IVEU. IT-based registration and evaluation of examination parameters in radiology and nuclear medicine. M. Walz B. Madsack, M. Kolodziej, J.

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1 IVEU IT-based registration and evaluation of examination parameters in radiology and nuclear medicine IT-gestütztes Verfahren zur Erfassung von radiologischen und nuklearmedizinischen Untersuchungsparametern M. Walz B. Madsack, M. Kolodziej, J. Hermen Ärztliche Stelle für Qualitätssicherung (authority for quality assurance) in der Radiologie, Nuklearmedizin und Strahlentherapie Hessen and partner TÜV SÜD Life Service GmbH Gefördert vom BMU und fachlich / administrativ betreut vom BfS (Projekt 3611S40008)

2 Are you interested in? Radiation Dose - Is the dose of x-ray applications in your institution consistent with specified standards or levels? Entries in tags - Which entries are found in the tags and are they correct and wished? (institution name, kv, filter, compression, ) Settings of equipments - What settings are used at different equipments? Datetime of measurements - When was the last calibration performed? When was the software version changed? Process time registration - What time differences (e. g. concerning process steps) are registered in tags or when are the equipments used? TÜV SÜD Life Service GmbH 2

3 IVEU Project Funded / surveyed by Federal Environment Ministry / German Federal Office for radiation protection (BfS) Project duration: Contractor: Ärztliche Stelle Hessen, TÜV SÜD Life Service GmbH Subcontractor: Centre de Recherche Public Henri Tudor, Luxemburg (Hermen) Technische Hochschule Mittelhessen, Gießen (Fiebich) Klinikum Braunschweig (Borowski) Universitätsmedizin Mannheim, Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin (Weisser) (Klinikum Nürnberg, Institut für Medizinische Physik, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie (Wucherer, Simmler, Loose)) TÜV SÜD Life Service GmbH 3

4 IVEU partners QA Authorities des Landes Brandenburg Niedersachsen / Bremen Nordrhein Westfalen Lippe Referenzzentrum Mammographie Münster Radiological Institutions Medizinische Hochschule Hannover Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg Universität Mainz Universitätsklinikum Freiburg Gemeinschaftspraxis im Kapuzinerkarree, Aachen IT Partners and medical networks OFFIS- Institut für Informatik, Oldenburg Universitätsklinikum Heidelberg, Zentrum Informations- und Medizintechnik Gesundheitsnetz Rhein Neckar Dreieck TÜV SÜD Life Service GmbH 4

5 IVEU - Aims AP3 AP1 Survey of authorities for QA Cross-sectional study Plausibility tests and data transfer to BfS AP2 Usage in authorities of QA AP2 Software for data registration ( tags ) Software for evaluation of examination parameters (DFP, kv, ) AP2 Evaluation in authorities of QA Usage at medical institutions Data exchange between authorities and med. institutions Evaluation in medical institutions TÜV SÜD Life Service GmbH 5 BfS = Federal Office for radiation protection

6 IVEU Principles Software - aligned to user and BfS requirements, standards, simple realization - Modules can be extended, changed or replaced. Installation and usage - as simple as possible, usable by elementary users - free for German QA authorities and medical institutions (+ in Switzerland) Defined terminology - Meta Catalog for exam type: based on existing catalogs and terms - for comparison with DRL, quality control and consulting, (multi center) studies, TÜV SÜD Life Service GmbH 6

7 Software basics - JAVA 1.6 (+ Swing toolkit) - Eclipse (programming environment) - PostgreSQL (central database) -? HSQL (possible stand-alone version) - Apache POI / JACOB (for MS-Excel) - Hibernate Object / Relational Mapping (JAVA / DB) - TUDOR Toolkit - QuoMod Software components TÜV SÜD Life Service GmbH 7

8 Central part of IVEU Importer IVEU Database Templates Viewer PACS CSV- Export TÜV SÜD Life Service GmbH

9 Central part of IVEU Importer IVEU Database Templates Viewer TÜV SÜD Life Service GmbH

10 Central part of IVEU TÜV SÜD Life Service GmbH

11 Central part of IVEU TÜV SÜD Life Service GmbH

12 IVEU: Flow of Data CD / DVD File System (ext. / int.) Store Query IVEU Data Transfer DOSE SR Pat ID Importer Image Header Pat ID Dose Reports Database of imaging equipment / resp. pers. IS of authority / Modul Exchange Header manipulation Automatic data mapping Data extraction TÜV SÜD Life Service GmbH 12

