Interoperabilität von verteilten Systemen ist eine Grundlage für die Entwicklung von neuen und innovativen Geschäftslösungen. Sie erlaubt es existierende Dienste, die auf verschiedenen Systemen angeboten werden, so miteinander zu verknüpfen, dass neue oder erweiterte Dienste zur Verfügung gestellt werden können. Außerdem kann durch diese Integration die Zuverlässigkeit von Diensten erhöht werden. Das Erreichen und Bewerten von Interoperabilität stellt jedoch eine finanzielle und zeitliche Herausforderung dar. Zur Sicherstellung und Bewertung von Interoperabilität werden systematische Methoden benötigt. Um systematisch Interoperabilität von Systemen erreichen und bewerten zu können, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Prozess zur Verbesserung und Beurteilung von Interoperabilität (IAI) entwickelt. Der IAI-Prozess beinhaltet drei Phasen und kann die Interoperabilität von verteilten, homogenen und auch heterogenen Systemen bewerten und verbessern. Die Bewertung erfolgt dabei durch Interoperabilitätstests, die manuell oder automatisiert ausgeführt werden können. Für die Automatisierung von Interoperabilitätstests wird eine neue Methodik vorgestellt, die einen Entwicklungsprozess für automatisierte Interoperabilitätstestsysteme beinhaltet. Die vorgestellte Methodik erleichtert die formale und systematische Bewertung der Interoperabilität von verteilten Systemen. Im Vergleich zur manuellen Prüfung von Interoperabilität gewährleistet die hier vorgestellte Methodik eine höhere Testabdeckung, eine konsistente Testdurchführung und wiederholbare Interoperabilitätstests. Die praktische Anwendbarkeit des IAI-Prozesses und der Methodik für automatisierte Interoperabilitätstests wird durch drei Fallstudien belegt. In der ersten Fallstudie werden Prozess und Methodik für Internet Protocol Multimedia Subsystem (IMS) Netzwerke instanziiert. Die Interoperabilität von IMS-Netzwerken wurde bisher nur manuell getestet. In der zweiten und dritten Fallstudie wird der IAI-Prozess zur Beurteilung und Verbesserung der Interoperabilität von Grid- und Cloud-Systemen angewendet. Die Bewertung und Verbesserung dieser Interoperabilität ist eine Herausforderung, da Grid- und Cloud-Systeme im Gegensatz zu IMS-Netzwerken heterogen sind. Im Rahmen der Fallstudien werden Möglichkeiten für Integrations- und Interoperabilitätslösungen von Grid- und Infrastructure as a Service (IaaS) Cloud-Systemen sowie von Grid- und Platform as a Service (PaaS) Cloud-Systemen aufgezeigt. Die vorgestellten Lösungen sind in der Literatur bisher nicht dokumentiert worden. Sie ermöglichen die komplementäre Nutzung von Grid- und Cloud-Systemen, eine vereinfachte Migration von Grid-Anwendungen in ein Cloud-System sowie eine effiziente Ressourcennutzung. Die Interoperabilitätslösungen werden mit Hilfe des IAI-Prozesses bewertet. Die Durchführung der Tests für Grid-IaaS-Cloud-Systeme erfolgte manuell. Die Interoperabilität von Grid-PaaS-Cloud-Systemen wird mit Hilfe der Methodik für automatisierte Interoperabilitätstests bewertet. Interoperabilitätstests und deren Beurteilung wurden bisher in der Grid- und Cloud-Community nicht diskutiert, obwohl sie eine Basis für die Entwicklung von standardisierten Schnittstellen zum Erreichen von Interoperabilität zwischen Grid- und Cloud-Systemen bieten.

Präsentationsfolien eines Vortrags im Rahmen der Jahrestagung der IAML Deutschland 19.09.2018 in Augsburg.

