Konsortium SMITH: Smart Medical Information Technology for Healthcare
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Im SMITH-Konsortium arbeitet ein Netzwerk aus universitären und universitätsmedizinischen Partnern daran, Forschung und Gesundheitsversorgung zielgerichtet und datenschutzgerecht miteinander zu verknüpfen. Die hierfür an den klinischen Standorten aufgebauten Datenintegrationszentren (DIZ) sind die zentralen technologischen Schnittstellen. Sie bereiten die im klinischen Alltag anfallenden Versorgungsdaten auf und stellen die Daten in standardisierter Form der medizinischen Forschung zur Verfügung. Voraussetzung aller Arbeiten ist stets die Einwilligungserklärung der Patientinnen und Patienten, die mit der Bereitstellung ihrer Daten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der medizinischen Versorgung leisten. 

Anhand klinischer und methodischer Anwendungsfälle erprobt und belegt SMITH den Mehrwert der erarbeiteten IT-Lösungen. SMITH ist eines von vier Konsortien der durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Medizininformatik-Initiative (MII). Im Rahmen der von 2023 bis 2026 geförderten Ausbau- und Erweiterungsphase soll die datenbasierte Gesundheitsforschung durch die Kooperation mit neuen Partnern weiter ausgebaut werden. Der Ausbau der medizininformatischen Infrastruktur erfolgt in enger Kooperation mit dem Netzwerk Universitätsmedizin (NUM).

 

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Ausbau- und Erweiterungsphase

In der Ausbau- und Erweiterungsphase (2023-2026) liegt der Schwerpunkt auf einer verstärkten Zusammenarbeit zwischen den Universitätskliniken und neuen Partnern, insbesondere aus der regionalen Versorgung. Die Zusammenarbeit der Partner der Medizininformatik-Initiative (MII) wird durch konsortienübergreifende Anwendungsfälle intensiviert. Die SMITH-Geschäftsstelle hat dabei die unterstützende Koordination der Projekte GeMTeX und INTERPOLAR übernommen. 

Ziel von GeMTeX ist es, medizinische Texte aus der Patientenversorgung für die Forschung verfügbar zu machen. Hierfür werden an sechs universitätsmedizinischen Partnerstandorten Annotationsarbeiten durchgeführt. Dabei werden klinische Dokumente, z. B. Arztbriefe, nach Struktur und Inhalt markiert, sodass sie für das Training von Machine Learning Modellen genutzt werden können. Dadurch entsteht ein wertvolles Textrepertoire für Forschung und Entwicklung. 
Insgesamt sind 17 Partner aus den vier Konsortien am GeMTeX-Projekt beteiligt. Die Arbeiten in GeMTeX bauen auf den methodischen Anwendungsfall PheP/NLP auf, der durch das SMITH-Konsortium vom 01.01.2018 bis zum 31.05.2023 realisiert wurde.

Der Use Case INTERPOLAR widmet sich der Entwicklung von IT-Lösungen zur Verbesserung der Arzneimitteltherapiesicherheit. Ein Algorithmus soll dabei Patientinnen und Patienten mit einem erhöhten Risiko für klinisch relevante und beeinflussbare Medikationsprobleme identifizieren. Auf diese Weise können sich Krankenhausapothekerinnen und -apotheker gezielt den Patientinnen und Patienten widmen, die am meisten von ihrer Beurteilung profitieren. 20 Partner aus Wissenschaft, Forschung und Gesundheitswesen wirken an INTERPOLAR mit. In Interventionsstudien werden die entwickelten IT-Lösungen an 15 Universitätskliniken getestet.  Die Grundlage für die Interventionsstudien in INTERPOLAR lieferte der konsortienübergreifende Use Case POLAR. In POLAR wurden von Februar 2020 bis Dezember 2022 Methoden entwickelt und eingesetzt, um personenbezogene Medikationsdaten aus der Routineversorgung sowie den Arzneimittelverordnungen der Apotheken zu erfassen.

Um die Strukturen der Medizininformatik-Initiative auch auf Partner außerhalb der Universitätsmedizin zu übertragen, fördert das BMBF von 2021 bis 2025 sechs Digitale FortschrittsHubs Gesundheit. Die Hubs entwickeln Konzepte für den standortübergreifenden Austausch medizinischer Forschungsdaten in der regionalen Versorgung. Der Digitale FortschrittsHub DISTANCE wird von der Geschäftsstelle des SMITH-Konsortiums in der Koordination unterstützt. DISTANCE richtet an 12 regionalen Gesundheitseinrichtungen Schnittstellen ein, um den Datenaustausch zwischen Forschung und Versorgung zu ermöglichen. Im Rahmen des intensivmedizinischen Anwendungsfalls PICOS wird die Datenausleitung erprobt. Die auf dieser Grundlage entwickelte PICOS-App unterstützt ehemalige Intensivpatientinnen und -patienten bei der Selbstfürsorge und gibt ihnen einen Überblick über ihren Gesundheitszustand. Gleichzeitig werden die durch die Nutzung der App generierten Daten genutzt, um die Erforschung neuer Behandlungs- und Therapiemöglichkeiten für ehemalige Intensivpatientinnen und -patienten zu fördern.

