DE102016216846A1

DE102016216846A1 - Validierung von medizinischen Aussagen auf Basis von Beiwerten zu einer Bildakquisition

Info

Publication number: DE102016216846A1
Application number: DE102016216846.0A
Authority: DE
Inventors: Vladyslav Ukis
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überprüfung einer Hypothese in Bezug auf Beiwerte zu erfassten medizinischen Bilddaten. Die Bilddaten werden von einem Bilddatenakquisitionssystem (M) erfasst. Während der Akquisition der medizinischen Bilddaten werden technische Beiwerte von einer Beiwerterfassungseinheit (BE) erfasst. Eine Auswerteeinheit (AWE) dient zum automatischen Auswerten des erfassten Beiwertes dahingehend dient, ob der erfasste Beiwert ein Beiwertausreißer ist. Falls dies der Fall ist, wird eine vorkonfigurierte Hypothese zu dem Beiwertausreißer erfasst und eine statistische Analyse auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese ausgeführt.

Description

Die Erfindung liegt auf den Gebieten der Medizintechnik und der Informationstechnologie und betrifft insbesondere ein Verfahren und System zur Validierung bzw. Falsifikation von medizinischen Aussagen in Bezug auf medizinische Bilddaten aufgrund von statistisch verarbeiteten Beiwerten.
Im klinischen Alltag werden mitunter lebensentscheidende Aussagen aufgrund von erfassten Bilddaten getroffen, die von einem Bildakquisitionsgerät unter bestimmten Akquisitionsbedingungen unter Steuerung eines Anwenders erfasst werden. Wie die Praxis zeigt, können bei der Erfassung der Bilddaten oder im Rahmen der späteren Bildauswertung problematische Randbedingungen vorliegen, die unter Umständen zu Fehlbeurteilungen führen oder die abgeleitete Aussage in Frage stellen können. So kann z.B. die Bildakquisition mit einem erhöhten Strahlendosiswert ausgeführt worden sein, was eine erhöhte Strahlenbelastung des jeweiligen Patienten zur Folge hat und die Wahrscheinlichkeit von Folgeerkrankungen erhöht. Weiterhin kann die Modernisierung des Gerätes in zeitlicher Hinsicht zu weit zurückliegen, so dass die Gefahr von Fehlbeurteilungen steigt.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, um den Aussagegehalt von medizinischen Auswertungen auf Basis von Bilddaten einer zusätzlichen Überprüfung zu unterziehen. Insbesondere soll die Wahrscheinlichkeit von möglichen Folgeerkrankungen auf Basis von Beiwerten, die als Zusatzinformationen zu dem Bildakquisitionsvorgang dienen, berechnet werden. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst, insbesondere durch ein Verfahren und ein System zur Verifikation von Aussagen zu medizinischen Bilddaten und insbesondere zur Überprüfung einer medizinischen Hypothese. Dazu umfasst das System folgende elektronische Module bzw. Einheiten, die über ein Netzwerk in Kommunikationsverbindung stehen:

– Eine Schnittstelle zu einem Bilddatenakquisitionssystem, das zur Akquisition von medizinischen Bilddaten dient;
– Eine Beiwerterfassungseinheit, die zur Erfassung eines oder mehrerer Beiwerte(s) (z.B. einem Strahlendosiswert oder einem Arbeitszeitwert) für jeden Bildakquisitionsvorgang dient, wobei jeweils einem Bildakquisitionsvorgang (also einer Bildakquisition) zumindest ein spezifischer Beiwert zugeordnet ist;
– Eine Auswerteeinheit, die zum automatischen Auswerten des erfassten Beiwertes dahingehend dient, ob der erfasste Beiwert ein statistischer Beiwertausreißer ist und bejahendenfalls dazu bestimmt ist: – eine Hypotheseneinheit zu aktivieren, die dazu bestimmt ist, zumindest eine vorkonfigurierte Hypothese zu dem Beiwertausreißer zu erfassen, – eine Analyseeinheit zu aktivieren, die dazu bestimmt ist, automatisch eine statistische Analyse auf Basis von gespeicherten historischen Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese auszuführen.

Im Folgenden werden die in dieser Anmeldung verwendeten Begrifflichkeiten erläutert.
Eine Hypothese ist eine medizinische Aussage, die auf Basis von Bilddaten getroffen wird. Dabei kann es sich z.B. um eine Aussage in Bezug auf eine Wahrscheinlichkeit einer Folgeerkrankung, um diagnostische Aussagen allgemeiner Art oder um Zuverlässigkeitswerte in Bezug zu einer medizinischen Bewertung handeln. Eine Hypothese könnte sich z.B. auf den Sachverhalt beziehen, wie wahrscheinlich es ist, dass der Patient, von dem die jeweiligen Bilddaten erfasst worden sind, eine Folgeerkrankung erleiden wird, weil während der Bilddatenerfassung zu hohe Strahlendosiswerte (im statistischen Vergleich) appliziert worden sind.
Das Bildakquisitionssystem dient zur Erfassung von medizinischen Bilddaten und kann unterschiedliche Modalitäten umfassen, wie z.B. ein MRT-System, ein CT-System oder klassische Röntgengeräte, ein Ultraschallgerät, ein PET-System etc. Die erfassten Bilddaten können in einem PACS (picture archiving and communication system) gespeichert werden. Weitere digitale Daten, die im Rahmen der Bildakquisition erfasst werden, können als EHR (electronic health record) gespeichert werden. Auf diese Zusatzinformationen greift das erfindungsgemäße System und Verfahren zur Überprüfung der Hypothese und zur Ausführung von Berechnungsschritten zu. Die Schnittstelle zu dem Bildakquisitionssystem kann auf unterschiedlichen Protokollen basieren. Sie dient zur Erfassung der Bilddaten und optional von nebenläufigen Daten, also von Daten, die während der Bildakquisition anfallen.
