Anforderungen an Workflow-Management-Systeme zur ...

Einleitung
Anforderungen an Workflow-Management-Systeme zur Unterstützung klinischer Abläufe
Erfahrungen aus einem Projekt zur Spezifikation eines rechnergestützten
Informationssystems für unfallchirurgische Abteilungen
T. Schäfer1, O.J. Bott1, K. Dresing2, D.P. Pretschner1, K.-M. Stürmer2
1Institut für Medizinische Informatik, Technische Universität Braunschweig
2Klinik für Unfallchirurgie, Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Georg -August-Universität Göttingen
Der Leistungsprozeß in medizinischen Einrichtungen ist ein komplexes System von untereinander abhängigen,
sich dynamisch verändernden medizinischen und administrativen Arbeitsabläufen. Viele Vorgänge enthalten
redundante Arbeitsschritte, weil bereits vorliegende Daten auf andere Datenträger übertragen werden müssen.
Häufig geht wertvolle Zeit verloren, weil Informationen und Dokumente nicht rechtzeitig am gewünschten Ort
vorliegen. Durch den zunehmenden Kosten- und Wettbewerbsdruck im Gesundheitswesen sind medizinische
Einrichtungen gezwungen, ihre Arbeitsabläufe zu optimieren und redundante Tätigkeiten zu minimieren. Im
Rahmen eines Projektes zur Spezifikation eines Informationssystems für unfallchirurgische Abteilungen wurde
deshalb eine Vorgangsunterstützung auf Basis von Workflow-Management-Systemen (WFMS) als eine
zentrale Komponente eines solchen Systems indentifiziert.
Arbeitsabläufe in medizinischen Einrichtungen
Die Arbeitsabläufe in medizinischen Einrichtungen können auf zwei Ebenen betrachtet werden. Zunächst
bestehen die Arbeitsabläufe aus Behandlungsfällen. Ein Behandlungsfall reicht bei stationärer Behandlung von
der Aufnahme bis zur Entlassung, bei ambulanter Behandlung von der ersten bis zur letzten Untersuchung. Zu
Beginn der Behandlung stellt sich der Patient mit seinem individuellen Krankheitsbild vor. Art und Umfang der
erforderlichen diagnostischen, therapeutischen oder pflegerischen Maßnahmen sind noch nicht bekannt und sie
werden erst im Laufe der Behandlung festgelegt. Sind einzelne Maßnahmen festgelegt, so können die
Arbeitsabläufe auf dieser Ebene betrachtet werden. Für die meisten Maßnahmen ist definiert, wie sie
auszuführen und zu dokumentieren sind. In [4] werden Kriterien vorgestellt, nach denen Arbeitsabläufe
bezüglich ihrer Unterstützbarkeit beurteilt werden können. Abb. 1 zeigt die Ausprägung dieser Kriterien auf
den betrachteten Ebenen. Aus den ermittelten Eigenschaften läßt sich ableiten, daß zunächst die stark
strukturierten Arbeitsabläufe auf Ebene der Maßnahmen für eine Unterstützung mittels WFMS geeignet sind.
Auf der Ebene der Behandlungsfälle ist langfristig, insbesondere zur Sicherstellung von Behandlungsstandards,
eine Ablaufunterstützung anzustreben, jedoch sind hierfür umfangreiche Mechanismen zur Flexibilisierung von
WFMS (vgl. [2,3,8]) vorzusehen.
Methodik
Unter Verwendung des Modellierungsverfahrens MOSAIK-M wurde im Rahmen eines Projektes zur
Spezifikation eines rechnergestützten Informationssystems für unfallchirurgische Kliniken ein Prototyp eines
WFMS entwickelt [1]. Dabei wurden in einem mehrstufigen Prozeß Anforderungen ermittelt, entsprechende
in: Greiser, E.; Wischnewsky, M. (Hrsg.): Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie GMDS '98. 43. Jahrestagung
der GMDS in Bremen, September 1998, MMV Medien & Medizin Verlag 1998, S. 162-167 1/5

Lösungskonzepte in ein Daten- und ein Werkzeugmodell sowie Benutzerschnittstellen-Prototypen umgesetzt
und anhand von Abläufen aus der Unfallchirurgie evaluiert.
Allgemeine Anforderungen
Die wichtigsten allgemeinen Anforderungen an ein WFMS im klinischen Bereich werden im folgenden kurz
dargestellt (siehe hierzu auch [6,7]):
• Steuerung des Arbeitsflusses: Erteilte Maßnahmen werden automatisch an die zuständigen Leistungsstellen
geleitet. Die Ausführung der Tätigkeiten wird kontrolliert, die Verfügbarkeit der benötigten Ressourcen
geprüft, die Ablaufreihenfolge gesteuert und Terminüberschreitungen angezeigt.
