Big Data im Dienst der Medizin

Die neuen Lösungen von SAP für die personalisierte Medizin leisten einen wichtigen Beitrag zur Zukunft des Gesundheitswesens. Um einen optimalen Betrieb der neuen Lösungen zu gewährleisten, entwickelt Dell derzeit eine passgenaue Infrastruktur.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Medizin wird bei der personalisierten der Ansatz verfolgt, Patienten nicht nur entsprechend einer reinen Krankheitsdiagnose zu behandeln, sondern dabei auch die spezifischen individuellen Gegebenheiten zu berücksichtigen – und damit deutlich schnellere und bessere Ergebnisse zu erzielen.

Eine wichtige Rolle spielt dabei das menschliche Genom, denn die individuelle genetische Prädisposition hat großen Einfluss auf die Entstehung und die richtige Behandlung einer Vielzahl schwerer Erkrankungen – von Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen bis hin zu Alzheimer und Krebs. Darüber hinaus entfalten zahlreiche Medikamente bei verschiedenen genetischen Voraussetzungen unterschiedliche Wirkungen.

Ist das Genom eines Patienten bekannt, lässt sich deshalb eine exakt auf diese individuelle Person zugeschnittene Therapie festlegen. Die Voraussetzungen dafür sind mittlerweile grundsätzlich vorhanden.

Als vor gut zehn Jahren das erste menschliche Genom sequenziert wurde, war das mit Kosten von mehreren Millionen US-Dollar noch ein sehr teures Unterfangen. Mittlerweile ist die Technik so weit fortgeschritten, dass Genome auch für einzelne Patienten zu bezahlbaren Kosten entschlüsselt werden können.

Möchten Ärzte auf dieser Basis personalisierte Therapien durchführen, haben sie es dabei aber mit gigantischen Datenmengen zu tun. Das Genom eines Patienten besteht aus rund drei Milliarden Basen-Paaren; eine solche Gensequenz kann sich ein Arzt nicht einfach ansehen und interpretieren.

Er benötigt IT-Tools, die diese Informationen für ihn aufbereiten und ihn auf wichtige Abweichungen oder Veränderungen hinweisen. Außerdem müssen die individuellen Genome mit Referenzdaten aus Studien und eigenen klinischen Ergebnissen abgeglichen werden, wenn die ideale Therapie ermittelt werden soll.

Daten in einem System

Um die Medizin bei diesen Herausforderungen zu unterstützen, hat SAP eine völlig neuartige Produktlinie entwickelt. Sie basiert auf der In-memory-Computing-Plattform Hana und ermöglicht Krankenhäusern, Pharmaunternehmen und Forschungseinrichtungen, wertvolle Erkenntnisse aus Big Data zu gewinnen.

Die Grundlage bildet dabei die Lösung SAP Foundation for Health. Sie wurde gezielt dafür konzipiert, Daten aus Quellen der medizinischen Forschung, elektronischen Patientenakten und Gensequenzen in einem einzigen System nutzen und auswerten zu können.

Dafür stellt sie ein Data-Warehouse-Modell für klinische Informationen bereit, bietet ein branchenspezifisches Datenintegrationsmanagement und unterstützt Echtzeitanalysen großer Mengen strukturierter und unstrukturierter Daten. Damit eignet sich die Lösung vor allem für:

• Echtzeitanalysen in Forschung und Entwicklung, der Genomik und anderen Teilgebieten der modernen Biologie, die auch als „-omik“-Disziplinen bezeichnet werden;
• Patientengruppenbildung und -analyse sowie die Patientenversuchszuordnung;
• Echtzeitanalysen von großen strukturierten und unstrukturierten Datenmengen (Texten);
• erweiterte Lösungen zur Zusammenarbeit im Gesundheitswesen.

Dabei liefert die Software verlässliche und vertrauenswürdige Ergebnisse, da sie eine umfassende Datentransparenz bietet und die Anwender die vollständige Kontrolle über die Nutzung, Verarbeitung und Auswertung der Daten haben.

