#1_020_corona-testprozesse_Immunitätsnachweis

Um Herdenimmunität nachzuweisen oder Entscheidungen über Ausgangssperren zu treffen, ist die Erstellung einer nationalen Datenbank zum Immunitätsstatus zwingend notwendig.

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ImmunSicht - Covid-19 Immunitätsdatenbank

Innovativer gesellschaftlicher Mehrwert - Was ist unser Impact?

Um Herdenimmunität nachzuweisen, Entscheidungen über Ausgangssperren zu treffen, weitere Ausbreitungswege zu modellieren und einen Pool immuner Arbeitskräfte für die Arbeit mit Hochrisikogruppen zu definieren, ist die Erstellung einer nationalen Datenbank zum Sars-CoV-2-Immunitätsstatus (Sars-CoV-2 im Folgenden zur Vereinfachung COVID-19 genannt) zwingend notwendig. Aber auch für den einzelnen Bürger hat die Information der persönlichen Immunität einen großen Mehrwert, um ohne Sorge gefährdete Familienangehörige zu treffen oder mit Arbeitskollegen in der Risikogruppe zusammenarbeiten zu können.
Nach unserer Recherche ist eine solche Datenbank bisher nicht existent, die Einrichtung dementsprechend innovativ. Angespornt von der Idee, bald wieder unsere gewohnten Freiheiten genießen zu dürfen, haben wir uns als Team zusammengefunden und motiviert an die Arbeit gemacht, um diese Datenbank ins Leben zu rufen!

Die Datensätze sollen zum einen für entsprechende Institutionen anonymisiert ausgegeben werden können und bieten folgende Nutzungsmöglichkeiten:

  • Anpassung aktueller Statistiken und Aufklärung der Dunkelziffer bzgl. der Durchseuchung der Bevölkerung mögliche Lockerung von Ausgangsbeschränkungen und ähnlichen Anweisungen für entsprechende Landkreise/Städte/Regionen
  • Aussagefähigkeit über ausreichend “immunisierte” Pendlerstrecken (sofern entsprechene Geodaten vorliegen und genutzt werden können)
  • Bündelung von Kapazitäten, vor allem in entsprechenden Risikogebieten, in denen noch keine hohe Immunisierung besteht (Teststellen, Notambulanzen, etc.)
  • Ausstellung eines bundesweit einheitlichen “Immunitätsbelegs”, statt verschiedener Versionen, über die man schnell den Überblick verliert (Somit kann auch eine höhere Fälschungssicherheit gewährleistet werden.)

Darüber hinaus bieten die personalisierten Daten folgenden Mehrwert:

  • Optimierung von Impfabläufen, sobald Impfungen verfügbar sind. Wer schon als immun gilt, muss nicht primär geimpft werden.
  • Einsatz von immunen Arbeitskräften in diversen Lebensbereichen (besonders an neuralen Knotenpunkten wie Krankenhaus, Apotheken, Supermärkte, Schulen, Kinderbetreuung etc.)
  • Freiwilliger Nachweis für Besuche im Altenheim/Pflegeeinrichtungen und somit ein Fürsorgebeitrag für unsere älteren Mitmenschen
  • Nachweisbarer Schutz für Freunde, Angehörige und Kollegen

Weiterhin hinaus sollen Schnittstellenanbindungen angeboten werden, um andere Projekte mit unserem zu verknüpfen und Synergieeffekte zu nutzen.

Status Quo - Was sind unsere Annahmen & Rahmenbedingungen?

Zuerst haben wir uns mit den Möglichkeiten der Datenerfassung beschäftigt und herausgearbeitet, dass eine Immunität aufgrund eines positiven PCR-Tests (nach Ablauf eines Zeitraums von vier Wochen), einer Impfung, eines Immunitätstests beim Hausarzt oder eines Immunitätsschnelltests (Antikörpertest) zu Hause gewährleistet werden kann.
Da in Deutschland bereits mind. 100.000 PCR-Tests pro Woche durchgeführt werden (Quelle: NDR Info Podcast; Virologe Christian Drosten), sollte die Datenbank zuerst mit bereits vorhandenen Informationen über getestete Infizierte befüllt werden. Bereits gesammelte Daten über erkrankte und somit zukünftig immunisierte Personen, die dem Robert-Koch-Institut vorliegen, können über eine Importfunktion in die zentrale Datenbank eingespielt werden. Somit werden auch die bereits vorhandenen Datensätze integriert und weitere Analysen auf ihnen aufgebaut. Zusätzlich gehen wir davon aus, dass ein Großteil der testenden Ärzte digital angeschlossen ist.