• Steuerung des Dokumentenflusses: Dokumente, die aus einem vorhergehenden Arbeitsschritt stammen und
weiterbearbeitet werden sollen, werden automatisch an den nächsten Bearbeiter weitergeleitet. Die
Ergebnisse einer Tätigkeit (z.B. Befunde) werden an den Auftraggeber rückübermittelt.
• Steuerung des Patientenstromes: Zu jedem Zeitpunkt ist der Aufenthaltsort eines Patienten feststellbar. Bei
Abschluß einer patientenbezogenen Tätigkeit wird automatisch angezeigt, zu welcher Leistungsstelle der
Patient als nächstes geschickt werden soll
• Mittel zur Prozeßkommunikation: Aufgrund der hohen Interprozeßverflechtung besteht starker
Kommunikationsbedarf zwischen auftraggebender und erbringender Stelle über Art, Zeitpunkt, benötigte
Ressourcen und sonstige Bedingungen einer auszuführenden Maßnahme.
• Vollständige Leistungsdokumentation: Erfassung aller Leistungen mit Zeitpunkt, Dauer und verwendeten
Ressourcen
Besondere Anforderungen
Einige Aspekte der zuvor beschriebenen allgemeinen Anforderungen werden von verfügbaren WFMS
abgedeckt. Es wurden jedoch darüber hinaus besondere Anforderungen im klinischen Umfeld festgestellt, die
im weiteren thematisiert und mit Lösungsansätzen vorgestellt werden sollen (vgl. [7]).
• Differenziertes Ressourcen-Rollen-Konzept
Wegen des hohen Arbeitsteilungsgrades der Prozesse muß das WFMS über ein differenziertes Konzept für
Ressourcen und Rollen verfügen. Es muß zwei Sichtweisen abdecken: Auf der Angebotsseite werden einzelne
Ressourcen, dies können Personen, Räume oder Geräte sein, Rollen zugeordnet. Diese Rollen werden
wiederrum einzelnen Leistungsstellen zugeordnet. Patienten werden ebenfalls als Rollen von Personen
beschrieben, die jedoch keiner Leistungsstelle zugeordnet sind.
Die Nachfrageseite beschreibt den Ressourcenbedarf einer Leistung, er ist i.d.R. rollenbezogen angegeben
(z.B. Arzt, Pflegekraft). Es gibt jedoch Tätigkeiten, die konkrete Ressourcen in einer bestimmten Rolle
verlangen (z.B. Dr. Meier als Assistenzarzt). Der Ressourcenbedarf einer Leistung muß also für jede benötigte
Rolle entweder allgemein oder konkret definierbar sein. Darüber hinaus gibt es Tätigkeiten, bei denen eine
Rolle alternativ auch von einer anderen Rolle übernommen werden kann (z.B. Gipsen: Pflegekraft alternativ
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Arzt). Hierfür kann jeder Rolle eine nach Rangfolge geordnete Menge von Rollenalternativen zugeordnet
werden. Eine Alternative kann rekursiv selbst wieder weitere Alternativen besitzen.
• Vertreterkonzept
Zum Ausführungszeitpunkt einer Leistung tritt oft das Problem auf, daß auf der Angebotsseite keine geeignete
Ressource verfügbar ist, stattdessen ist ein Vertreter bestimmt worden. Eine Vertretung wird immer
rollenbezogen festgelegt, dabei müssen zwei Arten von Vertretungen unterschieden werden: Bei einer
individuellen Vertretung vertritt eine Ressource in einer Rolle eine andere Ressource in einer festgelegten Rolle
(z.B. Dr. Müller in der Rolle als Oberarzt vertritt Prof. Schmidt in der Rolle als Durchgangsarzt, nicht jedoch in
anderen Rollen). Bei einer allgemeinen Vertretung wird eine Rolle durch eine andere Rolle vertreten (z.B.
Oberarzt vertritt Arzt). Die allgemeine Vertretung wird transitiv fortgesetzt.
• Auftragsmetapher
Traditionell werden in Krankenhäusern Anforderungsscheine verwendet, um Leistungen bei anderen
Abteilungen anzufordern. Dieses auftragsorientierte Konzept erscheint auch für die Beschreibung stark
strukturierter medizinisch-administrativer Abläufe in einem WFMS sinnvoll, denn es wird dem hohen
Arbeitsteilungsgrad der Prozesse gerecht und fördert durch ein „Kunden-Lieferanten-Verhältnis“ der
Leistungsstellen deren dezentrale Eigenverantwortlichkeit.
