DE102006017839A1

DE102006017839A1 - Verfahren zum Monitoring im Rahmen einer bildbasierten klinischen Studie

Info

Publication number: DE102006017839A1
Application number: DE102006017839A
Authority: DE
Inventors: Sylvia Prof. Heywang-Köbrunner; Markus Schmidt; Ulrike Dr. Schwarz-Boeger; Gudrun Dr. Zahlmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-10-25
Also published as: US20070248252A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Monitoring im Rahmen einer bildbasierten klinischen Studie: - werden von einem Patienten (8) medizinische Bilddaten (6) zur Stellung einer medizinischen Diagnose (10) erzeugt, - werden vom Patienten (8) mit der Diagnose korrelierte Verifizierungsdaten (16) zur Verifizierung der Diagnose (10) erhoben, - wird die anhand der Verifizierungsdaten (16) verifizierte Diagnose (10) untrennbar zusammen mit den Bilddaten (6) als medizinische Referenzbilddaten (18) gespeichert, - werden die Bilddaten (6) mindestens zwei befundenden Personen (20a-c) zur Extraktion jeweiliger individueller Information (22a-c) präsentiert, - wird die jeweilige individuelle Information (22a-c) zusammen mit den Bilddaten (6) untrennbar in jeweiligen Betrachterdaten (26a-c) gespeichert, - werden die jeweiligen Betrachterdaten (26a-c) einem Studienmonitor zum Monitoring präsentiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Monitoring im Rahmen einer bildbasierten klinischen Studie.
Im medizinischen Alltag halten immer mehr bildgebende Verfahren Einzug. Dies trifft für sämtliche Bereiche der Medizin zu wie Arztpraxen, Kliniken oder sogar den mobilen Einsatz, z.B. in einem Rettungswagen. Durch die stets zunehmenden Bildgebungsverfahren bzw. bildgebenden medizinischen Einrichtungen stehen daher für einen einzelnen Patienten mehr und mehr Bilder zur Verfügung.
Da Bildgebungsverfahren heute in der Regel digital funktionieren, liegen die Bilder in der Regel als computerlesbare Daten, z.B. in Form einer Bilddatei, vor. Selbst Bilder in ursprünglich analoger Form, z.B. ein Röntgenfilm oder ein Papierausdruck eines Ultraschallbildes, können entsprechend digitalisiert werden.
Die Auswertung medizinischer Bilddaten, z.B. eine Interpretation dieser, das Erstellen einer Diagnose oder ähnliches, durch einen Betrachter, z.B. einen Arzt, ist ein sehr komplexer Vorgang, welcher menschliches Erfahrungs- und Urteilsvermögen benötigt. Da die Interpretation und insbesondere das Fällen einer medizinischen Entscheidung, z.B. die Wahl eines Behandlungsweges, aufgrund von Bilddaten daher fehlerbehaftet ist, existieren so genannte „Gold-Standard"-Methoden zur Absicherung einer vom Arzt aufgrund von Bilddaten erstellten Diagnose. Im Falle einer Krebsdiagnose ist dies z.B. die Entnahme einer histopathologischen Probe des Patienten an der entsprechend im medizinischen Bild diagnostizierten Stelle. Eine andere Methode ist beispielsweise ein genetischer Test an einem Patienten. Diese Gold-Standard-Methoden liefern In formationen in Form eines in der Regel schriftlichen Berichts, welcher wiederum von einem menschlichen Experten oder einem Algorithmus erstellt wurde.
Aus der am gleichen Tag eingereichten deutschen Patentanmeldung, die auf dieselben Erfinder zurückgeht, sind daher medizinische Referenzdaten bzw. ein Verfahren zu deren Erzeugung bekannt, um Diagnosesicherheit bezüglich einer aufgrund von Bilddaten erstellten Diagnose zu erzielen. In den betreffenden Referenzdaten werden nämlich sowohl die Bilddaten, auf welchen die Diagnose beruht, sowie die durch die Erhebung von Gold-Standard-Informationen abgesicherte Diagnose untrennbar zusammen in einem Datensatz, nämlich den medizinischen Referenzdaten gespeichert.
