am Magdeburg 5. SAM-FS/QFS Nutzerkonferenz 25.-27.5.2011 Dr. Harald Hofmann Medizinisches Rechenzentrum Harald.hofmann@med.ovgu.de Dr. Thomas Kalinski Institut für Pathologie Thomas.Kalinski@med.ovgu.de Dr. Ralf Zwönitzer Imassense GmbH 1
Magdeburg Struktur: ca. 1200 Betten Klinikum der Maximalversorgung Fallzahl stationär: ca. 44.000 Fallzahl teilstationär: 3.500 241.000 ambulante Konsultationen 15.000 ambulante Notfälle Jährlich 180 Immatrikulationen Humanmedizin Über 3000 Mitarbeiter Anstalt öffentlichen Rechts/Medizinische Fakultät 2
Konventionelle Befundung in der Pathologie 40x 100x Vollständiges Durchmustern 200x 400x 2. Ggf. Anfertigung weiterer Schnittpräparate Spezialfärbungen Immunhistochemie 3. Vergleich mit Vorbefunden evtl. Anforderung von auswärtigen Schnittpräparaten 3
Konventionelle Befundung in der Pathologie BILDARCHIV häufig dokumentierte Befunde chronische Erkrankungen Tumoren Forschungsfälle kaum dokumentierte Befunde Bagatellen z.b. Tonsillitis, Appendizitis 4
Einschränkungen Histologische Bildserien für primäre Diagnostik nicht geeignet! 5
Ist die digitale Technik wirklich gleichwertig? Lichtmikroskop Objektträgerscanner =? 6
Ist die digitale Technik wirklich gleichwertig? Vergrößerung insgesamt: Original Objektiv-Vergrößerung (x2,5, x5, x10, x20, x40, [x63], [x100]) x Okular-Vergrößerung (x10) = x25, x50, x100, x200, x400, [x630], [x1000] nach Vergrößerung (x400): 2,5 cm 5 cm 10 m 20 m 7
Ist die digitale Technik wirklich gleichwertig? Fokussieren Tischhöhe Mikrometerschraube 8
Ist die digitale Technik wirklich gleichwertig? Digitales Fokussieren virtuelle Präparate mit multiplen Ebenen Beurteilung spezieller Strukturen Präparate mit unregelmäßiger Schichtdicke und Falten 9
Ist die digitale Technik wirklich gleichwertig? Vergleichende Studie: Mikroskop virtuelle Mikroskopie: JPEG2000-Format (Kompression 20:1) Auflösung: 0,23 µm/pixel 1 Fokusebene (2D) 5 Fokusebenen 9 Fokusebenen } virtuelles Fokussieren (3D) 144 Magenbiopsien aus dem Antrum mit/ohne Helicobacter-Gastritis 3 Befunder (Sydney-Klassifikation): Chronizität der Entzündung } Aktivität der Entzündung 4 Grade: Helicobacter-Besiedelung 0, 1, 2, 3 Intestinale Metaplasie [Atrophie] 10
Ergebnisse Helico- bacter- Positivität Vergleich konventionelle/virtuelle 3D Mikroskopie Helicobacter positiv/negativ Bei 9 Fokusebenen können die Ergebnisse in der Kategorie Helicobacter-Positivität bei virtueller 3D Mikroskopie und konventioneller Mikroskopie in bis zu 100% übereinstimmen. 11
Speicherbedarf Objektträgerscanner Physikalisch maximale Auflösungsvermögen des klassichen Lichtmikroskops ist abhängig vom verwendeten Licht auf ca. 200 nm beschränkt (Abbesche Auflösungsgrenze) 18.000 Fälle / Jahr = ~ 100.000 Präparate ~ 4 cm² / Präparat = 86.957 x 86.957 Pixel / Präparat = 7,6 gigapixel / Präparat = 22,7 GB Rohdaten / Präparat 1,13 GB (Kompression 20:1) / Präparat = 113 TB / Jahr 0,5 x 0,5 cm (0,25 cm²) = 21.739 x 21.739 pixel = 0,5 gigapixel = 1,4 GB Rohdaten 71MB (Kompression 20:1) / Präparat = 7,1 TB / Jahr 12
Verlustbehaftete Kompression in der virtuellen (3D) Mikroskopie Wo ist das Limit? Problem: Hoher Speicherbedarf Beispiel: Präparat: 0,5 x 0,5 cm, Auflösung: 230 nm/pixel Rohdatenmenge, unkomprimiert: 2D: 1,4 GB 3D (9-Ebenen): 12,6 GB Kompression erforderlich üblich: ca. 25-30:1 (häufig scannerseitig voreingestellt) Magdeburg-Standard: Scannen im Rohdatenformat, dann 20:1 Kompression in JPEG2000 Beispielpräparat 3D (9-Ebenen): 0,6 GB 13
