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Ein Digitaler Zwilling als Online-Validierungslabor für Medizingeräte-Netzwerke

Lese­zeit: 11 Minu­ten
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Digi­Val­Med steht für „Digi­ta­ler Zwil­ling“ im Kran­ken­haus-Netz­be­triebs­kon­text als Online-Vali­die­rungs­la­bor für Medi­zin­ge­rä­te-Netz­wer­ke. Ziel des Pro­jekts ist es, Metho­dik und tech­ni­sche Umge­bung für die Absi­che­rung und Vali­die­rung von Medi­zin­ge­rä­tenetz­wer­ken zu ent­wi­ckeln und auf die­ser Basis Qua­li­tät und Effi­zi­enz kli­ni­scher Pro­zes­se in der Strah­len­kli­nik des Uni­ver­si­täts­kli­ni­kums Erlan­gen (UKER) zu verbessern.

Nahe­zu alle Medi­zin­ge­rä­te sind über das Kran­ken­haus­netz­werk ver­netzt und tau­schen dar­über schnell und unkom­pli­ziert wesent­li­che Infor­ma­tio­nen aus. Hier setzt der Digi­ta­le Zwil­ling an, der ver­teilt über das Kran­ken­haus Infor­ma­tio­nen aus dem Netz­werk fischt, um ein Lage­bild zu medi­zi­ni­schen Gerä­ten, des Netz­werks und der kli­ni­schen Abläu­fe zu gewin­nen und dar­zu­stel­len. Ver­ant­wort­li­ches Per­so­nal kann so jeder­zeit Ein­blick erhal­ten und bei rele­van­ten Abwei­chun­gen zeit­nah gewarnt werden.

Zur Ent­wick­lung wur­de ein wei­te­rer Digi­ta­ler Zwil­ling bei sepp.med auf­ge­baut, der einen klei­nen Aus­schnitt der kom­ple­xen Netz­werk­kon­fi­gu­ra­ti­on bei UKER simu­liert. Er dient als Qua­li­ty Gate­way für die Soft­ware, bevor die­se bei UKER ein­ge­setzt wird. Zum Schutz per­sön­li­cher Daten ste­hen sepp.med nur anony­mi­sier­te oder frei erhält­li­che Daten zur Ver­fü­gung. Alle Auf­zeich­nun­gen bei UKER ver­blei­ben dort.

digivalmed netzwerkstruktur

Wenn auch unter­schied­lich in Kon­fi­gu­ra­ti­on und Daten wer­den in bei­den Digi­ta­len Zwil­lin­gen die fol­gen­den glei­chen Kom­po­nen­ten verwendet:

  • Medi­zi­ni­sche Gerä­te Gate­ways – Mini­com­pu­ter, die den Netz­werk­ver­kehr bestimm­ter Medi­zin­ge­rä­te vor­fil­tern und aufzeichnen.
  • Ana­ly­se Ser­ver – Com­pu­ter, wel­che die Infor­ma­tio­nen in Daten­ban­ken spei­chern und auf Basis von Zei­ten und Inhal­ten, auto­ma­ti­siert Sta­tus und Abläu­fe über­prü­fen, sowie War­nun­gen versenden.
  • Web Ser­ver – Com­pu­ter, wel­cher auto­ri­sier­tem Per­so­nal Ein­blick in den aktu­el­len und his­to­ri­schen Sta­tus der Kli­nik, sowie manu­el­le Aus­wer­tun­gen ermöglicht.

Durch den kon­ti­nu­ier­li­chen Infor­ma­ti­ons­ge­winn ermög­licht es der Digi­ta­le Zwil­ling, spe­zi­el­le Feh­ler­sze­na­ri­en durch­zu­spie­len oder neue Work­flows für die Kli­nik zu eva­lu­ie­ren, ohne den Pati­en­ten­be­trieb zu gefährden.

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Interview mit Prof. Dr. Christoph Bert (Projektpartner)

Wie ist die Idee zu dem Projekt entstanden?