Die aktuelle Gesundheitsversorgung ist geprägt durch eine steigende Komplexität, die durch die Verzahnung verschiedener medizinischer Bereiche und die Nutzung immer komplexerer, technisch unterstützter Behandlungsmöglichkeiten bedingt ist. Gleichzeitig stehen Kliniken und das medizinische Fachpersonal unter einem hohen Kosten- und Zeitdruck. Für das Erreichen einer optimalen Behandlung des Patienten durch minimalinvasive und mikrochirurgische Eingriffe sind zunehmend Ansätze notwendig, die auf eine Interoperabilität verschiedener Systeme setzen und die Verwendung von zusätzlichen (semi )automatischen Unterstützungssystemen ermöglichen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Herausforderungen bei der Prozessunterstützung im Operationssaal. Dabei liegt der Fokus auf der Aktivitätserfassung und Datenspeicherung als Grundlage zur Erkennung des chirurgischen Prozesses. In einem ersten Schritt wurde ein theoretisches Vorgehensmodell für die intraoperative Prozessunterstützung auf der Basis eines geschlossenen Regelkreises entwickelt. Dabei steht der chirurgische Prozess im Zentrum. In weiteren Schritten wurden ein System zur Erfassung des aktuellen Arbeitsschrittes auf Basis der vorhandenen Videodaten (z.B. Mikroskopie, Ultraschall) sowie eine zentrale Speicherlösung für den Operationssaal entwickelt. Diese zentralen Komponenten sollen es Systemen ermöglichen, während des Eingriffs Daten an die verschiedenen Nutzer bereitzustellen und diese gleichzeitig für eine spätere Dokumentation vorzuhalten. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden Ansätze zum Erreichen einer Interoperabilität von Medizingeräten und IT-Systemen im Gesundheitswesen vorgestellt, da technische Systeme neben zusätzlicher Sensorik eine wertvolle Informationsquelle für die Erfassung des aktuellen Prozesses im Operationssaal darstellen. Im Rahmen der Arbeiten des Projektes OR.NET (BMBF, 2012-2016) wurde mit der IEEE 11073-SDC-Standardfamilie eine Möglichkeit zur offenen Vernetzung geschaffen. Konzeptionell integriert werden die Systeme durch eine Beschreibung von Mehrwertdiensten von der einfachen Anzeige von Geräteparametern bis hin zur Teilautomatisierung von technischen Arbeitsschritten auf Basis des Kommunikationsstandards IEEE11073-SDC. Diese wurden basierend auf dieser Basistechnologie gemeinsam mit verschiedenen Projektpartnern entwickelt und mit Klinikern und Klinikbetreibern evaluiert. Die Ergebnisse der Evaluation zeigen, dass durch eine syntaktische und semantische Interoperabilität neue, nutzbringende Funktionen umgesetzt und die Arbeit der verschiedenen Nutzergruppen im Gesundheitssystem effektiv unterstützt werden können.:Inhalt Abstract Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation für diese Arbeit 1.2 Zielsetzung der Arbeit 2 Grundlagen der Arbeit 2.1 Aktuelle Operationssäle 2.2 Prozessunterstützung 2.2.1 Workflow und Prozessmodellierung 2.2.2 Workflow in der Medizin 2.2.3 Kontextsensitive Systeme 2.3 Klinische Anwendungsfälle im Rahmen der Arbeit 2.3.1 Intrakranielle Eingriffe am Gehirn 2.3.2 Transsphenoidale Hypophysenadenomentfernung 2.3.3 Sanierende Ohr-OP 3 Vorgehensmodell zur Prozessunterstützung 3.1 Interpretation und Action 3.2 Data analysis und Monitoring 3.3 Mögliche Herangehensweisen bei der Umsetzung einer Prozessunterstützung 4 Erfassung prozessrelevanter Daten im Operationssaal 4.1 Stand der Forschung 4.1.1 Team Assessment und Performanzüberwachung 4.1.2 OP-Dokumentation, Qualitätssicherung und Elektronische Patientenakte (EPA) 4.1.3 Workflow Recognition 4.2 Erkennung der Interaktion zwischen Medizingerät und medizinischem Personal basierend auf der Analyse von Videodaten 4.2.1 Methode 4.2.2 Evaluation 4.2.3 Diskussion 4.3 Erfassung von Informationen durch OP-Integration 4.3.1 Stand der Forschung 4.3.2 Grundlagen des Projektes OR.NET 4.3.3 Zusammenfassung 5 Datenspeicherung im Operationssaal (Surgical Data Recorder und die Erweiterungen auf Basis von OR.NET) 5.1 Surgical Data Recorder 5.1.1 Anforderungsanalyse 5.1.2 Systemkonzept 5.1.3 Evaluationsstudie 5.2 Anpassungen des Datenaufzeichnungskonzeptes im Rahmen des