Informationen

IVEU

Etablierung eines IT-gestützten Verfahrens zur Erfassung von Untersuchungsparametern durch die Ärztlichen Stellen und deren Übermittlung an das BfS und Auswertung der erhobenen Daten im Rahmen einer Querschnittsstudie

Zusammenfassung

Mit Hilfe der IVEU – Software können Meta – Daten zu radiologischen und nuklearmedizinischen Anwendungen erfasst und ausgewertet werden. IVEU analysiert und präsentiert Daten hauptsächlich aus den DICOM Tags (DICOM Header Feldern), nutzt aber auch Dose SR (Radiation Dose Structured Reports, RDSR), Dose Reports in DICOM Bildern (per OCR) und bereitgestellte Informationen aus anderen Systemen oder Dateien, z. B. Patientendosistabellen oder Berichtsergebnisse von Ärztlichen Stellen.

In der ersten Projektphase (ab Mai 2012) wurden die Voraussetzungen und Anforderungen in Ärztlichen Stellen sowie Umfang und Art der in DICOM Headern unterschiedlicher Institutionen und Geräte abgebildeten Informationen untersucht. Anhand des daraus erstellten Leistungskatalogs und des Projektplans wurde in Phase 2 die Software mit verschiedenen Modulen erstellt und überlappend mit Phase 3 getestet sowie Daten für die Querschnittsstudie in Hessen gesammelt und ausgewertet. Den Kern von IVEU bildet eine PostgreSQL – Datenbank, in die über konfigurierbare Templates strahlenanwendungsrelevante Daten integriert werden. Das Importmodul kann DICOM – Bilder als Dateien von verschiedenen Medien, als DICOM – Protokoll oder per Query und Retrieve übernehmen. Dabei können die Bilder, ggf. mit für die Verwaltung in Ärztlichen Stellen wichtigen Anpassungen, an ein PACS weitergeleitet werden. Auch werden Informationen mit anderen Systemen abgeglichen, z. B. um den Einlesevorgang zu automatisieren oder zu verifizieren. Auf Wunsch können Geräte- und Personendaten röntgenverordnungskonform verwaltet und synchronisiert werden. Das Austausch – und Präsentationsmodul bietet darüberhinaus eine Workflow – Unterstützung und eine interaktive Nutzerschnittstelle per Excel – Tabellen.

Die in DICOM Objekten bereitgestellten Informationen sind, abhängig von Hersteller, Gerät, Modell und Software(version), bzgl. Umfang und Art sehr unterschiedlich. Der Erfüllungsgrad bzgl. der Anforderungen der DIN 6862-2 (Identifizierung und Kennzeichnung von Bildaufzeichnungen in der medizinischen Diagnostik – Teil 2: Weitergabe von Röntgenaufnahmen und zugehörigen Aufzeichnungen …) nimmt bei modernen Geräten deutlich zu. Weiterhin werden relevante Informationen inzwischen häufiger per RDSR bereitgestellt.

Eine Herausforderung stellen die nicht standardisierten, von den Strahlenanwendern gewählten Begriffe, insb. für Untersuchungsarten oder –protokolle, dar. Weltweit wird dadurch die Anwendung von Dosismanagementsystemen und Registern, z. B. das Dose Index Registry des ACR, erschwert. In den meisten Fällen werden aufwändig und kostenintensiv Übersetzungstabellen zwischen den institutionen- oder geräteabhängigen Begriffen und einem (ggf. zentralen) erstellten Katalog, z. B. des Playbook von Radlex in USA, von Anwendern und / oder Firmenmitarbeitern aufgebaut (Matching). Ein anderer ähnlich aufwändiger Lösungsansatz erfordert das Speichern der zentral definierten Begriffe in speziellen DICOM Feldern oder als Zusatztext. Im IVEU - Projekt zeigte sich weiterhin, dass in DICOM festgelegte Begriffe und Strukturen manchmal nicht oder modifiziert oder falsch angewandt werden, z. B. bei Angabe der Körperregionen oder der Modalität. Die Datenerfassung und –auswertung in Ärztlichen Stellen ist auch dem Themenkomplex „Big Data“ zuzuordnen, weniger wegen der großen Datenmengen, die typischerweise nicht an die von radiologischen Krankenhausabteilungen mit vielen Terabyte pro Jahr heranreichen. Bei Ärztlichen Stellen liegt die Besonderheit vielmehr in der Vielzahl der Institutionen und Geräten, von denen die DICOM – Informationen stammen, und die deshalb, wahrscheinlich weltweit einmalig, die repräsentative Abbildung fast aller Röntgenanwendungen eines Landes ermöglichen.

