004 Informatik
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Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahre 1895 begründete Wilhelm Conrad Röntgen die medizinische Bildgebung. Diese ermöglichte erstmals, zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken einen Blick in das Innere des Menschen zu werfen, ohne dass sich dieser einer unter Umständen riskanten Operation unterziehen musste. Die Röntgentechnik gestattet allerdings nur die Projektion anatomischer Strukturen auf ein zweidimensionales Bild. Erst die Erweiterung der Bildgebung auf tomographische Verfahren, wie der Computer und Magnetresonanztomographie, erlaubte es, kontrastreiche, überlagerungsfreie 3D Schichtbilder zu erzeugen [13, S. 1]. Weitere Unterstützung hat die medizinische Bildgebung durch die Computertechnik erfahren, die eine digitale Nachbearbeitung der Bilder oder oft auch eine umfassende Bildanalyse ermöglicht. Im Zuge der technischen Weiterentwicklung kommen immer leistungsfähigere Computer zum Einsatz. Daher ist es nicht verwunderlich, dass medizinische Bilder heute hauptsächlich digital gespeichert, verschickt und bearbeitet werden. Auch entwickeln sich die bildgebenden Modalitäten weiter, was zu immer höher aufgelösten Bildern führt, in denen immer feinere Strukturen erkennbar sind. Simultan bedeutet das, dass für immer größere Datenmengen eine digitale Bearbeitung am Computer bewerkstelligt werden muss. Es ist deshalb ein zentrales Anliegen, effziente bildverarbeitende Algorithmen zu entwickeln.
Die chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD) schränkt in ihren letzten Stadien die Lebensqualität der Patienten schwerwiegend ein und die einhergehenden Verschlechterungen des Gesundheitszustandes (Exazerbationen) können zum Tode führen. Für die Versorgung von COPD-Patienten im häuslichen Umfeld und Unterstützung im Alltag existieren bereits mobile und technische Geräte. Um eine weitergehende Unterstützung bedarfsgerecht zu planen, müssen Bedürfnisse der Patienten ermittelt und bereits existierende Lösungen zur COPD im Bereich Ambient Assisted Living (AAL) untersucht werden. Daraus können Anforderungen an eine elektronische Gesundheitsakte (eGA) zur Unterstützung von COPD-Patienten abgeleitet werden. Zur Ermittlung der Bedürfnisse wurden Vorgespräche mit COPD-Patienten geführt um einen Interviewleitfaden entwickeln zu können. Der Interviewleitfaden war Grundlage für semi-strukturierte Interviews mit Patienten der Medizinischen Klinik V des Universitätsklinikums des Saarlandes, die an den Untersuchungstagen zu einem Interview bereit waren. Insgesamt wurden zehn Patienten interviewt, zwei Frauen und acht Männer. Anhand der Ergebnisse aus den Interviews konnten wesentliche Bedürfnisse der COPD-Patienten ermittelt werden. Diese sind: Dauerhafter Erhalt von Informationen über die COPD; Kontakt zu Bekannten, Verwandten, Freunden und anderen COPD-Patienten; Mehr nichtmedikamentöse Behandlung; Sofortiger Einblick in die persönlichen medizinischen Daten. Sehr wichtig ist den COPD-Patienten auch, dass sie selbstständig Alltagstätigkeiten meistern können, beziehungsweise Unterstützung bei der Durchführung erhalten und sich in den eigenen vier Wänden sicher fühlen.
Bevor eine neue Therapie zur Medikation zugelassen wird, muss sie in einer klinischen Studie ihren Nutzen beweisen. Da heutzutage die besten Ergebnisse bei solchen Fragestellungen aus randomisierten klinischen Studien kommen, ist eine gute Randomisationssoftware für den Ablauf der Studie von einer großen Bedeutung. In Abhängigkeit von dem Studienaufbau wird ein geeigneter Randomisationsalgorithmus für die Zuweisung der Studienteilnehmer zu den Therapien gewählt. Ziel dieser Diplomarbeit ist eine schon bestehende Open Source Software RANDI2 zu analysieren und um ein weiteres Randomisationsverfahren zu erweitern. Dieses Verfahren soll zu der Familie der response-adaptiven Randomisationsverfahren gehören. Im Weiteren werden unterschiedliche Randomisationsalgorithmen mit jeweiligen Vorteilen, Nachteilen und Funktionsweisen vorgestellt. Nachdem ein passendes Verfahren gefunden wird, werden die Möglichkeiten untersucht, ihn in schon vorhandene Software zu implementieren. Anschließend wird die Implementierung gemacht und das Ergebnis getestet. Nach der Erweiterung von RANDI2 soll bei einer response-adaptiven Studie schon während des Ablaufs festgestellt werden können, welche Therapie bessere Ergebnisse erzielt. Mit dieser Kenntnis können mehr Patienten während der Studie eine bessere Behandlung bekommen und früher von dem Nutzen profitieren.
