Konzeption und Realisierung eines Editors für gesundheitsökonomische Markov-Modelle

Erstellung eines Eclipse-basierten Editors unter Verwendung des Graphical Modeling Frameworks

Diploma Thesis , 2009 , 132 Pages , Grade: 1,0

Computer Science - Miscellaneous

Gesundheitsökonomische Evaluationsforschung ist heutzutage wichtiger denn je, da die immer knapper werden Ressourcen des Gesundheitssystems gerecht verteilt wer- den müssen. Die Evaluationsforschung macht sich dabei die Markov-Modellierung zu Nutze, um aussagekräftige Antworten auf die Frage nach derjenigen medizinischen Intervention zu gewinnen, die das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis erzielt.

Komplexe Krankheitsverläufe erschweren die Modellerstellung und -analyse und machen dadurch eine rechnerunterstützte Modellierung unumgänglich.

Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit ein frei verfügbarer Editor für gesundheits- ökonomische Markov-Modelle entwickelt werden, der die Erstellung eines Modells inklusive Validierung und Simulation ermöglicht. Von groÿer Wichtigkeit waren da- bei eine möglichst einfache Bedienung und übersichtliche Darstellung des Modells. Um diese Ziele erreichen zu können, wurde eine genaue Aufstellung der Anforderun- gen an den zu erstellenden Modellierungs-Editor herausgearbeitet und diese im mit geeigneten Werkzeugen umgesetzt.

Die Implementierung des Editors erfolgte in der Form mehrerer Eclipse-Plugins auf der Grundlagen der modellgetriebenen Entwicklung. Als Unterstützung hier- für dienten die Eclipse-eigenen Frameworks EMF, GEF und GMF. Mit Hilfe eines beispielhaft implementierten Modells des diabetischen Fuÿsyndroms wurde gezeigt, dass der entwickelte Editor die identi zierten Anforderungen erfüllt.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einführung
1.1. Motivation
1.2. Ziele der Arbeit
1.2.1. Modellierung
1.2.2. Validierung
1.2.3. Simulation
1.2.4. Validierung
1.3. Marktüberblick von Markov-Modellierungswerkzeugen

2. Grundlagen der Ökonomie und der Formalen Entscheidungsanalyse
2.1. Gesundheitsökonomie
2.2. Grundlagen der formalen Entscheidungsanalyse bzw. gesundheitsökonomi- scher Modellierung
2.2.1. Längerer Beobachtungszeiten
2.2.2. Lückenhafte oder fehlende Daten
2.2.3. Hypothesenbildung / Sensitivitätsanalysen
2.2.4. Zeit- und Kostenersparnis durch Modellierung
2.3. Die Entscheidungsmodelle
2.3.1. Weshalb Markov-Modell?
2.3.2. Grundlagen des Markov-Modells
2.3.3. Konstruktion und Repräsentation des Markov-Modells
2.3.4. Analyse
2.3.5. Einschränkungen herkömmlicher Markov-Modellierung und deren Lösungsmöglichkeit durch Einsatz des entwickelten Tools
2.3.6. Validierung
2.3.7. Validierung
2.3.8. Validierung
2.3.9. Validierung
2.4. Ökonomische Bedeutung des Diabetischen Fuÿsyndroms

3. Anforderungen und P ichten des Modellierungstools
3.1. Zielbestimmung
3.2. Produkteinsatz
3.2.1. Verallgemeinerung
3.3. Produktumgebung
3.4. Produktfunktionen
3.5. Produktdaten
3.6. Benutzerober äche
3.7. Sicherstellung der Qualität des erstellten Modells
3.8. Testszenario
3.9. Ergänzungen
3.9.1. Lizenz

4. Architektur und Entwicklungsplattform
4.1. Eclipse
4.1.1. Was ist Eclipse?
4.1.2. Standard Widget Toolkit (SWT) und JFace
4.1.3. Architektur
4.2. Modellierung
4.2.1. EMF
4.2.2. GEF
4.2.3. GMF
4.2.4. GMF - Entwicklungsprozess des PROSIT-Editors
4.2.5. Generierter Editor
4.2.6. Integration eigener Plugins für den Editor
4.2.7. Anpassungen im Bereich der Modell-Präsentation
4.2.8. Testszenario
4.3. Simulation
4.3.1. Auslagerung in eigenes Plugin
4.3.2. Funktionalität der View
4.3.3. Testszenario
4.4. Validierung
4.4.1. Unterstützung durch EMF & GEF
4.4.2. Erweiterungen
4.4.3. Nachträgliche Erweitungen der Expressionvalidierung bei Direct- und RecursiveBindings
4.4.4. Testszenario