Durch die Verwendung eines regelbasierten Klassifikationsmoduls erlaubt IVEU die sofortige Anwendung, ohne dass die oben erwähnten aufwändigen Anpassungen der Begriffe für jede Institution und Gerät erforderlich wären. Die Trefferquote für eine korrekte Einordnung von Untersuchungsarten liegt am Projektende, je nach Art und Qualität der DICOM Header – Füllung, zwischen 90 % und 100 % (durchschnittlich bei ca. 95 %), von wenigen Ausnahmen abgesehen. Für statistische Auswertungen stellt dies eine sehr gute und deutlich bessere sowie aufwandsreduzierte Basis als durch bisherige Verfahren dar. Ebenso sind die Erfahrungen des IVEU - Einsatzes in den Überprüfungen der Ärztlichen Stellen sehr positiv (bzgl. Anwendbarkeit, Qualität, Zusatzinformationen und Aufwandseinsparungen). Auch Testanwendungen in radiologischen Institutionen haben diese Vorteile gezeigt, in unterschiedlicher Art und Weise, je nach Ausgangssituation, z. B. abhängig von dem vorhandenen PACS. Für kleinere Praxen oder Abteilungen ist die vorliegende Software für die meistens gewünschten Anwendungen bereits geeignet; hier wären in erster Linie Vereinfachungen sinnvoll. Für größere radiologische Institutionen wären spezifische Anpassungen (Serverfunktionen) bzw. Weiterent­wicklungen (z. B. weitere Auswertungen und Benachrichtigungen) wünschenswert.

Für eine Weiterverwendung der erhobenen Daten sowie vergleichende Studien sind standardisierte Begriffskataloge, insb. zu den Untersuchungsarten, aber auch in angrenzenden Bereichen (z. B. zu untersuchungstechnischen Aspekten), notwendig. Zu diesen Begriffen müssen die beschreibenden Kriterien definiert werden, um eine möglichst sichere Einordnung zu ermöglichen und unterschiedliche Interpretationen zu vermeiden. Im IVEU – Projekt wurde für die CT ein Katalog von Untersuchungsarten inkl. untersuchungstechnischer Aspekte erstellt, der auf den in 2013 / 2014 vorliegenden wesentlichen Quellen beruht, insb.: DRW – Einteilungen (in verschiedenen Ländern), DICOM und SNOMED, Radlex und Playbook, radiologischer Literatur sowie in DICOM Headern gefundenen Begriffen aus der Pilotstudie und den IVEU – Tests. Durch diesen Katalog konnte gleichzeitig eine Meta – Struktur zur Verbindung dieser Quellen erzeugt werden.

Für die Projektionsradiographie und insb. in der Durchleuchtung / Angiographie konnten keine ausreichend standardisierten und umfassenden Quellen gefunden werden, so dass die für IVEU erstellten Kataloge einen geringeren Ausarbeitungsgrad aufweisen. In der Mammographie existieren nur wenige Untersuchungsarten, so dass, abgesehen von der aufkommenden Tomosynthese, die Struktur klar vorgegeben erscheint. Für weitere Bilddaten, die bei Ärztlichen Stellen eingehen können, wie Abnahme- und Konstanzprüfungen oder MRTs und Sonographien, wurde jeweils eine übergeordnete Struktur vorbereitet. Einen weiteren wichtigen Aspekt für Dosisregister und andere zentrale strahlenanwendungs­bezogene Auswerte- bzw. Managementsysteme wird der Austausch der Daten mit den Datenerfassungssystemen darstellen. Dabei wäre für Deutschland z. B. ein dreistufiges Modell denkbar: In den strahlenanwendenden Institutionen werden Daten (über unterschiedliche Systeme) erfasst und je nach Bedarf und Möglichkeiten ausgewertet. In Ärztlichen Stellen werden übertragene Untersuchungsdatensätze oder aggregierte Informationen aus den strahlenanwendenden Institutionen bei den Überprüfungen herangezogen oder die Daten aus zugesandten DICOM Objekten ausgelesen und verarbeitet. Den Strahlenanwendern werden wiederum Ergebnisse der Überprüfungen und Auswertungen bereitgestellt. Zentrale Register (z. B. bei einer benannten Institution in Deutschland oder Europa) erhalten Daten von Strahlenanwendern und / oder Ärztlichen Stellen, werten diese aus und geben ebenfalls Rückmeldungen. Denkbar wäre auch eine Verbindung zu dem vorgesehenen Meldesystem strahlenschutzrelevanter Ereignisse.