OR.NET-Projekts 5.3 Diskussion und Vergleich der Ansätze 6 Mehrwertdienste auf Basis einer offenen Vernetzung 6.1 Setzen von eingriffsspezifischen Informationen auf den angeschlossenen Geräten 6.2 Anzeige von Informationen im Sichtfeld des Chirurgen 6.3 Mehrwerte durch Datenintegration 6.4 Funktionen mit Nutzung von Prozessinformationen 7 Entwicklung der OP-Demonstratoren und Evaluation der implementierten Mehrwertdienste mit verschiedenen Anwendergruppen 7.1 Anforderungsanalyse für den Leipziger Demonstrator 7.2 Infrastruktur des Demonstrators 7.3 Integrationsszenarien in den Demonstratoren 7.4 Umgesetzte Mehrwertdienste im Leipziger Demonstrator 7.5 Vorgehen bei der Evaluation des Leipziger Demonstrators 7.5.1 Technische Evaluation 7.5.2 Klinische Evaluation 7.6 Ergebnisse der Evaluation 7.6.1 Technische Evaluation 7.6.2 Klinische Evaluation 7.7 Diskussion der Ergebnisse 8 Ausblick auf Weiterentwicklungen der offenen Vernetzung im Operationssaal 9 Zusammenfassung 10 Literatur 11 Anhang 11.1 Modellierung der sanierenden Ohr-OP als EPK inkl. möglicher Vernetzungsszenarien 11.2 Übersicht der umgesetzten Use-Cases im Leipziger Demonstrator 136 11.3 Fragenkatalog OP-Personal 11.4 Fragebogen Betreiber 12 Eigenständigkeitserklärung 13 Eigene Literatur 14 Danksagung

Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens.

Elektronisch verfügbare Daten aus der Gesundheitsversorgung, sogenannte Real-World Data (RWD), gewinnen zunehmend an Bedeutung für die Forschung, insbesondere in der Pharmakovigilanz und der Arzneimittelsicherheit. Die Schaffung von kollaborativen Forschungsnetzwerken, wie beispielsweise Observational Health Data Sciences and Informatics (OHDSI) oder European Health Data and Evidence Network (EHDEN) stoßen auf positive Resonanz, um die Potenziale von RWD zu nutzen und die Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit von Forschungsergebnissen retrospektiver Beobachtungsstudien zu verbessern. Eine Beteiligung deutscher Universitätskliniken mit RWD der stationären Versorgung fehlt bisher, vor allem weil die qualitativen Eigenschaften der Medikationsdaten aktuell eine Hürde darstellen. In dieser Arbeit wird daher untersucht, wie die Sekundärnutzung von Medikationsdaten der klinischen Versorgung in retrospektiven Beobachtungsstudien in internationalen Forschungsgemeinschaften am Beispiel von OHDSI unter Wahrung der semantischen Bedeutung ermöglicht werden kann. Initial wird ein Scoping Review durchgeführt, um zu ermitteln, wo die Schwerpunkte der Nutzung des Datenmodells Observational Medical Outcomes Partnership (OMOP) derzeit liegen. Es werden die Anforderungen an die Daten in OMOP seitens der Forschungsgemeinschaft OHDSI ermittelt und mit dem IST-Zustand der Medikationsverordnungen am Beispiel des Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden (UKD) abgeglichen. So werden die Inhibitoren identifiziert, welche im Widerspruch zu den Anforderungen stehen. Korrektive Maßnahmen zur Reduktion der Inhibitoren werden konzipiert, umgesetzt und anschließend quantitativ und qualitativ bewertet. Zudem untersucht die Arbeit, wie eine notwendige Transparenz möglicher, verbleibender Limitierungen gewährleistet werden kann. Das durchgeführte Scoping Review zeigt eine über die vergangenen Jahre stetig zunehmende Bedeutung des Datenmodells OMOP für die Durchführung von Studien unter Verwendung von Daten aus mehreren Ländern. In Deutschland fokussiert sich die Forschung im Kontext OMOP bislang auf die Betrachtung von Trends, des Datentransfers, Mappings und der Entwicklung von Konzepten. Eine aktive Beteiligung an der Durchführung von Studien mit medizinischen Fragestellungen unter Nutzung von OMOP findet aktuell nicht statt. Zur Verwendung von Medikationsverordnungen in OMOP müssen die Daten strukturiert und unter Verwendung von internationalen Terminologien wie ATC und RxNorm vorliegen. Allerdings zeigt eine Analyse über mehrere Standorte in Deutschland, dass Medikationsverordnungen überwiegend unstrukturiert und ohne belastbare Zuordnung standardisierter, internationaler Klassifikationen dokumentiert werden. Dieses Ergebnis