Bei dem Netzwerk kann es sich um ein krankenhausinternes Netzwerk (LAN – local area network) oder um ein übergreifendes Netzwerk (z.B. WLAN – wide area network) oder um proprietäre Netzwerke handeln. Das Netzwerk kann auf dem DICOM Standard basieren (DICOM – digital information and communication in medicine).
Bei der Beiwerterfassungseinheit handelt es sich um ein elektronisches Modul zur Erfassung von Beiwerten im Rahmen der Bildakquisition. Die Beiwerterfassungeinheit kann im einfachsten Fall als Messfühler oder Messdatenerfassungseinheit ausgebildet sein; ebenso kann sie als Schnittstelle zu einem EHR-Speicher oder zu Sensoren des Bilderfassungssystems ausgebildet sein. Die Beiwerte werden mittels der Beiwerterfassungseinheit erfasst. Dies kann unmittelbar während des Bildakquisitionsvorganges erfolgen oder auch im Nachgang dazu.
Die Erfassung der Beiwerte kann durch Messung von Beiwertparametern erfolgen oder durch Auslesen von Mess- oder Sensordaten aus vorkonfigurierten Speicherbereichen. So kann z.B. ein Strahlendosiswert aus einem Speicherbereich ausgelesen werden, da das Bildakquisitionssystem diesen Wert ohnehin erfasst und als Wert in dem Speicherbereich ablegt. Eine zusätzliche Messung könnte in diesem Fall entfallen.
Ein Beiwert ist eine digitale oder analoge technische Größe, die während der Bildakquisition gemessen oder erfasst worden ist. Der Beiwert bezieht sich auf technische Größen während des Bildakquisitionsvorganges. Vorzugsweise wird der Beiwert direkt auf dem Bildakquisitionsgerät erfasst. Es ist auch möglich, diesen von anderen Systemen oder Speichern einzulesen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Beiwerte erfasst. Der Einfachheit halber wird aber dennoch in der Regel von einem Beiwert gleichbedeutend mit zumindest einem Beiwert gesprochen.
Bei dem Beiwert kann es sich z.B. um einen Strahlendosiswert, einen Arbeitszeitwert, einen Protokollwechselwert, einen Studienweiterleitungswert, einen Gerätewartungswert und/oder einen Gerätegütewert handeln. Diese Begriffe werden im Folgenden definiert.
Der Strahlendosiswert ist ein Parameter, der angibt, mit welcher Strahlendosis die Bildakquisition durchgeführt worden ist. Der Strahlendosiswert kann aus einem elektronischen Datensatz, z.B. aus einer EHR-Datei eingelesen werden. Dabei ist zu beachten, dass die EHR-Datei an einem anderen Speicherort gespeichert ist als die zu überprüfende medizinische Aussage (z.B. eine diagnostische Aussage). Erfindungsgemäß wird somit ein separater und zusätzlicher Zugriff auf eine Datenbank ausgeführt. Ist der erfasste/gemessene Beiwert zur Strahlendosis höher als historische Referenzbeiwerte, kann dies Anlass für die Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. der Patient einer erhöhten Strahlendosis ausgesetzt war.
Der Arbeitszeitwert ist ein Parameter, der angibt, wie lange die diensthabende Person bereits (z.B. ohne Unterbrechung) bei der Bedienung des Bildakquisitionssystems im Einsatz ist. Der Arbeitszeitwert ist oder umfasst neben anderen Arbeitsfaktoren (z.B. einem Autorisierungswert, der angibt, ob die Bedienperson für den Bedienvorgang autorisiert war) eine Angabe zur Arbeitszeit einer Bedienperson und kann also beispielsweise eine bereits aufgelaufene Arbeitszeit der MTA repräsentieren. Ist dieser erfasste/gemessene Beiwert höher als Referenzbeiwerte, kann dies Anlass für die Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. die Bedienperson aufgrund von Übermüdung Fehler bei der Bilderfassung macht.
Der Protokollwechselwert ist ein Parameter, der repräsentiert, wie häufig das Scan-Protokoll des Bilddatenerfassungsgerätes gewechselt worden ist. Sobald ein Protokollparameter (wie z.B. ein Röhrenstromzeitprodukt, eine Zeitdauer der Bestrahlung, ein kontrastmittelbasierter Parameter etc.) geändert wird, ändert sich auch die Bilderfassung. Erfolgt dies häufig, kann dieser Sachverhalt z.B. signalisieren, dass die Bedienperson unsicher bei der Bestimmung der Scan-Protokollparameter zur Bildakquisition war und kann Anlass für eine Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. zu viele (über einer Normalwertanzahl liegende) Bilderfassungen mit erhöhter Strahlenbelastung ausgeführt worden sind.
Der Studienweiterleitungswert ist ein Parameter, der repräsentiert, wie häufig die erfasste Bildstudie bzw. die erfassten Bilddaten (z.B. an Kollegen) weitergeleitet worden ist/sind. Liegt der Studienweiterleitungswert über einem Normalwert, der als Referenzbeiwert in einem Speicher abgelegt ist, dann kann dieser Sachverhalt signalisieren, dass die auswertende Person unsicher mit der Analyse oder Bewertung der Bilddaten ist. Dies kann wiederum Anlass zur Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. aufgrund der unsicheren Bewertung klinische Anzeichen für Erkrankungen gar nicht erkannt oder nicht ausreichend erkannt worden sind.