Ein für diese Szenarien und Anforderungen geeignetes Austauschformat geht über die in IVEU etablierte Lösung hinaus und erfordert beispielsweise Strukturen für: eine gegliederte Ordnung (z. B. Container, Module), Einzeldaten und aggregierte Daten, obligate und optionale Bestandteile, Grafiken und andere nicht textuelle Auswertungen, inkludierte Meta-Informationen mit Charakterisierung der übermittelten Daten (wie bei XML oder DICOM SR), Einbindung bereits existierender Austauschformate und Erweiterungsfähigkeit. Eine wesentliche Erleichterung kann auch die Anwendung der oben erwähnten Kataloge darstellen, ggf. auch erst als regel- oder expertensystembasierte Zusammenführung im Register. Das im IVEU - Projekt erstellte Software-Paket, zuletzt in der Version 1.0, wurde dem BfS, den Ärztlichen Stellen und den Projektpartnern sowie ausgewählten Strahlenwendern zur Verfügung gestellt und in Workshops der ÄSH und anderen Treffen anwendungsorientiert präsentiert und installiert. Weiterhin liegen Bedienungsanleitungen und Dokumentationen vor (s. a. elektronische Anhänge zum Abschlussbericht). Die Voraussetzungen für eine Verbreitung und allgemeine Anwendung der Software sind gegeben; die notwendigen Dateien und Unterlagen können über einen Server, derzeit in einem zugriffsgesicherten Bereich, heruntergeladen werden.

Nachdem Ende Mai 2015 die in 2014 erbetene, schriftliche juristische Stellungnahme des BfS zur zukünftigen Nutzung von IVEU eingetroffen ist, können jetzt (nach Abschluss des Projektes und seiner Förderung) die Überlegungen und Planungen zur weiteren Nutzung, Weiterentwicklung und Pflege der Software, auch außerhalb der Projektgruppe, insb. für die Röntgenanwender in Deutschland, ggf. auch weiteren Interessenten, angestellt werden. Im Rahmen eines Treffens von Projektpartnern beim DICOM – Anwendertreffen im Juni 2015 wurden hierfür Planungen ausgearbeitet. Neben den kontinuierlichen Auswertungen in den Überprüfungen der Ärztlichen Stellen sowie den Testauswertungen zu Strahlenanwendungen in Krankenhäusern oder Praxen lagen weitere Schwerpunkte zu Datenerfassung, -auswertung und –weitergabe in der Querschnittsstudie für Hessen sowie in der typischerweise jährlichen Datenübertragung an das BfS. Während den Überprüfungen einer Ärztlichen Stelle können Zusatzwissen und –informationen bei der Interpretation der Daten und Auswertungen genutzt werden, um beispielsweise fehlerhafte DICOM – Einträge (wie bzgl. der Dosiseinheit) zu erkennen. Im Laufe des Projektes wurden die Mechanismen für eine geeignete Einordnung der Untersuchungsarten und zur Erkennung auffälliger Daten weiterentwickelt. Auch wurde die Möglichkeit einer interaktiven Korrektur (Datenergänzung) durch Prüfer der Ärztlichen Stelle sowie des Abgleichs mit Daten aus einem Röntgentagebuch geschaffen. Dies könnte zukünftig, allerdings mit entsprechendem Mehraufwand, für die in IVEU bereitgestellte Datenextraktion für das BfS genutzt werden. Es wurden auch beispielhafte komplexere Algorithmen entworfen, mit denen die Plausibilität der Daten überprüft (z. B. durch Abgleich von DFP und Dosisindikator), Validitätseinschätzungen erstellt und ggf. auch automatische Änderungen oder Ergänzungen der Daten (im Rahmen einer Weiterentwicklung der Software) erfolgen können.

