TNM-Ontology: Design und Anwendungsmöglichkeiten einer Formalisierung der TNM-Klassifikation

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1 TNM-Ontology: Design und Anwendungsmöglichkeiten einer Formalisierung der TNM-Klassifikation Martin Boeker Department für Medizinische Biometrie und Medizinische Informatik Klinisches Krebsregister und IT, CCC Freiburg Universitätsklinikum Freiburg conhit-satellitenveranstaltung 2016 von GMDS und BVMI

2 Dokument ohne Titel 1. Grundlagen zur TNM-Klassifikation 2. TNM-Ontologie für Kolon- und Rektumtumoren für die Versionen 6 und 7 der TNM Klassifikation 3. Anwendung und Evaluation der TNM-O für Colon- und Rektumtumoren: Klassifikation von Pathologiebefunden Martin Boeker IMBI TNM-O /21

3 Die TNM Klassifikation Geschichte : Entwurf und Entwicklung (Pierre Denoix) 1 st Edition: th Edition: th Edition: th Edition: 2016 Organisation UICC: International Union Against Cancer AJCC: American Joint Committee on Cancer National Committees Pflege/ Weiterentwicklung instituted... process for evaluating proposals to improve the TNM Classification Martin Boeker IMBI TNM-O /21

4 Zielsetzungen der TNM Klassifikation 1. To aid the clinician in the planning treatment 2. To give some indication of prognosis 3. To assist in evaluation of the results of treatment 4. To facilitate the exchange of information between treatment centres 5. To contribute to the continuing investigation of human cancer 6. To support cancer control activities Sobin et al. TNM Classification of Malignant Tumors. 7th Edition. Wiley-Blackwell, Martin Boeker IMBI TNM-O /21

5 Aufbau der TNM Klassifikation T: Anatomische Ausdehnung des Tumors (TX, T0, Tis, T1, T2, T3, T4) N: Vorhandensein und anatomische Ausdehnung regionärer Lymphknotenmetastasen (NX, N0, N1, N2, N3) M: Vorhandensein von Fernmetastasen (M0, M1) Martin Boeker IMBI TNM-O /21

6 Aufbau der TNM Klassifikation T: Anatomische Ausdehnung des Tumors (TX, T0, Tis, T1, T2, T3, T4) N: Vorhandensein und anatomische Ausdehnung regionärer Lymphknotenmetastasen (NX, N0, N1, N2, N3) M: Vorhandensein von Fernmetastasen (M0, M1) Unterteilung von Kategorien ist möglich (e.g. N2a, N2b, N2c) Zusätzliche und optionale Deskriptoren (GX-4, LX-1, VX-2, PnX-1, C1-5, RX-2) Zusätzliche Symbole (m, y, r, a) Martin Boeker IMBI TNM-O /21

7 Kodierung mit der TNM Klassifikation ctnm (pretreatment clinical classification) Auswahl und Evaluation der Therapie ptnm (post surgical histopathologic) Auswahl von adjuvanten Therapie und Prognose Stadieneinteilung (Staging) TNM Klassifikation und Stadieneinteilung für jedes Krankheitsstadium aber insbesondere initial Martin Boeker IMBI TNM-O /21

8 Erkrankungsverlauf und Dokumentation Sx Rx Cx Dx Docu. ICD-10/ ICD-O ctnm ptnm Comm. SF Bx pdx D Tx Tumor Patient Episode of Tumor Disease Martin Boeker IMBI TNM-O /21

9 Zielsetzungen 1. Unterstützung der manuellen Annotation von Tumorbefunden mit Codes der TNM Klassifikation 2. Automatische Annotation von Tumorbefunden mit Codes der TNM Klassifikation 3. Konsistenzprüfung von bestehenden Codes der TNM Klassifikation 4. Unterstützung der menschlichen Interpretation von Codes der TNM Klassifikation 5. Ermöglichung einer maschinelle Interpretation von TNM Codes Martin Boeker IMBI TNM-O /21