bestätigt sich auch bei der Untersuchung der Medikationsverordnungen des UKD der Jahre 2016 bis 2020. Die in dieser Arbeit entwickelten und durchgeführten Maßnahmen wurden abgeleitet aus der Teilnahme an einem Pilotprojekt der European Medicines Agency (EMA) und fokussieren auf der Verbesserung der Datenstruktur sowie der Überführung der Medikationsverordnungen nach RxNorm. So konnte der Grad der Klassifizierung der Medikationsverordnungen des UKD unter Verwendung der Standard-Terminologie RxNorm von initial 0% auf 66,39% erhöht werden. Des Weiteren wird durch eine interaktive Visualisierung der Datenstruktur und des Grades der Überführbarkeit von ATC Codes nach RxNorm eine Transparenz der Ergebnisse geschaffen. Die Beantwortung aller in dieser Arbeit gestellten Forschungsfragen schafft die Voraussetzung, um zukünftig an retrospektiven Beobachtungsstudien der OHDSI Forschungsgemeinschaft teilzunehmen zu können. Die semantische Bedeutung der Medikationsverordnungen, auch unter Verwendung internationaler Terminologien wie RxNorm, bleibt dabei gewahrt. Zusätzliche Transparenz kann Forschenden und Versorgenden helfen, die Datenqualität im Sinne der Strukturiertheit der Medikationsverordnungen am UKD in Zukunft bereits zum Zeitpunkt der Entstehung zu verbessern.:Zusammenfassung V Abstract VII Symbole und Abkürzungen XV 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Offene Herausforderungen 5 1.3 Ziele und Fragestellungen der Arbeit 7 1.4 Struktur der Arbeit 8 2 Hintergrund 9 2.1 Datenintegrationszentrum 9 2.2 Medizininformatik Initiative Kerndatensatz 10 2.3 OMOP Common Data Model 12 2.4 ATHENA und Standardisierte Vokabulare 14 2.5 OHDSI ETL Werkzeuge 14 2.6 OHDSI Data Quality Dashboard 15 2.7 Relevante Terminologien 17 2.7.1 Die Anatomisch-Therapeutisch-Chemische (ATC) Klassifikation 17 2.7.2 RxNorm 19 3 Materialien und Methoden 21 3.1 Material 21 3.1.1 Verwendete Daten 21 3.1.2 Datentransfer 25 3.1.3 Infrastruktur 27 3.2 Literaturrecherche 28 3.2.1 Identifikation von Publikationen 29 3.2.2 Einschluss und Ausschluss von Publikationen 29 3.2.3 Kategorisierung von Publikationen 30 3.3 Anforderungsanalyse 31 3.3.1 Anforderungen seitens des Datenmodell OMOP 32 3.3.2 Analyse Studienprotokolle von OHDSI Studien 32 3.4 Identifikation von Inhibitoren 35 3.4.1 Stichprobenanalyse von Routinedaten an MIRACUM Standorten 35 3.4.2 Systematische Analyse der Medikationsdaten am UKD 36 3.5 Maßnahmen zur Reduktion der Inhibitoren 37 3.5.1 Maßnahmen am Beispiel einer EMA Studie 38 3.5.2 Maßnahmen - Datenstruktur 40 3.5.3 Maßnahmen - Terminologie 44 3.6 Bewertung der Maßnahmen 49 3.7 Schaffung von Transparenz 52 4 Ergebnisse 55 4.1 Ergebnisse Literaturrecherche 55 4.1.1 Allgemeine Übersicht 56 4.1.2 Fachliche Themen 57 4.1.3 Zeitliche Entwicklung 60 4.1.4 Geografische Verteilung 61 4.1.5 Überblick der Publikationen deutscher Universitäten 63 4.1.6 Zusammenfassung der Ergebnisse der Literaturrecherche 68 4.2 Soll Zustand gemäß Anforderungsanalyse 68 4.2.1 Anforderungen seitens OMOP Datenmodell 69 4.2.2 Anforderungen OHDSI Netzwerkstudien 71 4.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Anforderungsanalyse 73 4.3 Identifizierte Inhibitoren 73 4.3.1 Ergebnisse der Stichprobenanalyse 73 4.3.2 Ergebnisse der systematischen Analyse 75 4.3.3 Zusammenfassung der identifizierten Inhibitoren 76 4.4 Ergebnisse der Reduktionsmaßnahmen 76 4.4.1 Ergebnisse der Maßnahmen am Beispiel einer EMA Studie 77 4.4.2 Ergebnisse der Maßnahmen - Datenstruktur 79 4.4.3 Ergebnisse der Maßnahmen - Terminologie 88 4.4.4 Zusammenfassung der Ergebnisse der Maßnahmen 95 4.5 Ergebnisse der Bewertung 95 4.5.1 Ergebnisse der qualitativen Bewertung 95 4.5.2 Ergebnisse der quantitativen Bewertung 97 4.5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Bewertung 99 4.6 Ergebnisse zur Transparenz 100 4.6.1 Transparenz Datenstruktur 101 4.6.2 Transparenz Terminologie 102 4.6.3 Zusammenfassung der Ergebnisse zur Transparenz 104 5 Diskussion 105 5.1 Allgemein 105 5.2 Stärken 110 5.3 Limitierungen 114 5.4 Ausblick 116 Literaturverzeichnis 138 Abbildungsverzeichnis 140 Tabellenverzeichnis 142 A Anhang: Quellcode Readme 143 B Anhang: drug-exposure Tabelle - Wiki Dokumentation 149 C Anhang: Studienprotokoll EMA Studie 151 D Anhang: Medikationsverordnungen ATC Codes Strukturiertheit 163 E Anhang: ATC-GM Vokabular 181 F Screenshots DQD Dashboard 183 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 185 Bestätigung über Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben 189

