - MIRACUM
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Digitalisierung in der Medizin Fluch oder Segen ? Prof. Dr. Hans-Ulrich Prokosch Lehrstuhl für Medizinische Informatik der FAU Erlangen-Nürnberg CIO Universitätsklinikum Erlangen Konsortialleiter MIRACUM
Wie digital ist das deutsche Gesundheitswesen ? Policy Aktivität Digital Health Readiness Tatsächliche Datennutzung https://www.bertelsmann-stiftung.de/de/unsere-projekte/der-digitale-patient/projektthemen/smarthealthsystems/estland/
Wie digital ist das deutsche Gesundheitswesen ? https://www.mckinsey.de/news/presse/2018-09-27-digitalisierung-im-gesundheitswesen
Digitale Gesundheitsakte Vom Widerstand der Ärzte • „Hochsensible Gesundheitsdaten von Erwachsenen und Kindern sollen in einer Cloud gespeichert werden. • Wie wir wissen, sind Daten die einmal im Netz sind, praktisch nicht mehr zurückzuholen.“ Süddeutsche SüddeutscheZeitung Nr.Nr. Zeitung 56, 56, 7. März 2019,2019, 7. März 13 13
Digitale Gesundheitsakte Vom Widerstand der Ärzte • „Hochsensible Gesundheitsdaten von Erwachsenen und Kindern sollen in einer Cloud gespeichert werden. • Wie wir wissen, sind Daten die einmal im Netz sind, praktisch nicht mehr zurückzuholen.“ Landen die Daten wirklich in der Cloud? Was ist überhaupt die „Cloud“? Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13 Machen Sie Online-Banking? Wollen Sie darauf heute noch verzichten?
Digitalisierung des Gesundheitswesen Fluch oder Segen? „Ich sehe fassungslos vor einer Entwicklung in diesem Land, in der man blind an die Allheilwirkung einer totalen Digitalisierung zu glauben scheint und zunehmend hochempfindliche Infrastrukturen allein digitalen Technologien anvertraut“ Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13
Digitalisierung des Gesundheitswesen Fluch oder Segen? „Wer also hat etwas von dieser sehr teuren „Digitalisierung“? Der finanzielle Vorteil bei Unternehmen, die über die Verfügbarkeit von Daten auf zentralen Servern ihre Märkte besser erschließen wollen oder durch die Bereitstellung von Hard- und Software im Milliarden-Eurobereich profitieren, ist offenkundig. Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13
Digitalisierung des Gesundheitswesen Fluch oder Segen? „Warum also sollten sich Heilberufler überhaupt an einem Prozess beteiligen, bei dem IT-Firmen massive Gewinne einfahren, der aber nicht erkennbar zur verbesserten Patientenversorgung beiträgt“ Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13
Digitalisierung des Gesundheitswesen Fluch oder Segen? „Die Privatsphäre von Arzt und Patient ist bedroht“ Süddeutsche Zeitung Nr. 48, 26. Februar 2019, 2 https://www.sueddeutsche.de/politik/2.220/aussenansicht-das-glaeserne-behandlungszimmer-1.4344293
Digitalisierung in der Medizin Fluch oder Segen Die Weißseher
Big Data und KI sind die Zukunft https://www.pwc.de/de/gesundheitswesen-und-pharma/digitalisierung-im-gesundheitswesen.html
KI revolutioniert die Medizin Der Einsatz von „Artificial Intelligence“ könnte Millionen Menschen zu besseren Therapien verhelfen – und gleichzeitig dazu beitragen, die Gesundheitskosten signifikant zu senken.
AI powers digital medicine
AI powers digital medicine Artificial intelligence (AI) has recently surpassed human performance in several domains, and there is great hope that in healthcare, AI may allow for better prevention, detection, diagnosis, and treatment of disease.
IBM Watson transfering the power of healthcare data Fitbit and IBM Watson are rapidly democratizing the access to personal health data as well as access to complex computational capability, and placing it, literally, in people’s hands. https://www.cio.com/article/2922332/how-fitbit-and-ibm-watson-are-transferring-the-power-of-healthcare-data-from-one-hand-to-another.html
IBM Watson transfering the power of healthcare data We have set an ambitious goal to improve lives and give hope by addressing the world’s most pressing health challenges. https://www.ibm.com/watson/health/about/
IBM Watson transfering the power of healthcare data https://www.ibm.com/watson/health/about/
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care https://www.zeit.de/digital/internet/2018-08/deep-learning-medizin-kuenstliche-intelligenz-neurologie-augenheilkunde Mittwoch, 15. August 2018
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care Wirklich? Das 2013 groß angekündigte Pilotprojekt[1] für ein onkologisches Expertensystem auf Basis von Watson am MD-Anderson-Krebszentrum der Universität Texas etwa liegt mittlerweile auf Eis.