Dabei werden nicht nur solche übergeordneten Leistungen, die bisher auf Scheinen angefordert wurden, im
WFMS als Aufträge verwaltet, sondern diese sogenannten Wurzel-Aufträge zerfallen rekursiv in Teilaufträge,
bis hinunter auf die Ebene atomarer Aufträge . Jeder Auftrag wird von einem Auftraggeber einem Erbringer
erteilt, dieser erteilt seine Teilaufträge wiederrum anderen Erbringern. Mit Hilfe von Netzen (gerichteten
Graphen) kann auf jeder Hierarchiestufe eine zeitliche Abarbeitungsfolge der Teilaufträge (Auftragsfolge)
beschrieben werden.
Jeder Auftrag durchläuft eine Reihe von Zuständen. Die möglichen Zustandsübergänge sind in Abb. 2
dargestellt. Einige Zustandsübergänge werden durch den Auftraggeber, andere durch den Erbringer initiiert.
Die Auftragsmetapher eignet sich insbesondere auch zur Beschreibung der Prozeßkommunikation zwischen
den Leistungsstellen. Das Akzeptieren oder Ablehnen eines Auftrags durch den Erbringer, das Stornieren des
Auftrags oder das Quittieren durch den Auftraggeber lassen sich damit einfach modellieren. Die meisten dieser
Statusübergänge brauchen jedoch nicht manuell ausgeführt zu werden, sondern werden je nach Konfiguration
automatisch durch das WFMS ausgelöst. Außerdem werden Mechanismen zur Behandlung von Ausnahmen
benötigt, um den starren Ablauf einer Auftragsfolge gezielt aufweichen zu können. Aufträge müssen
unterbrochen und später fortgesetzt, abgebrochen, wiederholt oder storniert werden können. Einzelne
Elemente einer Auftragsfolge müssen als optional markiert werden können, sodaß sie übersprungen werden
können.
Der Ablauf eines kompletten Behandlungsfalles ergibt sich entsprechend des geringen Detaillierungsgrades und
der hohen Dynamik dieser Prozesse schrittweise, indem die Aufträge für einzelne medizinische Maßnahmen
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nacheinander erteilt und über ein gemeinsames Objekt zusammengehalten werden. Dadurch wird
größtmögliche Flexibilität gewährleistet.
• Warteschlangenmetapher
Um Aufträge im System handhabbar zu machen, sind Warteschlangen besonders gut geeignet. Jeder Auftrag,
der auf einen manuellen Statusübergang wartet, wird vom System in die Warteschlange der jeweils zuständigen
Leistungsstelle eingereiht und kann von dort aufgerufen werden.
Evaluationssitzungen ergaben jedoch, daß es nicht ausreichend ist, leistungsstellenbezogene Warteschlangen
vorzusehen. Häufig kommt es vor, daß einzelne Tätigkeiten nicht an einen konkreten Arbeitsplatz gebunden
sind. Um diesem Umstand gerecht zu werden, wurden neben den leistungsstellenbezogenen zusätzlich
benutzerbezogene Warteschlangen eingeführt. Diese sind genau einem Benutzer zugeordnet, und beinhalten alle
Aufträge, die dieser Benutzer bearbeiten kann. So können insbesondere administrative Aufgaben, wie das
Diktieren von Befunden oder das elektronische Abzeichnen von Dokumenten an jedem Ort durchgeführt
werden.
In Abteilungen mit mehreren gleichartigen Arbeitsplätzen, z.B. Ambulanz mit mehreren Untersuchungsräumen,
tritt der Fall ein, daß alle diese Arbeitsplätze auf eine gemeinsame Auftragswarteschlange zugreifen müssen.
Hierfür ist es nötig, jeder leistungsstellenbezogenen Warteschlange eine übergeordnete Warteschlange
zuordnen zu können. So kann zwischen Aufträgen, die in der eigenen Warteschlange, und solchen, die in der
gemeinsamen Warteschlange liegen, unterschieden werden.
Neben der Handhabung der Aufträge wird ein Konzept zur Verwaltung des Patientenflusses benötigt. Auch
hierfür bietet sich eine Warteschlangenarchitektur an. Dabei wird jeder Leistungsstelle eine
Patientenwarteschlange zugeordnet. Sie beinhaltet alle Patienten, die in der Wartezone dieser Leistungsstelle
warten. Mehrere gleichartige Leistungsstellen können auf eine gemeinsame Patientenwarteschlange zugreifen.