Für die Bearbeitung des Projektes haben wir daher folgende weitere Annahmen getroffen:

Projektüberblick

Die aus den vier Quellen gesammelten Immunitätsdaten (PCR-Tests, Impfung, Antikörpertest, Antikörperselbsttest) werden im nächsten Schritt in einer Datenbank zusammengefasst. Als mögliche Nutzer unserer Services haben wir zum einen öffentliche Stellen (Behörden, Gesundheitsämter, RKI, etc.) definiert, die mithilfe der Datenauswertungen Risikobewertungen durchführen und daraus abgeleitet Handlungsempfehlungen treffen können. Zum anderen sind es Privatpersonen, die durch Kenntnis ihres Immunitätsstatus ihren Alltag planen und prognostisch wieder an Lebensqualität gewinnen können. Diesen ersten Draft eines Prozesses haben wir mithilfe von MIRO dargestellt:

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Link Prozess

Um den gesamten Prozess abbilden zu können, bedarf es mindestens zwei verschiedener Input-Frontends: Eine Meldeplattform für die Ärzte im Falle eines PCR-Tests, eines Antikörpertests oder einer Impfung beim Arzt und eine Meldeplattform für Bürger, die einen Antikörperselbsttest zu Hause nutzen. Außerdem bedarf es einer stabilen Datenbank und mehreren Output-Frontends, wie zum Beispiel Dashboards für verschiedene Nutzergruppen oder eine Bürger-App.

Detaillierte User Journeys - Wer hat welche Anforderungen an die Datenbank?

Im nächsten Schritt haben wir uns intensiv mit den User Journeys der einzelnen Prozessschritte beschäftigt und diese jeweils aus Sicht des Bürgers und des Arztes gemapped, um zu analysieren, welche Erfahrungen die Nutzer aus ihrer Sicht machen und welche Daten notwendigerweise erfasst werden, wie diese verarbeitet und welcher Output daraus generiert werden kann/muss. Die User Journeys und die Anforderungen an die Daten sehen wie folgt aus:

User Journeys
test Link User Journeys

Datenerfassung/-ausgabe
test Link Datenanforderungen

Service Blueprints - Wie verbinden wir die Anforderungen der Nutzer mit unserer Datenbank?

Auf Basis der User Journeys, die die Anforderungen der Nutzer aus ihrer Sicht darstellen, haben wir Service Blueprints entwickelt. Service Blueprints verbinden die für den Nutzer sichtbare "Frontstage" mit der für den Nutzer unsichtbaren "Backstage", also den Prozessen, die im Hintergrund laufen, um den Nutzer ihre Erfahrung zu ermöglichen. Die Service Blueprints der vier verschiedenen Journeys (PCR-Tests, Impfung, Antikörpertest, Antikörperselbsttest) sind im folgenden dargestellt:

test Link Blueprint PCR

Der Service Blueprint des PCR Tests beim Arzt stellt den Handlungsablauf im Fall eines potentiell akut an COVID-19 erkrankten Menschen bei Testung mit einem PCR Test und anschließender Datenaufnahme in ImmunSicht dar. Beginnend mit der Überprüfung des Arztes, ob die Person bereits als immun eingestuft ist, über den tatsächlichen Test, die Ergebnisübermittlung an die Datenbank und den Patienten, sowie weitere Handlungsempfehlungen und die (digitale oder analoge) Ausstellung eines Immunitätsbescheids werden alle Schritte durchgespielt. Eine Besonderheit dieses Szenarios ist die Dokumentation der Immunität in einem voraussichtlichen Zeitabstand von 4 Wochen zum Befund, da die Immunität erst im Anschluss an die Erkrankung ausgebildet ist. Darüber wird der Nutzer entsprechend über die App informiert.

test Link Blueprint Immuntest Arzt

Wird es zukünftig einen Immunitätstest (Antikörper-Test o.ä. Verfahren) geben, haben Bürger die Möglichkeit, diesen bei einem Arzt durchführen zu lassen. Hier erfolgt ein Datenabgleich über eine bereits bestehende Immunität der Person durch den Arzt. Fällt der negativ aus, wird der Test durchgeführt und je nach Laborergebnis ein Eintrag in die Datenbank getätigt, der Befund per App oder Telefonat an den Bürger übermittelt und Handlungsempfehlungen ausgesprochen, sowie entsprechend dem Testergebnis ein Immunitätsnachweis ausgestellt.

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Link Blueprint Immuntest Zuhause

Wird es zukünftig Immunitätstests (z.B. Antikörperselbststest) geben, die (auch zum Zwecke der Entlastung der medizinischen Einrichtungen) individuell daheim durchgeführt werden können, gehen wir von registrierten und eineindeutig zuordenbaren Testkits aus, die in Apotheken erhältlich sein werden. Nach Durchführung des Tests daheim kann das Ergebnis direkt abgelesen werden. Der Bürger kann, sofern in der App registriert, das Testergebnis selbst an die App übermitteln oder dies von einer Apotheke übernehmen lassen. Handlungsempfehlungen und Immunitätsnachweis erfolgen entsprechend Testergebnis digital bzw. analog.