Der Gerätewartungswert repräsentiert, wann die letzte Gerätewartung des Bilderfassungssystems ausgeführt worden ist und/oder ob im Rahmen der Gerätewartung Unregelmäßigkeiten erfasst werden können. Ist das Gerät beispielsweise nicht ausreichend häufig gewartet worden, so kann dies zu fehlerhaften Bilderfassungen führen. Dies kann wiederum Anlass zur Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. das Gerät nicht ausreichend gewartet worden ist.
Der Gerätegütewert ist ein Parameter, der signalisiert, welche Technologien bei der Bilderfassung eingesetzt werden. Hier kann mitunter erfasst werden, ob das bildgebende Gerät dem neuesten Stand der Entwicklung entspricht. Werden beispielsweise hier veraltete Geräte oder Gerätebauteile verwendet (wie z.B. Gantry, Detektor, Röhre, Bildauswertungssoftware etc.) besteht die Gefahr, dass fehlerhafte medizinische Aussagen getroffen werden. Dies kann wiederum Anlass zur Hypothese sein, dass in Zukunft Folgeerkrankungen des jeweiligen Patienten auftreten, da z.B. verdächtige Gewebebereiche oder klinische Ergebnisse nicht in ausreichendem Maß erkannt werden können.
Ein Beiwert kann als einzelner Wert erfasst und zur Überprüfung einer Hypothese verarbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, eine Gruppe von unterschiedlichen Beiwerten zu erfassen und zu verarbeiten. Somit können erfindungsgemäß ausgewählte oder alle der vorstehend definierten Beiwertparameter zur Überprüfung von Hypothesen für eine Bildakquisition verarbeitet werden. Vorzugsweise ist eine Konfigurationsphase zur Konfiguration des Systems vorgesehen. Hier kann konfiguriert werden, welche der Beiwerte bei der Überprüfung Berücksichtigung finden sollen und aus welchem Speicher oder welcher Datenbank weitere Zusatzinformationen zur Überprüfung der Hypothese ausgelesen werden sollen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere unterschiedliche Beiwerte erfasst, die in getrennten Datenspeichern abgelegt sind und die getrennt verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Hypothesen zu ein und demselben Bilddatensatz bzw. zur selben Bilddatenerfassung überprüft werden können. Damit kann die Validität der medizinischen Aussage vorteilhafterweise gesteigert werden.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist die Beiwerterfassungseinheit Bestandteil der Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit kann als Cloud-basierte Komponente über eine Web-Schnittstelle zugreifbar sein.
Ein Beiwertausreißer ist ein Beiwert, der sich numerisch statistisch signifikant von Referenzbeiwerten (z.B. vom Mittelwert als Vergleichsbeiwert von zurückliegenden Messungen von anderen Bildakquisitionen) unterscheidet. Ausreißer weisen oft auf Unregelmäßigkeiten in einer beobachteten Datenreihe hin oder können Fehler bei den Messungen offenbaren. Vorzugsweise kann die Abweichungstoleranz vorkonfiguriert werden.
Die Auswerteeinheit, die Hypotheseneinheit und die Analyseeinheit sind elektronische Module, die als separate unabhängige Einheiten bereitgestellt werden können, die über eine Schnittstelle kommunizieren. Alternativ können sie in einer Baueinheit integriert und als einheitliches Modul bereitgestellt werden. Die Hypotheseneinheit kann eine Schnittstelle zu einer Datenbank aufweisen und die Analyseeinheit kann eine Schnittstelle zu einem Speicher aufweisen, in dem Referenzbeiwerte abgelegt sind, die zur Überprüfung der Hypothese relevant sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung – und damit zur Verifikation und Falsifikation – einer Hypothese in Bezug auf erfasste medizinische Bilddaten. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Erfassen von Bilddaten auf einem Bildakquisitionssystem, wie z.B. einem CT- oder MRT-System,
– Erfassen zumindest eines Beiwertes (z.B. Strahlendosiswert) zu dem Bildakquisitionsvorgang,
– Automatisches Auswerten des erfassten Beiwertes, insbesondere dahingehend, ob der erfasste Beiwert einen vorkonfigurierbaren Schwellenwert über- oder unterschreitet, und bejahendenfalls: – Erfassen zumindest einer vorkonfigurierten Hypothese zu dem Beiwert bzw. dessen Abweichung von einem Normalwert, – Ausführen einer statistischen Analyse auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese.

Bei den Referenzbeiwerten handelt es sich um historische Referenzbeiwerte, die in einem zurückliegenden Zeitraum erfasst worden sind und aus denen mit statistischen Verfahren für unterschiedliche Untersuchungsbedingungen ein Normalwert z.B. als statistischer Mittelwert und/oder weiteren statistischen Größen (Varianz, Standardabweichung etc.) abgeleitet werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Ergebnis der erfindungsgemäßen Überprüfung bereitgestellt. Das Ergebnis der Überprüfung wird vorzugsweise auf einer Benutzeroberfläche ausgegeben. Das Überprüfungsergebnis kann auch an vorkonfigurierbare computer-basierte Instanzen weitergeleitet werden. Das Ergebnis kann vorzugsweise als ein gekapselter Datensatz bereitgestellt werden. Dies vereinfacht die weitere digitale Verarbeitung der Ergebnisdaten.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden parallel unterschiedliche Beiwerte zur Überprüfung derselben Hypothese verarbeitet. Es ist auch möglich, dass die gleichen Beiwerte für unterschiedliche Hypothesen verarbeitet werden. Ebenso ist es möglich, dass parallel unterschiedliche Hypothesen überprüft werden.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden die unterschiedlichen Referenzbeiwerte in getrennten Datenspeichern vorgehalten.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden für die statistische Analyse zusätzlich zu den Referenzbeiwerten auch Zusatzinformationen berücksichtigt. Die Zusatzinformationen werden in einem anderen Datenspeicher vorgehalten als die erfassten Bilddaten und die Referenzbeiwerte. Die erfindungsgemäß gesammelten Daten werden für die Ausführung der erfindungsgemäßen Analyse und Überprüfung konsolidiert.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden in einer Konfigurationsphase Schwellenwerte für die Beiwerte vorkonfiguriert, um zu definieren, unter welchen Bedingungen ein Beiwert als Beiwertausreißer definiert wird, wobei die vorkonfigurierten Schwellenwerte auch während des Verfahrens verändert werden können.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden die Hypothesen in einer Konfigurationsphase vorkonfiguriert, wobei die vorkonfigurierten Hypothesen auch während des Verfahrens verändert und/oder durch zusätzliche Hypothesen ergänzt werden können.