Verlustbehaftete Kompression in der virtuellen (3D) Mikroskopie Wo ist das Limit? Vergleichende Doppelblind-Studie: konventionelle Mikroskopie virtuelle 3D Mikroskopie (9 Ebenen) JPEG2000: 20:1 - keine erkennbaren Artefakte 40:1 } kaum erkennbare, 50:1 geringe Artefakte 75:1 200:1 - deutliche Artefakte 46 Magenbiopsien aus dem Antrum mit und ohne Helicobacter-Gastritis 3 Befunder (Sydney Klassifikation): Chronizität, Aktivität, H.P., Intest. Metaplasie 14
Ergebnisse Sensitivität/Spezifität/kappa der virtuellen 3D Mikroskopie in der Helicobacter-Diagnostik: In etwa gleiche Werte bis 75:1 Kompression, bei 200:1 Kompression etwas schlechter. 75:1 15
Einsatzmöglichkeiten der virtuellen Pathologie: Präsenzlehre Vorteile gegenüber konventionellen Präparaten: Dozent und Studenten haben jeweils das - gleiche Präparat - in der gleichen Qualität Die Präparate sind auch außerhalb der Kurse im Internet verfügbar ( e- learning) Jeder Student hat einen eigenen Computer, aber nicht ein eigenes Mikroskop! 16
Einsatzmöglichkeiten der virtuellen Pathologie: Lehre Virtuelle Pathologie Magdeburg http://patho.med.uni-magdeburg.de Studentenkurse Prüfungen (moodle) Lehrserien Fortbildung (z.b. Rätzelecke Hannover, Internationale Akademie für Pathologie) öffentliche Präparatesammlung, ohne Zugangsbeschränkung/ Anmeldung, unbegrenzt erweiterbar 17
Einsatzmöglichkeiten der virtuellen Pathologie: Einholung von Zweitmeinungen z.b.: Ad hoc-fälle Zweitmeinung bei einzelnen (anonymisierten) Fällen 18
Digitale Pathologie in der Lehre - Verknüpfung von Wissen klinisch-pathologische Korrelation: Röntgenbilder im Patho-PACS 19
Digitale Pathologie in der Lehre - Virtuelle 3D Präparate Virtuelle 3D Präparate: Hochauflösende Photos von makroskopischen Präparaten in 360 Ansicht 20
Digitale Pathologie in der Lehre - www.pathowiki.org 21
Einsatzmöglichkeiten der virtuellen Pathologie: Routine-Diagnostik Voraussetzungen: Informationssystem (IS) PACS-Integration Digitales Workflowmanagement Wesentliche Vorteile: Vorpräparate ad hoc verfügbar Keine Glasarchive mehr (Volumen; Gewicht) 22
DDiX-XML Nach Bedarf DICOM Pathologieinformationssystem - Übersicht Module und Schnittstellen Modalitäten A Makroskopie Mikroskopie WSI-Scanner Falldokumente Aufruf mit IDs Arbeitsplätze (lokal oder VPN) Lokaler Client oder WEB-Zugriff Client oder WEB Lokaler Client Aufruf mit IDs Externe Applikationen z.b. Laborviewer DDiX-XML IS-P Pathologie IS Diktatsystem je nach Infrastruktur Externe Patientenakte Datenbank (z.b. SQL Server) HTML IS-G interne Akte HL7 & PDF (z.b.: KIS) D-icom PACS Archiv für alle Dokumentklassen Speicher (z.b. EVA) CIFS SMB NTFS etc. DICOM JPEG2000 PDF, etc. DICOM & JPEG2000 Viewer Anzeige DICOM Demilitarisierte Zone im Internet -Biobank (Demographie) - Tumorbank (Register) - Überweiser (Befunde) Institute & Kliniken Hersteller KIS Verteilte Serverarchitektur mit Standardschnittstellen zur Skalierung 23
Digitale Pathologie in Magdeburg Ziel: DICOM-konformes WSI-PACS JPEG2000 als Bildformat für WSI Streaming-fähig über JPIP weniger Artefakte als z.b. JPG, insbesondere bei hoher Kompression integrierbar in DICOM-Standard, mit geringer Modifikation des existierenden Standards (Größenbegrenzung) mittlerweile geschaffene Voraussetzungen DICOM-kompatibler Viewer (JPView) IS-P Integration gleichzeitiger DICOM-unabhängiger Nutzen für Fortbildung und Lehre 24
Aktuelle WSI Ansätze Large Dimensions Supplement 145 Scanner Scanner Verteilung Herstellerabhängig DICOM * CP-896 DCM PACS JPIP / HTML Herstellerabhängig proprietär DICOM PACS Propr. HTML JPEG2000 DCM Neue Tags für große Dimensionen oder verbindungsabhängig (*) DICOM Header & JPEG2000 Bildverteilung aus dem Archiv Herstellerunabhängig Synergien mit anderen Bildarten Bildzerteilung statt große Bilder DICOM Header enthalten Progressionsinformationen Bildverteilung nötig Abhängig von propr. Verteilung Keine Synergien 25
