GIS im Gesundheitswesen

Grundlagen und Bedeutung

Geoinformationssysteme (GIS) und Geographical Information Science (GIScience) verbinden Computer-Kartographie mit Datenbankmanagement und Datenanalyse. Sie machen räumlich verortete Daten – also Daten mit einem Bezug zu Orten oder Gebieten – auf Karten sichtbar und auswertbar. GIS werden bereits unter anderem in Umweltwissenschaften, Stadtplanung und Landwirtschaft eingesetzt und gewinnen auch im Gesundheitswesen an Bedeutung.

Das Gesundheitswesen richtet sich grundsätzlich auf die Gesundheit von Populationen, nicht einzelner Personen. Prävention hat dabei einen höheren Stellenwert als die Behandlung; außerdem arbeitet es in einem stärker verstaatlichten Kontext als die private Gesundheit. GIS und andere räumliche Analysetools können deshalb helfen, gesundheitliche Probleme in bestimmten Gebieten zu erkennen, Daten zusammenzuführen und Entscheidungen vorzubereiten.

John Snows Cholera-Karte

Ein frühes Beispiel für die Nutzung räumlicher Daten im Gesundheitswesen stammt vom britischen Arzt John Snow, der oft als Vater der Epidemiologie bezeichnet wird. Während der großen Cholera-Epidemie in London 1854 zeichnete er die geographischen Positionen von Todesfällen in eine Karte ein. Dadurch zeigte er, dass sich Cholera-Todesfälle in der Nähe von Brunnen konzentrierten und die Broadwick-Wasserpumpe die größte Quelle des Ausbruchs war. Nach der Entfernung der Pumpe gingen Cholera-Neuinfizierungen rasch zurück.

Snow untersuchte außerdem, ob Cholera-Fälle mit Bodenerhöhung, Bodenbeschaffenheit und Alkalinität zusammenhingen. In niedrig gelegenen Gebieten mit schlecht wasserabsorbierender Erde traten nach seinen Erkenntnissen mehr Fälle auf. Er führte dies auf große Wasseransammlungen zurück und stützte damit die Aussage, Cholera sei eine dem Grundwasser entspringende Krankheit. Dies widersprach der damals verbreiteten Vermutung, Gestank verursache die Krankheit.

Dieses Vorgehen gilt als frühes Beispiel für „Desease Diffusion Mapping“. Dabei wird untersucht, wie eine Krankheit von einer Quelle oder einem zentralen Punkt ausgehend in die nähere Umgebung weiterverbreitet wird. Eigenschaften und Muster der Umgebung beeinflussen diese Ausbreitung.

Einsatz für Analyse und Entscheidungen

Heutige Probleme im Gesundheitswesen sind umfangreicher als die von Snow untersuchten Fälle. Deshalb unterstützen moderne GIS und Computer-Mapping-Anwendungen wissenschaftliche Analysen. Eine im Artikel genannte Karte stellt beispielsweise die Todesraten durch Herzkrankheiten bei weißen Männern über 35 Jahren in den USA von 2000 bis 2004 dar.

Public health informatics (PHI) ist ein junges, schnell wachsendes Gebiet. Es stellt Informationswissenschaft und Technologien für Anwendungen und Forschung im Gesundheitswesen bereit. GIS beziehungsweise räumliche Entscheidungsunterstützungssysteme (SDSS) sollen durch verbesserte geographische Visualisierung zu einem schnelleren, besseren und robusteren Verständnis sowie zu qualitativ hochwertigeren Entscheidungen beitragen.

GIS-Anzeigen wurden etwa genutzt, um die Nutzung von Online-Gesundheitsinformationen während pandemischer Infektionskrankheiten darzustellen. In Connecticut zeigten sie räumliche Zusammenhänge zwischen Clustern neuer Hepatitis-C-Fälle und bekannten intravenösen Drogenkonsumenten. Eine Kollokation, also das gemeinsame Auftreten an ähnlichen Orten, beweist jedoch keine Ursache. Bereits bekannte kausale Zusammenhänge, etwa zwischen intravenösem Drogenkonsum und Hepatitis C, können die Akzeptanz solcher räumlichen Beziehungen stärken. Auch scheinbar zufällige Zusammenhänge können Anlass für weitere Untersuchungen sein.

GIS kann ebenso zeigen, dass keine Korrelation – kein erkennbarer statistischer Zusammenhang – besteht. Forschende untersuchten in Iowa die Verteilung von Geburtsdefekten und Kindersterberaten und fanden keinen Zusammenhang. Daraus folgerten sie, dass beide wahrscheinlich unterschiedliche Ursachen und Risikofaktoren besitzen.

Eine zentrale Funktion von GIS ist, Sachverhalte verständlicher zu machen und Entscheidungsgrundlagen zu verbessern. Im Programm „Healthy People 2010“, einem der größten Programme des Gesundheitswesens in den USA, gehört die Beseitigung großer Gesundheitsunterschiede zu den zwei wichtigsten Zielen. GIS kann Gebiete mit gesundheitlicher Ungerechtigkeit identifizieren und so dabei helfen, Maßnahmen für die dort lebenden Personen zu entwickeln. Zudem kann es unterschiedliche Datenquellen integrieren und die Qualitätskontrolle unterstützen. Bei einer geographischen Analyse von Gesundheitsvorsorgedaten aus North Carolina enthielten über 40 % der Akten Fehler, etwa bei Stadt, Bezirk oder Postleitzahl. Einige Fehler wurden erst durch visuelle GIS-Anzeigen sichtbar. Ihre Korrektur verbesserte Karten und die darauf beruhenden Analysen.

Datenschutz und räumliche Fehlinterpretationen

Ein zentrales Problem ist der Schutz der Privatsphäre und personenbezogener Daten. Obwohl das Gesundheitswesen die Bevölkerung insgesamt betrachtet, benötigt es häufig Daten von Individuen. GIS-Karten und zugehörige Datenbanken dürfen nicht ermöglichen, einzelne Personen anhand räumlicher Daten zu erkennen.

Mögliche Schutzmaßnahmen sind das Zusammenfassen von Daten für größere Gebiete wie Postleitzahlen oder Bezirke, Karten in kleineren Maßstäben mit weniger Details sowie das Weglassen identifizierender Merkmale wie Straßen- und Wegenetzen. Exakte Positionen können außerdem dadurch maskiert werden, dass Positionsmarker absichtlich um einen zufällig erzeugten Wert verschoben werden.

Zusammengeführte Daten können jedoch statistische Inferenz, also Schlussfolgerungen aus Daten, verfälschen. Dabei können Beziehungen sichtbar werden, die tatsächlich nicht bestehen, oder reale Beziehungen verborgen bleiben. Dieses Problem heißt „Modifiable Areal Unit Problem“ (MAUP). New Yorker Gesundheitsbeamte befürchteten beispielsweise falsche Identifikationen von Krebsanhäufungen und ihren Ursachen, als Karten mit nach Postleitzahlen geordneten Krebsfällen im Internet veröffentlicht werden mussten. Postleitzahlen wurden nicht für Fragestellungen des Gesundheitswesens geschaffen; ihre willkürlichen Grenzen können daher zu ungeeigneten Gruppierungen und falschen Schlussfolgerungen führen.