Mobile-Anwendungen nehmen eine zentrale Rolle in der IT-Branche ein und gewinnen zunehmend an Bedeutung. Unzählige Softwarelösungen, wie beispielsweise in den Bereichen Schulung, Banking, Navigation oder Logistik, stehen den privaten und kommerziellen Nutzern als Mobile-Anwendung zur Verfügung. An der Hochschule Heilbronn steht derzeit das Stundenplan-System „SPlan“ zur Verfügung, welches den Studierenden, Mitarbeitern und Dozenten einer Suchanfrage nach Stundenpläne und dem Raumbelegungspläne des jeweiligen Semesters ermöglicht. Für eine benutzerfreundlichere und effektivere Nutzung dieses Stundenplan-Systems entstand die Idee, dieses System im Rahmen meiner Diplomarbeit als Mobile-Anwendung bereit zu stellen. Das für diese Diplomarbeit konkretisierte Ziel ist nun, das Stundenplan-System „SPlan“ in eine Mobile-Anwendung, basierend auf dem Android-Betriebssystem, umzusetzen. Mithilfe der mobilen-Anwendung kann der Anwender die Stundepläne des betreffenden Semesters mit den entsprechenden Studiengängen und die jeweils zugehörigen Studentengruppen anzeigen lassen. Genauso können für den Raumbelegungspläne des betreffenden Semesters, die Standorte und die jeweils zugehörigen Räume definiert werden. Optional bietet sich die Möglichkeit, Einzelbuchungen und Blockveranstaltungen der beiden Suchanfragen anzeigen zu lassen. Außerdem werden die Suchanfragen automatisch anhand der gewählten benutzer-spezifischen Eingaben als Profil in der Anwendung gespeichert. Somit lässt sich die Anwendung personalisieren.
Nach der Operation ist die Strahlentherapie die erfolgreichste und meist genutzte Krebstherapie. Sie wird bei mehr als 50% der Patienten angewandt, die an Krebs erkrankt sind. Das Ziel der Strahlentherapie ist es, eine Strahlendosis zu applizieren, die hoch genug ist, um die Tumorzellen zu töten. Dies ist sowohl aus physikalischer als auch aus technischer Sicht häufig eine schwere Aufgabe, da besonders maligne Tumore oft sehr nahe an Organen lokalisiert werden, die eine hohe Sensitivität gegenüber Strahlen aufweisen. Hierzu zählen Organe wie die Augen, Sehnerven, der Hirnstamm oder die Lunge[Sch06]. Aus diesem Grunde muss die Strahlentherapie sorgfältig geplant werden. Dies ermöglicht es dem Benutzer, bestimmte Szenarien zu simulieren und die beste Konfiguration zu finden, um eine Strahlentherapie auszuführen. Das optimalste Ergebnis ist dabei, dass der Tumor 100% der benötigten Strahlendosis erfährt und das umliegende Gewebe sowie die umliegenden Organe vollständig geschont werden. Eine Methode der Strahlentherapieplanung ist die Virtuelle Strahlentherapiesimulation die auch Gegenstand dieser Arbeit ist.
In einer vorangegangenen, erst kürzlich abgeschlossenen Bachelorarbeit wurde festgestellt, dass durch die Einführung eines Projektportals das Projektmanagement in der IT-Abteilung der SLK-Kliniken verbessert werden kann. Bisher befindet sich keine Applikation im Einsatz, mit deren man alle nützlichen Features verwalten kann. Ebenfalls ist noch nicht klar welche Anforderungen solch ein Produkt überhaupt erfüllen muss. Da noch nicht ganz klar ist, was für Anforderungen die Applikation besitzen muss und bisher nur eine sehr teure Komponente getestet wird, wird in dieser Bachelorarbeit ermittelt, was für Anforderungen für solch ein Produkt nötig sind. Mit Hilfe eines Wegwerfprototyps wird getestet, ob das Open Source Produkt Liferay Portal den Anforderungen gerecht wird und ob das Produkt in den Betrieb der Klinik integrierbar ist. Ein Analysekatalog zu erstellen ist ein Weiteres Ziel dieser Arbeit. Mit diesem können auch weitere Systeme analysiert und verglichen werden. Zudem wird eine Empfehlung auszusprechen sein, ob es sinnvoll ist das Produkt einzusetzen.
Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse der Secondary Use Systeme der Vanderbilt Universität, Nashville Tennessee (USA), und einem anknüpfenden Vergleich mit deutschen Konzepten und unter Berücksichtigung der deutschen Gesetzeslage. Dabei wurden, auf Basis einer vor Ort durchgeführten Analyse, wichtige Prozesse modelliert und im Anschluss mit den Datenschutzkonzepten der Technologie- und Methodenplattform für die vernetzte medizinische Forschung (TMF) verglichen. Weiterhin wurde darauf eingegangen, inwiefern eine Übertragung der Prozesse und Methoden mit dem deutschen Datenschutz vereinbar wäre. Die Bewertung der Ergebnisse zeigt, dass ein Großteil der zugrundeliegenden Prozesse in Vanderbilt auf Deutschland übertragen werden können, jedoch bei gewissen Methoden andere Ansätze gewählt werden müssen. Es wird ebenfalls hervorgehoben, dass es trotz Schutzmaßnahmen und -mechanismen Risiken für die Privatsphäre gibt.