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care Wirklich? Der Supercomputer Watson von IBM wurde schon als Heilsbringer im Kampf gegen Krebs und andere schwere Krankheiten angepriesen. Man habe in dem amerikanischen Konzern den „idealen Partner“ gefunden, um die „Schätze aus dem Datendschungel“ zu heben, frohlockte der DKFZ-Chef. Computermesse Cebit in Hannover (2011)
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care Wirklich? heutiger DKFZ-Stiftungsvorstand Michael Baumann (2018) … beschränkt sich nach außen auf eine nüchterne Tatsachenbeschreibung: „Der Rahmenvertrag ist ausgelaufen, ohne dass Geld an IBM geflossen ist.“
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care Wirklich? Rhön-Klinikum / Marburg: „Pleiten, Pech und Pannen“ Die Technik sei nicht brauchbar für den Krankenhausalltag. „… habe sich die Lücke zwischen Anspruch und Wirklichkeit als so groß erwiesen, dass wir rasch unternehmerisch handeln mussten“
IBM Watson transfering the power of healthcare data Transform the way oncology professionals deliver care Wirklich? Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York „Ich habe mir Watson dort ansehen können“, sagt der deutsche Krebsmediziner Michael Hallek „Das hätte man alles auch in jeder anderen Forschungsdatenbank oder in einem Lehrbuch nachschlagen können“
transfering the power of healthcare data IBM Watson Google Deep Mind AlphaGo
transfering the power of healthcare data Egal wie komplex das Spiel Go auch sein mag, es basiert auf einem ganz klar definierten Regelwerk Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13
Medizinische Versorgung lässt sich nicht durch ein klar definiertes Regelwerk beschreiben Süddeutsche Zeitung Nr. 56, 7. März 2019, 13
Künstliche Intelligenz . . . wird oft mit „Maschinellem Lernen“ oder auch „Deep Learning“ gleichgesetzt . . . und beruht auf sogenannten neuronalen Netzen (die es übrigens auch schon in den 80er Jahren gab) . . .und es wird oft behauptet, dass KI selbstlernend sei
Künstliche Intelligenz Maschinelles Lernen . . . erfordert große Mengen an Daten was aber häufig verschwiegen wird: Maschinelles Lernen . . . erfordert große Mengen an von Klinikern annotierten Daten
transfering the power of healthcare data The CNN achieves performance on par with all tested experts . . . , demonstrating an artificial intelligence capable of classifying skin cancer with a level of competence comparable to dermatologists. CNN = Deep convolutional neural network
transfering the power of healthcare data
transfering the power of healthcare data Here we demonstrate the effectiveness of deep learning in dermatology, . . . Further research is necessary to evaluate performance in a real-world, clinical setting, in order to validate this technique across the full distribution and spectrum of lesions encountered in typical practice.
IBM Watson It´s nowhere close https://www.statnews.com/2017/09/05/watson-ibm-cancer/
AI in Medicine Promise and Perils Circulation Research 018;123:1282-1284.
AI in Medicine the peak of inflated expectations With machine learning situated at the peak of inflated expectations, we can soften a subsequent crash into a “trough of disillusionment” by fostering a stronger appreciation of the technology's capabilities and limitations. Whether such artificial-intelligence systems are “smarter” than human practitioners makes for a stimulating debate — but is largely irrelevant. Combining machine-learning software with the best human clinician “hardware” will permit delivery of care that outperforms what either can do alone.
KI: Arztunterstützend ! Arztunterstützend, nicht arztersetzend! Prozess-unterstützend Combining machine-learning software with the best human clinician “hardware” will permit delivery of care that outperforms what either can do alone.
