In kritischen Momenten geht es um Leben, Tod und Daten
Das COVID Critical Care Consortium arbeitet im Kampf gegen die Pandemie mit IBM zusammen

„Wir wissen nicht, was wir tun sollen!“ Das sind sieben Wörter, die kein Intensivmediziner jemals hören möchte. Doch Anfang 2020, als Berichte über eine neuartige Coronavirus-Infektion Prof. John Fraser erreichten, hörte er diesen beunruhigenden Satz mit alarmierender Häufigkeit.

„Wir haben von Kollegen gehört, dass dies nicht wie eine gewöhnliche Infektionskrankheit aussieht“, sagt Prof. Fraser, Professor und Director der Critical Care Research Group an der University of Queensland (UQ) in Brisbane, Australien. „Die Lunge verhielt sich anders. Die Patienten litten unter Nierenversagen und bizarren Delirien. Freunde und Kollegen aus dem gesamten asiatisch-pazifischen Raum riefen mich, erschöpft von ihren Visiten, jeden Abend an und fragten: ‚Was würden Sie in dieser Situation tun?’“

Zu dieser Zeit hatte Prof. Fraser keine Antwort auf diese Frage. Er hatte die Krankheit noch nie zuvor gesehen. Die Tatsache, dass es keine klinischen Informationen zur Behandlung von COVID-19-Infektionen – wie das Virus jetzt genannt wurde – gab, beunruhigte ihn zutiefst. „Das Gefühl der Machtlosigkeit hat uns wirklich zusammengeführt“, sagt Prof. Fraser. „Wir mussten jetzt etwas tun, bevor es Impfstoffe und Behandlungen gab. Wie konnten wir unseren Freunden helfen, sich um die Schwerkranken zu kümmern?“

Zu Beginn, als sich die COVID-19-Pandemie von Land zu Land ausbreitete, verließen sich die Ärzte in der Notaufnahme und auf der Intensivstation auf unterschiedliche Quellen für Behandlungsinformationen. Dazu gehörten unzählige Spreadsheets, medizinische Fachzeitschriften, eine Vielzahl von Online-Ressourcen und, wie immer, spontane Konsultationen mit Kollegen in einer Reihe von schnell gebildeten Social-Media-Gruppen. Doch schon bald zeigten sich Probleme mit den vorhandenen und veralteten klinischen Referenzressourcen.

Über 50 Länder

 

Mehr als 370 teilnehmende Krankenhäuser und medizinische Einrichtungen in über 50 Ländern

Patientendatenbank

 

Datenbank mit COVID-19-Patienten auf der Intensivstation mit über 3.600 de-identifizierten Fällen

Es war, als würde man mit hoher Geschwindigkeit über die Autobahn rasen, mit seiner kranken Mutter auf dem Rücksitz und dem Arzt am Steuer, der die Augen verbunden hatte ... weil er oder sie diesen Krankheitsverlauf noch nie gesehen hatte. John Fraser Professor und Director, Critical Care Research Group University of Queensland

In der schnelllebigen Umgebung einer Intensivstation blieb den Ärzten oft nicht genug Zeit, um die für jeden Patientenfall erforderlichen Informationen zu finden. Da die Krankheit neu war, waren die Behandlungsdatenbanken oft unvollständig, und viele Datenbanken waren für Akademiker eingerichtet, die nach einem Forschungsplan arbeiten, und nicht für Klinikärzte, die auf der Intensivstation permanent auf sofortige Anweisungen oder Situationen reagieren müssen.

Doch dann fand Prof. Fraser eine Lösung. „Mir wurde klar, dass es Tools gab, die wir einsetzen konnten, weil es bereits 20.000 Patientenakten auf der Intensivstation gab“, sagt er. „Wenn wir diese Daten irgendwie zusammenführen könnten, würde uns das wirklich helfen.“

Anfang 2020 startete das COVID Critical Care Consortium (COVID Critical) die Forschungsstudie „Extra-Corporeal Membrane Oxygenation for 2019 Novel Coronavirus Acute Respiratory Disease“ (ECMOCARD). ECMOCARD untersucht die Behandlung und die Ergebnisse von COVID-19-Patienten in den teilnehmenden Krankenhäusern. Die ECMOCARD-Datenbank ist die weltweit größte Sammlung von Informationen über COVID-19-Patienten auf der Intensivstation und ist von der WHO und den US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention anerkannt worden. Inzwischen umfasst die Datenbank über 3.500 ausgewählte Patienten und dient als Grundlage für die statistischen Analysen der Manuskripte, die von Kollegen der Queensland University of Technology (QUT) geleitet werden.