13 Main IVEU components and data flow Data Input Infor. System Exam book Classification DB: Equipm. + Resp. Pers. tags IVEU Core Templates images Importer images PACS TÜV SÜD Life Service GmbH 13

14 IVEU: Flow of Data Header tags Extracted information (e. g. scan length) IVEU Catalog of defined examination terms Thesaurus of used terms in tags Exam book information Ruling System Modality CT can be: - CT - XA - CBCT / DVT - Classification Modality? Examination type? Data for dosis estimation? IVEU Database / Templates Radiation prod. device Technical options Reconstruction method Examination area Examination technique Spatial orientation Dosis relevant data Combined examinations TÜV SÜD Life Service GmbH 14

15 IVEU: Catalog of examination types => based on - German DRL terms - Study on used terms in tags - - SNOMED - Playbook / Radlex -Typical expressions in German CT IVEU = = SNOMED CT Untersuchungsbereich (übliche Bezeichnungen) Body Part Examined alt [CS:0018,0015] Body Part examined neu[cs:0018,0015] Anatomic Sequences Code Meaning (0008,0104) Hirnschädel SKULL SKULL Skull Gesichtsschädel SKULL MAXILLA/JAW/ORBIT Maxilla / Jaw region / Orbital structure Felsenbein SKULL SKULL Mastoid bone NNH SKULL SKULL Maxilla Dental SKULL SKULL Jaw Region Hals NECK NECK Neck Kopf und Hals SKULL/NECK HEADNECK Head and Neck HWS CSPINE CSPINE Cervical spine Carotis Angio k.a. CAROTID Carotid Artery Hals und Thorax NECK / CHEST NECKCHEST Neck and Chest Hals,Thorax und Abdomen NECK / CHEST/ABDOMEN NECKCHESTABDOMEN Neck, Chest and Abdomen Hals,Thorax, Abdomen und Becken NECK / CHEST/ABDOMEN/PELVIS NECKCHESTABDPELV Neck, Chest, Abdomen and Pelvis BWS TSPINE TSPINE Thoracic spine LWS LSPINE LSPINE Lumbar spine Osteo-CT LSPINE LSPINE Lumbar spine Sacrum SSPINE SSPINE Sacrum PRT LSPINE/SSPINE LSSPINE Lumbo-sacral spine Becken PELVIS PELVIS Pelvis Hüfte HIP HIP Hip joint Knie KNEE KNEE Knee Latest version => consists of - Examination area - Examination technique - Simple syntax (e.g. added areas) TÜV SÜD Life Service GmbH 15

16 DRL Switzerland DRL CT Switzerland IVEU examination area IVEU examination technique IVEU evaluation Schädel / Hirn (inkl. Gefässe) Kopf x Gesichtsschädel, Sinus Gesichtsschädel, NNH x Schädelbasis, Felsenbeine Felsenbein x Hals, HWS (Weichteil, ossär) Hals, HWS x Hals (Gefässe) Hals, Carotis Angiografie x Schulter (Weichteil, ossär) Schulter x Thorax (Gewebe, ossär, HR) Thorax x Thorax (Gefässe) Thorax Angiografie x Thorax + Oberbauch Thorax/Oberbauch x Abdomen (Oberbauch) Oberbauch, Leber, Pankreas x Abdomen (Oberbauch, Gefässe) Oberbauch, Leber, Pankreas Angiografie x Abdomen / Becken Abdomen/Becken x Abdomen / Becken (Gefässe) Abdomen/Becken Angiografie x Becken (ossär) Becken x Becken (Gefässe) Becken Angiografie x Thorax / Abdomen / Becken Thorax/Abdomen/Becken x Lendenwirbelsäule LWS x Untere Extremität (Gefässe) Untere Extremität Angiografie x Herz (Angio-CT) Herz Angiografie x Herz (Kardio-CT) Herz Calcium Scoring x TÜV SÜD Life Service GmbH 16