Auswertungen lassen insb. über Rapid Miner, ein als Open Source verfügbares Data Mining Tool, mit in IVEU bereitgestellten Auswerteprozessen, direkt über Filterungen und Sortierungen in der Datenbank oder nach einem Datenexport in andere Programme erstellen. Die in 2013 bis 2015 eingelesenen Datensätze (ca. 50.000) wurden in der Querschnittsstudie ausgewertet. Diese darf nur als eingeschränkt repräsentativ gewertet werden, da Institutionen und Untersuchungen nicht alleine zufallsbasiert ausgewählt wurden. Dafür zeigt sie sehr gut die Funktionsfähigkeit der Auswertungen, die Übereinstimmung mit den bekannten Informationen, das Potential für die Zukunft, insb. bei zentralen Registern, und liefert auch bereits jetzt viele deskriptive Aussagen zu Röntgenanwendungen in Hessen und Deutschland. Insb. für Röntgenanwender können darüberhinaus die prozessbezogenen Auswertungen, die Vermeidung von Mehrfachdokumentationen durch zusammenfassende Darstellungen aus den DICOM Header – Informationen, z. B. in Form eines Röntgentagebuchs, oder regelmäßige Qualitätsmanagement - Reports nützlich sein.

Abstract

The IVEU software can collect, analyze and present meta data from examinations in radiology and nuclear medicine. IVEU primarily uses data from DICOM tags (DICOM header fields), but also from Dose SR (Radiation Dose Structured Reports, RDSR) and Dose Reports in DICOM images (by OCR) as well as information from other systems or files, e. g. patient dose tables or reports of medical authorities. The IVEU software is available from a server (at the end of the project as version 1.0) together with manuals and documentation. Based on the project plan and an actual letter of the BfS the software can be used by German medical radiation users without costs.

In the first part of project (starting in May 2012) the conditions and requirements in medical authorities and the extent and nature of the information shown in DICOM tags of different equipments and radiological institutions were examined. Based on the resulting project plan, the software has been created with different modules and tested in part 2. In part 3 (until Feb. 2015) data for the cross-sectional study of radiological examinations in Hessen has been collected and analyzed.

The heart of IVEU is formed by a PostgreSQL - database in which relevant data is integrated through configurable templates. The module can import DICOM images by DICOM protocol or via DICOM Query and Retrieve or as files from various media. Hereby information can be synchronised with other systems (to automate or verify the reading process) and the images can be forwarded to a PACS (if necessary, with adjustments for image managing of medical authorities). An administration tool for radiological devices and personal (compliant to the structure of RöV) is included. The exchange and presentation module provides workflow - support and an interactive user interface via Excel - tables.

The information provided in DICOM objects by manufacturers, equipment and software (versions) is very different. A challenge for evaluation systems are the individual, non-standardized terms, chosen by the x-rays users (or companies), especially for exam types or protocols. Thus, the usage of dose management systems and registers (as the Dose Index Registry of ACR) become difficult. In most cases, complex and costly translation tables between the institutional or device-dependent concepts and a evaluation - suitable catalog, e.g. the PlayBook from Radlex in USA, must be built by users and / or company employees.

The data acquisition and analysis in medical authorities are part of the topic of „Big Data“, less because of the large amount of data, which typically does not come close to that of radiological departments with many terabytes per year. The peculiarity lies rather in the wide variety of institutions and equipments, of which the DICOM information is derived, and therefore, probably unique in the world, allows a representative analysis and presentation of all X-ray applications of a country.

By using a rule-based classification module IVEU allows immediate use, without complex manual adjustments of terms for each institution. The rate for a correct classification of types of examinations lies, depending on the type and quality of the DICOM tags - filling, between 90% and 100%. For statistical analysis, this is a very good and significantly better and costs reduced basis than by previous methods. The application of IVEU in the inspections of the medical authorities as well as test applications in radiological institutions have shown very positive results (regarding applicability, quality, added information and expense). For smaller medical practices or radiological departments, the software is already suited concerning the most desired features, for bigger radiological institutions specific adaptations and further developments would be desirable.

For further studies, e. g. between countries, standardized catalogs concerning the types of examinations, but also in adjacent areas (e. g. to technical aspects), are necessary. Criteria must be defined to enable a reliable classification and to avoid different interpretations of these terms. In the IVEU project a catalog of CT exam types has been created, based on DRW classification (in different countries), DICOM and SNOMED terms, ​​Radlex and PlayBook , radiological literature and terms found in DICOM tags of the pilot study and IVEU tests. By the same time this catalog and a related thesaurus can be used as meta structure between these sources.