Die Macht der Daten nutzen

Als weltweit immer mehr Intensivstationen mit COVID-19-Patienten belegt waren, nahm die Menge der Daten über die Behandlung und die Ergebnisse der Patienten entsprechend zu. „Aber wir wurden trotzdem nicht schlauer, weil wir das Potenzial all dieser separaten und verteilten Datenquellen nicht nutzen konnten“, sagt Prof. Fraser. „Mit Blick auf die regionalen und nationalen Silos, in denen diese Informationen gespeichert waren, fragten wir uns: ‚Wie können wir uns ein besseres Bild machen und die Situation besser verstehen?’“

Prof. Fraser betrachtete die Herausforderung als zu lösendes Rätsel. „Wenn Tausende von Daten an verschiedenen Orten auf der ganzen Welt verteilt sind, hat man keinen Blick auf das Gesamtbild“, sagt er. „Aber wenn wir diese Puzzleteile zusammenfügen, können wir sehen, wie sich ein Bild ergibt.“

Als die COVID-19-Pandemie den asiatisch-pazifischen Raum erreichte, führte Prof. Fraser eine Forschungsstudie durch, in der er nach besseren Möglichkeiten suchte, Spenderherzen während des Transports zu konservieren. Er schwenkte sofort um und widmete sich der Weiterentwicklung seiner Idee, eine COVID-19-Behandlungsdatenbank für Intensivmediziner zu erstellen. Im März 2020 sprach Prof. Fraser in den australischen Medien über das Projekt. Kurz darauf sah das IBM Team im australischen Brisbane den Artikel in der lokalen Zeitung und erkundigte sich, wie IBM die COVID Critical-Initiative von Prof. Fraser unterstützen könnte.

Zu Beginn erhielten Prof. Fraser und sein Team täglich mehr als 1.000 E-Mail-Anfragen aus der ganzen Welt. Er startete außerdem eine wöchentliche Reihe von Videokonferenzen, an denen Hunderte von Klinikärzten aus der ganzen Welt teilnahmen, um herauszufinden, welche Art von Informationstool für die Behandlung auf der Intensivstation am nützlichsten wäre.

Design und Entdeckung

Zwei IBM® iX-Designforscher aus Sydney, Australien, begannen mit einer „Empathy Safari“, um das Szenario zu verstehen, das sich den Klinikärzten bei diesen Videokonferenzen bot. Die Forscher spielten der Gruppe ihre Ergebnisse vor, um zu bestätigen, dass die gesamte Bandbreite der Archetypen und Regionen abgedeckt war.

Zunächst wurde IBM gebeten, einen bestehenden Prototyp für die „Gesundheitsforschung“ zu verbessern, der von einem Team von Akademikern der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität von Queensland entwickelt wurde. Dieses Dashboard verwendete Tausende von Codezeilen, um die Daten zu kuratieren, und obwohl es eine wichtige Grundlage bildete, war dieses Dashboard besser für Forscher geeignet, die mehr Zeit hatten, große Datenmengen zu durchforsten und zu bearbeiten. Für Klinikärzte auf der Intensivstation, die unter Schlafmangel leiden und 14 bis 18 Stunden am Tag ohne Unterbrechung arbeiten, war eine neue Art von Dashboard-Ansicht erforderlich. Die Daten mussten schnell abrufbar sein und am Krankenbett von Klinikern genutzt werden können, und zwar während sie persönliche Schutzausrüstung (PSA) tragen, deren An- und Ausziehen 20 Minuten dauert.