Die vorliegende Arbeit befasst sich im Kern mit der Entstehung und Verhinderung von ETCS-Bremskurvensprüngen an Landesgrenzen und welchen Einfluss die nationalen Werte sowie Baselines auf diese haben. Anhand einer europaweiten Recherche ist eine interaktive Karte mit relevanten Informationen zur ETCS-Ausrüstung entstanden. Level 2 zu Level 2 Übergänge sind demnach am häufigsten verbreitet. Die unterschiedlichen Baselines wirken sich auf die Bremskurvenberechnung aus. Aufgrund der Einführung verbindlicher Berechnungsmethoden erst ab Baseline 3, können zu Baseline 2 nur wenige Aussagen getroffen werden. SRS 3.4.0 und SRS 3.6.0 unterscheiden sich nur marginal in der Pre-Indication bzw. Perturbation Location und der Ankündigungskurve (I). Die nationalen Werte haben hingegen einen großen Einfluss auf die Bremskurvenberechnung, wie die Simulation mit verschiedenen Musterzügen zeigt. Dementsprechend treten an Landesgrenzen Bremskurvensprünge am RBC-Grenzsignal auf, wo die neuen Paramater mittels Paket 3 übertragen werden. Für ein und denselben Grenzübergang können die Sprünge unterschiedlich ausfallen – entweder nach oben oder nach unten. Auch innerhalb einer Bremskurvenschar eines Zuges sind unterschiedliche Bremskurvensprünge möglich. Fallen die Bremskurvensprünge negativ, also nach unten aus, kommt es zu kritischen Situationen. Besonders ein negativer Sprung der Schnellbrems-Einsatzkurve (EBI) ist als sicherheitskritisch anzusehen, da in dem Fall das nationale Sicherheitsniveau verletzt wird. Abhängig vom zeitlichen Horizont werden regulatorische und bauliche Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt, um Bremskurvensprünge zu verhindern. Während kurzfristig Lösungen, wie die Einrichtung einer ständigen Langsamfahrstelle oder einer betrieblichen Anordnung für Triebfahrzeugführer empfohlen wird, ist mittelfristig die Aufnahme eines Mindestabstands zwischen RBC-Grenzsignal und Folgesignal in die Planungsrichtlinie sinnvoll. Langfristig hingegen kann durch eine ETCS-Funktionserweiterung die Zwischenspeicherung der neuen nationalen Werte bis zur Änderung des Endes der Fahrterlaubnis oder die Festlegung gesamteuropäischer Werte als Lösung zielführend sein.:1 Einführung 1.1 Motivation 1.2 Zweck der Arbeit 1.3 Abgrenzung der Arbeit 2 Grundlagen 2.1 Erläuterung der ETCS-Brems- und Überwachungskurven 2.1.1 Pre-Indication Location 2.1.2 Perturbation Location 2.1.3 Ankündigungskurve (I) 2.1.4 Führungskurve (GUI) 2.1.5 Sollbremskurve (P) 2.1.6 Warnkurve (W) 2.1.7 Vollbrems-Einsatzkurve (SBI) 2.1.8 Vollbrems-Ablaufkurve (SBD) 2.1.9 Schnellbrems-Einsatzkurve (EBI) 2.1.10 Schnellbrems-Ablaufkurve (EBD) 2.2 Einflussfaktoren auf ETCS-Bremskurven 2.2.1 Allgemeine Zugdaten 2.2.2 Allgemeine Streckendaten 2.2.3 Bremsspezifische Zugdaten 2.2.4 Nationale Werte 2.2.5 Baselines 2.3 ETCS-Bremsmodelle 2.3.1 Lambda-Modell 2.3.2 Gamma-Modell 2.3.3 Vergleich der Bremsmodelle 3 Recherche der ETCS-Systemvarianten in Europa 3.1 Aufbereitung einer interaktiven Karte 3.2 Auswertung der Datenrecherche 4 Simulation von ETCS-Bremskurven 4.1 Methodik 4.1.1 Festlegung der Musterzüge 4.1.2 Festlegung der Musterstrecke 4.1.3 Berechnungsroutine 4.2 Randbedingungen 4.3 Simulation und Vergleich der ETCS-Bremskurven für europäische Länder 4.3.1 Simulation 135 Brh Musterzug 4.3.2 Simulation BTSF3 Güterzug 4.3.3 Simulation schlecht bremsender Güterzug 4.3.4 Simulation typisch bremsender Güterzug 4.3.5 Simulation IC 2 4.3.6 Simulation ICE 4 4.3.7 Vergleich und Auswertung weiterer Besonderheiten 4.4 Simulation der ETCS-Bremskurven an Landesgrenzen 5 Analyse simulierter ETCS-Bremskurven an Landesgrenzen 6 Maßnahmen und Anforderungen an europäische Grenzübergänge 6.1 Regulatorische Lösungsansätze 