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Digitale Pathologie : DICOM kompatibler Systementwurf und Pilotinstallation

Autor :Ralf Zwönitzer
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Informatik
Datum :18.05.2009
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00006957
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Der moderne Klinikalltag ist ohne Informations- und Archivsysteme nicht mehr denkbar. Die Pathologie stellt die höchsten Anforderungen an diese Systeme, da sie den kompliziertesten Arbeitsablauf hat und durch die Digitalisierung mikroskopischer Objektträger für die virtuelle Mikroskopie enorme Datenmengen entstehen können.
Öffentliche Standards wie DICOM und HL7 definieren Modelle und Formate für den Datenaustausch der Radiologie und anderer Fachgebiete, die Pathologie aber wird bisher nur unzureichend in den DICOM Standard integriert. Dies jedoch ist eine Bedingung für ihre Integration in die Infrastruktur der Klinik.
Die digitale Pathologie ermöglicht neue Funktionalitäten. Die Unabhängigkeit vom physikalischen Zugriff auf den Objektträger sowie die zeitgleiche Darstellung von Objektträgern für mehrere Betrachter und der Zugriff über größere Entfernung waren bisher nicht möglich. Ein vollständiger Ersatz der Objektträger stellt jedoch derartige Anforderungen an den Umfang und die Leistungsfähigkeit der einzusetzenden Informationstechnologie, dass dies erst zukünftig möglich sein wird.
Die Digitale Pathologie erfordert die Erzeugung, die Verteilung und das Archivieren sehr großer Bilder (WSI, Whole Slide Imaging) sowie die digitale Abwicklung des pathologischen Arbeitsprozesses (Workflow) in Form eines verteilten Systems mit Komponenten und Schnittstellen. Diese werden beschrieben.
Das Whole Slide Imaging (WSI) ist die Erfassung, Verteilung und Archivierung von gescannten mikroskopischen Objektträgern, also von sehr großen Bildern, unter Umständen auch in verschiedenen Varianten. Es entstehen unkomprimierte Bildgrößen von 2 bis 40GB pro Bild, maximal sind aber auch Bildgrößen im Terrabyte-Bereich denkbar. Neben den theoretischen Anforderungen an den Informationsfluss zwischen den Systemkomponenten existieren praktische Anforderungen an die Verarbeitung der mikroskopischen Bilddaten. Die Bildverteilung muss den befundenden Ärzten die Bilddaten in hinreichender Qualität, Quantität und Geschwindigkeit zur Verfügung stellen. Hierzu werden Mechanismen zu deren Verteilung und Verwaltung implementiert.
Die Forderung nach verlustbehafteter Kompression der Bilddaten ist aufgrund des Datenumfangs unbestritten. Die Anforderungen an das verwendete Kompressionsverfahren und an die Verteilung der Bilddaten hängen voneinander ab. Ausschlaggebende ist neben der Leistungsfähigkeit der Dekompression auch die Effizienz des Komprimierens um eine zeitnahe Verfügbarkeit der Bilder zu gewährleisten. Es ergibt sich somit JPEG2000 als das beste Kompressionsverfahren für die Pathologie, da es einerseits Bildkompression und Bildverteilung definiert als auch in den DICOM Standard integriert ist. JPEG2000 bietet eine Vielzahl von Parametrisierungen, die im Hinblick auf ihre Effizienz untersucht werden.
Von der Realisierung der Pilotinstallation waren vier Teilprojekte betroffen: Informationssystem der Pathologie (IS-P), Pathologie Archiv für Standarddokumente und digitale Objektträger, Streamingbasierte Bildverteilung und Präsentation und die Modalitäten der Makroskopie und der Mikroskopie
Das Ziel der Pilotinstallation war die Skalierung und Evaluierung von JPEG 2000 als Framework zur Bildverteilung und die Durchführung von Untersuchungen zur praktischen Anwendbarkeit.
Die maximal akzeptable Kompressionsrate ist von zentraler Bedeutung für die Diagnostik. Wesentlich ist hierbei die Frage, welche Bildqualität dem Betrachter noch zur fehlerfreien Entscheidungsfindung ausreicht und ab welchem Informationsverlust die fehlerfeie Bewertung nicht mehr möglich ist. Zur Beantwortung der Frage wurde in einer Vorstudie ein Biopsiepräparat mit unterschiedlichen Kompressionsraten komprimiert und einem Pathologen zur anonymen Beurteilung vorgelegt. Die subjektive Beurteilung ergab eine Korrelation mit dem PSNR von 30 sowie die Notwendigkeit zu weitergehenden klinischen Studien.
Die präsentierten Entwürfe wurden anhand der Integration in die Infrastruktur des Universitätsklinikums Magdeburg getestet. Hauptaugenmerk lag auf der Verarbeitung der pathologischen Bilddaten mittels DICOM. Hierzu waren die Definition eines Informationsmodelles und einige Änderungen im DICOM Standard nötig.
Im Vergleich mit den Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen ergab sich die generelle Eignung der virtuellen Mikroskopie für Forschung und Lehre sowie die Forderung nach Fokussierung von Schärfeebenen in der virtuellen Mikroskopie. Das Archivieren von Zusatzwissen kann innerhalb des DICOM Standards durch Structured Reports erfolgen. Eine vollständige Integration von JPEG2000 und DICOM in die digitale Pathologie wurde bisher noch nicht veröffentlicht.
Die Digitale Pathologie wird neue Möglichkeiten eröffnen. Eine breite Akzeptanz kann jedoch nur durch die Anwendung internationaler Standards realisiert werden. Der DICOM Standard enthält nicht per se die notwendigen Definitionen bzw. bietet funktionale und definitionsbedingte Einschränkungen, die korrigiert werden müssen.
Schlagwörter :Digitale Pathologie, Virtuelle Mikroskopie, DICOM, JPEG 2000, Streaming
Rechte :Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :113 S.
 
Erstellt am :23.06.2009 - 07:18:41
Letzte Änderung :22.04.2010 - 09:07:13
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00006957
Statische URL :http://edoc.bibliothek.uni-halle.de/servlets/DocumentServlet?id=6957