Die Erfindung umfasst somit zwei unterschiedliche Zeitphasen:

1. Eine Konfigurationsphase, in der die Schwellenwerte für die Beiwerte und/oder Hypothesen definiert werden können und
2. Eine Ausführungsphase, in der das Verfahren parallel zur Bildakquisition angewendet wird oder im Nachgang zur Bildakquisition.

Das Verfahren umfasst Abschnitte, die client-seitig, also z.B. in einem Krankenhaus, und Abschnitte, die server-seitig, also z.B. als Cloud-Dienst, ausgeführt werden. Das System umfasst entsprechend Abschnitte (im Sinne von funktionalen Modulen), die auf dem Bildakquisitionssystem oder auf Computereinheiten, die mit diesem in Datenaustausch stehen, implementiert sind und andererseits Abschnitte, die auf dem Servergerät implementiert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Erfindung auch ein System betreffen, das nur den bildakquisitionsgerätebezogenen Abschnitt umfasst oder das nur den servergerätebezogenen Abschnitt umfasst.
Das oder die beschriebene(n) Verfahren können als Computerprogramm bereitgestellt werden, die Befehle umfassen, die zur Ausführung des jeweiligen Verfahrens bestimmt sind, wenn das Programm auf dem Computer ausgeführt wird.
Alle Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit der verfahrensgemäßen Lösung beansprucht oder beschrieben worden sind, können auch in der systemgemäßen Lösung der Erfindung umgesetzt werden und umgekehrt. Mit anderen Worten können auch die gegenständlichen Ansprüche (System) mit den Merkmalen weitergebildet sein, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch elektronische Hardware-Module oder Mikroprozessor-Module, des Systems ausgebildet und umgekehrt.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besprochen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung eines erfindungsgemäßen Überprüfungssystems für ein Bildakquisitionssystem.
2 zeigt ebenfalls in einer schematisierten Darstellung eine Beiwerterfassungseinheit und unterschiedlichen Datenspeichern für Referenzbeiwerte.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Überprüfung von einer medizinischen Hypothese gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung mehrere computerbasierte Einheiten des erfindungsgemäßen Systems zur Überprüfung einer medizinischen Hypothese in Bezug auf erfasste Bilddaten. Zur Erfassung der Bilddaten wird eine Modalität M bereitgestellt, wie beispielsweise ein Computertomograph oder ein Magnetresonanztomographiesystem. Wie in 1 durch die vertikale mittlere Trennungslinie angedeutet, umfasst das erfindungsgemäße System Module, die einem Krankenhaus zugeordnet werden können und linksseitig dargestellt sind und Module, die rechtsseitig dargestellt sind und als Cloud-basierte Dienste bereitgestellt werden können und auf einem oder unterschiedlichen Servern implementiert sein können. Alle der in 1 dargestellten Module des Krankenhauses (Client) und alle Module des Servers stehen in Datenaustausch; dies soll in 1 durch die gestrichelte Linie um die jeweiligen elektronischen Module repräsentiert sein. Insbesondere stehen die linksseitig dargestellten Module des Krankenhauses in Datenaustausch und die rechtsseitig dargestellten Module stehen ebenfalls in Datenaustausch. Die Module des Krankenhauses können als client-seitige Module bezeichnet werden, während die rechtsseitig dargestellten Module als Server-Module dienen. Der Datenaustausch zwischen den Client-Modulen und den Server-Modulen kann über einen Transmitter T erfolgen, der sowohl einen client-seitigen Abschnitt T_C umfasst und einen server-seitigen Abschnitt T_S. Darüber hinaus kann der Datenaustausch zwischen den Client-Modulen und den Server-Modulen über eine Applikation A ausgeführt werden, die ebenfalls wieder einen Client-Anteil A_C umfasst und einen Server-Anteil A_S.
Das erfindungsgemäße System dient zur Überprüfung einer Hypothese in Bezug auf medizinische Bilddaten. Eine Modalität M dient zur Erfassung der Bilddaten. Eine Beiwerterfassungseinheit BE dient zur Erfassung zumindest eines Beiwertes für jeden Bildakquisitionsvorgang. Beiwerte können unterschiedliche Parameter sein, die während des Bilderfassungsvorganges unmittelbar auf der Modalität M oder auf anderen Systemen erfasst werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um die angewendete Strahlendosis bei der Bilddatenerfassung handeln oder um die Arbeitszeit, die die jeweilige Bedienperson an der Modalität M bereits arbeitet. Die Beiwerte sind technischer Natur und stehen in Zusammenhang mit technischen Größen bei der Bildakquisition.