Wird ein Patient aus der Wartezone aufgerufen, so wird er aus der Warteschlange entfernt und den in der
Leistungsstelle anwesenden Ressourcen zugefügt.
• Schnittstellen zu anderen Komponenten eines Informationssystems
Um den Dokumentenfluß steuern zu können, ist es zwingend erforderlich, daß das WFMS sehr eng mit der
Dokumentationskomponente verknüpft ist. Dabei ist es nicht ausreichend, einfache Verweise auf komplette
Dokumente auszutauschen, sondern einserseits muß dem WFMS selbst der Zugriff auf einzelne Informationen
erlaubt werden und andererseits muß der Zugriff der Benutzer auf Informationen durch das WFMS abhängig
vom jeweiligen Tätigkeitskontext kontrolliert werden.
Zur Übernahme von Patientendaten und für die Steuerung des Patientenflusses muß das WFMS mit der
zentralen Patientenverwaltung verbunden sein. Für die Planung von Terminen ist eine Schnittstelle zur
Ressourcenverwaltung und Dienstplanung nötig, Prozessendaten müssen an die Leistungsabrechnung
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übergeben werden können. Außerdem muß ein WFMS im klinischen Bereich unbedingt über ein
Sicherheitskonzept mit zuverlässiger Zugriffskontrolle verfügen.
• Präsentation
Wesentlich für einen erfolgreichen Einsatz des WFMS ist eine einfach handzuhabende Benutzeroberfläche, die
insbesondere die Warteschlangen und die Aufträge intuitiv präsentiert. Umfangreiche Filterungs- und
Sortiermöglichkeiten müssen dem Benutzer eine größtmögliche Flexibilität bei der Gestaltung seines
Arbeitsumfelds zugestehen. Vom WFMS aus muß direkt auf Dokumente (z.B. die Akte des gerade
behandelten Patienten) zugegriffen werden können, umgekehrt muß von der Patientenakte aus die
Auftragshistorie des Patienten gezeigt werden können.
Zusammenfassung
Es wird gezeigt, welche allgemeinen und besonderen Anforderungen an ein WFMS beim Einsatz in
medizinischen Einrichtungen zu stellen sind. Einige wichtige Konzepte zur Erfüllung dieser Forderungen werden
kurz vorgestellt. Es wird deutlich, daß noch erhebliche Anstrengungen unternommen werden müssen, um
marktreife Systeme für den klinischen Einsatz zur Verfügung zu stellen.
Literatur
[1] Bergmann, J.;Bott, O.J.;Dresing, K., Pretschner, D.P., Stürmer, K.-M.: Analyse einer unfallchirugischen Abteilung
hinischtlich möglicher Optimierungspotentiale durch den Einsatz eines EDV-Systems. In: Muche, R. et al. (eds.):
Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie ´97, München, MMV Medizin-Verlag, 1997, 159-164.
[2] Goesmann,T.; Just-Hahn, K.; Löffeler, T.; Rolles, R.: Flexibilität als Ziel beim Einsatz von Workflow-Management-
Systemen. In: Ortner, E (ed.): Proceedings EMISA-Fachgruppentreffen 1997, TU Darmstadt, 1997, 18-30.
[3] Hagemeyer, J.; Herrmann, T.; Just-Hahn, K.; Striemer, R.: Flexibilität bei Workflow-Management-Systemen. In: Liskowsky,
R. et al.: Software-Ergonomie ´97 Usability Engineering, Stuttgart, Teuber, 1997, 179-190.
[4] Heilmann, H.: Workflow Management: Integration von Organisation u nd Informationsverarbeitung. HMD 176, 1994, 8-21.
[5] Jablonski, S: Workflow-Management-Systeme: Motivation, Modellierung, Architektur. Informatik Spektrum 18, 1995, 13-
24.
[6] Reichert, M.; Kuhn, K.; Dadam, P.: Optimierung und Unterstützung von Leistungsprozessen im Krankenhaus –
Perspektiven, Erfahrungen und Grenzen. In: Proceedings 20. Deutscher Krankenhaustag, Hannover, 1997
[7] Schäfer, T.: Spezifikation eines workflow-basierten Systems zur Unterstützung von Arbeitsabläufen in medizinischen
Einrichtungen. Diplomarbeit, Technische Universität Braunschweig, 1998
[8] Weske, M.: Überlegungen zur Flexibilisierung von Workflow-Management-Systemen. In: Ortner, E (ed.): Proceedings
EMISA-Fachgruppentreffen 1997, TU Darmstadt, 1997, 123-132.
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