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Link Blueprint Impfung

Sind COVID-19-Impfungen verfügbar, werden diese beim Arzt durchgeführt. Um Ressourcen sinnvoll zu nutzen, erfolgt bei jedem Bürger ein Abgleich mit der Datenbank, damit Impfungen zuerst den Personen zugute kommt, die noch keine anderweitige Immunität besitzen. Nach verabreichter Impfung folgt ein Eintrag in die Datenbank. Anschließend erhält der Bürger einen Immunitätsnachweis, entsprechende Handlungsempfehlungen und einen Eintrag in den Impfpass durch den behandelnden Arzt.

Für alle Blueprints gilt:

  • Um den Prozess der Dateneinspeisung in die Datenbank zu vereinfachen, benötigen wir QR-Codes, die sowohl auf den Testkits der PCR-Tests, als auch den Antikörper(selbst)tests beigefügt sind. Über diese Codes lassen sich Testergebnis und getestete Person eindeutig zuordnen und das Testergebnis in wenigen Schritten durch Ärzte, Apotheker oder Privatpersonen in die App und somit die Datenbank einfügen.
  • Der Immunitätsnachweis kann innerhalb der offiziellen Bürger-App sowie analog mithilfe eines QR-Codes ausgestellt werden.
  • Die (anonymisierten) Informationen aus der Datenbank stehen Bürgern, Ärzten, Politikern, Apothekern und Unternehmern für Auswertungen in Form eines Dashboards zur Verfügung.

Erster Praxistext - Ist unsere Lösung wirklich skalierbar?

Gemeinsam als Team haben wir anschließend den Umfang des Projektes genau definiert und mit dem Entwicklerteam auf technische Umsetzbarkeit geprüft. Am liebsten hätten wir sofort für jeden Prozessschritt einen funktionalen Prototypen gebaut. Aufgrund der zeitlichen Beschränkung des Hackathons haben wir uns jedoch entschieden, nur drei Prototypen zu entwickeln: Ein beispielhaftes Input-Frontend aus Sicht eines Arztes (Meldeplattform), eine dahinterliegende Datenbank und ein beispielhaftes Output-Frontend in Form eines Tableau Dashboards. Damit soll ein erster Eindruck vermittelt werden, wie ein solcher Prozess in Zukunft aussehen kann. Zusätzlich zu den Prototypen haben wir entschieden für die Bürger-App (Input und Output) ein erstes Mockup zu erstellen, um auch diesen Prozess zu verdeutlichen.

Unsere Entwickler begannen also parallel zur Konzeption ihre Arbeit...
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ImmunSicht ist zunächst für die Bundesrepublik Deutschland konzipiert, kann aber durchaus auch auf andere Länder mit ähnlichen Informationsinfrastrukturen übertragen werden. Besonders bei einer späteren Integration von Geodaten erscheint es uns aufgrund der Globalisierung und den damit verbundenen Reiseaktivitäten sinnvoll, die Datenbank nicht in Ländergrenzen zu denken. Da die gesamte Lösung von uns Open Source verfügbar gemacht wird, kann sie natürlich auch für andere infektiöse Krankheiten angepasst und so zum Beispiel gegen das Masernvirus eingesetzt werden.

Prototyp-Entwicklung

Input-Frontend: Meldeplattform für Ärzte

Für das Rapid Prototyping des Input-Frontends wurde eine Javascript (Typescript) Lösung auf Basis von Vue.js erstellt. Zur Datenhaltung innerhalb des Frontends kommt Vuex zu Einsatz. Layoutkomponenten wurden durch Vuetify zur Verfügung gestellt. Der Prototy ist als Progressiv Web App umgesetzt, sodass er Crossplattformfähig ist und neben einer Desktopansicht, auch in native Apps unter Android und iOS eingebettet werden kann. Das Frontend wird aktuell auf Google Firebase gehostet. Die App läuft nach Aufruf auf den Geräten der Nutzer, sodass keine Serverleistung benötigt wird. Skalierung ist damit ohne Probleme möglich. Die eingetragenen Daten werden per API an das Backend übertragen, dass dann die weitere Datenverarbeitung übernimmt.

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Backend: Covid-19 Immunitätsdatenbank

Für das Backend wurde eine Kombination aus dem Fastapi Python-Framework und der Datenbank Postgresql verwendet. Für die interne Anbindung der REST-API an die Datenbank ist das Framework SQLAlchemie im Einsatz. Diese Architektur sollte bis hin zu einer bundesweiten Nutzung skalieren können.