Hintergrund der Erfindung ist der Grundgedanke, dass bestimmten Beiwerten zumindest eine bestimmte medizinische Hypothese zugeordnet werden kann, die es erfindungsgemäß zu überprüfen gilt. Arbeitet beispielsweise eine Bedienperson schon übermäßig lange an der Modalität M, so steigt die Gefahr von Fehlern während der Bildakquisition. Dies führt wiederum dazu, dass es in Zukunft notwendig sein kann, dass zusätzliche Bildakquisitionen von demselben Patienten ausgeführt werden müssen. Dies erhöht wiederum die Strahlenbelastung für den Patienten und kann Folgeerkrankungen nach sich ziehen. Die vorstehend geschilderten Implikationen können als Hypothesen formuliert werden, die erfindungsgemäß überprüft werden. Dazu ist eine Hypotheseneinheit HE bereitgestellt, die dazu bestimmt ist, vorkonfigurierte Hypothesen zu bestimmten Beiwerten zu erfassen. Des Weiteren ist eine Analyseeinheit AnE bereitgestellt, die dazu bestimmt ist, eine statistische Analyse auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese auszuführen. Mit anderen Worten soll also erfindungsgemäß automatisch überprüft werden, ob der erfasste Beiwert einen vorkonfigurierten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Falls dies der Fall ist, handelt es sich um einen sogenannten Beiwertausreißer, also um einen Beiwert, der nicht im vorkonfigurierten Normalbereich liegt. In diesem Fall ist es sinnvoll, bestimmte Hypothesen zu überprüfen. Das Ergebnis der Hypothesenüberprüfung kann auf einer Benutzerschnittstelle ausgegeben werden.
Im Zusammenhang mit 1 werden im Folgenden Module und Bauteile des erfindungsgemäßen Systems näher erläutert. Die Modalität M kann von einem Radiologie-Informationssystem RIS ein Scan-Protokoll mit einer Reihenfolge zur Befehlsausführung auf der Modalität M empfangen. Auf Basis dieses Scan-Protokolls wird dann die Bildakquisition auf der Modalität M gesteuert. Nach der Erfassung der Bilddaten, können diese an ein Speichersystem PACS gesendet werden (Picture Archiving and Communication Systems). Zur Ausführung eines Bildakquisitionsvorganges werden üblicherweise bestimmte Verfahrensschritte definiert, die beispielsweise als „Modality Performed Procedure Steps“ (mpps) bezeichnet werden können. Diese Bedienschritte können von dem Radiologieinformationssystem RIS an die Modalität M zum Zwecke der Ausführung gesendet werden. Des Weiteren können die Verfahrensschritte mpps auch in dem Speichersystem PACS gespeichert werden. Zur weiteren Verarbeitung des jeweiligen Bildakquisitionsvorganges können die Verarbeitungsschritte mpps auch in einem zusätzlichen elektronischen, medizinischen Datensatz (Electronic Medical Record, EMR) gespeichert werden. Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu diesen Bauteilen die Beiwerterfassungseinheit BE vorgesehen, die entweder direkt auf der Modalität M implementiert sein kann oder auch als separates Modul bereitgestellt werden kann, wie dies in 1 dargestellt ist. Die entsprechend erfassten Datensätze, also die Bilddaten der Modalität M und die Beiwerte, die von der Beiwerterfassungseinheit BE erfasst werden, werden über den Client-Transmitter T_C an die Cloud zur Hypothesenüberprüfung übertragen. Die Überprüfung der Hypothese findet auf Servern der Cloud statt, die in 1 rechtsseitig dargestellt sind. Die entsprechenden Datensätze des Clients werden auf dem Server-Transmitter T_S empfangen und auf einer Auswerteeinheit AWE verarbeitet. Die Auswerteeinheit AWE umfasst die Hypotheseneinheit HE und die Analyseeinheit AnE. Die Auswerteeinheit dient zur Auswertung der Beiwerte und prüft, ob es sich bei den erfassten Beiwerten um Beiwertausreißer handelt. Die Auswerteeinheit AWE kann in Datenaustausch mit mehreren Speichern stehen, insbesondere mit einem elektronischen Speichersystem für medizinische Daten (Electronic Medical Record) EMR_S. Wie in 1 angedeutet, kann das EMR-Modul einen Client-Anteil EMR_C und einen Server-Anteil EMR_S umfassen. Der Client-Anteil EMR_C ist linksseitig dargestellt, während der Server-Anteil EMR_S rechtsseitig in 1 dargestellt ist. Die Auswerteeinheit AWE kann darüber hinaus mit einem Referenzbeiwert-Speicherverbund RB-SV und mit einer Zusatzinformationsdatenbank ZI-DB in Datenaustausch stehen. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, hier noch weitere Speichereinheiten MEM vorzusehen. Beispielsweise kann ein Speicher MEM bereitgestellt werden, in dem Hypothesen abgelegt sind, die in einer Konfigurationsphase konfiguriert und während der Ausführungsphase geändert werden können.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 ein Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Nach dem Start des Verfahrens können die Verfahrensschritte 1 und 2 in einer Konfigurationsphase A ausgeführt werden. Die Konfigurationsphase A dient insbesondere dazu, in Schritt 1 Schwellenwerte für die Beiwerte zu bestimmen. In diesem Schritt wird also definiert, unter welchen Bedingungen bzw. wann ein erfasster Beiwert als Beiwertausreißer behandelt wird und in welchen Fällen er sich im Normalbereich befindet. In Schritt 2 können Hypothesen in Bezug auf die Beiwerte definiert werden. Eine mögliche Hypothese lautet beispielsweise „Wahrscheinlichkeit xyz % für eine zukünftige Erkrankung des Patienten abc“. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können weitere Konfigurationsschritte in der Konfigurationsphase ausgeführt werden. So kann beispielsweise hier konfiguriert werden, welche weiteren Parameter als Beiwert erfasst werden sollen. Üblicherweise ist es vorkonfiguriert, dass als Beiwert ein Strahlendosiswert 1, ein Arbeitszeitwert 2, ein Studienweiterleitungswert 3 und ein Protokollwechselwert 4 sowie ein Gerätewartungswert 5 und/oder ein Gerätegütewert 6 erfasst werden. In einfacheren Ausführungsformen der Erfindung können jedoch nur einzelne der vorstehend erwähnten Beiwerte erfasst werden. In einer sehr einfachen Ausführung der Erfindung kann nur ein Beiwert erfasst werden.
