U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N

Modellierung und Entwicklung einer Business Intelligence Lösung am Beispiel der humanen extrakorporalen Zellforschung.

Dr.rer.med. Ralf Belusa M.Sc.Dipl.-Ing.(FH)Experimentelle Chirurgie der Medizinischen Fakultät Charité)

Thema:

Modellierung und Entwicklung einer Business Intelligence Lösung am Beispiel der humanen

extrakorporalen Zellforschung.

Agenda

• Allg. kurze Vorstellung• Einleitung• Fragestellung• Methodik • Ergebnisse• Diskussion

Worum geht es heute?

• Thema:

Modellierung und Entwicklung einer Business Intelligence Lösung am Beispiel der humanen extrakorporalen Zellforschung

90er Jahre durch die Gartner Group geprägt

Betriebswirtschaftlichen Auswertungen und Weiterverarbeitungen.

„Business Intelligence [...] bezeichnet den analytischen Prozess, der – fragmentiert – Unternehmens- und Wettbewerbsdaten in handlungsgerichtetes Wissen über die Fähigkeiten, Positionen, Handlungen und Ziele der betrachteten internen oder externen Handlungsfelder (Akteure und Prozesse) transformiert“

90er Jahre durch die Gartner Group geprägt

Betriebswirtschaftlichen Auswertungen und Weiterverarbeitungen.

„Business Intelligence [...] bezeichnet den analytischen Prozess, der – fragmentiert – Unternehmens- und Wettbewerbsdaten in handlungsgerichtetes Wissen über die Fähigkeiten, Positionen, Handlungen und Ziele der betrachteten internen oder externen Handlungsfelder (Akteure und Prozesse) transformiert“

Einleitung: MELS (Modulares Extrakorporales Leber System)

Leberversagen und seine Ursachen.

- schwere und oft tödliche Erkrankung

- Erforderliche Lebertransplantation (Engpass der Spenderorgane)

- Infektions- und Vergiftungsgefahr (Virushepatitis, Pilze)

- Entgiftungsfunktion, und Stoffwechsel und Produktionsfunktionen werden eingestellt.- klinisches Versagen weiterer Organe (z.B. Nieren)

MELS

- Behandlung auf Intensivstation (vgl. Nierenersatztherapie)

- MELS DetoxModule, MELS DialysisModule, MELS Cellmodule

Hierzu gehören die Hämodialyse, die Peritonealdialyse (Bauchfelldialyse,

CAPD) und die Nierentransplantation.

Hierzu gehören die Hämodialyse, die Peritonealdialyse (Bauchfelldialyse,

CAPD) und die Nierentransplantation.

Abbildung 1: Bioreaktor zur extrakorporalen bioartifiziellen Leberunterstützung(Quelle: AG Prof.Dr.Dr.Gerlach Experimentelle Chirurgie der Medizinischen Fakultät Charité)

Einleitung: Was kann man sich darunter vorstellen?

Mit sogenannten Bioreaktoren werden in-vitro-Bedingungen geschaffen, um mit Zellen besiedelte Gerüste zu vitalem, dreidimensionalen Gewebe heranreifen zu lassen. In diesen Systemen werden in-vivo-Bedingungen künstlich nachgeahmt und die Konstrukte werden mit Sauerstoff, Wachstumsfaktoren, Zellkulturmedium versorgt und parallel biomechanischen Bedingungen (Fluß, Druck, Dehnung und Kompression) ausgesetzt, die die Gewebebildung fördern.

Aber warum benötigt man hier ein BusinessIntelligence System?

Abbildung 2: Wiederherstellung des Lebergewebes zwischen den Kapillaren des Bioreaktors.

(Quelle: AG Prof.Dr.Dr.Gerlach Experimentelle Chirurgie der Medizinischen Fakultät Charité)

Fragestellung und Ziel

Wissenschaftliche und klinische Fragestellung:

Klinische Fragestellung:

Kenntnisse über das Verfahren von Business Intelligence Systemen in klinischen

Anwendungen am Beispiel der extrakorporalen hybriden Leberunterstützung voran

zu treiben und somit auf klinisch-wissenschaftliche Fragestellungen darzustellen.

Wissenschaftliche Fragestellungen und Ziel:

1. ein modulares Business Intelligence System zur Erfassung und Analyse von humanen Zell- und Reaktordaten, welche bei der Herstellung, Betriebs-

und Qualitätskontrolle von Systemen der extrakorporalen Leberunterstützung anfallen, zu implementieren,

2. um mit diesem System Innovationszyklusverbesserungen der Zellkulturen zu

erzielen.

3. die Einhaltung von Qualitätsstandards als Voraussetzung für ISOZertifizierungen im Rahmen klinischer Studien zu gewährleisten.

4. einheitliche Analysetools für die Auswertung von großen komplexen Zelldaten

zur Verfügung zu stellen.

Methodik zur Fragestellung: Vorgehensmodell und Setup

Das Verfahren/ internationale Zertifizierungen Dieses Gesamtkonzept, welches mit Hilfe von Modellierungsaspekten (Entwurfsmuster V-Modell) entwickelt wurde, wird auch unter dem Namen Business Intelligence (BI) verstanden.

Die Grundelemente dieser Technologie u.a. der ISO/V-Modell XT beschreiben Regeln zur:- Planung,- Definition,- Entwurf,- Implementierung,- Abnahme und Einführung sowie- Wartung und Pflege.

Abbildung 3: Allgemeines V-Modell(Quelle: IABG München 1997)

Methodik zur Fragestellung: ISO Zertifizierung

Analyse und Matching von ISO Regularien, um eine Zertifizierung der Prozesswege innerhalb des Unternehmens und der Forschungseinrichtung zu gewährleisten.