6.1.1 Zwischenspeicherung der nationalen Werte 6.1.2 Vorbedingung für die Belegung von Blockabschnitten 6.1.3 Anpassung der Bremskurvenberechnung über D_EOASVL 6.1.4 Standort Paket 3 vom RBC-Grenzsignal entkoppeln 6.1.5 Betriebliche Anordnung für Triebfahrzeugführer 6.2 Bauliche Lösungsansätze 6.2.1 Einrichtung einer Langsamfahrstelle 6.2.2 Mindestabstand RBC-Grenzsignal zu Folgesignal 6.3 Empfehlung 6.3.1 Vergleich 6.3.2 Kurzfristige Lösung 6.3.3 Mittelfristige Lösung 6.3.4 Langfristige Lösung 7 Fazit Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Verzeichnis der Anlagen / This paper deals with the development and prevention of ETCS brake curve steps at national borders and what influence the national values and baselines have on them. Based on a Europe-wide research, an interactive map with relevant information on ETCS equipment has been created. Level 2 to Level 2 transitions are the most common. The different baselines influence the brake curve calculation. Due to the introduction of binding calculation methods only from baseline 3, only few statements can be made about baseline 2. SRS 3.4.0 and SRS 3.6.0 differ only marginally in the pre-indication or perturbation location and the indication curve (I). The national values, however, have a major influence on the brake curve calculation, as the simulation with different model trains shows. Accordingly, at national borders, braking curve jumps occur at the RBC border signal, where the new parameters are transmitted by means of packet 3. For the same border crossing, the jumps can be different - either upwards or downwards. Different brake curve steps are also possible within a train's brake curve group. If the brake curve steps are negative, i.e. downwards, critical situations arise. Especially a negative jump of the emergency brake intervention curve (EBI) is to be regarded as safety-critical, as in this case the national safety level is violated. Depending on the time horizon, regulatory and structural solution options are identified to prevent brake curve steps. While in the short term solutions such as the installation of a permanent slow speed section or an operational arrangement for train drivers are recommended, in the medium term the inclusion of a minimum distance between the RBC border signal and the following signal in the planning guideline makes sense. In the long term, on the alternative, the temporary storage of the new national values until the end of authority is changed due to an ETCS function extension or the definition of pan-European values as a solution may be expedient.:1 Einführung 1.1 Motivation 1.2 Zweck der Arbeit 1.3 Abgrenzung der Arbeit 2 Grundlagen 2.1 Erläuterung der ETCS-Brems- und Überwachungskurven 2.1.1 Pre-Indication Location 2.1.2 Perturbation Location 2.1.3 Ankündigungskurve (I) 2.1.4 Führungskurve (GUI) 2.1.5 Sollbremskurve (P) 2.1.6 Warnkurve (W) 2.1.7 Vollbrems-Einsatzkurve (SBI) 2.1.8 Vollbrems-Ablaufkurve (SBD) 2.1.9 Schnellbrems-Einsatzkurve (EBI) 2.1.10 Schnellbrems-Ablaufkurve (EBD) 2.2 Einflussfaktoren auf ETCS-Bremskurven 2.2.1 Allgemeine Zugdaten 2.2.2 Allgemeine Streckendaten 2.2.3 Bremsspezifische Zugdaten 2.2.4 Nationale Werte 2.2.5 Baselines 2.3 ETCS-Bremsmodelle 2.3.1 Lambda-Modell 2.3.2 Gamma-Modell 2.3.3 Vergleich der Bremsmodelle 3 Recherche der ETCS-Systemvarianten in Europa 3.1 Aufbereitung einer interaktiven Karte 3.2 Auswertung der Datenrecherche 4 Simulation von ETCS-Bremskurven 4.1 Methodik 4.1.1 Festlegung der Musterzüge 4.1.2 Festlegung der Musterstrecke 4.1.3 Berechnungsroutine 4.2 Randbedingungen 4.3 Simulation und Vergleich der ETCS-Bremskurven für europäische Länder 4.3.1 Simulation 135 Brh Musterzug 4.3.2 Simulation BTSF3 Güterzug 4.3.3 Simulation schlecht bremsender Güterzug 4.3.4 Simulation typisch bremsender Güterzug 4.3.5 Simulation IC 2 4.3.6 Simulation ICE 4 4.3.7 Vergleich und Auswertung weiterer Besonderheiten 4.4 Simulation der ETCS-Bremskurven an Landesgrenzen 5 Analyse simulierter ETCS-Bremskurven an Landesgrenzen 6 Maßnahmen und Anforderungen an europäische Grenzübergänge 6.1 Regulatorische Lösungsansätze 6.1.1 Zwischenspeicherung der nationalen Werte 6.1.2 Vorbedingung für die Belegung von Blockabschnitten 6.1.3 Anpassung der Bremskurvenberechnung über D_EOASVL 6.1.4 Standort Paket 3 vom RBC-Grenzsignal entkoppeln 6.1.5 Betriebliche Anordnung für Triebfahrzeugführer 6.2 Bauliche Lösungsansätze 6.2.1 Einrichtung einer Langsamfahrstelle 6.2.2 Mindestabstand RBC-Grenzsignal zu Folgesignal 6.3 Empfehlung 6.3.1 Vergleich 6.3.2 Kurzfristige Lösung 6.3.3 Mittelfristige Lösung 6.3.4 Langfristige Lösung 7 Fazit Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Verzeichnis der Anlagen