10 Prinzipien der TNM-O Repräsentationssprache: OWL BioTopLite 2 als domain top-level Ontologie Foundational Model of Anatomy (FMA) als Referenzontologie für anatomische Strukturen Haupt-TNM-O hub-ontology und Module für jedes Organ und jede Version Performanceverbesserung durch selektive Einbindung benötigter Module Mammatumoren v7 (keine Änderungen zu v6) Kolon- und Rektumtumoren in v6 und v7 Martin Boeker IMBI TNM-O /21

11 Primärtumor Kolon- und Rektumtumoren Muqueuse Sous-muqueuse Musculeuse Tissus péricoliques ou périrectaux Sous-séreuse Séreuse 2 Wittekind et al. TNM Atlas. 5 e Édition. Springer, Martin Boeker IMBI TNM-O /21

12 Primärtumor Kolon- und Rektumtumoren TX Primärtumor nicht beurteilbar T0 Keine Evidenz für Primärtumor Tis Carcinoma in situ: Ausdehnung nur intraepithelial oder Lamina propria T1 Tumor infiltriert Submukosa T2 Tumor infiltriert Lamina muscularis propria T3 Tumor infiltriert Subserosa oder das nicht mit Peritonäum bedeckte perikoloische oder perirektale Gewebe T4 Tumor infiltriert direkt andere Organe oder Strukturen und/ oder durchbricht dabei das Peritonäum T4a Tumor durchbricht das viszerale Peritonäum T4b Tumor infiltriert direkt andere Organe oder Strukturen Sobin et al. TNM Classification of Malignant Tumors. 7th Edition. Wiley-Blackwell, Martin Boeker IMBI TNM-O /21

13 TNM-O: Primärtumor Kolon- und Rektumtumoren PrimaryTumor TumorOfColonOrRectum isincludedin FMA:Colon FMA:Rectum InvasiveTumorOfSubmucosa OfColonOrRectum isincludedin isincludedin FMA:EpitheliumOfLargeIntestine FMA:SubmucosaOfLargeIntestine isbearerof not isincludedin FMA:MuscleLayerOfLargeIntestine FMA:SubserosaOfLargeIntestine FMA:SerosaOfLargeIntestine Confinement projectsonto InvasiveConfinementValueRegion Martin Boeker IMBI TNM-O /21

14 Regionäre Lymphknoten Kolon- und Rektumtumoren 4 Wittekind et al. TNM Atlas. 5 e Édition. Springer, Martin Boeker IMBI TNM-O /21

15 Regionäre Lymphknoten Kolon- und Rektumtumoren NX Regionäre Lymphknoten nicht beurteilter N0 Keine regionären Lymphknotenmetastasen N1 1-3 regionäre Lymphknotenmetastasen N1a 1 regionäre Lymphknotenmetastase N1b 2-3 regionäre Lymphknotenmetastasen N1c Tumorsatellit(en) in der Subserosa oder im nicht mit Peritonäum bedeckten perikoloischen oder perirektalen Gewebe *ohne regionäre Lymphknotenmetastasen N2 4 oder mehr regionäre Lymphknotenmetastasen N2a 4-6 regionäre Lymphknotenmetastasen N2b 7 oder mehr regionäre Lymphknotenmetastasen Sobin et al. TNM Classification of Malignant Tumors. 7th Edition. Wiley-Blackwell, Martin Boeker IMBI TNM-O /21

16 RegIonäre Lymphknoten Kolon- und Rektumtumoren TumorAggregate haspart PrimaryTumor TumorOfColonOrRectumAggregate haspart TumorOfColonOrRectum TumorOfColonOrRectumWith MetastaticRegionalLymphNodes haspart InferiorRectalLymphNode InternalIliacLymphNode isrepresentedby TumorOfColonOrRectumWith 2or3MetastaticRegionalLymphNodes isbearerof RectosigmoidLymphNode etc. only Cardinality haspart Metastasis projectsonto ColonRectumTNM_N1b Cardinality2or3 RepresentationalUnitIn- ColonRectumTNMClassification ispartof ColonRectumTNMClassification ispartof TNMClassification RepresentationalUnit ispartof RepresentationalArtefactPart ispartof RepresentationalArtefact Martin Boeker IMBI TNM-O /21

17 MartinFigure Boeker IMBI 4.10: Graphical User Interface TNM-O of the TNM-O Classifier /21 Manuelle 4.2. TNMO-CLASSIFIER Eingabe von Instanzdaten 58