Konsortialführer
Konsortialpartner
Assoziierte Partner
Aufbau- und Vernetzungsphase

Während der Aufbau- und Vernetzungsphase der Medizininformatik-Initiative (MII) haben über 300 klinische, epidemiologische und systemmedizinische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des SMITH-Konsortiums daran gearbeitet, Forschung und Versorgung zielgerichtet miteinander zu verknüpfen.

Dafür haben die 19 Konsortialpartner gemeinsam eine Daten-Architektur entwickelt, die eine interoperable Nutzung von Daten aus der Krankenversorgung und Forschung über die Grenzen von Institutionen und Standorten hinweg ermöglicht. SMITH konnte von 2018 bis 2022 sieben Datenintegrationszentren (DIZ) an den universitätsmedizinischen Standorten in Aachen, Bonn, Essen, Halle, Hamburg, Jena und Leipzig etablieren. Die Vernetzungspartner Ruhr-Universität Bochum, das Universitätsklinikum Düsseldorf und die Universitätsmedizin Rostock haben den Aufbau eines DIZ vorbereitet.

Das Konsortium hat die Funktionalität und den Mehrwert der Datennutzung durch einen methodischen Anwendungsfall und zwei klinische Anwendungsfälle erprobt und belegt. Der methodische Use Case PheP lieferte Werkzeuge zur datenschutzgerechten Strukturierung und Auswertung medizinischer Daten. Im klinischen Anwendungsfall ASIC wurde eine App entwickelt, die im Bereich der Intensivmedizin unterstützt, der Use Case HELP widmete sich der Verbesserung der Infektionsmedizin mit Hilfe einer IT-Lösung.

Datennutzungskonzept

Die Datennutzung erfolgt lokal über die Datenintegrationszentren (DIZ), die den Zugang zu den Krankenhausinformationssystemen (KIS) und damit zur Nutzung der Patientendaten haben. Die Patientendaten werden im Krankenhaus individuell analysiert und kommentiert. Ausschließlich autorisiertes Personal der Datenintegrationszentren hat über das lokal betriebene KIS-System Zugriff auf diese Daten. Die Erforschung der Patientendaten ist nur möglich, wenn die Zustimmung der Patientinnen und Patienten vorliegt. Für die Verwaltung der Patienteneinwilligungen haben die Datenintegrationszentren unabhängige Treuhandstellen eingerichtet.

Datenintegrationszentren

Die Datenintegrationszentren (DIZ) ermöglichen eine institutionen- und standortübergreifende Nutzung digitaler Gesundheitsdaten aus der Krankenversorgung und biomedizinischen Forschung. Dabei übernehmen die DIZ die Aufgabe als Vermittler zwischen Forschung und Versorgung: Sie beraten zur Datennutzung, Datenanalyse und qualitätsgesichertem Datenmanagement. Darüber hinaus ermöglichen die DIZ die Datenbereitstellung, indem sie interoperable Verzeichnisse mit qualitativ hochwertigen, international harmonisierten Daten und Metadaten einrichten.

Technisch basieren die im SMITH-Konsortium aufgebauten Datenintegrationszentren auf einer einheitlichen Referenzarchitektur. Diese umfasst die Bereiche für klinische Fragestellungen (Clinical Domain) und forschungsnahe Fragestellungen (Research Domain) sowie eine unabhängig arbeitende Treuhandstelle. Die Treuhandstellen sind für die Verwaltung der Patienteneinwilligungen und die Pseudonymisierung der Daten zuständig. Datenschutz und Datensicherheit haben dabei die höchste Priorität.

Die zentrale Datenintegrationsplattform der DIZ ist der Health Data Storage Clinical. Dieser ist mit Datenquellen aus der Krankenversorgung wie den Krankenhausinformationssystemen, den Laborinformationssystemen und Patientendatenmanagementsystemen verbunden. Direkte Rückkopplungen von Forschungsergebnissen in die klinische Routine werden hier möglich. Mit dem Health Data Storage Research können sowohl standorteigene als auch übergreifende Auswertungen, beispielsweise über das Forschungsdatenportal für Gesundheit (FDPG), durchgeführt werden.

Mit Beginn der Ausbau- und Erweiterungsphase ab 2023 werden die im Rahmen der MII aufgebauten Datenintegrationszentren durch das Netzwerk Universitätsmedizin (NUM) finanziert. Die technische und organisatorische Weiterentwicklung der Infrastruktur erfolgt weiterhin durch die MII. Ziel der Kooperation zwischen der MII und dem NUM ist die Verstetigung der DIZ-Infrastruktur. Die Datenintegrationszentren sollen langfristig zu einem festen Bestandteil der Gesundheitsforschung in Deutschland werden.