Nach der Konfigurationsphase findet die Ausführungsphase B statt. Hier werden die Schritte 10 bis 70 ausgeführt. In Schritt 10 werden die Bilddaten auf der Modalität M erfasst. In Schritt 20 wird der Beiwert erfasst, der dem Bildakquisitionsvorgang zugeordnet ist. Üblicherweise werden mehrere Beiwerte erfasst.
Im Schritt 30 erfolgt die automatische Auswertung des erfassten Beiwertes dahingehend, ob der Beiwert ein Beiwertausreißer ist und sich somit außerhalb des vorkonfigurierten Normalbereiches befindet. Falls nein, kann das Verfahren enden oder wiederholt ausgeführt werden. Falls es sich um einen Beiwertausreißer handelt, wird in Schritt 40 eine Hypothese erfasst. Dies kann unter Zugriff auf einen Hypothesenspeicher ausgeführt werden. In Schritt 50 wird automatisch eine statistische Analyse auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese ausgeführt. Die Referenzbeiwerte werden aus den Referenzbeiwert-Speicherverbund RB-SV ausgelesen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die jeweiligen Referenzbeiwerte in unterschiedlichen Datenspeichern abgelegt sind und das System somit automatisch unterschiedliche Datenspeicher anspricht und auf diese zugreift und die jeweils eingesammelten Daten konsolidiert. In Schritt 60 kann das bereitgestellte Ergebnis der Überprüfung der Hypothese in einem Speicher gespeichert werden, um für zukünftige Hypothesenüberprüfungen verrechnet werden zu können. In Schritt 70 kann das Ergebnis der Überprüfung auf einer Benutzeroberfläche ausgegeben werden. Daraufhin kann das Verfahren entweder enden oder wiederholt ausgeführt werden.
Die Zuordnung von erfasstem Beiwert BE und dem jeweiligen Referenzbeiwert ist in 2 nochmals dargestellt. 2 zeigt die unterschiedlichen Beiwert-Parameter 1, 2, 3, 4, 5, 6 und deren jeweilige Referenz 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’, die in einem Referenzbeiwert-Speicherverbund RB-SV abgelegt sind. Die in 2 horizontal verlaufende Linie soll kennzeichnen, dass üblicherweise die Beiwerte BE client-seitig, also auf oder an der Modalität M erfasst werden, während die jeweiligen Referenzbeiwerte in einem Speicher auf dem Server einer Cloud bereitgestellt werden und von der Auswerteeinheit AWE verrechnet werden.
Ein wichtiger Gedanke der vorliegenden Erfindung liegt also darin, nicht nur die Bilddaten auszuwerten, um eine Aussage über zukünftige Erkrankungen des Patienten tätigen zu können, sondern noch zusätzliche technische Beiwerte, wie zum Beispiel den Strahlendosiswert 1, den Arbeitszeitwert 2, den Studienweiterleitungswert 3, den Protokollwechselwert 4, den Gerätewartungswert 5 und/oder den Gerätegütewert 6. Diese Datensätze werden bisher im Stand der Technik nicht verarbeitet, um mögliche zukünftige Erkrankungen des Patienten vorherzusagen.
Wenn beispielsweise die während der Bilddatenerfassung angewendete Strahlendosis über einem (zum Beispiel nationalen) Grenzwert liegt, die dem Patienten verabreicht worden ist, so kann dies für den Patienten schädlich sein. Dies führt zur Hypothese, dass in entfernter Zukunft die Wahrscheinlichkeit für eine Folgeerkrankung des Patienten erhöht ist. Dies kann als Hypothese dienen, die erfindungsgemäß automatisch unter Bezugnahme auf historische Referenzbeiwerte überprüft wird. Die historischen Referenzbeiwerte können in dem Referenzbeiwert-Speicherverbund RB-SV abgelegt werden und beziehen sich auf eine hohe Patientenpopulation. Bei jeder Überprüfungsmaßnahme werden weitere Fakten angesammelt und in dem Speicher abgelegt und können somit für weitere Hypothesenüberprüfungen verwendet werden. Wenn beispielsweise der Abgleich mit den historischen Referenzbeiwerten ergibt, dass über 70 % der Bilddatenerfassungen (Scans) von einem bestimmten Typ mit einer bestimmten Dosis für Patienten in einer bestimmten Altersgruppe innerhalb einer bestimmten Zeitphase zu einer Krankheit führen, so kann die vorstehend erwähnte Hypothese als korrekt überprüft werden. Die Hypothese wird also erfindungsgemäß stets unter Bezugnahme auf Referenzbeiwerte einer statistischen Analyse zugeführt und überprüft.
Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf den Arbeitszeitwert 2. Wenn beispielsweise durch die Beiwerterfassungseinheit BE erfasst worden ist, dass die Bedienperson der Modalität M eine bestimmte Anzahl von Arbeitsstunden bereits ohne Unterbrechung am Gerät arbeitet, so legt dies nahe, dass der Bediener möglicherweise ein höheres Fehlerrisiko während der Bilddatenerfassung hat. Die Hypothese könnte dann naheliegen, dass der Patient in entfernter Zukunft Folgeerkrankungen hat, da die Bedienperson an der Modalität M fehlerhaft gehandelt hat. Diese Hypothese wird wieder unter Bezugnahme auf historische Referenzbeiwerte überprüft. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass die historischen Referenzbeiwerte vorschlagen, dass Bilddatenerfassungen eines bestimmten Typs für Patienten einer bestimmten Altersgruppe, die von Bedienpersonen ausgeführt worden sind, die ein bestimmtes Arbeitszeitmuster aufweisen (und beispielsweise über einen bestimmten Arbeitszeitschwellenwert an der Modalität M arbeiten) zu bestimmten Erkrankungen in einer bestimmten Zeitspanne führen, so wird die vorstehend genannte Hypothese als korrekt überprüft.
Eine entsprechende Überprüfung kann für den Protokollwechselwert 4 und den Studienweiterleitungswert 3 ausgeführt werden. Wird das Scanprotokoll für die Modalität M beispielsweise sehr häufig geändert, so kann dies Anlass für eine Hypothese sein, dass der jeweilige Radiologe bzw. die Bedienperson sich unsicher war, welche Scanparameter bei der Bilddatenerfassung angewendet werden sollen. Dies wiederum kann dazu führen, dass möglicherweise falsche oder nicht ganz korrekte Scandaten angewendet worden sind. Dies wiederum führt zur Hypothese, dass eine zukünftige Erkrankung des Patienten möglich ist. Dasselbe betrifft Studienweiterleitungswerte. Falls gemessen wird, dass die erfassten Bilddaten, also die Bildstudien, sehr häufig (also bei einem Normalwert liegend) weitergeleitet worden sind, so legt dies nahe, dass der Arzt möglicherweise nicht sicher war, ob seine Diagnose korrekt ist. Dies wiederum kann zur Hypothese führen, dass der Patient in Zukunft Folgeerkrankungen aufweisen wird. Alle Hypothesen werden automatisch unter Bezugnahme auf Referenzbeiwerte überprüft. Das Ergebnis der Hypothesenüberprüfung wird dem Anwender ausgegeben. Dazu kann die Applikation A eine entsprechende Benutzerschnittstelle umfassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass alle medizinischen Datensätze, die in der Cloud verarbeitet und/oder gespeichert werden, anonymisiert sind, um sicherheitskritische Datensätze vor unberechtigten Zugriffen zu sichern. Insbesondere sollen keine personenidentifizierenden Hinweise aus dem Datensatz abgeleitet werden können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alle Beiwerte und alle Referenzbeiwerte automatisch in einem Speicher gespeichert werden, so dass sie für zukünftige Hypothesenüberprüfungen verfügbar sind. So kann das System als selbstlernendes System mittels eines generischen Algorithmus ausgebildet werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können zusätzlich noch weitere statistische Verfahren auf die erfassten Beiwerte und/oder auf das ausgewertete Ergebnis angewendet werden. So können Grenzwertberechnungen und Quartil-Berechnungen ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Beiwerte parallel zur Hypothesenüberprüfung ausgewertet. Mit anderen Worten wird untersucht, ob die Hypothese korrekt ist, wenn der Strahlendosiswert 1 einen vorkonfigurierten Schwellenwert übersteigt und der Arbeitszeitwert 2 sich nicht im Normalbereich befindet und der Studienweiterleitungswert 3 einen erhöhten Wert aufweist und der Protokollwechselwert 4 ebenfalls unnormal erhöht ist. Darüber hinaus können noch die weiteren Beiwerte, der Gerätewartungswert 5 und der Gerätegütewert 6, verrechnet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Aussagegehalt des ausgewerteten Ergebnisses verbessert werden kann. Wenn beispielsweise die Analyseeinheit AnE kennzeichnet, dass aufgrund von mehreren Beiwertüberprüfungen die Hypothese korrekt ist, so legt dies nahe, dass das Ergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit korrekt ist.
Mit der Erfindung ist eine Reihe von Vorteilen verbunden. Auf die Gefahr von Folgeerkrankungen kann erfindungsgemäß nun zu einem sehr frühen Zeitpunkt hingewiesen werden. Dies war nach den Stand-der-Technik-Systemen nicht der Fall. Damit kann die Gefahr reduziert werden, dass wichtige medizinische Signale in Bezug zu Bilddatenerfassungen übersehen werden.
Das erfindungsgemäß Verfahren kann auch als Computerprogramm implementiert sein. Dabei kann es auf einem Datenträger gespeichert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die bisherige Analysesoftware zur Bewertung von radiologischen Bildern beispielsweise mit einem Aktivierungsknopf ausgebildet sein, der das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert. Ist dieser Knopf (Button) auf der Benutzeroberfläche nicht gedrückt, so ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung von medizinischen Hypothesen deaktiviert. Wird der Vorhersageknopf jedoch vom Anwender gedrückt, werden automatisch vorgeschlagene Vorhersagen mit Wahrscheinlichkeitsangaben auf der Benutzeroberfläche angezeigt.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung eine andere Abfolge der Verfahrensschritte vorzusehen. Insbesondere – und optional – können die technischen Beiwerte gleichzeitig zu dem Bildakquisitionsvorgang erfasst werden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung hier weitere technische Parameter zu definieren, die als Beiwert erfasst und verrechnet werden sollen (z.B. die gemessene Einsatzdauer des Bilderfassungsgerätes).
