2011-03-30 Zeitstrahl-Visualisierung.pdf - Lehrstuhl für ...
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Bachelor-/Masterarbeit: Interaktive <strong>Zeitstrahl</strong>-<br />
<strong>Visualisierung</strong> klinischer Daten mit i2b2<br />
Während der Krankenhausaufenthalte werden von den Patienten viele unterschiedliche Daten in elektronischer<br />
Form erfasst, zum Beispiel Diagnose- und Prozeduren-Codes, Befundtexte, Medikationen und Laborwerte.<br />
Diese Daten werden primär für Abrechnungszwecke erhoben, außerdem dienen sie der Erfüllung der Dokumentationspflicht<br />
des Krankenhauses. Ein weiteres, in den letzten Jahren immer wichtigeres Ziel ist die Wiederverwendung<br />
dieser Daten in der klinischen Forschung [1]. Beispielsweise können aufgrund der erfassten<br />
Daten Patientengruppen bestimmt werden die dann in geeignete klinische Studien eingeschleust werden können.<br />
Um diese Ziele zu erfüllen, werden die Daten nächtlich aus den Quellsystemen extrahiert und in einem<br />
klinischen Data Warehouse (DWH, IBM/Cognos) zusammengeführt. Mit verschiedenen DWH-Werkzeugen können<br />
die gesammelten Daten dann ausgewertet werden. Aufgrund der großen Heterogenität der gesammelten<br />
Daten – alleine im klinischen Arbeitsplatzsystem Siemens Soarian werden in Erlangen über 42,000 unterschiedliche<br />
Datenelemente erfasst – ist eine effiziente <strong>Visualisierung</strong> dieser Datenmengen bei der Analyse wichtig.<br />
Besonders temporale Zusammenhänge sind für klinische Fragestellungen wichtig: Gibt es bestimmte Ereignisse<br />
im Behandlungsverlauf, die mit dem späteren Auftreten einer Komplikation in Verbindung stehen? Verläuft die<br />
Betreuung der Patienten entlang etablierter klinischer Behandlungspfade?<br />
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Technik zur <strong>Visualisierung</strong> und Analyse solcher Daten in Form einer <strong>Zeitstrahl</strong>endarstellung<br />
entwickelt werden, die auf i2b2 aufbaut. Bei i2b2 (http://www.i2b2.org) handelt es sich um eine<br />
millionenschwer geförderte Open-Souce-Auswertungsplattform für klinische Daten aus den USA, in die man<br />
derartige Techniken integrieren könnte. Auch Erlangen hat in den letzten 2 Jahren i2b2 evaluiert [2] und nimmt<br />
zusammen mit Göttingen hier eine Vorreiterrolle in Deutschland ein [3]. Bezüglich der <strong>Visualisierung</strong> könnte ein<br />
erster Ansatz die bereits existierende „Pathifier“-<strong>Visualisierung</strong> aus Erlangen [4] sein, allerdings handelt es sich<br />
bei dieser Bachelor-/Masterarbeit um keine einfache Neuimplementierung – im Gegenteil: vor allem Kreativität<br />
ist gefordert, denn viele Aspekte sind noch offen!<br />
Die Arbeit bietet:<br />
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Den berühmten Blick über den Tellerrand: Praxiserfahrungen im klinischen Umfeld, für Informatiker<br />
ein ausgesprochen spannendes und dankbares Umfeld<br />
Die Möglichkeit, sich in nationale und internationale Projekte einzubringen, einschließlich der Vorstellung/Publikation<br />
des Projekts (z. B. GMDS e. V. Jahrestagung, i2b2 Academic Users Group)<br />
Die Möglichkeit, eigene Ideen in ein hochaktuelles Forschungsgebiet einzubringen und umzusetzen<br />
Anforderungen:<br />
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<br />
Großes Interesse an Computergraphik, <strong>Visualisierung</strong> und Medizin<br />
Eine kreative Ader, viel Zeit<br />
Kenntnisse über verschiedene Web-Techniken für den Client, insb. JavaScript (einschließlich AJAX, YUI-<br />
Framework, XML-Verarbeitung, …) – oder die Motivation, sich hier einzuarbeiten<br />