Aufgrund der oben genannten Vielzahl von medizinischen Bildern, die für einen Patienten zur Verfügung stehen, ist es in jüngster Zeit auch wünschenswert, klinische Studien auf der Basis medizinischer Bilddaten bzw. Bildern durchzuführen. Die Bilder werden hierbei in der Regel verschiedenen Betrachtern unabhängig voneinander präsentiert, wobei jeder Betrachter das ihm präsentierte Bild auswertet. Beispielsweise untersucht er das Bild bezüglich diagnostizierbarer Tumore und schätzt dabei den Tumordurchmesser ab. So entsprechend von den einzelnen Betrachtern erhobene Studiendaten werden dann von einer weiteren Person, einem so genannten Monitor, kontrolliert bzw. ausgewertet.
Problematisch hierbei ist, dass die Auswertung durch den Monitor äußerst schwierig ist, da dieser nicht nachvollziehen kann, wie der einzelne Betrachter, nämlich durch die Bildbetrachtung, zu seinen persönlichen Studiendaten gelangt ist. So ist für den Monitor z.B. nicht nachvollziehbar, welcher Bildbereich vom einzelnen Betrachter als ROI (reagion of interest) erachtet wurde, wie dieser zum Tumordurchmesser gelangt ist, usw.. Die Verifizierung der von den Betrachtern ermittelten Studiendaten kann also nur anhand aus den Bildda ten abgeleiteter Größen, jedoch nicht anhand der Bilddaten selbst überprüft werden. In bisherigen, nicht bildgestützten medizinischen Studien war dies leicht möglich, da z.B. gegen Daten in einer Patientenakte geprüft werden konnte. Im vorliegenden Fall existiert jedoch meist nur das entsprechende Bild des Patienten.
Die entsprechenden Probleme können heute lediglich dadurch gelöst werden, dass ein Expertengremium eine grundlegende Entscheidung bezüglich der ROIs und deren Art in medizinischen Bilddaten trifft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Durchführung einer bildbasierten klinischen Studie anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Im Rahmen des Verfahrens werden, basierend auf der oben genannten Patentanmeldung, strukturierte Informationen, wie z.B. eine Diagnose oder ein Befundort, also die Lage der ROI und andere Parameter in medizinischen Referenzbilddaten gespeichert. Hier geschieht also eine entsprechende Verknüpfung der Bildinformation der Bilddaten mit den Zusatzinformationen gemäß Gold-Standard zur Bestätigung einer anhand der Bilddaten erstellten Diagnose.
Im Rahmen der klinischen Studie werden sodann mehreren befundenden Personen, im Fachjargon auch "reader" genannt, im folgenden der Einfachheit halber Betrachter genannt, unabhängig voneinander die Bilddaten erneut präsentiert. Jeder Betrachter extrahiert dabei unabhängig vom anderen alleine auf den Bilddaten seine individuellen Informationen. Derartige Informationen können auch z.B. eine Diagnose inkl. Befundort sein. Auch jeder Betrachter speichert die Bilddaten zusammen mit seinen aus den Bilddaten extrahierten Informationen untrennbar miteinander in jeweiligen Betrachterdaten.
Dem Monitor der klinischen Studie werden dann diese Betrachterdaten präsentiert. Da jeder Betrachter seine Informationen untrennbar in den Betrachterdaten hinterlegt hat, ist für den Monitor nachvollziehbar, wie und z.B. anhand welcher Befundstelle der einzelne Betrachter zu seinen Informationen, z.B. einem Befund im Bild gelangt ist. Der Monitor hat hiermit die Möglichkeit, die jeweiligen Bildauswertungen der einzelnen Bildbetrachter tatsächlich sicher miteinander zu vergleichen.