Im Rahmen der interdisziplinären Leberkrebsforschung des ‚SFB/TRR 77’ ‚Leberkrebs von der molekularen Pathogenese zur zielgerichteten Therapie’ fallen Genomdaten an, welche in unterschiedlichen Formaten gespeichert werden. Der ‚SFB/TRR 77’ wird technisch durch die integrierte Informationsplattform ‚pelican’ (platform enhancing livercancer networked research) unterstützt. ‚pelican’ erlaubt Forschern ihre (Genom-)Daten zentral zu speichern und Daten von anderen Projekten einzusehen. Die Informationsplattform ist nach dem Prinzip der modernen service-orientierten Architektur (SOA) aufgebaut, nach welcher Dienste über einheitliche Schnittstellen an unterschiedlichen Orten spezifische (Teil-)Aufgaben erfüllen, um so größere Prozesse zu realisieren. Damit die Genomdaten für umfassende Analysen einheitlich zur Verfügung stehen, bedarf es eines Genkonvertierungs-Dienstes zur Abbildung von Genbezeichnungen aufeinander, der in die SOA von ‚pelican’ integriert werden kann. Verschiedene Gendatenbanken und biomedizinische Standards wurden auf ihre Eignung untersucht, Gene eindeutig zu identifizieren. Auch die Tools des ‚cancer Biomedical Informatics Grid’ (caBIG) werden auf Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung einer eindeutigen Genidentifikation analysiert. Aus den verschiedenen Genidentifikationsmöglichkeiten wird eine optimale Methode ausgewählt, mit der im Genkonvertierungs-Dienst gearbeitet werden kann. Diese ist das ‚Gensymbol’, da es Gendatenbank übergreifend ist und von dem Human Genome Organisation (HUGO) Gene No-menclature Committee (HGNC) standardisiert wird. Die Daten aus der HGNC-Datenbank werden in eine eigene MySQL-Datenbank transferiert. Auf Basis dieser Datenbank wird ein Webservice entwickelt, der dann in die SOA der Informationsplattform eingebunden werden kann. Der erstellte Webservice steht zur Abfrage von Genomdaten bereit. Mittels entsprechenden Tests wird die Funktionalität des neuen Services validiert.
Der Einsatz von virtuellen Szenen in der Medizin gewinnt zunehmend an Bedeutung, weil Navigations- und Planungshilfen für den Arzt geschaffen werden. Die Verwendung von komplexen Computersimulationen soll den Behandlungsprozess verkürzen und gleichzeitig die Behandlungsqualität durch eine gezielte Vorgehensweise verbessern. Wegen der hohen Komplexität von Bildverarbeitungsalgorithmen ist es jedoch schwierig, eine einfache Interaktion mit den medizinischen Daten zu ermöglichen. Zudem werden Benutzereingaben durch die Eingabegeräte wie Maus und Tastatur eingeschränkt, da diese in vielen Fällen keine einfache Steuerung zulassen. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Umsetzung intuitiver Interaktionskonzepte für den alltäglichen klinischen Gebrauch durch Verwendung von intuitiven Eingabegeräten (3D Maus, Wii Controller). Die Entwicklungen basieren auf dem Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK) des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ). Dabei wurden von einer einfachen Kamerafahrt in einer Volumenvisualisierung über die Realisierung eines Headtracking in einer virtuellen Realität bis hin zu der Interaktion mit 3D Objekten konkrete Anwendungsbeispiele erarbeitet, analysiert und bewertet.
Die visuelle Analyse der kindlichen Spontanmotorik hat sich als aussagekräftiges Verfahren zur Prognose schwerer neurologischer Störungen erwiesen. Eine computergestützte Entscheidungsunterstützung könnte Ärzten eine wertvolle objektive Hilfe bei der Prognosestellung geben. Mit dem Ziel ein solches entscheidungsunterstützendes System zu entwickeln, wurde am Institut für Medizinische Biometrie und Informatik der Universität Heidelberg ein Forschungsprojekt durchgeführt. Darin wurde u.a. ein Softwarepaket für Forscher entwickelt. Die Ergebnisse der Forschung wurden bislang nicht für Ärzte zugänglich gemacht. Diese Arbeit ergänzt das Softwarepaket des Projekts um zwei Komponenten. Ein grafischer Editor erleichtert die Nutzung des bestehenden Softwarepakets, indem es den Forscher bei der Ablaufsteuerung des entscheidungsunterstützenden Prozesses unterstützt. Eine Präsentationskomponente macht die Ergebnisse des entscheidungsunterstützenden Prozesses für Ärzte nutzbar. Die beiden Komponenten werden mit ähnlichen Komponenten anderer Forschungsprojekte im selben Kontext verglichen und exemplarisch evaluiert.