Entwicklung einer ontologiebasierten Architektur zur Sicherung semantischer Interoperabilität zwischen Kommunikationsstandards im Gesundheitswesen

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-200760
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.20076

Oemig, Frank

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Date of publication of this fulltext: 01 Apr 2011 05:55

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	1 April 2011
Referee:	PD Dr. Bernd Blobel and Prof. Dr. Michael Nerlich
Date of exam:	22 December 2010
Institutions:	Medicine > Zentren des Universitätsklinikums Regensburg > eHealth Competence Center
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	Kommunikationsstandards, HL7, semantische Interoperabilität, Ontologie, Architektur
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	20076

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Abstract (German)

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Das Paradigma der integrierten Versorgung erfordert eine umfassende Kommunikation und Kooperation zwischen den Leistungserbringern im Gesundheitswesen, was ein gemeinsames Verständnis über die ausgetauschten Informationen voraussetzt. Diese Interoperabilität zwischen den Beteiligten muss auch die unterstützenden Gesundheitsinformationssysteme einbeziehen.

Traditionell erfolgte die Kommunikation zwischen Gesundheitsinformationssystemen auf der Basis des Austausches standardisierter Nachrichten, z.B. nach HL7 v2.x im Bereich der stationären Versorgung. Über die Sektorengrenzen hinweg haben sich historisch verschiedene Kommunikationsstandards entwickelt und etabliert, die zueinander inkompatibel sind. Selbst innerhalb einer Standardisierungsorganisation wie Health Level Seven (HL7) führen auf Methodologien aufbauende Weiterentwicklungen (HL7 V3) zu Inkompatibilitäten mit "Vorversionen", die sich in strukturellen Unterschieden und verschiedenen semantischen Konzepten wie bspw. den genutzten Vokabularien ausdrücken.

Die Übertragung der Informationen von Nachrichten des einen Standards in einen anderen ist gemeinhin die Domäne der sogenannten Kommunikationsserver. Diese benötigten zur Erfüllung dieser Aufgabe eine entsprechende Konfiguration, welche die Anwendung von Wissen über die beteiligten Standards erfordert. Dieses Wissen wird von Experten bereitgestellt, die sich in diesen Standards auskennen.

Eine Form der Wissensrepräsentation sind Ontologien, die Konzepte in Beziehung zueinander setzen. In der Arbeit wurde herausgearbeitet, was eine Ontologie zur Darstellung von Wissen auszeichnet und welche Beziehungen zwischen Konzepten etabliert werden können. Das Generische Komponentenmodell (GCM) stellt dazu das Rahmenwerk, das zur methodischen Aufbereitung der Arbeitsergebnisse genutzt wurde.

Zur Sicherung der semantischen Interoperabilität zwischen Kommunikationsstandards muss sich dieses Wissen prinzipiell aus drei Komponenten zusammensetzen: das sind zum Einen die beiden beteiligten Standards und zum Anderen das Mapping zwischen diesen beiden. Stellvertretend für zwei beliebige Kommunikationsstandards zeigt die Arbeit dies exemplarisch anhand der beiden zueinander inkompatiblen HL7-Standards Version 2.x und 3. Die Meta-Informationen dieser beiden Standards wurden dazu jeweils in Form einer Ontologie aufbereitet, die einer ebenfalls erarbeiteten Referenzontologie CSO (Communication Standards Ontology) auf Basis der Basic Formal Ontologie folgen.

Um beliebige Kommunikationsstandards miteinander kombinieren zu können, darf das Mapping zwischen diesen nicht auf direktem Wege erfolgen. Neben der Ausarbeitung der Grundlage für ein solches Mapping wurde eine geeignete Fachdomänenontologie als Mediator gesucht und mit ACGT (Advancing Clinico Genomic Trials on Cancer) auch gefunden, die in der Mitte agieren kann.
Die entwickelte Lösung wurde unter Bezug auf konkurrierende Entwicklungen sowie die eingesetzte Methodik bewertet.

Translation of the abstract (English)

The paradigm of integrated care requires comprehensive communication and cooperation among providers in health care, where a common understanding of the shared information is a necessary prerequisite. Such interoperability between the actors involved must also include the supporting information systems.

Traditionally, communication between information systems in health care was based on the exchange of standardized messages, e.g. HL7 v2.x for inpatients’ care. For cross-enterprise information exchange incorporating different sectors, a set of different communication standards have been developed and established which are mutually incompatible. Even within a standards development organisation (SDO) like Health Level Seven (HL7), the use of methodologies leads to further developments (HL7 V3) resulting in incompatibilities with previous versions which ends up in structural differences and divergent semantic concepts like the used vocabularies.

Conversion of messages from one standard into another is normally the domain of so-called communication servers. In order to fulfill this task they need a special configuration which requires knowledge about the involved standards. This knowledge is usually provided by experts who are familiar with those standards.

Ontologies are a way of knowledge representation which interrelates concepts. This thesis has investigated, what puts an ontology in favour to express knowledge and what kind of relationships between concepts can be established. The Generic Component Model (GCM) provides the framework for methodological preparation of the work results.

For ensuring semantic interoperability among communication standards, the knowledge used must consist of three components: the participating communication standards and the mapping between them. In the thesis, the procedure of mapping between any communication standards is work exemplified at the two incompatible HL7 standards version 2.x and 3. The metadata for both standards have been extracted in form of an ontology which follows the newly designed reference ontology called CSO (communication standards ontology), based on the basic formal ontology (BFO).

In order to combine any communication standards, a mapping should not be done directly. Beside foundational work for such a mapping, an application ontology as a mediator has been searched and found with ACGT (Advancing Clinico Genomic Trials on Cancer), which can be used as the man in the middle.
The solutions developed has been evaluated in relation to competing work as well as the methodology deployed.

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