HTML & Dateizugriff Flash Bildverteilung Zerlegung Archiv (Dateisystem) WEB - Browser Anfrage HTTP Überblick Anfrage JPG proprietär Zoom Übertragung der Bildteile erfolgt auf Anfrage (z.b. Zoomify) WEB Server/Browser mit aktivem Teil nötig (z.b. Flash) Datenformat und Protokoll proprietär, hohe Ressourcenlast Nicht in DICOM integrierbar, ungeeignet wegen Serverlast 26
JPIP AJAX HTML SCP Bildverteilung JPEG2000 / JPIP / AJAX Archiv (PACS) DICOM Send JPIP-TS WEB Browser (Javascript) JPIP-URL HTML 40:1 Anfrage 5:1 HTML Anfrage Überblick 1:1 Zoom JPEG 2000 Berechnung der Bildteile auf Anfrage im Server. Zugriff auf JPEG2000 durch JPIP oder direkt. Kein JPIP Client nötig, Parallelbetrieb durch einheitliches Format. Für Intranet und Internet geeignet, jedoch höhere Serverlast 27
Untersuchungszahlen Pathologie seit Umstellung seit Umstellung am 17.5.2010 : Fälle 27.207 Proben 37.820 Blöcke 68.351 Schnitte 104.268 Gespeicherte Dokumente im Bildarchiv seit 17.5.2010 : Dokumente (z.b. auch gescannte Einsendescheine) 72.736 davon Slides 6.488 Größe pro Slide 200-800 MB (Durchschnitt 300MB) 28
SAMFS-Clusterkonfiguration 29
SAM-FS Filesysteme Usage information samu 4.6.49 15:12:29 May 16 2011 hostid: 83e63b49 OS name: SunOS Architecture: sparc CPUs: 4 (4 online) library 10000: capacity 211.5T bytes space 103.5T bytes, usage 51% library 20000: capacity 149.1T bytes space 56.1T bytes, usage 62% library totals: capacity 360.6T bytes space 159.6T bytes, usage 56% filesystem samfs01: capacity 8.8T bytes space 1.2T bytes, usage 87% filesystem samfs02: capacity 2.0T bytes space 305.0G bytes, usage 85% filesystem samfs03: capacity 4.6T bytes space 650.8G bytes, usage 86% filesystem samfs04: capacity 1.8T bytes space 458.5G bytes, usage 75% filesystem samfs05: capacity 2.0T bytes space 487.9G bytes, usage 76% filesystem samfs06: capacity 2.0T bytes space 403.3G bytes, usage 80% filesystem samfs06da: cap. 1000.0G bytes space 260.3G bytes, usage 74% filesystem samfs07: capacity 2.0T bytes space 589.8G bytes, usage 71% filesystem samfs08: capacity 2.0T bytes space 513.6G bytes, usage 74% filesystem samfs08da: capacity 2.0T bytes space 566.7G bytes, usage 72% filesystem samfs09: capacity 12.7T bytes space 4.7T bytes, usage 63% filesystem totals: capacity 40.6T bytes space 10.0T bytes, usage 75% 30
SAM-FS Filesysteme schnelle Festplattenpartitionen für inode s ma 200 m----2----d 85% on 1.953T 302.745G 1M 16 90% 80% mm 201 14% on 0 49.977G 42.764G [89683456 inodes] md 205 85% on 1 1.953T 302.745G ma 810 m----2----d 74% on 1.953T 514.688G 1M 16 80% 70% mm 811 32% on 0 199.977G 135.438G [284034464 inodes] md 815 74% on 1 1.953T 514.688G ma 900 m----2----d 63% on 12.695T 4.712T 1M 16 90% 80% mm 901 19% on 0 49.977G 40.418G [84763520 inodes] md 902 100% on 1 1.953T 0 mm 903 5% on 2 49.977G 47.541G [99700800 inodes] md 904 100% on 3 1.953T 0 mm 905 13% on 4 9.977G 8.640G [18120352 inodes] md 906 85% on 5 3.906T 611.280G mm 907 4% on 6 9.977G 9.536G [19999296 inodes] md 908 16% on 7 4.883T 4.115T 31
Archivübersicht Filesystem Disk Applikation Files Kap. samfs01 8,8 TB Alt-PACS (Medos) 1.200.000 21,6 TB samfs02 2,0 TB Bildviewing (Chiliweb) 2.700.000 9,3 TB samfs03 4,6 TB Zentrales Backup (Dataprotector) samfs04 1,8 TB Xcelera, ViewPoint, IMNB, Images 10.000 15,9 TB 2.400.000 14,0 TB samfs05 2,0 TB Institute 1.000.000 12,9 TB samfs06 2,0 TB Mail- und Filearchiv, klinische Applikationen 6.500.000 4,4 TB samfs06da 1 TB Diskarchiv 16.000 4,5 TB samfs07 2,0 TB Pathologie-Archiv 400.000 5,6 TB samfs08 2,0 TB PACS (Infinitt) 89.000.000 20,0 TB samfs08da 2,0 TB Diskarchiv 102.000 42,6 TB samfs09 7,8 TB Patientenakte (SHA-Archiv) 8.000.000 9,5 TB Gesamt 36 TB 111.328.000 160,3 TB 32