5. Zusammenfassende Bewertung, zukünftige Erweiterungen und Ausblick
5.1. Diskussion
5.1.1. Eclipse als Entwicklungsplattform
5.1.2. Kritische Betrachtung des entwickelten Editors
5.2. Weitere Entwicklungsmöglichkeiten

Literatur

Appendices

A. Benutzerhandbuch
A.1. Vorbereitungen
A.1.1. Installation
A.1.2. Projekt anlegen
A.2. Modellierung
A.2.1. Besondere Elementfunktionen
A.2.2. Modellorganisation
A.3. Simulation
A.4. Validierung

B. Mögliche Modellierungsfehler

C. Schnittstellen für die Erweiterung um eigene Plugins
C.1. PluginEditor
C.2. PluginDe nition

D. Screenshots aus der modellbasierten Entwicklung des PROSIT-Editors

6. Sequenzdiagramme für die Validierung

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

1. Ausschnitt aus dem Krankheitsmodell DFS

2. Der durchgerechnete Entscheidungsbaum

3. Beispielhaftes Markov-Modell des DFS

4. Pathogenese des DFS

5. Tiefenschachtelung der Simulationsergebnisse

6. Ober äche des PROSIT-Editors

7. Überblick über die Eclipse-Architektur

8. Eclipse-Perspektive

9. Pluginerweiterungen der Eclipse-Plattform; modi ziert nach [Dau07] .

10. Das Model - View - Controller Konzept in GEF (Quelle [AC07], S. 19)

11. Dashboard

12. Überblick über Beziehungen zwischen GMF Editor, Laufzeitumgebung, EMF, GEF und Eclipseplattform (Quelle: [Fou09])

13. Menü des PROSIT-Editors

14. Fehleranzeige im PROSIT-Editor

15. Anlegen eines neuen Projekts Schritt 1

16. Anlegen eines neuen Projekts Schritt 2

17. Möglichkeit nicht verwendete Dateien aus der Ansicht des Projektverzeich- nisses zu ltern

18. Anlegen eines Elements

19. Ändern der Expression eines DirectBindings

20. Ändern des Statustyps (Ausschnitt aus dem PROSIT-Editor)

21. Auswahl eines im Verzeichnis [Eclipse-Installationsverzeichnis]/markov- plugins hinterlegten Plugins (.jar-Datei)

22. Editor zur Dateneingabe des Plugins LookUp-Table

23. Zusammenklappen eines SimpleElement-Compartment mit aktiver Autosize- Funktion

24. Ansicht der SimulationsView und Wahl der Bildschirmplatzierung (Aus- chnitt aus PROSIT-Editor)

25. Gestartete Simulation

26. Ändern des Alters von Patient_1 von 6 Jahre auf 2 Jahre

27. Simulationsverlauf nach Variablenänderung

28. Export der Simulationsergebnisse (in xml-Format)

29. Verlinkung zwischen Fehlermeldung und Diagrammelement (Ausschnitt aus PROSIT-Editor)

30. Ansicht des GMF-Editors und Markierung aller Funktionen, welche der Übersichtlichkeit dienen

31. Ansicht des GMF-Editors Markierung der Fensterbereiche und zusätzli- cher Elemente

32. Ansicht des GEF-Editors und Markierung der Validier-Funktion

33. Ecore-Meta-Modell des PROSIT-Editors

34. Diagramm zum Ecore-Modell des PROSIT-Eitors

35. Figure Gallery des PROSIT-Editors

36. Tooling-Modell des PROSIT-Editors

37. Mapping Modell des PROSIT-Editors - 1. Ansicht

38. Mapping Modell des PROSIT-Editors - 2. Ansicht. Der markierte Ab- schnitt zeigt den rekursiven Verweise auf sich selbst und weitere Verweise auf andere TopNodeReferences (siehe 4.2.4.4)

39. Generator Modell des PROSIT-Editors

Tabellenverzeichnis

1. Stadieneinteilung nach [Meh03]

2. Verallgemeinerung der Editorelemente

3. Plugin- & Programmversionen

4. Vergleich von zwei xml-Auschnitten. Beim rechten Binding wurde nach dem 5. Zyklus (siehe Hervorhebung) eine manuelle Wertänderung durch- geführt