Prof. Dr. Chris­toph Bert: Wir wur­den im Mai 2018 über den Mail­ver­tei­ler des Zen­trums Digi­ta­li­sie­rung Bay­ern auf den Call „IT-Sicher­heit in Ener­gie, Medi­zin, Mobi­li­tät und Pro­duk­ti­on“ auf­merk­sam. Da die­ses The­ma für einen KRI­TIS-Ver­sor­ger wie das UK Erlan­gen natür­lich rele­vant ist, sind Dr. Ste­fan Bücken, der IT-Sicher­heits­be­auf­tra­ge des UKER, und ich über das Medi­cal Val­ley EMN auf die Suche nach geeig­ne­ten KMUs gegan­gen und haben die sepp.med GmbH aus den Kan­di­da­ten aus­ge­sucht, da sie am ehes­ten zu unse­rer Idee pass­te. Zum Glück sind wir auf offe­ne Ohren gesto­ßen und konn­ten sehr schnell in die kon­kre­te Antrags­vor­be­rei­tung ein­stei­gen, die letzt­end­lich erfolg­reich war.

Was möchte das UKER mit DigiValMed erreichen?

Prof. Dr. Chris­toph Bert: Die Sicher­heit unse­rer Pati­en­ten­be­hand­lun­gen noch wei­ter erhö­hen. Kon­kret soll durch klei­ne Gate­way Rech­ner hin­ter jedem Medi­zin­ge­rät erreicht wer­den, dass die digi­ta­le Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen Medi­zin­ge­rä­ten in Echt­zeit ana­ly­siert wer­den kann. Durch die­se digi­ta­le Zwil­lings­struk­tur kön­nen Para­me­ter über­prüft wer­den, bei­spiels­wei­se, um Ano­ma­lien in der Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ge­schwin­dig­keit früh­zei­tig zu detektieren.

Wo sehen Sie die wesentliche Innovation?

Prof. Dr. Chris­toph Bert: Die Nut­zung der Gate­ways und die Erschaf­fung der Zwil­lings­struk­tur sind die wesent­li­chen inno­va­ti­ves Aspek­te in Kom­bi­na­ti­on mit den rich­ti­gen Bench­marks zur Aus­wer­tung der Daten.

Wie erleben Sie die Zusammenarbeit mit sepp.med?

Prof. Dr. Chris­toph Bert: Wir haben alles in allem unse­re bis­he­ri­gen Zie­le erreicht. Da ein Groß­teil der Pro­jekt­lauf­zeit durch die Pan­de­mie über­la­gert war und immer noch ist, lief die Zusam­men­ar­beit weit­ge­hend vir­tu­ell ab. Mehr per­sön­li­cher Aus­tausch hät­te die Umset­zung man­cher Ideen ver­mut­lich beschleunigt.

Sehen Sie Potenzial für eine weitere Zusammenarbeit mit sepp.med?

Prof. Dr. Chris­toph Bert: Ja! Wir sind erst am Anfang mit die­ser Idee und kön­nen nun viel bes­ser abschät­zen, wel­che Schrit­te not­wen­dig sind, um die Gesamt­idee wei­ter voranzutreiben.

Die Technik im Detail

Bei der 2nd Vir­tu­al Edi­ti­on Med­te­cLI­VE & SUMMIT stell­te Ste­phan Seg­mil­ler, Exper­te für Soft­ware-Qua­li­täts­si­che­rung bei sepp.med, die Ent­wick­lungs­struk­tur und Soft­ware­ar­chi­tek­tur der Digi­Val­Med-Platt­form vor.

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Interview mit Matthias Pruksch (technische Projektleiter)

Warum hat sich sepp.med für die Initiation eines solchen Projekts entschieden?