Output-Frontend: Tableau Desktop Dashboard

Das Output-Frontend wurde in Form eines Tableau Desktop Dashboards erstellt. Dieses Dashboard wird über Tableau Server bereitgestellt und bietet verschiedenen Nutzergruppen (z.B. Ärzten, Apothekern, Politikern, Unternehmern, aber auch Bürgern) unterschiedliche Zugriffsmöglichkeiten. Dies ist über ein frei abrufbares Dashboard mit unterschiedlichen Zugriffsbeschränkungen problemlos möglich.
Das Dashboard beinhaltet verschiedene Visualisierungen, wie zum Beispiel eine Heatmap vom Immunitätsstatus der einzelnen Bundesländer und Landkreise, eine Verteilung der Immunität nach Geschlechtern und Altersgruppen oder eine Timeline von gemeldeten Neuerkrankungen und Immunitäten.

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Link Dashboard

Bürger-App Mockup

Aufgrund der begrenzten Zeit im Rahmen dieses Hackathon haben wir keinen weiteren Prototypen für eine Bürger-App entwickeln können. Dennoch wollten wir euch einen ersten Eindruck geben wie wir uns eine solche App vorstellen und haben ein Mockup gebastelt:

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Die Funktionsweise der Bürger-App ist auf der Input Seite dem Ärzte-Frontend sehr ähnlich. Der Bürger hat die Möglichkeit sich zu registrieren und sein Testergebnis einzugeben (Antikörperselbsttest). Dies ist auch hier über den Scan des QR-Codes auf dem individuellen Test möglich. Im Anschluss hat der Nutzer die Möglichkeit, seinen Immunitätsstatus freiwillig über eine Auswahl von sozialen Medien zu teilen. Damit möchten wir vor allem bewirken, dass in von Unsicherheit geprägten Zeiten wie dieser mehr positive Nachrichten verbreitet werden und statt Ausbreitungszahlen auch mal Immunitätszahlen im Gespräch sind. Dies wirkt sich dann positiv auf unsere mentale Gesundheit aus!

Und was kommt jetzt?

Challenges

Die datenschutzrechtlich konforme Verwendung der Patienteninformationen wurde in unserem Team heiß diskutiert. Wir gehen aber davon aus, dass in dieser besonderen Situation ein entsprechender Handlungsspielraum geschaffen wird. Dennoch sollte für eine Fortführung des Projektes für dieses Thema ein Datenschutzexperte kontaktiert werden.
Offene Fragen gibt es weiterhin bezüglich der Handlungsbefügnisse von Apothekern. So wäre auszuloten, ob sie in diesem Ausnahmefall befähigt werden sollen, Diagnosen vorzunehmen, bzw. anzuerkennen. Zu erarbeiten ist darüber hinaus eine Absicherung hinsichtlich der Selbsttests. Wie ist zu gewährleisten, dass das Ergebnis fälschungssicher ist und ein Betrug ausgeschlossen? Hierfür muss eine annehmbare Lösung gefunden werden. Zuletzt steht auch die Frage im Raum, wie mit den Arztpraxen verfahren wird, die noch nicht vollständig ans digitale Netz angeschlossen sind. Diese dürfen, wie alle anderen, impfen und testen, können jedoch die Daten ggf. nicht adäquat übermitteln. Ein passender (analoger) Workaround muss zeitnah geschaffen werden.

Next Steps

Für eine weitere erfolgreiche Umsetzung des Projektes gilt es, im weiteren Verlauf die agile Entwicklung der Datenbank, der Frontends für Ärzte sowie des Dashboards zur Auswertung der Daten eng mit den entsprechenden Usergruppen abzustimmen. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass die Anwendungen den Bedürfnissen der Zielgruppen entsprechen, die Schnittstellen verbessert werden und die Funktionen korrekt und vollständig sind. Die Aktualität der Daten und ein kontinuierliches Datenbankmanagement muss gewährleistet sein, um Live Updates zu ermöglichen und eine Korrektheit sicherzustellen (Usability & Warranty). Des weiteren muss die Entwicklung der weiteren Front- und Backends (z.B. Bürger-App) angestoßen werden. Wir gehen zusätzlich davon aus, dass im Rahmen des Hackathons als auch durch diverse andere Initiativen momentan Anwendungen entwickelt werden, die sich an dieses Projekt anknüpfen lassen. Hierfür sind die entsprechenden Anknüpfungspunkte zu klären und Schnittstellen (sowohl technisch als auch prozessual) sicherzustellen. Bereits jetzt können sich Freiwillige beispielsweise unkompliziert und direkt bei ImmuneHeroes (#WeVsVirus Co-Projekt) melden und als Helfer listen lassen.

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