Die einzelnen Betrachter erhalten in der Regel nur alleine die Bilddaten, anonym, also ohne Bezug zu einem Patienten oder Hindergrundinformation bezüglich der Bilddaten. Der Monitor hingegen hat, je nach Studie diese Hindergrundinformation, also die Referenzbilddaten zur Verfügung. Auch hier ist es jedoch möglich, dass auch der Monitor lediglich die Informationen, also Ergebnisse der einzelnen Bildbetrachter ohne jegliche Hindergrundinformation, also ohne Zugriff auf die Referenzbilddaten, erhält.
Dem Studienmonitor können also zusätzlich die Referenzbilddaten präsentiert werden. Durch die Referenzbilddaten erhält der Studienmonitor zuverlässige Aussagen über den tatsächlichen, also diagnosesicheren Befund der Bilddaten. Somit kann er die Betrachterdaten zusätzlich gegen die Referenzbilddaten prüfen.
Wird auch zumindest ein Teil der Verifizierungsdaten in den Referenzbilddaten gespeichert, stehen dem Studienmonitor außerdem nicht nur die gestützte Diagnose, sondern auch die entsprechenden stützenden Gold-Standard-Informationen aus den Verifizierungsdaten zur Verfügung, um diese eventuell auch bei seiner Bewertung der einzelnen Betrachterdaten mit einzubeziehen.
Die Befundstelle kann als Bildinformation in den Bilddaten, sowohl in den Referenzbilddaten als auch in den Betrachterdaten, gespeichert werden. Der Monitor muss dann nicht erst z.B. Koordinateninformationen über die Befundstelle auswerten, sondern sieht diese auf einem Blick in den Bilddaten markiert.
Um die ROI auch bezüglich ihrer Ausdehnung besser abgrenzen zu können, kann eine Bereichsmarkierung für einen Teilbereich der Bilddaten als Befundstelle gespeichert werden.
Besonders gut sichtbar ist diese Bereichsmarkierung, wenn sie als optische Hervorhebung des Teilbereichs, insbesondere als eine Rahmenlinie um den Teilbereich, in den Bilddaten gespeichert wird.
Bevor die Bilddaten den befundenden Personen, also Betrachtern präsentiert werden, können die Bilddaten bzw. Bilder vorverarbeitet werden, z.B. mit geeigneten Methoden bzw. Algorithmen der Bildverarbeitung. Die Vorverarbeitung kann hierbei auch automatisch erfolgen. So können die Bilddaten für die Extraktion der Information durch die Betrachter aufbereitet werden.
Auch die jeweiligen Betrachterdaten können zu einem Ergebnisbild vorverarbeitet werden, das dem Studienmonitor präsentiert wird. Der Studienmonitor muss dann nicht sämtliche Betrachterdaten und die Referenzdaten einzeln, nebeneinander oder nacheinander, betrachten, sondern erhält ein Ergebnisbild, welches z.B. sämtliche ROIs der einzelnen Betrachter und die ROIs der Referenzbilddaten enthält. Durch die Betrachtung eines einzigen Ergebnisbildes fällt der Vergleich der Ergebnisse (ROT, Befund) der einzelnen Betrachter besonders einfach.
Im Ergebnisbild können auch die Unterschiede zwischen Befundstellen und/oder Diagnosen einzelner Betrachterdaten optisch hervorgehoben werden. Diskrepanzen zwischen einzelnen Betrachtern bzw. deren Ergebnissen werden so dem Studienmonitor besonders augenfällig visualisiert.
Abhängig von der Bewertung der Betrachterdaten durch den Studienmonitor, also dem Monitoring, können geeignete Maßnahmen im Rahmen der klinischen Studie ergriffen werden. Hierdurch ist eine besonders effektive Steuerung der klinischen Studie in Bezug auf Fehlervermeidung, Studienqualität usw. möglich.
Als geeignete Maßnahme können die Bilddaten nochmals einem "reader" zur Stellung einer individuellen Diagnose präsentiert werden. Bei z.B. stark abweichenden Betrachterergebnissen kann man so durch Erhöhung der Anzahl von "readern", also Betrachtern eine zuverlässigere statistische Auswertung der klinischen Studie erreichen.
