Data Mining mit DICOM Headern. Ergebnisse einer Querschnittsstudie der Ärztlichen Stelle Hessen

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1 Data Mining mit DICOM Headern Ergebnisse einer Querschnittsstudie der Ärztlichen Stelle Hessen Walz M, Hermen J, Kolodziej M, Madsack B, Borowski M, Bressel S, Bender T, Simmler R. Fiebich M, Richter C, Kolder R, Hmaidat R, Weisser G Ärztliche Stelle für Qualitätssicherung in der Radiologie, Nuklearmedizin und Strahlentherapie Hessen und Partner Gefördert vom BMU und fachlich / administrativ betreut vom BfS (Projekt 3611S40008)

2 Big data in einer Ärztlichen Stelle Bilddaten der Ärztlichen Stelle Hessen im Bereich Röntgen - derzeit ca. 1 TB / Jahr (überwiegend ohne Vor-Ort-Prüfungen ) - bis 1000 Röntgengeräte pro Jahr aus 500 Institutionen - Überprüfung von Patienten pro Gerät - pro Patient Bilder - Datensätze von wenigen MB bis ca. 1 GB IVEU Daten aus DICOM Headern und anderen Quellen - pro Template ( Modalität ) werden Parameter erfasst - Datensatz pro Bild oder Serie (je nach Modalität ) - bis Anfang 2015 ca Datensätze aus ca. 1,5 Jahren - Übermittlung an BfS: unter 10 Parameter pro Röntgenaufnahme / -serie Verknüpfung mit Prüfungsergebnissen 2

3 IVEU Komponenten und Datenfluss DICOM Bilder Infor. System DB: Geräte + Personen. Eam book DICOM tags Klassifikation Rapid Miner Datenbank DICOM Viewer (Templates) DICOM images DICOM Importer DICOM images Dose SR Dose Report PACS Speech recogn. MS Ecel ó Anwender ó Eterne Systeme 3

4 IVEU: Datenfluss DICOM CD / DVD File System (et. / int.) DICOM Store DICOM Query IVEU Data Transfer Pat ID DICOM Importer Image Header Pat ID DOSE SR Dose Reports Geräte- und PersonenDatenbank Header Änderung Automatische Zuordnung Informationssystem ÄS, Austauschmodul Datenetraktion 4

5 IVEU Kern DICOM Importer IVEU Database Templates DICOM Viewer PACS CSV- Eport

6 Rapid Miner Data Mining Tool RapidMiner Version 5.3 OpenSource In Java programmiert, somit auf allen gängigen Betriebssystemen anwendbar Universelle Schnittstelle Datenverarbeitungsgröße nur durch den eigenen Speicher begrenzt Über 500 Operatoren Import/Eport mit verschiedenen Dateiformaten möglich Ermöglicht 2D- und 3D Visualisierungen mittels Report -Erweiterung Datenanalysen mit Rapid Miner - Statistik und Datendarstellungen mit Tabellen und Grafiken - neue Muster + Beziehungen, neues Wissen wird durch Anwender etrahiert Präsentation, Einbindung und Bearbeitung verschiedener Datenbestände - anwenderbezogene Workflowoptimierung + Datenbewertung und -steuerung 6

7 Querschnittstudie 7

8 CT - Daten aus Überprüfungen der ÄSH von / Anzahl der auswertbaren Serien: Anzahl der Serien mit Dosisangaben: Frauen: 1933, Männer: Krankenhaus: 2287, Prais: Altersverteilung: > 21 Jahren: J.: 32 8

9 CT: Hersteller und Modelle Modell-- oder herstellerbezogene Auswertungen Modell 9

10 CT: Untersuchungsarten Krankenhaus (ohne Univ.) Prais 10

11 Terminologie Viele verschiedene Institutionen und Geräte - sehr breite Datenbasis, hohe Repräsentativität Unterschiedliche Einträge und Füllungsgrade - Interpretationen und Plausibilitätsprüfungen erforderlich Keine bzw. differente - kein passendes nationales oder internationales Klassifikationssystem (nur Teilbereiche / -aspekte) Klassifikationssysteme - Zuordnung in eigenes Klassifikationssystem erforderlich (z. B. bzgl. Modalität und Untersuchungsarten) - sehr heterogene Struktur - strukturelle und regelbasierte Lösungen sinnvoll - erschwerte Erzeugung eines korrekten Ausgangsdatensatzes für lernende Systeme 11