For projection radiography and in fluoroscopy / angiography no sufficiently standardized and comprehensive sources could be found, so the catalogs created for IVEU have a lower degree of elaboration. In mammography only a few types of examinations exist, so that, apart from the emerging tomosynthesis, the structure appears clearly defined. For further image data that can be received by medical authorities as acceptance and constancy tests or MRIs and sonography, only rough structures were prepared.

Another key aspect for dose registries and other central x-ray-related evaluation and management systems will be the exchange of data. In Germany a model with 3 steps could fit: In radiation applying institutions data are collected (on different systems) and, as required, evaluated. In medical authorities the transmitted investigation records or aggregated information are used in the inspections and the data from DICOM tags of images is collected. Central registers receive data from radiation users and / or medical authorities, evaluate and provide feedback. This register(s) could also have a connection to the proposed reporting system of radiation protection relevant events. The creation of a comprehensive exchange format will be a task for the next future (for example in NAR).

Evaluations in IVEU can be done especially by RapidMiner, an adapted open source data mining tool, or by directly filtering and sorting in the database or in other programs after a data export. From 2013 until 2015 approximately 50.000 records were analyzed in the cross-sectional study which should be seen as limited representative, as institutions and DICOM studies were not selected randomly. But it very well shows the functioning of the evaluation tools, the congruence with other known results and the potential for the future. Even with the limited actual data base IVEU creates many additional information. Especially for X-ray users it can also extend the process-related evaluations, avoid multiple documentation and deliver regular reports.

Basisdaten und Projektteilnehmer

Auftragnehmer: TÜV SÜD Life Service GmbH, Ärztliche Stelle Hessen

Laufzeit des Vorhabens: 1.5.2012 - 28.2.2015

1) Centre de Recherche Public Henri Tudor, Abteilung CR SANTEC, Unit BEPH, 29 avenue John F. Kennedy, L-1855 Luxemburg; Unit Leader: Dr. Norbert Rösch (MPH), Ansprechpartner: Dipl.-Inf. Andreas Jahnen, Dipl.-Inf. Johannes Hermen, Dipl.-Ing. Sarah Kohler

2) Klinikum Nürnberg, Prof.-Ernst-Nathan-Str. 1, 90419 Nürnberg (Institut für Medizinische Physik, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie); Ansprechpartner: Dr. Wucherer, Dipl. Phys. Simmler (inzwischen Hirslanden Medical Center), Prof. Dr. Dr. Loose

3) Technische Hochschule Mittelhessen, Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz, Wiesenstr. 14, 35390 Gießen; Ansprechpartner: Prof. Dr. Martin Fiebich

4) Klinikum Braunschweig, Institut für Röntgendiagnostik und Nuklearmedizin, Salzdahlumer Str. 90, 38126 Braunschweig; Ansprechpartner: Dr. Markus Borowski

5) Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin, Universitätsmedizin Mannheim, Theodor-Kutzer-Ufer 1-3, 68167 Mannheim, PD Dr. Gerald Weisser

6) Ärztliche Stelle des Landes Brandenburg für Qualitätssicherung in der Radiologie, Dreifertstr. 12, 03044 Cottbus, Dipl. Ing. Carsten Richter

7) Ärztliche Stelle Niedersachsen / Bremen, Berliner Allee 20, 30175 Hannover, Dr. Wolfgang Pethke

8) Ärztliche Stelle Nordrhein, Tersteegenstr. 9, 40474 Düsseldorf, PD Dr. Richard Kolder

9) Ärztliche Stelle Westfalen – Lippe, Gartenstr. 210 – 214, 48147 Münster, Dr. Johannes E. Nischelsky

10) OFFIS- Institut für Informatik, Escherweg 2, 26121 Oldenburg; Dr. Wilfried Thoben

11) Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Medizinische Hochschule Hannover, Carl-Neuberg-Str. 1, 30625 Hannover, Dr. Georg Stamm

Danksagung

Wir bedanken uns herzlich bei allen Mitarbeitern, Förderern, Testern und Interessenten des Projektes und der IVEU - Software!