18 Manuelle Eingabe von Instanzdaten Martin Boeker IMBI TNM-O /21

19 Evalution/ Methoden Zielsetzung: vollständigen und korrekten Klassifikation von strukturierten Daten aus Pathologiebefunden von Kolon- und Rektumtumoren Martin Boeker IMBI TNM-O /21

20 Evalution/ Methoden Zielsetzung: vollständigen und korrekten Klassifikation von strukturierten Daten aus Pathologiebefunden von Kolon- und Rektumtumoren 1. Extraktion strukturierter Daten aus 291 textuellen Pathologiebefunden von Patienten mit Kolontumoren durch Experten (Facharzt Pathologie) 2. Klassifikation der strukturierten Daten mit der TNM Klassifikation (v6 und v7) 3. Repräsentation der strukturierten Daten in RDF (OWL API) und Klassifikation mit der TNM-O für Kolon- and Rektumtumoren (v6 and v7) mit einem Deskriptionslogikclassifier (HermiT) 4. Vergleich von 2. und 3. Martin Boeker IMBI TNM-O /21

21 Ergebnisse Invasion Nr**LN DepositsNr*MT PeritoneuPathologist7TPathologist7NPathologist7MV7T V7N V7M subserosa 0 no 0 no pt3 pn0 M0 pt3 pn0 M0 subserosa 6 no 3 no pt3 pn2a M1a pt3 pn2a M1b muscular5laye 0 no 0 no pt2 pn0 M0 pt2 pn0 M0 muscular5laye 0 no 0 no pt2 pn0 M0 pt2 pn0 M0 subserosa 5 no 0 no pt3 pn2a M0 pt3 pn2a M0 muscular5laye 0 no 0 no pt2 pn0 M0 pt2 pn0 M0 subserosa 2 no 0 no pt3 pn1b M0 pt3 pn1b M0 subserosa 1 no 0 no pt3 pn1a M0 pt3 pn1a M0 subserosa 0 no 0 no pt3 pn0 M0 pt3 pn0 M0 subserosa 0 no 0 no pt3 pn0 M0 pt3 pn0 M0 subserosa 7 no 0 no pt3 pn2b M0 pt3 pn2b M0 subserosa 0 no 0 no pt3 pn1c M0 pt3 pn0 M0 muscular5laye 0 no 0 no pt2 pn0 M0 pt2 pn0 M0 Martin Boeker IMBI TNM-O /21

22 Ergebnisse Klassifikation aller 291 Beobachtungen mit der TNM-O für Kolon- und Rektumtumoren (v6 und v7) Übereinstimmung mit Experten: 285/291 für v7 und 286/291 für v6 Martin Boeker IMBI TNM-O /21

23 Ergebnisse Klassifikation aller 291 Beobachtungen mit der TNM-O für Kolon- und Rektumtumoren (v6 und v7) Übereinstimmung mit Experten: 285/291 für v7 und 286/291 für v6 Gründe für Abweichungen: Fehlerhafte Klassifikation durch Experten Interpretationsschwierigkeiten (Anzahl der Metastasen Anzahl von Organen mit Metastasen) Martin Boeker IMBI TNM-O /21

24 Schlussfolgerungen TNM-O als formale Repräsentation der TNM Klassifikation der UICC Modularer Aufbau entsprechend Organen und Versionen (v6 und v7) Bis jetzt Mammatumoren (ICD-O C50) und Kolon- und Rektumtumoren (ICD-O C18 C20) Verfügbar über Martin Boeker IMBI TNM-O /21

25 Schlussfolgerungen TNM-O als formale Repräsentation der TNM Klassifikation der UICC Modularer Aufbau entsprechend Organen und Versionen (v6 und v7) Bis jetzt Mammatumoren (ICD-O C50) und Kolon- und Rektumtumoren (ICD-O C18 C20) Verfügbar über Repräsentation weiterer (aller) Tumorlokalisationen der TNM Klassifikation Entwicklung einer Schnittstelle zu (Pathologie-) Dokumentationssystemen Klassifikation von weiteren Instanzdaten (Validierung) Martin Boeker IMBI TNM-O /21

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