Digitalisierung: was heißt das überhaupt? • Prozesse des Gesundheitswesens - werden durch digitale Anwendungen unterstützt - innerhalb einzelner Versorgungsinstitutionen - aber auch über deren Grenzen hinweg • Digitale Technologien sind Alltag in Praxen und Kliniken • Digitale Technologien unterstützen direkt den Patienten • Spitzenreiter im Bertelsmann-Ranking haben effektive nationale Strategien, politische Führung und eine nationale Koordinationsstelle
Digitalisierung: was heißt das überhaupt? • Prozesse des Gesundheitswesens - werden durch digitale Anwendungen unterstützt - innerhalb einzelner Versorgungsinstitutionen - aber auch über deren Grenzen hinweg Digitale Prozesse • Digitale Technologien generieren sind Alltag Daten in Praxen und Kliniken • Digitale Technologien unterstützen direkt den Patienten Medical Data Scientists kurieren und • Spitzenreiter imintegrieren diese Daten Bertelsmann-Ranking ... haben effektive nationale Strategien, politische Führung und und machen eine nationale sie für Analysen zu neuem Koordinationsstelle Erkenntnisgewinn nutzbar
Nationale Strategien Die Medizininformatik - Initiative Daten aus Krankenversorgung und Forschung integrieren • zur Verbesserung der medizinischen Forschung und der Krankenversorgung • Aufbau von Datenintegrationszentren • Entwicklung innovativer IT-Lösungen für medizinische Use Cases November 2015 • 150 Mio Euro • zur Vernetzung der Daten der deutschen Universitätsklinika
Digitalisierung führt zu Daten Daten müssen effizient genutzt werden Announcement 2015 Phase 1: 7 Konsortien Phase 2: 4 Konsortien (120M€) begleitende Maßnahmen • Neuaufnahmen (30M€) • NSG / Koordinierungs- stelle • Ergänzende Fördermodule 3. Konsolidierungs- 2. Aufbau & 1. Konzeptphase & Vernetzungsphase Ausbauphase 2016 - 17 2018 - 21 Audit 2022 - 25 Audit DGP Kongress München 15.03.2019
MI-I: die geförderten Konsortien
MIRACUM Unsere Konsortialpartner . . . • zehn Universitätskliniken und Medizinische Fakultäten • zwei Hochschulen • ein Industriepartner (Averbis GmbH) • . . . verteilt über sieben Bundesländer
Was macht MIRACUM?
MIRACUM DIZ Architektur MI-I Kerndatensatz (fünf Basis Module): • Person • Demographie OMOP Daten • Falldaten 4b Harmonisierung Research • Diagnosen Data • Prozeduren Repositories 5 DIZ = Datenintegrationszentrum
MIRACUM Datenschutzkonzept Mai 2018 • keine Daten verlassen den Standort an dem sie erhoben wurden • verteilte Analysen „bring the analysis to the data“ Aus Sicht des Bayerischen Landesbeauftragten für den Datenschutz gibt es zum anliegenden Datenschutzkonzept . . . Keine weiteren Anmerkungen.
MIRACUM Föderation „Bring the analysis to the data“ OMOP OMOP OMOP OMOP OMOP Erlangen Frankfurt Freiburg Gießen Greifswald SQL- R-Script Statement OMOP OMOP OMOP OMOP OMOP Magdeburg Mainz Mannheim Marburg Dresden Prokosch H.U: MIRACUM – Standortübergreifende Datennutzung für ein lernendes Gesundheitssystem 48
MIRACUM Föderation „Bring the analysis to the data“ OMOP OMOP OMOP OMOP OMOP SQL / SQL / SQL / SQL / SQL / R R R R R Erlangen Frankfurt Freiburg Gießen Greifswald SQL- aggregierte Ergebnisse R-Script Statement OMOP SQL / SQL / SQL / R SQL / SQL / R R R R OMOP OMOP OMOP OMOP Magdeburg Mainz Mannheim Marburg Dresden Prokosch H.U: MIRACUM – Standortübergreifende Datennutzung für ein lernendes Gesundheitssystem 49
MIRACUM Föderation „Bring the analysis to the data“ OMOP OMOP OMOP OMOP OMOP SQL / SQL / SQL / SQL / SQL / R R R R R Erlangen Frankfurt Freiburg Gießen Greifswald Proof-of-Concept Analysen: SQL- R-Script • Stroke / Thrombektomie: Leitlinien Adhärenz Statement • Kolorektales Karzinom: Analyse der Therapiemuster OMOP SQL / SQL / SQL / R SQL / SQL / R R R R OMOP OMOP OMOP OMOP Magdeburg Mainz Mannheim Marburg Dresden Prokosch H.U: MIRACUM – Standortübergreifende Datennutzung für ein lernendes Gesundheitssystem 50
MIRACUM früher „Nutzen“ für Kliniker/med. Forscher • Proof-of-Concept Analysen: • Stroke / Thrombektomie: Leitlinien Adhärenz • Kolorektales Karzinom: Analyse der Therapiemuster „Harvesting Low Hanging Fruit“
From Data to Knowledge „Maschinelles Lernen“
MIRACUM Use Case 2 Prädiktionsmodelle für COPD/Asthma und Hirntumoren • Modelle zur Vorhersage von prognostisch relevanten Untergruppen entwickeln • Vorhersagemodelle in die klinische Praxis bringen • Das Ganze am Beispiel von • Asthma/COPD und • Hirntumoren Unsaubere klinische Routinedaten hochdimensionaler Datensatz mit genetischen Daten
Internationale Kooperationen Verteiltes Maschinelles Lernen Budin-Ljøsne I, et al. DataSHIELD: an ethically robust solution to multiple-site individual-level data analysis. Public Health Genomics. 2015;18(2):87-96. Gaye A, et al. DataSHIELD: taking the analysis to the data, not the data to the analysis. Int J Epidemiol. 2014 Dec;43(6):1929-44.