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten und den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.

Claims

System zur Überprüfung einer Hypothese in Bezug auf Beiwerte zu erfassten Bilddaten, mit folgenden über ein Netzwerk in Datenaustausch stehenden Einheiten: – Einer Schnittstelle (S) zu einem Bilddatenakquisitionssystem (M), das zur Akquisition von medizinischen Bilddaten dient; – Einer Beiwerterfassungseinheit (BE), die zur Erfassung zumindest eines Beiwertes für jede Bildakquisition dient; – Einer Auswerteeinheit (AWE), die zum automatischen Auswerten des erfassten Beiwertes dahingehend dient, ob der erfasste Beiwert ein Beiwertausreißer ist und bejahendenfalls dazu bestimmt ist: – eine Hypotheseneinheit (HE) zu aktivieren, die dazu bestimmt ist, zumindest eine vorkonfigurierte Hypothese zu dem Beiwertausreißer zu erfassen, und – eine Analyseeinheit (AnE) zu aktivieren, die dazu bestimmt ist, eine statistische Analyse auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten zur Überprüfung der Hypothese auszuführen.
System nach Anspruch 1, bei dem das System einen Referenzbeiwert-Speicherverbund (RB-SV) umfasst zur Speicherung von jeweils unterschiedlichen Referenzbeiwerten (1‘, 2‘, 3‘, 4‘, 5‘, 6‘) in jeweils getrennten Datenspeichern, wobei die Referenzbeiwerte (1‘, 2‘, 3‘, 4‘, 5‘, 6‘) den jeweiligen Beiwerten (1, 2, 3, 4, 5, 6) zugeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die Beiwerte einen Strahlungsdosiswert (1), einen Arbeitszeitwert (2), einen Studienweiterleitungswert (3) und einen Protokollwechselwert (4) umfassen.
System nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die Beiwerte einen Gerätewartungswert (5) und/oder einen Gerätegütewert (6) umfassen.
System nach dem unmittelbar vorhergehenden Patentanspruch, bei dem die Beiwerterfassungseinheit (BE) Bestandteil der Auswerteeinheit (AWE) ist und die Auswerteeinheit (AWE) als Cloud-basierte Komponente über eine Web-Schnittstelle zugreifbar ist.
Verfahren zur Überprüfung einer medizinischen Hypothese in Bezug auf erfasste Bilddaten, mit folgenden Verfahrensschritten: – Erfassen (10) von Bilddaten auf einem Bildakquisitionssystem (M) – Erfassen (20) zumindest eines Beiwertes (1, 2, 3, 4, 5, 6) zu dem Bildakquisitionsvorgang – Automatisches Auswerten (30) des erfassten Beiwertes, ob der erfasste Beiwert ein Beiwertausreißer ist und bejahendenfalls: – Erfassen (40) zumindest einer vorkonfigurierten Hypothese zu dem Beiwertausreißer – Ausführen einer statistischen Analyse (50) auf Basis von gespeicherten Referenzbeiwerten (1‘, 2‘, 3‘, 4‘, 5‘, 6‘) zur Überprüfung der Hypothese.
Verfahren zur Überprüfung einer Hypothese in Bezug auf erfasste, medizinische Bilddaten nach dem vorstehenden Verfahrensanspruch, bei dem ein Ergebnis der Überprüfung auf einer Benutzeroberfläche ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Beiwert ein Strahlendosiswert (1) ist, der bei dem Bildakquisitionsvorgang angewendet worden ist und bei dem die Hypothese eine Wahrscheinlichkeit für eine spätere Erkrankung betrifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Beiwert ein Arbeitszeitwert (2) ist und eine Angabe zur Arbeitszeit einer Bedienperson bei Ausführung des Bildakquisitionsvorgangs repräsentiert und bei dem die Hypothese eine Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Ausführung des Bildakquisitionsvorgangs betrifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Beiwert ein Studienweiterleitungswert (3) ist und eine Weiterleitungshäufigkeit der Bilddaten repräsentiert und bei dem die Hypothese eine Wahrscheinlichkeit für eine spätere Erkrankung betrifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Beiwert ein Protokollwechselwert (4) ist und eine Änderungshäufigkeit eines Bildscanprotokolls repräsentiert und bei dem die Hypothese eine Notwendigkeit für weitere Bildakquisitionsvorgänge betrifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Beiwert ein Gerätegütewert (6) für das Bildakquisitionssystem ist und bei dem die Hypothese eine Wahrscheinlichkeit für eine medizinische Fehlbeurteilung betrifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem parallel unterschiedliche Beiwerte zur Überprüfung der Hypothese verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem parallel unterschiedliche Hypothesen überprüft werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem die unterschiedlichen Referenzbeiwerte in getrennten Datenspeichern vorgehalten werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem in einer Konfigurationsphase Schwellenwerte für die Beiwerte vorkonfiguriert werden, um zu definieren, unter welchen Bedingungen ein Beiwert als ein Beiwertausreißer gewertet wird, wobei die vorkonfigurierten Schwellenwerte auch während des Verfahrens verändert werden können.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, bei dem die Hypothesen in einer Konfigurationsphase vor-konfiguriert werden, wobei die vorkonfigurierten Hypothesen auch während des Verfahrens verändert oder durch zusätzlich Hypothesen ergänzt werden können.