The interlinking of enriched BIM data to Building Energy Performance Simulation (BEPS) models facilitates the data flow throughout the building life cycle. This seamless data transfer from BIM to BEPS models increases design efficiency. To investigate the interoperability between these models, this paper analyses different data transfer methodologies along with input data requirements for the simulation process. Based on the analysed knowledge, a methodology is adopted and demonstrated to identify the quality of the data transfer process. Furthermore, discussions are provided on identified efficiency gaps and future work.:Abstract Introduction and background Methodology Methodology demonstration Creation and export of BIM data Verification of OpenBIM meta-data BEPS model generation and validation Import statics Model Geometry and Orientation Construction details Thermal Profile Results and discussion Summary and future work References

In der Privatwirtschaft ist Geschäftsprozessmanagement (GPM) mittlerweile verbreitete Praxis. Mit den stärker wirkenden demografischen Veränderungen, dem zunehmenden Kostendruck, dem daraus folgenden Ressourcenmangel sowie den gestiegenen Dienstleistungsansprüchen der Verwaltungskunden nimmt die Bedeutung von Wissensmanagement und GPM auch in der öffentlichen Verwaltung zu. Trotz eines größtenteils einheitlichen Gesetzesrahmens werden in der Verwaltung Geschäftsprozesse unterschiedlich ausgestaltet. Zwischen Projekten, die Verwaltungsprozesse zum Gegenstand haben, gibt es zu wenig Austausch von Expertise und Erfahrungen. Die Erkenntnisse aus der erfolgreichen Umsetzung von Prozessmanagement in der Privatwirtschaft sind nicht ohne weiteres in die Verwaltungspraxis übertragbar. Daher widmen wir uns in einem zweiten Beitrag verschiedenen Umsetzungsstrategien von GPM in der öffentlichen Verwaltung in Europa. Vor dem Hintergrund der derzeitigen Implementierung bzw. des Reifegrads von GPM in einzelnen Verwaltungen ist GPM längst kein integraler Bestandteil der Organisationen. Insbesondere ist die Bereitschaft, Wissen über Geschäftsprozesse zu teilen, ist sehr begrenzt. Wir untersuchen in einem weiteren Beitrag, welche Umstände, Treiber und Hemmnissen den Prozesswissens-Austausch in öffentlichen Organisationen beeinflussen. In einem abschließenden Beitrag stellen wir die wesentlichen Bausteine eines föderalen Informationsmanagements in der öffentlichen Verwaltung in Deutschland dar. Dabei haben wir untersucht, wie Daten und Informationen aus den Bereichen Leistungen, Prozesse und Formulare der öffentlichen Verwaltung miteinander zu kombinieren und zu integrieren sind. / Business Process Management (BPM) is already widely used in the private sector. The importance of knowledge management and BPM in the public administration also increases due to the advancing demographic change, the increasing cost pressures, the consequent lack of resources as well as the increased demand of customers for administrative services. Despite a uniform legal framework, the business processes are executed differently in different administrations. There is little exchange of expertise and experience between BPM projects. The goal of the research project “National Process Library” (NPL) is to create a platform to exchange and reuse processes and BPM expertise about and among German administrations. For the dissertation at hand, essential design elements of this platform have been designed and have been subject to a first evaluation. Many findings about the successful