Internationale Kooperationen Verteiltes Maschinelles Lernen . . . taking the analysis to the data, not the data to the analysis . . . an ethically robust solution to multiple-site individual-level data analysis Budin-Ljøsne I, et al. DataSHIELD: an ethically robust solution to multiple-site individual-level data analysis. Public Health Genomics. 2015;18(2):87-96. Gaye A, et al. DataSHIELD: taking the analysis to the data, not the data to the analysis. Int J Epidemiol. 2014 Dec;43(6):1929-44.
Verteiltes Deep Learning mit generativen Modellen Klinik 1 2 Forscher 1 3 Klinik 2 2 (oder beliebige Analyse) 1 Vielen Dank an Stefan Lenz (Universität Freiburg)
Daten, Daten, und nochmal Daten Konsolidierung eines gemeinsamen Datensatzes für COPD/ Asthma • Welche Items sind für die Diagnose/ Beschreibung von COPD/ Asthma wichtig bzw. notwendig? • Welche Items werden an den Standorten regelmäßig erhoben? • Welche Items sind an den Standorten mit vertretbarem Aufwand für UC2 nutzbar? Vielen Dank an Martin Boeker (Universität Freiburg)
Daten, Daten, und nochmal Daten Ausgangsbasis aus Antragstellung • Items • 12 Demographie und Vitalparameter • 422 Labor (davon 349 Allergen-bezogen) • 38 Lungenfunktion • 4 kardial • 4 Standardfragebögen • 5 Diagnose und Medikation • 2 Bildgebung • Ergänzt um Items zu Funktionstests
Daten, Daten, und nochmal Daten aber haben wir diese Daten überhaupt? Items für die Diagnostik von Asthma/COPD Bitte kreuzen Sie bei jedem Item an, für wie wichtig Sie es in der Diagnostik von Asthma/COPD einschätzen: -2 = keine Bedeutung, -1 = weniger wichtig, 1 = wichtig, 2 = entscheidend für Diagnose. Geben Sie bitte auch an, ob das Item regelmäßig bei Ihnen während der Diagnostik von Asthma/COPD erhoben wird. Durch wiederholtes Klicken wird eine Markierung wieder entfernt. Item oder Gruppe Nützlich für Diagnostik Erhebung -2 -1 1 2 NEIN JA Demographie Geburtsdatum Nationalität Geschlecht Ethnizität Konsolidierung auf Vitalparameter bei Aufnahme Größe 165 Datenelemente Gewicht BMIan Martin Boeker (Universität Freiburg) Vielen Dank
Daten, Daten, und nochmal Daten aber haben wir diese Daten überhaupt? Keine Bedeutung Weniger wichtig Wichtig Entscheidend für Diagnose Verfügbarkeit 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% 50% 100% Geburtsdatum G eb u r tsd at u m Nationalität N ati n ali tä o Geschlecht G es ch l ec t h Ethnizität Et n iz h itä t Vitalparameter bei Aufnahme V ita lp a ra m e te rb ei A u fn ah m e Größe G rö e ß Gewicht G ew ic t h BMI B M I Temp Te m p RR R R Puls P u ls SO2 SO 2 Atemfrequenz A tem f req u e n z Labor La b o r Leukozyten Le k o u z yt en Erythrozyten Er yt r o h zy te n Thrombozyten Th ro m b o zy ten Hämoglobin H äm o g lo b in Hämatokrit H äm at o k rit Neutrophile in Prozent N eu tro h ile p in P ro z en t Lymphozyten in Prozent Ly m p h z yte n in o r o P ze n t Vielen Dank an Martin Monozyten Boeker (Universität Freiburg) in Prozent M o n z yt o en in r o P z en t