1. Einführung

1.1. Motivation

Die gesundheitsökonomische Evaluationsforschung hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Gründe hierfür sind zahlreich und hängen mit der Notwendigkeit der Rationierung im ö entlichen Gesundheitssystem zusammen. Vor allem Diskussio- nen in der Gesundheitspolitik und die Durchführung der Gesundheitsreform 2007 gaben der Gesundheitsökonomie neuen Aufschwung und führten zu Neugründungen von In- stitutionen. Diese bekamen zur Aufgabe, Nutzen und Kosten medizinischer Leistungen zu evaluieren. Damit soll die Frage beantwortet werden können, ob in Anbetracht der Ressourcenverknappung im Gesundheitswesen die zusätzlichen Kosten für therapeuti- sche Interventionen, beispielsweise für innovative Arzneimittel, durch deren zusätzlichen Nutzen gerechtfertigt sind (vgl. [Sch08b], S.13).

Insbesonders die heutzutage stark verbreiteten chronischen Erkrankungen, wie z.B. Diabetes mellitus, bilden durch ihre Dauer und die Schwere der Erkrankung einen hohen Kostenfaktor im Gesundheitssystem. Fehlentscheidungen bei der Wahl des Gold-Standards für Therapie oder Arzneimittel führen zu immensen Belastungen des Gesundheitswesens ohne einen Zugewinn an Nutzen.

Um die Kosten-Nutzen-Relationen verschiedener Interventionen gegenüber stellen zu können, nutzt die Gesundheitsökonomie die Modellkonzepte der allgemeinen ökonomischen Forschung - der Evaluationstheorie (vgl. [Sch08b], S.20). Ein wichtiges Instrument der Evaluationstheorie ist dabei das Markov-Modell, welches durch quantitative Berechnungen die Entscheidungs ndung unterstützt und deshalb zum Standardrepertoire derer gehört, die gesundheitsökonomische Evaluationen durchführen.

Die vorliegende Arbeit greift die heutige Problematik der zunehmenden chronischen Erkrankungen auf und hat das Ziel, eine Modellerstellung zu den meist sehr komplexen Krankheitsverläufen zu erleichtern.

Die Komplexität eines Krankheitsverlaufs lässt sich an dem schon genannten Beispiel Diabetes mellitus und der damit einhergehende Folgeerkrankung des diabetischen Fu- ÿes verdeutlichen. So kann ein durch Diabetes angegri enes Blut- und Nervensystem, zu Mangeldurchblutung bzw. zu nicht heilenden Geschwüren an den unteren Extremitäten führen, was demzufolge das Risiko einer Nekrose oder sogar einer Amputation des be- tro enen Gewebes erhöht. Dies wird unter dem Symptomenkomplex Diabetischer Fuÿ zusammengefasst. Für die Entscheidungs ndung unter gesundheitsökonomischer Sicht ist jedoch nicht nur der Verlauf eines einzelnen Ulcus¹ wichtig, sondern die Betrachtung aller durch die Krankheit betro enen Komponenten, was im Fall von Diabetes der Patient als Ganzes bedeutet. Beispielsweise kann das Vorhandensein eines angegri enen Fuÿes das Erkrankungsrisiko und die dadurch entstehenden Behandlungskosten des anderen Fuÿes erhöhen, weshalb dieses Risiko in die Kosten-Nutzen-Analyse mit ein ieÿen müsste. Aber dieses Szenario lässt die herkömmliche Markov-Modellierung an ihre Grenzen stoÿen, da eine Modellierung und die anschlieÿende Evaluation alle möglichen Kombinationen be- rücksichtigen müsste, was schlichtweg nicht zu bewerkstelligen ist.

Mit dem Wunsch diese Grenzen überwinden zu können und mit der steigenden Relevanz der Markov-Modellierung, wächst auch der Bedarf an einem geeigneten Modellierungs- tool, das dem Anwender die Modellierung selbst komplexer Modelle und deren späteren Simulation erleichtern soll. Die bereits vorhandene Software zur Modellierung (z.B. Mat- lab) ist zwar teilweise zur medizinischen Entscheidungs ndung geeignet, jedoch nicht frei verfügbar. Darauf gründet die Motivation, ein open-source-Projekt zur Verfügung zu stellen, um damit den hohen Bedarf an entscheidungsanalytischer Modellierung zu decken.