implementation of process management in the private sector cannot be directly transferred to the public administration, as there exist important differences. Hence, the second contribution focuses on the different implementation strategies of BPM in public administrations in Europe. The current degree of implementation and maturity of BPM in public administrations is generally low. Many administrations face similar challenges and offer identical or overlapping services. However, the willingness to share knowledge about business processes is very limited. Therefore, the exchange of process knowledge could lead to immense savings. The third contribution investigates the circumstances, drives and inhibitors to improve process knowledge sharing in public organizations. The last contribution represents the essential components of a federal information management in the public administration in Germany. The derived framework combines and integrates data and information from the areas of services, processes and forms of public administrations.

Building Information Modelling (BIM) has the potential to become a technology which will help to use a holistic information repository to generate and represent relevant information in different building life-cycle stages (BLCS) to dedicated groups of stakeholders. However, the scope of model components of BIM data (e.g., IFC meta-data) is limited and some parts of it are not modelled in a manner that supports the diversity of engineering use cases. This paper aims to address this deficit by identifying the capability to formulate inference rules as one of the major benefits in the ontology-based information modelling approach. However, before one can formulate inferencing rules a detailed and in-depth understanding is required on how stakeholder information needs are defined in different BLCS and on how available, open-BIM meta-data models support these information requirements. Therefore, the research progressed initially on existing definitions for Level of Detail (LOD) and selected process-modelling standards (BLCS). In the subsequent part, different renovation Activities and the Stakeholder involvements are analysed. Use cases are defined and used as a grouping mechanism for selected scenarios. Based on these grouping mechanisms, a methodology of how components of a BIMmodel could be classified to support automated inferencing in the future. The outcome of this research is an established 6-dimensional intercommunication framework (LOD, BLS, Scenarios, Stakeholders, Use Cases, BIM model data) based on the Linked Building Data approach and focusing on renovation processes optimization. Based on the framework, a renovation Product-Process Modelling ontology is developed to connect existing components and to support new interoperable applications.:Abstract 1 Introduction and Backgroung 2 Renovation Framework 2.1 Level of Detail (LOD) 2.2 Building Life-Cycle Stage 2.3 Activity and Stakeholder 2.4 BIM Object (Product Information) 2.5 Use Cases 3 Product-Process Ontology 3.1 Activity – BIM Data – LOD 3.2 BLCS – Activity – Stakeholder 4 Validation 5 Conclusion 6 Future Work References

Commissioning of a machine is still representing a very challenging operation and most steps are still executed manually by commissioning engineers. A future goal is to support the commissioning engineers and further automate the entire integration process of a newly installed system with a minimum of manual effort. This use case is known as plug-and-produce (PnP). In this contribution a concept of the Industrial Internet of Things is presented to improve the commissioning task for a pneumatic handling system. The system is based on a service-oriented architecture. Within this context, information models are developed to meet the requirements of PnP to provide relevant information via virtual representations, e.g. the asset administration shell, of the components to the commissioning process. Finally, a draft of the entire PnP process is shown, providing a general understanding of Industrial Internet of Things fluid power systems.