Stellt der Monitor z.B. keinerlei Abweichungen oder nur Abweichungen im Rahmen statistischer Schwankungen zwischen Betrachterdaten fest, kann er als Maßnahme entsprechend Studienergebnisse freigeben.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:
1 ein Ablaufschema des Monitorings für eine bildbasierte klinische Studie.
1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Bewertungsprozess 2 einer klinischen Studie. Dieser gliedert sich in einen Vorbereitungsschritt 4, eine Auswertephase 5 und eine Monitoringphase 7.
Im Vorbereitungsschritt 4 wird ein Röntgenbild 6 von einem Patienten 8 angefertigt und anhand des Röntgenbildes 6 von einem nicht dargestellten Expertengremium eine Diagnose 10, betreffend des Patienten 8 bzw. das Röntgenbild 6 erstellt. Zur Bestätigung der Diagnose 10, nämlich im Beispiel einem Tumorbefund am Patienten 8, wird an der entsprechenden Be fundstelle 12 im Röntgenbild 6, in 1 dargestellt durch eine Fadenkreuz, eine Biopsie entnommen, in 1 dargestellt durch eine Biopsienadel 14.
Die Biopsie stellt zur Stützung der Diagnose 10 eine Gold-Standard-Methode dar, welche die Diagnose 10 an der Befundstelle 12 mit absoluter Sicherheit bestätigt. Die Biopsie führt zu einem Biopsiebericht 16, welcher zusammen mit dem Röntgenbild 6, der Befundstelle 12 und der Diagnose 10 in einem Referenzdatensatz 18 abgelegt wird. Dieser enthält somit sämtliche zuverlässig verifizierten Befunddaten des Patienten 8.
In der Auswertephase 5 wird im Rahmen der klinischen Studie drei verschiedenen Radiologen 20a–c unabhängig voneinander jeweils das Röntgenbild 6 zur Betrachtung und Befundung präsentiert. Jeder der Radiologen 20a–c ermittelt nun für sich im Röntgenbild 6 eine individuelle Diagnose 22a–c an einer individuellen Befundstelle 24a–c. Die Radiologen 20a–c haben hierbei keinen Zugriff auf den Datensatz 18, kennen also nicht die an der Befundstelle 12 durch das Expertengremium verifizierte Diagnose 10. Da die klinische Studie anonym durchgeführt wird, erhalten die Radiologen 20a–c auch keine sonstigen Informationen bezüglich des Patienten 8. Die Auswertungsphase 5 der klinischen Studie ist damit abgeschlossen.
In der Monitoringphase 7 kontrolliert ein Monitor 30 die von den Radiologen 20a–c erstellten Diagnosen 22a–c und Befundstellen 24a–c. Diese wurden jeweils zusammen in einem entsprechenden Betrachterdatensatz 26a–c zusammengefasst. Um dem Monitor 30 diesen Vergleich zu ermöglichen bzw. zu vereinfachen werden alle Betrachterdatensätze 26a–c visuell in einem Betrachterbild 32 zusammengefasst. Dieses enthält das Röntgenbild 6, in welchem alle drei Befundstellen 24a–c mit den zugehörigen Diagnosen 22a–c vereint sind. Die Korrespondenz zwischen den Befundstellen 24a–c und den Diagnosen 22a–c ist im Betrachterbild 32 durch Verbindungslinien 34 hergestellt.
Der Monitor 30 erkennt, dass die Befundstellen 24a, b eng beieinander liegen und die Befundstelle 24c in einem anderen Bereich des Röntgenbildes 6 liegt. Durch Vergleich mit dem Referenzdatensatz 18 stellt der Monitor 30 außerdem fest, dass die Befundstellen 24a, b zusammen mit den Diagnosen 22a, b mit der gemäß Gold-Standard bestätigten Befundstelle 12 und der Diagnose 10 übereinstimmen.