Der entwickelte Editor entstand im Rahmen der PROSIT Disease Modelling Communi-ty², was zur Namensgebung PROSIT-Editor führte.

Da in allen Bereichen der Ökonomie und nicht nur im Gesundheitswesen die Wahl der wirksamsten und leistungsfähigsten und somit der e zientesten Alternative eine signi- kante Rolle spielt, kann der PROSIT-Editor auf viele ökonomischen Fragestellungen angewandt werden. Diese Diplomarbeit entstand jedoch aus gesundheitsökonomischer Motivation, nämlich aus der Idee der Modellierung des diabetischen Fuÿsyndroms- Des- halb wird im Folgenden besonders auf dieses Einsatzgebiet der Markov-Modellierung eingegangen wird.

1.2. Ziele der Arbeit

Aus der Motivation eine Erleichterung bei der Markov-Modellierung im Bereich der Effektivitätsanalysen bei Public Health Interventionen zu bieten, ergaben sich für das dafür entwickelte Tool (im Folgenden PROSIT-Editor genannt) folgende Ziele:

ˆ- Unterstützung bei der Modellerstellung
ˆ- Unterstützung bei der Modellvalidierung
ˆ- Präsentation und Unterstützung bei der Modell-Simulation

1.2.1. Modellierung

Die Grundlage der Markov-Modellierung liegt in der Erstellung eines Krankheitsmodells, welches je nach Anforderung und Zielsetzung mehr oder weniger komplex in Erscheinung treten kann.

Diese Komplexität beruht auf der Annahme, dass sich der Krankheitsverlauf, abhängig von der Anzahl der möglichen zu durchlaufenden Gesundheitsstadien, unterschiedlich entwickeln kann und somit komplexe Berechnungen nach sich zieht (siehe spätere Erklärung zu Markov-Modellen in Kapitel 2.3.2).

Als Veranschaulichung hierzu soll in vorliegender Arbeit das diabetische Fuÿsyndrom dienen, welches sich durch die Vielschichtigkeit des Krankheitsverlaufs auszeichnet. Das diabetische Fuÿsyndrom steht für einen Komplex von Symptomen, die sich als Fol- ge eines Diabetes mellitus entwickeln können und als Ursache eine diabetische Nerven- erkrankung und/oder arterieller Durchblutungsstörungen (vgl. [FK07]) haben. Um ein Krankheitsmodell für Diabetes erstellen zu können, ist es unabdingbar die Schwere und das Ausmaÿ des diabetischen Fuÿsyndroms mit einzubeziehen. Notwendig dafür ist die Unterteilung der Gesundheitszustände in verschiedene Stadien. Beispielsweise wäre eine Gliederung nach Anzahl und Gröÿe der Körperregionen, die von diesem Syndrom betroffen sind, denkbar. Eine weitere Möglichkeit ist die Stadieneinteilung nach Schwere des Syndroms (siehe Tabelle 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

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¹ Geschwür

² PROSIT Disease Modelling Community ist eine junge Open Source Entwicklungsgemeinschaft zur Erstellung gesundheitsökonomischer Erkrankungsmodelle für die Kosten-Nutzen Bewertung der Be- handlung von Diabetes mellitus und seiner Folgeerkrankungen. Weitere Informationen auf [Com09]

• College: University of Heidelberg
• Grade: 1,0
• Author: Rebecca Konrad (Author)
• Publication Year: 2009
• Pages: 132
• Catalog Number: V139202
• ISBN (eBook): 9783640506408
• ISBN (Book): 9783640506330
• Language: German
• Tags: Markovmodell, Markov, gmf, emf, gef, eclipse, java, Entwicklung, software, graphical, modeling, framework, editor, plugin, pluginentwicklung, rcp, rich client, plattform, platform, porduct, diabetisches fußsyndrom, dfs, gesundheitsreform, health, kosten-nutzen, analyse, cost-benefit, ratio, health care intervention, development, screenshot, simulation, monte carlo, kohortensimulation, cohort, kohorten, patient, Evaluationsforschung, ökonomie, gesundheit, Entscheidungsmodelle, Hypothesenbildung, Sensitivitätsanalysen, Validierung, Testszenario, Standard Widget Toolkit, JFace, SWT, Architektur, modellierung, Entwicklungsprozess, prosit, Entwicklungsplattform, Funktionalität, view, diabetes, mellitus, demographische, plug-in