Auf Basis von SAP Foundation for Health entwickelt SAP außerdem weiterführende Lösungen zu einzelnen Teilaspekten der personalisierten Medizin. Die erste davon ist mit SAP Medical Research Insights bereits fertiggestellt. Ihre Aufgabe ist es, Medizinern zu ermöglichen, rasch, einfach und sicher Gensequenzen von Patienten oder Patientengruppen schnell und unkompliziert miteinander zu vergleichen.

Entwickelt hat SAP diese Lösung gemeinsam mit dem Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) in Heidelberg, einer der führenden Einrichtungen auf den Gebieten Patientenversorgung, Krebsforschung und Krebsvorsorge.

Mit SAP Medical Research Insights konnte das NCT ein veraltetes System ablösen, in dem das medizinische Personal unzählige Datenbanken durchsuchen, Patientenlisten zusammenstellen, Patientenakten drucken und manuell prüfen musste, ob Patienten die Kriterien für klinische Studien erfüllen.

Dazu war die Durchsicht jeder einzelnen Akte erforderlich, wodurch sich das Zusammenstellen und Analysieren von Patientendaten extrem kompliziert und zeitraubend gestaltete.

Im Gegensatz dazu bietet SAP Medical Research Insights folgende Möglichkeiten:

• Klinische Forscher können Patienten nach vielfältigen Attributen filtern und gruppieren, Kandidaten für klinische Studien nach ausgewählten Kriterien identifizieren, Überlebenszeitanalysen nach dem Kaplan-Meier-Verfahren durchführen und aus Echtzeitdaten Schätzungen zum weiteren Krankheits- bzw. Heilungsverlauf erstellen und grafisch veranschaulichen;
• Spezialisten in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen von Life-Sciences-Unternehmen können Genomik-, Proteomik- und klinische Daten aus vielfältigen Quellen schnell analysieren und dadurch entscheidende medizinische Erkenntnisse gewinnen, um Medikamente, Geräte und Services für eine bessere individuelle Behandlung zu entwickeln;
• klinische Forscher und Spezialisten in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen können übersichtliche Grafiken der Ergebnisse erstellen, um Trends und Korrelationen für spezifische Patientengruppen zu erkennen und die Analyse zur Identifizierung von Kandidaten für klinische Forschungsprojekte zu verbessern.

Weitere Speziallösungen auf Basis von SAP Foundation for Health hat SAP bereits angekündigt. Dazu zählen unter anderem Anwendungen für das Internet of Things, um Daten aus individuellen medizinischen Geräten etwa zum Messen des Blutzuckers von Patienten zu erfassen und auszuwerten – und es so zu ermöglichen, den Gesundheitszustand chronisch kranker Patienten laufend zu überwachen.

Vorgefertigte Software-Hardware-Bundles

Um einen optimalen Betrieb der neuen Lösungen sicherzustellen, arbeitet Dell mit SAP und Intel an einer passgenauen Infrastruktur. Auf Basis von Hana-zertifizierten Dell-Produkten entsteht im Global SAP Center of Excellence von Dell derzeit eine Referenzarchitektur, deren Komponenten gezielt für die Anforderungen der Lösungen ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden.

Zu den zentralen Herausforderungen zählt dabei die Geschwindigkeit. Die Datenverarbeitungs-Prozesse und -Zyklen sind so aufeinander einzustellen, dass Idle-Zeiten – also Leerlaufprozesse – ausgeschlossen werden, die Systeme durchgängig ausgelastet sind und dadurch keine unnötigen Zeitverzögerungen entstehen.

Nur so ist gewährleistet, dass die riesigen medizinischen Datenmengen, z.B. die eines menschlichen Genoms, in Echtzeit verarbeitet und analysiert werden können. Diese Referenzarchitektur wird sowohl die grundlegende Plattform SAP Foundation for Health unterstützen als auch die darauf aufsetzende Lösung SAP Medical Research Insights sowie alle weiteren künftigen Lösungen.

Dazu liefert sie vorgefertigte Software-Hardware-Bundles inklusive ergänzender Services. Gesundheitseinrichtungen, Organisationen und Unternehmen können die Lösungen damit künftig schnell einführen und zuverlässig betreiben. Und nicht zuletzt steht ihnen mit der Referenzarchitektur auch eine standardisierte Infrastruktur für ihren weltweiten Einsatz zur Verfügung.