12 IVEU: Katalog der Untersuchungsarten CT => basiert auf - Deutschen DRW - Begriffen - Studie zu Begriffen in DICOM tags - DICOM - SNOMED - Playbook / Radle - Typischen radiolog. Begriffen IVEU = DICOM = SNOMED CT Untersuchungsbereich (übliche Bezeichnungen) Hirnschädel Gesichtsschädel Felsenbein NNH Dental Hals Kopf und Hals HWS Carotis Angio Hals und Thora DICOM Body Part Eamined alt [CS:0018,0015] SKULL SKULL SKULL SKULL SKULL NECK SKULL/NECK CSPINE k.a. NECK / CHEST DICOM Body Part eamined neu[cs:0018,0015] SKULL MAXILLA/JAW/ORBIT SKULL SKULL SKULL NECK HEADNECK CSPINE CAROTID NECKCHEST Anatomic Sequences Code Meaning (0008,0104) Hals,Thora und Abdomen Hals,Thora, Abdomen und Becken BWS LWS Osteo-CT Sacrum PRT Becken Hüfte Knie NECK / CHEST/ABDOMEN NECK / CHEST/ABDOMEN/PELVIS TSPINE LSPINE LSPINE SSPINE LSPINE/SSPINE PELVIS HIP KNEE NECKCHESTABDOMEN NECKCHESTABDPELV TSPINE LSPINE LSPINE SSPINE LSSPINE PELVIS HIP KNEE Neck, Chest and Abdomen Skull Mailla / Jaw region / Orbital structure Mastoid bone Mailla Jaw Region Neck Head and Neck Cervical spine Carotid Artery Neck and Chest Neck, Chest, Abdomen and Pelvis Thoracic spine Lumbar spine Lumbar spine Sacrum Lumbo-sacral spine Pelvis Hip joint Knee Version 2014 => Besteht aus - Untersuchungsbereich - Untersuchungstechnik - Einfacher Synta (z.b. Erweiterungen) 12

13 DRW, IVEU und Playbook Untersuchungsbereich (IVEU) Kopf Gesichtsschädel Felsenbein NNH Hals HWS Carotis Thora Herz BWS LWS Abdomen Oberbauch Pankreas Leber Nieren Harntrakt Becken IVEUAuswertun g Playbook Short Name BRN, HEAD FACE / FACL BNS TMP BON FACE SINUSES NECK C SPINE CAR ART CHST HEART T SPINE L SPINE ABD PANC LIVER KIDNEY URO PELVIS DRW Deutschland Hirnschädel Gesichtsschädel (Tumordiagnostik) Gesichtsschädel (Sinusitis) Thora Lendenwirbelsäule Abdomen Oberbauch Oberbauch Oberbauch Becken Regelbasiertes Klassifikationsmodul

14 Dose Inde Registry (ACR) und mehr Standardized Naming Process In addition to the transmission of eam data, we require that eam study description names map to a standardized naming procedure. Currently there is wide variation in eam names across facilities. For eample, an adult CT of the head without contrast might be labeled as "Head 1Brain_without (Adult)" at one facility and as "Head^1_HEAD_WO (Adult)" at another. To handle this problem, the DIR is implementing the RadLe Playbook. The Playbook is the list of standard-name procedures with a RadLe Playbook ID (RPID). The non-standard eam names from each facility are mapped to the Playbook so that accurate comparisons can be made.

15 CTDI pro Untersuchungsart 15

16 CTDI Verteilung (Abdomen) 16

17 ma Modulation

18 Dual Source CT - Modulation Dosisprotokoll: mas (A): 108 (bei 100 kv) mas (B): 80 (bei 140 kv) Abdomenbereich Dosisprotokoll: Nur 1 CTDI-Wert: 8,31 mgy Thora

19 Projektionsradiographie - Daten aus Überprüfungen der ÄSH von Anzahl der Studien: Anzahl der Studien mit Dosisangaben: Anzahl mit Dosisangabe 0 : Frauen: 3832, Männer: Krankenhaus: 3372, Prais:

20 DFP - Verteilung (Thora) dgycm² 20

21 DFP - Verteilung (Thora) dgycm² Abgeschnitten bei doppelter 75 % - Quantile 21

22 Plausibilitätsbetrachtung zum DFP dgycm²

23 Mammografie (ÄSH Prüffall)

24 Einfache, aber relevante Berichte Mammographie kv und Kompression zu niedrig Charakteristika der Steuerung

25 Patienten, Prozesse, Protokolle (Angio) Registrierung in RIS Zeitraum zwischen study time und acquisition (series) time

26 Röntgentagebuch

27 Ausblick - Umsetzung der EU Richtlinie: Voraussichtliche Trennung von Strahlenschutz- und Atomgesetz - Wahrscheinliche Anforderungen ab 2017 / 2018 für dosisintensive Röntgenanwendungen (CT und Angio): - - MPE Dosiserfassung in geeigneten Systemen Die Anwendung der DIN soll demnächst in der Aufzeichnungs-RL vorgegeben werden. 27

28 Viele Daten Viele Möglichkeiten Viele Wege Was wollen Sie? Gefördert vom BMU und fachlich / administrativ betreut vom BfS (Projekt 3611S40008)