Mithilfe von IBM® Enterprise Design Thinking und agilen Methoden konnten Prof. Fraser von COVID Critical und die IBM iX-Designer schnell wichtige Erkenntnisse aus ihren Forschungsarbeiten gewinnen. Die Kliniker legten das folgende „Hill Statement“ fest, das die Entwicklung des Dashboards von der ersten Idee bis zur Einführung regelte:

„Als Intensivmediziner am Krankenbett oder in der Mittagsbesprechung möchte ich in der Lage sein, de-identifizierte Patientendaten einzugeben, die mit den wichtigsten Meilensteindaten eines Patientenstroms auf der Intensivstation verknüpft sind, und diese mit den aggregierten COVID-19-Ergebnissen aus der ganzen Welt zu vergleichen, indem ich nach bestimmten Merkmalen filtere, z. B. nach Ländern, die meinen ähnlich sind, nach Altersgruppen, nach dem Schweregrad der Erkrankung, nach den wichtigsten Therapien oder nach Komorbiditäten, die meinem Patienten ähnlich sind.“

Während der „Empathy Safari“-Phase der Designentwicklung empfahl IBM einen unvoreingenommenen Blick auf die realen Erfahrungen von Klinikern auf der Intensivstation und darauf, welche Informationen sie sofort zur Hand haben müssen. Bei der Gestaltung des Dashboards berücksichtigte COVID Critical die Sprachbarrieren und die Erfahrungen der Kliniker in Bezug auf die Unterschiede zwischen Ländern mit hohem, niedrigem und mittlerem Einkommen. COVID Critical hat auch die Aussage geprägt: „Wir entwickeln für Daten ohne Grenzen. Wenn wir schon nicht reisen können, dann doch wohl wenigstens unsere Daten.“

Ein Dashboard für mehrere Geräte

„Wir haben beschlossen, dass ein Dashboard, das über mehrere Geräte hinweg dynamisch ist, der einfachste und schnellste Weg wäre, um die Informationen täglich zu aktualisieren und die Kliniker bei ihren eigenen Entscheidungen zu unterstützen“, sagt Prof. Fraser. „Als wir mit der Design-Erkennung begannen, fragte IBM: ‚Wie können wir das am besten darstellen?‘ Das IBM Team war ebenso leidenschaftlich bei der Sache wie die Klinikärzte.“

Fünf zentrale Designsäulen bildeten die Grundlage für alle zukünftigen Design- und Entwicklungsentscheidungen, darunter:

  • „Erfassung auf einen Blick“ – Ärzte müssen schnell Informationen sehen, die alle wichtigen Patientenfragen in einem einzigen Durchlauf beantworten.
  • „Einfachheit ist der Schlüssel“ – Ärzte arbeiten in einem komplexen, sich ständig verändernden Umfeld mit vielen unbekannten Variablen. Sie brauchen nichts, was zusätzliche Fragen aufwirft.
  • „Vertrauen in die Daten“ – Kliniker müssen sich darauf verlassen können, dass sie bei wichtigen Entscheidungen über Leben und Tod von Patienten auf der Intensivstation nicht falsch informiert werden.
  • „Schützen Sie sich selbst, um andere zu schützen“ – Ärzte müssen Informationen über das Tragen von PSA verbreiten und auswerten.
  • „Kontextualisierbar“ – Die Ärzte müssen die Daten in den Kontext der Patientenbedürfnisse einordnen und Entscheidungen treffen können. Auch die Patientendaten müssen in den Kontext der aggregierten Daten gestellt werden.

Um den Klinikern funktionierende Dashboard-Prototypen zur Verfügung zu stellen und sie in der neuen von COVID-19 geprägten Intensivumgebung zu unterstützen, haben die IBM iX-Designer und die Kliniker in kürzester Zeit Dashboard-Designs entwickelt, die den neuesten Forschungsstand widerspiegeln.

Seit Januar 2020 wurden über 23.000 Artikel zum Thema COVID-19 veröffentlicht. Mit einer Verdopplung der Zahl der veröffentlichten Artikel alle 20 Tage stellt dies die größte Zunahme wissenschaftlicher Literatur in der Geschichte dar, was zu einer Informationsüberlastung und „Kanalmüdigkeit“ führt. Darüber hinaus verlieren viele Meldungen ihre Gültigkeit und werden zurückgezogen, sodass der Zugriff auf aktuelle Informationen wichtiger denn je ist.