Der Betrachterdatensatz 26c ist damit nachgewiesenermaßen falsch und kann für die weitere Verwendung aus der klinischen Studie ausgeschlossen werden. Dies veranlasst der Monitor 30 im Freigabeschritt 36 der klinischen Studie. Die Betrachterdatensätze 26a, b dagegen werden für die Studie freigegeben. Da im Studienprotokoll der klinischen Studie allerdings vorgeschrieben ist, mindestens drei Betrachterdatensätze zu erzeugen, veranlasst der Monitor 30 im Freigabeschritt 36 außerdem, dass einem nicht dargestellten Betrachter entsprechend den Betrachtern 20a–c nochmals das Röntgenbild 6 zur Befundung vorgelegt wird, um einen weiteren Betrachterdatensatz gemäß der Datensätze 26a und b zu erzeugen.
In der oben beschriebenen Alternative wurden dem Monitor 30 im Betrachterbild 32 sämtliche Befundstellen 24a–c angezeigt. Alternativ können auch die Befundstellen 24a–c vorab, z.B. durch Methoden der Bildverarbeitung, verglichen werden, woraufhin dem Monitor 30 nur die abweichende Befundstelle 24c angezeigt wird. Die Befundstellen 24a, b liegen innerhalb eines Toleranzbereiches im Bereich der Befundstelle 12 und werden damit vorab als gültig erklärt und dem Monitor 30 nicht angezeigt.
Die Aufmerksamkeit des Monitors 30 auf die vom bestätigten Befund abweichende Befundstelle 24c ist dadurch erhöht.

Claims

Verfahren zum Monitoring im Rahmen einer bildbasierten klinischen Studie, mit folgenden Schritten: – von einem Patienten (8) werden medizinische Bilddaten (6) zur Stellung einer medizinischen Diagnose (10) erzeugt, – vom Patienten (8) werden mit der Diagnose (10) korrelierte Verifizierungsdaten (16) zur Verifizierung der Diagnose (10) erhoben, – die anhand der Verifizierungsdaten (16) verifizierte Diagnose (10) wird untrennbar zusammen mit den Bilddaten (6) als medizinische Referenzbilddaten (18) gespeichert, – die Bilddaten (6) werden mindestens zwei befundenden Personen (20a–c) zur Extraktion jeweiliger individueller Information (22a–c) präsentiert, – die jeweilige individuelle Information (22a–c) wird zusammen mit den Bilddaten (6) untrennbar in jeweiligen Betrachterdaten (26a–c) gespeichert, – die jeweiligen Betrachterdaten (26a–c) werden einem Studienmonitor zum Monitoring präsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die befundenden Personen (20a–c) die Information (22a–c) anhand einer individuellen Befundstelle (24a–c) in den Bilddaten (6) extrahieren, und die jeweilige Befundstelle (24a–c) in den Betrachterdaten (26a–c) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die befundenden Personen (20a–c) als Information (22a–c) aus den Bilddaten (6) eine Diagnose extrahieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich die Referenzbilddaten (18) dem Studienmonitor (30) zum Monitoring präsentiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der Verifizierungsdaten (16) in den Referenzbilddaten (18) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Befundstelle (12, 24a–c) als Bildinformation in den Bilddaten (6) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine Bereichsmarkierung für einen Teilbereich der Bilddaten (6) als Befundstelle (12, 24a–c) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem als Bereichsmarkierung eine optische Hervorhebung des Teilbereichs, insbesondere eine Rahmenlinie um den Teilbereich, gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bilddaten (6) vor ihrer Präsentation an die befundenden Personen (20a–c) vorverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Betrachterdaten (26a–c) zu einem Ergebnisbild (32) vorverarbeitet werden, das dem Studienmonitor (30) präsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem im Ergebnisbild (32) die Unterschiede zwischen Informationen (22a–c) einzelner Betrachterdaten (26a–c) optisch hervorgehoben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem abhängig vom Monitoring der Betrachterdaten (26a–c) durch den Studienmonitor (30), geeignete Maßnahmen (36) im Rahmen der klinischen Studie ergriffen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als geeignete Maßnahme (36) die Bilddaten (6) nochmals einer befundenden Per son (24a–c) zur Extrahierung einer individuellen Information (22a–c) präsentiert werden.