     

ISO 9000, Teil 3

 

V-Modell | V-Modell XT

AktivitatWo in der Arbeit

zu finden?

4.1 Verantwortung der obersten Leitung    

4.1.1 Verantwortung der obersten Leitung des Lieferanten    

4.1.1.1 QualitätspolitikQS-Plan Anhang 7.1.

4.1.1.2 OrganisationProjekt-Hand-Buch

Anhang 7.2.

Tabelle 1: ISO 9000 Teil 3 erarbeitete Anforderungen

5.4.1 Allgemeines

5.4.2.2 Management

5.4 Planung der Entwicklung

5.4.2 Entwicklungsplan

5.4.2.1 Phasen

5.4.2.3 Entwicklungsmethoden und Werkzeuge

Methodik Modellierung, Erfassung und Analyse von Daten

Methodik zur IST-/SOLL Modellierung (Systems Engineering, V-Modell XT)

- Objektmodellierung- Ausgetauschte Ereignisse und Information- Tailoring (int./externe Objekte)- Reduktion (Wegstreichen von Objekten)- Prozessbeschreibung

Methodik zur Systementwicklung und Analyse von Meßdaten:- ROI und Maintainancebetrachtung, sowie Vorteil-, Nachteilreview:

Hardware, Programmiersprache und Plattform.- Modularisierte Datenbankmodellierung nach Entity-Relationship-Modell. - Softwareentwicklung der Anforderungen nach V-Modell (Rapid Development)

einheitliche AnalysetoolsInnovationszyklusverbesserungen

Ergebnisse: Soll-Systemmodellierung

Das Verfahren:Entwurfsmuster Systems Engineering, V-Modell XT, IST/Soll-Modellierung

Arbeitsergebnisse: (siehe Abbildung)

Methodenübersicht zur Erklärung:

- Objektmodellierung

- Ausgetauschte Ereignisse und Information

- Tailoring (int./extern)

- Reduktion (Wegstreichen von Objekten)

- Prozessbeschreibung

Abbildung 4: Kommunikationsdiagramm 1. Ebene(Quelle: Ralf Belusa)

Ergebnisse: Systementwicklung

Das Verfahren:ROI, Maintainancebetrachtung, sowie Vorteil-, NachteilreviewHardware, Programmiersprache und Plattform. Datenbankmodellierung nach ER-Modell

Abbildung 5: ER-Datenmodellentwurf(Quelle: Ralf Belusa)

Abbildung 6: Microsoft Vstudio.NET Entwicklungsumgebung(Quelle: Ralf Belusa)

Das Verfahren:Softwareentwicklung nach V-Modellin VisualBasic.NET, CrystalReports, u.a. Zellisolierungsprotokolle,Exportmechanismen.

Programmierung, Test, Abnahmephase (MA-Review)

Ergebnis: Eingabemöglichkeiten

Abbildung 7: Online Eingabemaske Eurotransplantprotokoll(Quelle: Ralf Belusa)

Ergebnisse: Analysemöglichkeit der Messdaten

Abbildung 8: Analyse und Darstellung der Messdaten in der BI-Applikation (Quelle: Ralf Belusa)

Abbildung 9: generierter Zellisolierungsreport(Quelle: Ralf Belusa)

Das Methodenverfahren:Grafische, und statistische Standardvisualisierungsmodule implementiert.

Ergebnis Innovationszyklus

Die Durchführung der Datenanalyse für Ammoniak, NH3, Viabilität, Zellmenge, HLA-Type u.a. Messparameter auf alle 3 Auswahlbereiche

selected bioreators, all bioreactors, worse bioreactors

benötigte mit herkommlichen Analysen ca. 10 MH (Mannstunden) zur Eingabe der 3360 Messparameter und 3 MH (zur Analyse und Zusammenstellung des Diagramms mit Formatanpassungen in SPSS)

Duch die neuartige Systemlösung wird die Durchlaufzeit von 3 Std. auf ca. 3 Minuten reduziert/verbessert.

Abbildung 10: generierter Zellisolierungsreport(Quelle: Ralf Belusa)

Kritische Einschätzung der Ergebnisse

Die Datenbankmodellierung und der Einsatz von Softwaremodellierung und des V-Modell XT ist vorteilhaft. ISO Zertifizierungsmaßnahmen sind erfolgreich und durchschaubar.

Schlussendlich ist aber dennoch anzumerken, dass das V-Modell bzw. V-Modell XT noch nicht in jedem Management und Verantwortlichkeitskreis Einzug gefunden hat, und deswegen oft als dokumentationsüberladene Verfahrens- und Vorgehensanweisung abgelehnt wird oder nicht gekannt wird. Weiterhin wird auch die nachträglichen Struktur und Modelländerungen nach einem JourFix/Abnahme kritisiert, da dies die Entwicklung teilweise um Monate verschob.

Weiterhin ist zu überlegen, in welcher statistischen Form diese großen Datenmengen verarbeitet, verwaltet und visualisiert werden und in welchem allgemeingültigen Datensystem die Daten statistisch analysiert und weiterverarbeitet werden sollen. Hierfür müssten grundlegende Forschungen angestellt werden, welche Methode eine hohe Transparenz und Portabilität ermöglicht damit die gewonnenen Daten auch für andere Projekte eingesetzt werden können.

Kritische Einschätzung

Es sollte ebenfalls über eine Integration in dynamische messtechnische Regelsysteme nachgedacht werden, um eventuell in Echtzeit die gewonnenen Parameter von Steuer- und Regelsoftware direkt in den Bioreaktor zurückzuleiten.

ROI und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen waren innerhalb des Projektes verbesserungswürdig.

Abschluss und Diskussion

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

und weiter zur Diskussion