Zu den bevorzugten Datenquellen und Kanälen, um sich über die neuesten COVID-19-Daten auf dem Laufenden zu halten, gehören vertrauenswürdige wissenschaftliche und medizinische Publikationen sowie tägliche Management-Briefings. Für die Kommunikation mit vertrauenswürdigen Kollegen wurde auch Social Media genutzt, darunter Plattformen wie Twitter und private Chatgruppen innerhalb vertrauenswürdiger Netzwerke wie WhatsApp und Viber.

Während die Uhr tickt und sich ein rätselhafter Killer weiter auf der ganzen Welt verbreitet, ist die Zeit von entscheidender Bedeutung, aber endlich sind wichtige klinische Daten in Hülle und Fülle verfügbar.

Anatomie einer Anwendung

Innerhalb von acht Wochen begann die Kliniker von COVID Critical – in Zusammenarbeit mit Designern und Entwicklern von IBM – mit dem Testen einer neuen App zur Verknüpfung von Klinikern namens Patient Outcome Indicator Dashboard. Dieses Dashboard erfasst Daten, die durch den vom UQ Data Science-Team geschriebenen Prozesscode bereinigt werden.

Das Echtzeit-Dashboard ist mit den meisten gängigen Webbrowsern kompatibel und auf Mobiltelefonen, Tablets und Desktop-Computern verfügbar. Es bietet eine schnelle, hochgradig visuelle Benutzererfahrung mit fünf Schlüsselelementen:

  • Ein Start-Dashboard mit Datensätzen zu früheren COVID-19-Patienten
  • Ein Szenario-Builder zum Filtern der gewünschten Patientenparameter
  • Eine Szenariokarte, die die ausgewählten Patientenparameter zusammenfasst
  • Statistische Darstellungen von Datenströmen im Zusammenhang mit der ausgewählten Teilmenge der Patientendatensätze
  • Eine Methode zum Vergleich von Patientenszenarien mit den Ergebnissen aktueller und früherer COVID-19-Patienten, um die Prognose zu verbessern

IBM® Consulting entwarf und entwickelte die Dashboard-Apps und die IBM® Cloud diente als sicherheitsorientierte und skalierbare PaaS-Entwicklungsplattform (Plattform-as-a-Service). Während der Tool-Entwicklung stellte IBM Security Lösungen zum Verschlüsseln und Sichern sensibler Daten bereit.

Darüber hinaus stellten die IBM Geschäftsbereiche ihre Zeit und ihr Fachwissen auf Pro-bono-Basis zur Verfügung und arbeiten weiterhin mit COVID Critical zusammen, um die Lösungen zu verbessern.

Aufatmen dank der Erkenntnisse aus der Behandlung

Heute verwenden Intensivmediziner auf der ganzen Welt die COVID Critical-App bei der Behandlung von COVID-19-Patienten, basierend auf Daten, die von COVID Critical-Mitgliedskrankenhäusern bereitgestellt werden. „Es ermöglicht uns, unsere Intensivpatienten mit Patienten aus der ganzen Welt zu vergleichen, sodass wir verfolgen und verstehen können, was mit einzelnen Patienten passieren könnte“, sagt Dr. Asad Usman von der Abteilung für Anästhesie und Intensivpflege der University of Pennsylvania.

Der Fokus der klinischen App liegt zunächst auf Behandlungsdaten im Zusammenhang mit mechanischer Beatmung und Dialyse. Wenn mehr Daten erfasst und analysiert werden, wird die App erweitert, um klinische Merkmale in Bezug auf pulmonale, kardiologische, neurologische und Nierenfunktion aufzuzeichnen und zu teilen.

Obwohl die klinische App in erster Linie darauf abzielt, Kliniker in wichtigen Momenten zu unterstützen, liefern die aus der Patientendatenbank gewonnenen Informationen auch wichtige Statistiken zur Bettenbelegung und -prognose im Krankenhaus. Beispielsweise wurden die Kosten für die mechanische Beatmung eines COVID-19-Patienten auf 20.000 USD pro Tag geschätzt, wobei die Gesamtkosten für die Behandlung im Krankenhaus zwischen 42.000 und 500.000 USD liegen.