Monozyten (%) M o n o z yt en (% ) Daten, Daten, und nochmal Daten Eosinophile (%) Basophile (%) Eo si B aso p h ile (% ) o p n h ile (% ) Thrombozyten (G/l) aber haben wir diese Daten überhaupt? Th ro m b o zy ten (G /l ) Neutrophile (abs.) (G/l) N eu tro p h ile (a b s .) (G /l) Lymphozyten (abs.) (G/l) Ly m p h o z yte n (ab s. )(G /l ) Monozyten (abs.) (G/l) Mo n z yt o en (a b s .)( / l) G Eosinophile (abs.) (G/l) Eo si o p n h ile (a b s .)( / l) G Basophile (abs.) (G/L) B aso h ile p (a s .) b (G /L) Eosinophile (Aszites) Eo si o p n h ile (A sz ite s) Eosinophile (Dialysat) Eo si o p n h ile (D ia lys at) Eosinophile (Liquor) Eo si n o h ile p (L u o iq r ) Eosinophile (Pleurapunktat) Keine Bedeutung Weniger wichtig Wichtig Entscheidend für Diagnose Eo si n o p h ile (P leu ra p u n k ta t) Verfügbarkeit Eosinophile (Shuntliquor) 0% 50% 100% Eo si o n h ile p (S h u n t liq o r) u 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Eosinophile (Synovia) Eo si o n h ile p (S yn o v ia) Leukozyten Geburtsdatum(Aszites) G eb u r tsd at u m Le k o u z yt en (A sz ite s) Leukozyten (Dialysat) Nationalität N ati n ali tä o Le u k z yt o en (D ial ys at) Leukozyten Geschlecht(Liquor) G es ch l ec t h Le u k o z yt en (L u o iq r ) Leukozyten (Pleurapunktat) Ethnizität Et n iz h itä t Le u k o z yt en (P leu ra p u n k ta t) Leukozyten (Shuntliquor) Le u k o z yt en (S u n h t liq o r) u Leukozyten Vitalparameter (Synovia) bei Aufnahme V ita lp a ra m e te rb ei A u fn ah m e Le u k z o yt en (S yn o v ia) a1-Antitrypsin Größe G rö e ß a1 -A n t itr yp sin Brain natriuretic peptide Gewicht(BNP) G ew ic t h B rai n at riu re tic e p t id e( B p N P ) C-reaktivesBMIProtein B M I C -re ak tiv es P r o te in Temp IgA Te m p Ig A IgE, RR gesamt R R Ig E, ge sa t m Puls IgG P u ls Ig G SO2 IgM SO 2 Ig M Atemfrequenz Interleukin 6 A tem f req u e n z In te rle u k in 6 Interleukin 8 In te rle u k in 8 Labor Procalcitonin La b o r P ro c al cit n in o Leukozyten TNF alpha Le k o u z yt en TN F al p h a Erythrozyten Fibrinogen Er yt r o h zy te n Fi r in b o ge n Thrombozyten IL17 Th ro m b o zy ten IL 1 7 Hämoglobin IL23 H äm o g lo b in IL 2 3 HämatokritMPO H äm at o k rit M P O Neutrophile in Prozent N eu tro h ile p in P ro z en t Lymphozyten in Prozent Allergene Ly m p h z yte n in o r o P ze n t Vielen Dank an Martin Boeker (Universität Freiburg) A le rge n e Monozyten in Prozent M o n z yt o en in r o P z en t
Daten, Daten, und nochmal Daten … müssen harmonisiert werden • Daten Mapping (LOINC, SNOMED) • Gemeinsames Datenmodell (OMOP) Vielen Dank an Martin Boeker (Universität Freiburg)
Daten, Daten, und nochmal Daten … müssen harmonisiert werden • Daten Mapping (LOINC, SNOMED) • Gemeinsames Datenmodell (OMOP) Vielen Dank an Martin Boeker (Universität Freiburg)
Daten, Daten, und nochmal Daten … müssen aufbereitet und zusammengeführt werden Datenbefüllung (ETL) MI-I Kerndatensatz (fünf Basis Module): • Person • Demographie OMOP Daten • Falldaten 4b Harmonisierung Research • Diagnosen Data • Prozeduren Repositories • Daten für die MIRACUM Use Cases 5
Digitalisierung: Fluch oder Segen? • Wir dürfen weder zu schwarz, noch zu weiß sehen • Nicht jedem Hype blind hinterher laufen • Koordinierte Digitalisierung auf Basis eines nationalen Konzepts kann zum Segen werden • Digitalisierung bringt Daten • Daten sind der Schatz aus dem Erkenntnisse reifen • (qualitativ hochwertige) Daten nutzbar machen ist die wichtigste, aber auch aufwändigste Aufgabe
Vielen Dank dem MIRACUM Team . . . und für Ihre Aufmerksamkeit Förderkennzeichen: 01ZZ1801A
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