Mat­thi­as Pruksch: Als ich zum ers­ten Mal von dem För­der­pro­jekt hör­te, war ich begeis­tert. Digi­Val­Med hat alles, was wir im Inno­va­ti­ons­be­reich Inter­net of Things (IoT) vor­an­trei­ben, ins­be­son­de­re Wert­schöp­fung und Qua­li­täts­stei­ge­rung aus Daten. Und das im regu­lier­ten medi­zi­ni­schen Bereich einer Kli­nik, wo z. B. größ­ter Wert auf den Schutz per­sön­li­cher Daten im All­ge­mei­nen und Pati­en­ten­da­ten im Beson­de­ren gelegt wird. Da eröff­ne­te sich für uns ein äußerst span­nen­des Pro­jekt, in das wir unse­re Exper­ti­se ein­brin­gen, Kom­pe­ten­zen aus­bau­en und Tech­no­lo­gien aus­pro­bie­ren können.

Matthias Pruksch Pr

Wie lange dauert das Projekt?

Mat­thi­as Pruksch: Drei Jahre.

Wie groß ist das DigiValMed-Team?

Mat­thi­as Pruksch: Über den gesam­ten Zeit­raum stellt sepp.med ein Kern­team aus zwei bis vier erfah­re­nen Kol­le­gen, die bis zu 50 Pro­zent ihrer Arbeits­zeit im Pro­jekt bei­tra­gen. Bis­her haben wir zehn wei­te­re Kol­le­gen hin­zu­ge­zo­gen. Die­se haben, indi­vi­du­ell nach Ziel­stel­lung, über zwei bis zu zehn Wochen ihre spe­zi­el­le Exper­ti­se ein­ge­bracht, neue Tech­no­lo­gien aus­pro­biert und Erfah­run­gen gewonnen.

Was sind die Herausforderungen, die wir im Projekt bewältigen müssen?

Mat­thi­as Pruksch: UKER bie­tet ihren Pati­en­ten eine Viel­zahl von Leis­tun­gen an und lie­fert in deren Umset­zung eine Fül­le von Ansatz­punk­ten. Dank der ver­trau­ens­vol­len Zusam­men­ar­beit konn­ten wir uns gemein­sam einen Über­blick in einem Kern­be­reich ver­schaf­fen und her­aus­ar­bei­ten, wo maxi­ma­ler Nut­zen bei ver­tret­ba­rem Auf­wand zu errei­chen ist.

Die bis­her größ­te Her­aus­for­de­rung kam danach mit der Pan­de­mie, die eine enge Zusam­men­ar­beit vor Ort zeit­wei­se unmög­lich mach­te, bzw. stark ein­schränkt. Die­se Ein­schrän­kung und das gesetz­te Ziel, die Netz­werk­da­ten von UKER mit den dar­in ent­hal­te­nen per­sön­li­chen Infor­ma­tio­nen zu schüt­zen, erschwert die Ent­wick­lung der funk­tio­nal glei­chen Digi­ta­len Zwil­lin­ge bei UKER und sepp.med.

Welche Technologien/Methoden werden verwendet?

Mat­thi­as Pruksch: Trotz der Gemein­sam­keit Medi­zin­be­reich ler­nen wir täg­lich von­ein­an­der, wes­halb wir agil in einer Mischung aus SCRUM und Kan­ban vor­ge­hen. Grund­sätz­lich set­zen wir zur Errei­chung unse­rer Zie­le die Tech­no­lo­gie ein, die uns am effek­tivs­ten vor­an­bringt. Und Digi­Val­Med bie­tet die vol­le Band­brei­te der Infor­ma­ti­ons- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gie von der Soft­ware für Mini­com­pu­tern über das Netz­werk, Backend/Frontend, Web und Mobil bis zur Anwen­dung von Künst­li­cher Intel­li­genz. Als Bei­spiel sei der Ein­satz von Docker Con­tai­nern genannt, mit denen wir leicht­ge­wich­tig wie­der­ver­wend­ba­re Teil­sys­te­me defi­nie­ren, die fle­xi­bel zwi­schen Mini­com­pu­tern und Ser­vern geeig­net ver­scho­ben und ska­liert wer­den können.

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