17 Main IVEU components and data flow Data Input Infor. System Exam book Classification Rapid Miner DB: Equipm. + Resp. Pers. tags IVEU Core Templates images Importer images PACS TÜV SÜD Life Service GmbH 17

18 Rapid Miner Data Mining Tool Open Source Software (AGPL) in JAVA Graphical interface with > 500 operators Wikipedia: RapidMiner, zuvor YALE (Yet Another Learning Environment) genannt, ist eine Umgebung für maschinelles Lernen und Data-Mining. Experimente können aus einer großen Zahl von nahezu beliebig schachtelbaren Operatoren erzeugt werden. Der Experimentaufbau wird durch XML beschrieben und mittels einer graphischen Benutzeroberfläche entwickelt. RapidMiner deckt sowohl Forschungs- als auch industrielle und wirtschaftliche Anwendungen ab. YALE wurde seit 2001 vom Lehrstuhl für künstliche Intelligenz der Technischen Universität Dortmund entwickelt. Seit 2004 wird YALE bei SourceForge gehostet. Im Mai 2007 wurde YALE in RapidMiner umbenannt; im Juli 2007 erschien die Version 4.0 und im November 2008 die Version 4.3. RapidMiner ist als Open-Source-Software unter der AGPL erhältlich, oder als proprietäre Version. RapidMiner beinhaltet mehr als 500 Operatoren für alle Aufgaben der Wissensentdeckung in Datenbanken, d.h. Operatoren für Ein- und Ausgabe, Datenvorverarbeitung, maschinelles Lernen, Data-Mining, Text Mining, Web Mining, automatische Stimmungsanalyse aus Internet-Diskussionsforen (Sentiment Analysis, Opinion Mining), Zeitreihenanalyse und Prognose. Zusätzlich stehen mehr als 20 Verfahren bereit, auch hoch-dimensionale Daten und Modelle zu visualisieren. RapidMiner wurde in Java geschrieben und kann daher auf allen gängigen Betriebssystemen verwendet werden. Alle Lernverfahren und Attributeevaluatoren von WEKA wurden ebenfalls integriert. TÜV SÜD Life Service GmbH 18

19 Main IVEU components and data flow Data In/Out Input Infor. System Exam book Classification Rapid Miner DB: Equipm. + Resp. Pers. tags IVEU Core Templates Viewer images Importer images Dose SR Dose Report Speech recogn. PACS MS Excel TÜV SÜD Life Service GmbH 19

20 Examples for CTDI evaluation Data from CTDI tag in Header mgy Average Min / Max German DRL (not shown correctly in pdf) 0 0 Sample: 1 CT 1 month TÜV SÜD Life Service GmbH

21 Examples for CTDI evaluation Benchmarking 150% 140% 130% 120% 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 150% 140% 130% 120% 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Average Min / Max %: relating to self defined levels of - DRL - institution limits - QA authorities TÜV SÜD Life Service GmbH

22 ma values from tags Curve: constructed by IVEU / Rapid Miner TÜV SÜD Life Service GmbH

23 Examples for angio evaluation Radiation dose per serie dgycm² Additional information: colour-coded Intensifier size Sample: 442 series 56 studies TÜV SÜD Life Service GmbH Examination type

24 Example for process evaluation (Angio) Registration in RIS Period between study time and acquisition (series) time Further evaluation: TÜV SÜD Life Service GmbH - Usage of PTA protocols during angio - Distribution of age for examination type - Number and relative time of series - Exams or series per day

25 Simple, but relevant reports Mammography kv and compression too low Characteristics of regulation TÜV SÜD Life Service GmbH

26 AGD and detailed evaluation Beispiel 421 Hologic Selenia 1 Organ Dose dgy TÜV SÜD Life Service GmbH

27 IVEU evolution for Switzerland? Software: Server version Evaluation: extended oder specialized adaptation New Modul: Technical quality assurance documentation 1. Registration of technical data for quality assurance 2. Definition of structure / syntax for transfer of QA data 3. Automatic evaluation of registered data 4. Automatic evaluation of QA images? TÜV SÜD Life Service GmbH 27

28 Information + Software in Internet TÜV SÜD Life Service GmbH 28

29 TÜV SÜD Life Service GmbH 29