Java-Kenntnisse für die Server-Seite (Webservices mit JBoss und Axis2, JAXB, …)<br />
Nützlich: Grundkenntnisse über relationale Datenbanken, SQL, Linux, Eclipse
Ziele (vorläufig):<br />
Z1<br />
Konzeption einer interaktiven <strong>Zeitstrahl</strong>visualisierung für medizinische Daten:<br />
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<br />
<br />
Navigation auf dem <strong>Zeitstrahl</strong>, interaktive Filterung & Alignment<br />
Umschaltung zwischen verschiedenen <strong>Zeitstrahl</strong>-<strong>Visualisierung</strong>sformen (z. B. Zeitstempel, Laborwerte)<br />
Darstellungsarten verschiedener Kennzahlen/Fakten-Typen<br />
Techniken zum interaktiven Vergleichen/Ausrichten/Aggregieren mehrerer <strong>Zeitstrahl</strong>en/Patienten<br />
Z2<br />
Prototypische Implementierung der konzipierten Benutzerführung in den Szenarien <strong>Visualisierung</strong><br />
einer Patientenkohorte<br />
<br />
<br />
Implementierung der <strong>Visualisierung</strong> auf der Clientseite (browserbasiert, vorzugsweise JavaScript)<br />
Umsetzung der Interaktion zwischen Client und i2b2-Server (Java Webservices, evtl. Implementierung<br />
einer oder mehrerer neuen „i2b2-Zellen“)<br />
Aufgaben (vorläufig):<br />
A1<br />
Konzeption<br />
A1.1 Recherche<br />
A1.1.1 Literaturrecherche publizierter Ansätze zur <strong>Visualisierung</strong>/Analyse temporaler biomedizinischer<br />
Datensätze<br />
A1.1.2 Marktrecherche verfügbarer kommerzieller & Open-Source-Komponenten<br />
A1.2 Anforderungsanalyse & Konzeption<br />
A1.2.1 Bestandsaufnahme der am UK Erlangen verfügbaren Dimensionen & Kennzahlen<br />
A1.2.2 Konzeption einer interaktiven <strong>Zeitstrahl</strong>visualsierung<br />
A1.2.3 Definition eines Application Programming Interface (API)<br />
A2<br />
Implementierung & Evaluation<br />
A2.1 Implementierung eines funktionsfähigen Prototyps der konzipierten Benutzerführung auf Basis<br />
verfügbarer Komponenten<br />
A2.1.1 Implementierung der API-Funktionen<br />
A2.1.2 Browserbasierte Implementierung des User Interface<br />
A2.2 Integration des Prototyps mit vorhandener IT-Infrastruktur (i2b2, Data Warehouse)<br />
A2.3 Demonstration der Funktionsweise anhand der <strong>Visualisierung</strong> einer Patientenkohorte<br />
Kontakt:<br />
<strong>Lehrstuhl</strong> für Medizinische Informatik: http://www.imi.med.uni-erlangen.de<br />
Dipl.-Inf. Sebastian Mate: Sebastian.Mate@imi.med.uni-erlangen.de<br />
Dr. Thomas Ganslandt: Thomas.Ganslandt@uk-erlangen.de<br />
[1] Prokosch HU, Ganslandt T.; Perspectives for medical informatics. Reusing the electronic medical record for clinical research; Methods Inf Med. 2009;48(1):<br />
38-44.<br />
[2] T. Ganslandt; S. Mate, Helbing K, U. Sax, H.U. Prokosch. Unlocking Data for Clinical Research - The German i2b2 Experience; Appl Clin Inf (<strong>2011</strong>), in press.<br />
[3] http://www.tmf-ev.de/News/tabid/108/articleType/ArticleView/articleId/596/Erster-deutscher-i2b2Workshop-in-Erlangen.aspx<br />
[4] Ganslandt T, Jantsch S, Mascher K, Prokosch HU; Digging for hidden gold: timeline-based visualization of heterogeneous clinical data; Journal for quality of<br />
life research 3 (2005), 82-84.
Links: i2b2-Client auf<br />
JavaScript-Basis<br />
Rechts: i2b2-Client auf Java-Basis<br />
Unten sieht man die rudimentäre<br />
<strong>Zeitstrahl</strong>visualisierung von i2b2.<br />
Links: Erstes Proof-Of-Concept einer<br />
einfachen interaktiven <strong>Zeitstrahl</strong>-<br />
<strong>Visualisierung</strong> für den Webclient (ca.<br />
1.900 Zeilen JavaScript mit ProcessingJS)<br />
Unten: Die in Erlangen entwickelte<br />
(nicht interaktive) Pathifier-<br />
<strong>Visualisierung</strong>.