Im Durchschnitt verbringen COVID-19-Patienten 24 Tage auf der Intensivstation. Die Analyse der Daten ergab auch eine weitere besorgniserregende Statistik: Als COVID Critical Anfang 2020 startete, lag die Sterblichkeitsrate auf der Intensivstation bei 80 % – ein weiterer dringender Grund für die Notwendigkeit der Arbeit von COVID Critical.

„Ärzte und Krankenschwestern denken datengesteuert“, sagt Prof. Fraser. „Wir möchten gerne wissen, was als Nächstes zu tun ist, denn es steht unglaublich viel auf dem Spiel. Wir brauchen die Daten, um Ihrer Mutter und Ihrem Vater so gut wie möglich zu helfen.“

Grenzenlose Technologie für eine gesunde Zusammenarbeit

Mit der Aufnahme jedes neuen Krankenhauses in COVID Critical und der Eingabe jedes neuen dei-dentifizierten Patientendatensatzes in die COVID-19-Datenbank rückt die Gründungsvision von COVID Critical immer mehr in den Mittelpunkt. „Wir haben nicht Ärzte ohne Grenzen geschaffen, sondern Technologie ohne Grenzen“, sagt Prof. Fraser.

Indem wir die App Ärzten in mehr als 50 Ländern zur Verfügung stellen – und es werden immer mehr –, können Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen von der in Ländern mit hohem Einkommen entwickelten Forschung profitieren. Darüber hinaus können alle teilnehmenden Länder globale Erkenntnisse über die Behandlung eines sich ständig verändernden Krankheitserregers, der keine Grenzen kennt, austauschen.

Wenn die ECMOCARD-Forschungsstudie abgeschlossen ist, werden noch mehr Erkenntnisse über die COVID-19-Behandlung in klinischen und Forschungseinrichtungen zur Verfügung stehen.

Die Technologie, die der App zugrunde liegt, ist vielversprechend für andere klinische Forschungsthemen sowie für andere medizinische Technologien, einschließlich tragbarer Geräte und Technologien für die Hosentasche, die der Überwachung und Aktualisierung dienen. Und je mehr Daten gesammelt werden, desto größer ist das Potenzial, die Nutzung von KI weiterzuentwickeln, um die Generierung von kuratiertem Wissen und die Weitergabe von Erkenntnissen zu beschleunigen.

Neben der Zusammenarbeit über Kontinente hinweg und zwischen öffentlichem und privatem Sektor haben COVID Critical und IBM auch Barrieren zwischen professionellen Silos beseitigt. „Traditionell ist die Zusammenarbeit zwischen den beiden Branchen – Medizin und Computertechnik – wie Öl und Wasser“, sagt Dr. Usman. „Gemeinsam haben Intensivmediziner, Mathematiker der UQ, Datenwissenschaftler und IBM Experten das schnelle Design und die zügige Entwicklung einer Anwendung vorangetrieben, die Ärzte unterstützt und Erkenntnisse in den entscheidenden Momenten bereitstellt.“

„COVID Critical hat in Zusammenarbeit mit IBM gleiche Voraussetzungen geschaffen, sodass alle Benutzer in den verschiedenen Ländern auf die gleiche Weise darauf zugreifen können“, so Prof. Fraser. „Wenn sie richtig eingesetzt werden, helfen Daten und Technologie dabei, Infektionen zu verhindern, die Patienten zu behandeln und uns dabei zu helfen, wieder zu arbeiten, zu spielen, zu reisen und zu lernen. Eine intelligente Nutzung von Technologie und Daten ist der Weg in die Zukunft.“

Logo der University of Queensland in Brisbane, Australien
Über COVID Critical Care Consortium

Das an der University of Queensland in Brisbane, Australien, ansässige COVID Critical Consortium (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) (COVID Critical) wurde im Januar 2020 ins Leben gerufen, um Erkenntnisse über die Behandlung von schwerkranken Patienten zu gewinnen, die mit dem SARS-CoV-2-Virus infiziert sind. Mehr als 370 Krankenhäuser haben sich COVID Critical angeschlossen, das auch die Studie „Extra-Corporeal Membrane Oxygenation for 2019 Novel Coronavirus Acute Respiratory Disease“ (ECMOCARD) unterstützt.

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Hergestellt in den Vereinigten Staaten von Amerika, Dezember 2020.

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