Abgeschlossene Anwendungsfälle

Methodischer Anwendungsfall:

PheP - Phänotypisierungspipeline zur Unterstützung klinischer Auswertungsprojekte

SMITH hat in dem methodischen Anwendungsfall Phänotypisierungspipeline, kurz PheP, innovative datenanalytische Methoden entwickelt, um aus elektronischen Patientenakten automatisiert medizinische Informationen zu gewinnen. Auswertungsvorhaben und Berechnungen auf den vorhandenen Daten zu bestimmbaren Eigenschaften der Patientinnen und Patienten, sog. Phänoypen, führen dabei zu immer neuen patientenbezogenen Informationen. Darüber hinaus hat PheP Methoden der verteilten Analyse etabliert und Voraussetzungen für Methoden der natürlichen Sprachverarbeitung (Natural Language Processing, kurz: NLP) geschaffen. Als Folgeprojekt baut der konsortienübergreifende Anwendungsfall GeMTeX auf den Erfahrungen aus PheP auf.

Projektlaufzeit: 01.01.2018 – 31.05.2023

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Klinische Anwendungsfälle:

ASIC - Algorithmische Überwachung in der Intensivversorgung

Ziel des klinischen Anwendungsfalls ASIC war es, die Patientenversorgung durch die Nutzung bereits vorhandener klinischer Routinedaten zu verbessern. Gezeigt wurde dies am Beispiel der Therapie von Patientinnen und Patienten mit akutem Lungenversagen (ARDS), einer Erkrankung an der heute noch etwa 40 Prozent aller betroffenen Patientinnen und Patienten versterben. Die hierfür entwickelte ASIC-App fungiert als Frühwarnsystem, indem sie Ärztinnen und Ärzte auf ein potentielles ARDS hinweist, noch bevor der Zustand der Patientinnen und Patienten kritisch zu werden droht.

Projektlaufzeit: 01.01.2018 – 31.12.2023

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HELP - Zielgerichtete Antibiotikatherapie in der Infektionsmedizin

Der Anwendungsfall HELP thematisierte den leitliniengerechten und empfohlenen Einsatz von Antibiotika zur frühzeitigen und zielgerichteten Bekämpfung bestimmter bakterieller Infektionen. Im Fokus stand die IT-Unterstützung der Infektiologie auf Normal- und Intensivstationen mit dem HELP-Manual. Dieses liefert medizinischem Personal schnelle Informationen und Handlungsempfehlungen für eine verantwortungsvolle Antibiotikatherapie bei Staphylokokken-Blutstrominfektionen.

Projektlaufzeit: 01.01.2028 – 30.06.2023

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Maßnahmen zur Stärkung der Medizininformatik

  • Konzeption von aufeinander abgestimmten, gemeinsamen Aus-, Fort- und Weiterbildungsmodulen
  • Angebote für Curricula im Bereich „Master of Science“ (M. Sc.) Medizininformatik und im postgradualen Bereich
  • Einrichtung einer Professur für Medizininformatik am Universitätsklinikum Bonn
  • Einrichtung einer Professur für Data Science am Universitätsklinikum Essen
  • Einrichtung einer Professur für Biomedical Data Science am Universitätsklinikum Halle
  • Einrichtung einer Professur für Angewandte Medizininformatik am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
  • Einrichtung einer Professur für Medizinische Informatik am Universitätsklinikum Jena
  • Einrichtung einer Professur für Medical Data Science an der Universität Leipzig
  • Aufbau von Nachwuchsforschergruppen in Zusammenhang mit der Einrichtung von Professuren
Konsortialführer
Konsortialpartner
Vernetzungspartner
Konzeptphase

Ziel des SMITH-Konsortiums ist es, eine innovative Struktur zur einrichtungsübergreifenden Vernetzung und dem Austausch von Forschungs- und Versorgungsdaten zwischen den geförderten Standorten und über das Konsortium hinaus zu entwickeln.

Der Projektantrag sah vor, dass an den SMITH-Partnerstandorten miteinander kooperierende generische Datenintegrationszentren (DIZ) aufgebaut werden. Die DIZ sollten hierbei die Übernahme von Daten aus Primärsystemen sowie die Zusammenführung und Aufbereitung von Daten gewährleisten. Eine weitere Aufgabe bestand in der Wahrung von Datenschutz und in der Sicherung der Datenqualität.

Zur praktischen Demonstration des Datenaustausches wurden methodische und klinische Anwendungsfälle konzeptionell entwickelt, die die Effektivität der Datenintegrationszentren nachweisen sollten. So wurde ein Konzept für eine methodische Phänotypisierungsplattform ausgearbeitet, deren Aufgabe darin bestand, aus patientenbezogenen Informationen einen neuen Datensatz für spezifische menschliche Merkmale, sog. Phänotypen, aufzubauen. Dieser reiche Datenbestand ermöglichte die Unterstützung klinischer Auswertungsprojekte und langfristig eine patientenzentrierte Versorgung. Darüber hinaus wurden Konzepte für klinische Anwendungsfälle in den Bereichen der Intensiv- und Infektionsmedizin entwickelt.

An den Standorten wurde außerdem ein gemeinsames Aus-, Fort- und Weiterbildungsmodul konzipiert, das ähnliche und modulare Curricula im Bereich „Master of Science“ Medizininformatik und zur berufsbegleitenden Weiterbildung anbot.

Der Projektantrag wurde im Juli 2017 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bewilligt.

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