openor Ein Framework für Medizinische Assistenzsyteme

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1 openor Ein Framework für Medizinische Assistenzsyteme Bericht aus der Fraunhofer Charité Kooperation Berlin das F&E Zentrum für neue Interventionstechnologien Fraunhofer IPK Direktor: Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Dipl.-Inf. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Ch harité Donnerstag, 25 August 2011

2 Ansatzpunkt Offene Architektur Interoperabilität und Integration Chirurgische Eingriffe sollen auf höchstem Informationsniveau durchgeführt werden. Chirurgische Assistenzsysteme werden immer noch nicht routinemäßig eingesetzt Software ist zentraler Bestandteil von Chirurgischen Assistenzsystemen Komplizierte / technisch orientierte Bedienung ist immer noch weit verbreitet Erw win Keeve, Cha arité Fehlende Interoperabilität verhindert vielfach den Einsatz 2

3 Steigende Anforderungen Datendurchgängigkeit it In heterogenen klinischen Anwendungslandschaften Medizinische Anwendungen benötigen viele Komponenten Nur die wenigsten gehören zur innovativen Kernkompetenz. Aufwendige Standardkomponenten Datenimport und -export Anbindung an PACS und KIS Server Visualisierung Intuitives User Interface Test, Dokumentation und Zulassung erhöhen den Entwicklungsaufwand Datendurchgängigkeit trotz Herstellermix Plug-and-Play-Integration in Klinik- und OP-Netze Intuitives User Interface 3

4 Steigende Marktchancen 1 Jährlich kontinuierlich 20% Wachstum im CAS Markt Po otentiale: Weltw weit(cas), Euro opa(pacs), Deu utschland(krp) Anteil der minimalinvasiven und/oder bildgestützten Eingriffe steigt um bis zu 67% Operationssäle sind integraler Bestandteil der klinischen Wertschöpfung Gleichzeitig teuerster Arbeitsplatz im KH (ca /h) => Rationalisierte Prozessabläufe Essenziel Integration erlaubt neue bisher unmögliche Innovationen 1 Millennium Research Group: Market Reports 2008 on Image Guided Surgery 4

5 openor bündelt Kompetenzen Offenes Framework für Industrie und Forschung Entwicklungserfahrung in erfolgreichen Frameworks Slicer Framework für medizinische Forschungssoftware Boston Womens Hospital Julius Framework für medizinische Assistenzsysteme Forschungszentrum Caesar Erw win Keeve, Stif ftung ceasar Interdisziplinäres Entwicklungsteam Informatiker Ingenieure Designer Psychologen Ärzte in verschiedenen chirurgischen Disziplinen Medizinisches Personal Grundlage für Eigenentwicklungen Entwicklung als Framework Open Source forciert strukturelle Interoperabilität Erweiterbar 5

6 openor systematisiert Qualität Modulare Komponenten flexibler Einsatz Modulare Entwicklung Flexibilität Wartbarkeit Integrierbar in bestehende Software Plattformübergreifend Einsatz auf unterschiedlichen Endgeräten Keine Hersteller / Versions-Abhängigkeiten gg Sc reenshot Proto otyp openor D icomviewer Interoperable Basiskomponenten Zulassungsrelevante l Dokumentation ti und automatisierte Tests Vereinfachtes automatisiertes Deployment Deklarative UI-Engine 6

7 Traditionelle UI Entwicklung Intuitives User Interface Eröffnet breite Anwendungsmöglichkeiten g Basierend auf gängigen UI Bibliotheken Microsoft MFC/WTL Apple Cocoa Nokia Qt Basiert auf den Techniken Model View Controller (MVC) Event Observer Ko onzeptstudie, openor User In terface Entwicklungsprozess UI-Elemente werden auf niedriger Abstraktionsebene erstellt Einzelne UI-Elemente werden manuell verbunden Sicherheits- und Validitätsprüfung werden manuell an den Verbindungsstellen ausgeführt Funktionalität ergibt sich aus dem impliziten Netz Überproportional fehleranfällig Macht etwa ein Drittel üblicher Anwendungen aus Verursacht etwa die Hälfte der Fehler Schwer automatisiert zu testen 7

8 Unser Ansatz: deklarative UI Entwicklung Vereinfachte Entwicklung mehr Zeit für Innovation Deklarative Programmierung ist bewehrt SQL (Datenbanken).html/.css (Webentwicklung) Prolog (Logik/KI) Lex/Yacc (Compiler) Excel UI-Elemente Netzwerk wird explizit dargestellt. Verbindungen und Validierungen werden automatisch erstellt Höheres Abstraktionsniveau möglich Mehr Informationen erlauben adaptive Anpassung der UI Datenfluss und Workflow Engine Algorithmen und Arbeitsabläufe können als Netzwerk dargestellt werden Dynamik der Applikation wird explizit dargestellt Teile der UI können automatisiert erstellt oder Validiert werden 8

9 Medical Software Application openor UI Engine Workflow Engine Dataflow Engine Input Drivers Nav. Cam. Touch Mouse Coc coa Qt Import/Export Drivers PACS DiCOM STL Algorithms Data Types Operating Room Hardware Algorithm s Data Types Architektur rdiagramm ope enor 9

10 Nächste Schritte UI-Elemente und Arbeitsschritte werden auf höherem Abstraktionsniveau dargestellt Senkt Aufwand und Fehleranfälligkeit Vereinfacht Kommunikation mit stake-holdern (Ärzte, Designer) Vereinfacht interdisziplinäres Arbeiten verteilte System me op penor Ontolog gie-beispiel für Interdisziplinäre Arbeit zur Entwicklung einer Ontologie Finden der richtigen Abstraktionen Integration bestehender Lösungen Veröffentlichung und Standardisierung Fortwährende klinische Validation Durch interne Entwicklungen von realen Anwendungen Durch klinische Studien am Standort Charité 10

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Bericht aus der Fraunhofer Charité Kooperation Berlin das F&E Zentrum für neue Interventionstechnologien Fraunhofer IPK Direktor: Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Dipl.-Inf. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Ch harité Donnerstag, 25 August 2011