Hintergrund

Üblicherweise verfügen Standorte von klinischen Forschungsprojekten über ein zentrales klinisches Bildarchiv (Picture Archiving and Communication System − PACS). Heutzutage sollten die meisten bildgebenden Medizingeräte (CT, MRT, PET etc., auch als Modalitäten bezeichnet) und bildbeziehenden Abteilungen des jeweiligen Standortes an dieses PACS angeschlossen sein.

Für die Speicherung und den Austausch von Bilddaten im PACS-Umfeld wird der DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) verwendet. Dieser Standard ist ein wichtiger Eckpfeiler für die Interoperabilität von IT-Systemen im Gesundheitswesen. DICOM umfasst gleichzeitig Kommunikationsprotokolle und die Spezifikationen für ein Dateiformat.

In den letzten Jahren haben sich jedoch besonders im Bereich der Mikroskopie und Nanoskopie eine zunehmende Anzahl an digitalen bildgebenden Modalitäten außerhalb der DICOM-Welt etabliert, für die separate Speicher- und Managementlösungen betrieben werden müssen. Ein herstellerübergreifender Standard wurde hierfür bisher noch nicht etabliert.

Herausforderung der Datenübertragung in ein zentrales Archiv

Bei multizentrischen Forschungsprojekten werden Bilddaten häufig in zentralen Systemen gesammelt und verwaltet, um sie anschließend besser auswerten (bspw. in einem CoreLab) und darüber hinaus auch nachnutzen zu können. Die Übertragung aus den erhebenden Einrichtungen in dieses zentrale Archiv stellt die Projekte jedoch mitunter vor einige Probleme: Ein Direktversand aus dem lokalen PACS ist aus Gründen der IT-Sicherheit häufig nicht möglich. Hinzu kommt, dass die Bilddaten vor dem Versand noch pseudonymisiert werden müssen.

Um die Lücke zwischen dem abgeschotteten lokalen Netzwerk, in dem sich PACS in der Regel befinden, und dem offenen Internet zu überwinden, existieren zwar frei verfügbare sowie kommerzielle Gateway-Lösungen.

In vielen anderen Verbünden ist es jedoch gängige Praxis, die Daten auf mobile Datenträger (CD, USB-Stick, externe Festplatte) zu kopieren, um sie dann entweder von einem Endpunkt im offenen Netzwerk hochzuladen oder direkt per Post auf dem Datenträger zu verschicken. Für letzteres gibt es sowohl Best-Practice Guidelines als auch unterstützende Software.

Softwarelösungen

Aufgrund einer Vielzahl von Open-Source-Softwarestacks und einer sehr starken Spezialisierung auf einzelne Fachdisziplinen oder Methoden bei den Tools zur Bildverarbeitung, geht der Überblick über die Systemlandschaft leicht verloren. Daher haben sich die Autoren des IT-Report der TMF für die folgende Kategorisierung entschieden:

Es gibt Softwarelösungen für das Datenmanagement, die in ihren grundlegenden Funktionen dem klinischen PACS ähneln, sowie Tools zur digitalen Bildverarbeitung. Letztere können noch einmal unterteilt werden in Produkte, die ausschließlich zur Vorbereitung bzw. Vorverarbeitung der Daten genutzt werden und solche, die zur Visualisierung, Analyse und Auswertung dienen. Teilweise decken Werkzeuge allerdings auch beide Bereiche ab. Hinzu kommen Programme, die in der Lehre oder zu Schulungszwecken eingesetzt werden.

Zusätzlich zum eigentlichen Einsatzzweck kann in der medizinischen Bildgebung auch zwischen der DICOM-Welt und der Non-DICOM-Welt unterschieden werden. Die Trennung zwischen diesen Welten prägt auch die IT-Landschaft. Über die Zeit wurde eine Vielzahl von Softwareprodukten – freie und kommerzielle – für das Management und für die Verarbeitung medizinischer Bilddaten entwickelt. Die meisten von ihnen sind jedoch entweder auf die Anwendung in der DICOM-Welt oder aber in der Non-DICOM-Welt spezialisiert; nur wenige überbrücken diesen Graben und werden in beiden Bereichen eingesetzt.

Digitale Bildverarbeitung erfordert professionelle Infrastruktur

Besonders auf dem Gebiet der digitalen Bilddatenverarbeitung neigen unerfahrene Forschungsverbünde dazu, die Komplexität des Themas zu unterschätzen und auf Eigenentwicklungen bei der Infrastruktur zu setzen. Hiervon ist in Anbetracht der bereits verfügbaren, teilweise lizenzkostenfreien Lösungen jedoch abzuraten. Vorzugsweise sollte auf ein bestehendes System gesetzt und dieses an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden. Weiter unten finden Sie eine Auswahl frei verfügbarer System zur Verwaltung von Bilddaten in der Forschung.

Die Wahl des Systems sollte dabei von den Anforderungen des Forschungsverbundes bezüglich der zu speichernden Daten, der Interoperabilität mit bestehenden Systemen und der Unterstützung von Verarbeitungsprozessen sowie des Qualitätsmanagements abhängig gemacht werden.

Frei verfügbare Systeme

Auswahl von frei verfügbaren Systemen zur Verwaltung, Archivierung und zum Austausch von Bildern im Forschungskontext:

XNAT (Washington University of St.Louis, MO, USA) ist eine webbasierte Open-Source Software zur Archivierung, Verwaltung und zum Austausch von medizinischen Bilddaten und assoziierten Daten im Forschungskontext. Sie wird sowohl für zentrale Forschungsdaten-Repositories, als auch für multizentrische Studien benutzt. XNAT kann u.a. mit Bilddaten im DICOM- oder Analyze-Format und mit allgemeinen Daten im XML-Format umgehen.

OMERO (Open Microscopy Environment Consortium) ist eine Open-Source Client-Server Software zur Visualisierung, Verwaltung und Analyse von mikroskopischen Bilddaten. OMERO unterstützt viele proprietäre Formate über die Bio-Formats Library und bietet zudem noch ein eigenes offenes Bildformat (OME-TIFF) und Metadaten im OME-XML Format.

LORIS (McGill University, Quebec, Canada) ist eine webbasierte Open-Source Software zur Verwaltung, Visualisierung und zum Austausch von medizinischen Bilddaten und assoziierten Verhaltens- und Genomdaten im Forschungskontext.

MDPE (Universitätsmedizin Mainz, Deutschland) – Medical Data and Picture Exchange. Eine webbasierte (Client-Server) Teleradiologieplattform mit der Möglichkeit, „Patientenakten“ in Projekten/Studien zu gruppieren. Unterstützt DICOM, Objekte aus der Strahlentherapie (RTSTRUCT, RTPLAN) und herkömmliche Bildformate (JPEG, PNG), sowie die Dokumentenformate Office und PDF.

CTK - The Common Toolkit. CTK ist eine Open-Source DICOM-Plattform, mit der es möglich ist, DICOM-Bilder aller Art zu speichern, anzuzeigen, zu senden und zu empfangen.

DCMTK – DICOM-Toolkit (Offis Oldenburg). DCMTK implementiert weite Teile des DICOM-Standards in Form von Anwendungen und Software-Bibliotheken und stellt diese als Open-Source zur Verfügung. In vielen Produkten werden DCMTK Bibliotheken zur Sicherstellung grundlegender DICOM-Funktionalitäten eingesetzt. Die bereitgestellten Anwendungen können eigenständig betrieben werden.