2011-03-30 Zeitstrahl-Visualisierung.pdf - Lehrstuhl für ...

Bachelor-/Masterarbeit: Interaktive Zeitstrahl-
Visualisierung klinischer Daten mit i2b2
Während der Krankenhausaufenthalte werden von den Patienten viele unterschiedliche Daten in elektronischer
Form erfasst, zum Beispiel Diagnose- und Prozeduren-Codes, Befundtexte, Medikationen und Laborwerte.
Diese Daten werden primär für Abrechnungszwecke erhoben, außerdem dienen sie der Erfüllung der Dokumentationspflicht
des Krankenhauses. Ein weiteres, in den letzten Jahren immer wichtigeres Ziel ist die Wiederverwendung
dieser Daten in der klinischen Forschung [1]. Beispielsweise können aufgrund der erfassten
Daten Patientengruppen bestimmt werden die dann in geeignete klinische Studien eingeschleust werden können.
Um diese Ziele zu erfüllen, werden die Daten nächtlich aus den Quellsystemen extrahiert und in einem
klinischen Data Warehouse (DWH, IBM/Cognos) zusammengeführt. Mit verschiedenen DWH-Werkzeugen können
die gesammelten Daten dann ausgewertet werden. Aufgrund der großen Heterogenität der gesammelten
Daten – alleine im klinischen Arbeitsplatzsystem Siemens Soarian werden in Erlangen über 42,000 unterschiedliche
Datenelemente erfasst – ist eine effiziente Visualisierung dieser Datenmengen bei der Analyse wichtig.
Besonders temporale Zusammenhänge sind für klinische Fragestellungen wichtig: Gibt es bestimmte Ereignisse
im Behandlungsverlauf, die mit dem späteren Auftreten einer Komplikation in Verbindung stehen? Verläuft die
Betreuung der Patienten entlang etablierter klinischer Behandlungspfade?
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Technik zur Visualisierung und Analyse solcher Daten in Form einer Zeitstrahlendarstellung
entwickelt werden, die auf i2b2 aufbaut. Bei i2b2 (http://www.i2b2.org) handelt es sich um eine
millionenschwer geförderte Open-Souce-Auswertungsplattform für klinische Daten aus den USA, in die man
derartige Techniken integrieren könnte. Auch Erlangen hat in den letzten 2 Jahren i2b2 evaluiert [2] und nimmt
zusammen mit Göttingen hier eine Vorreiterrolle in Deutschland ein [3]. Bezüglich der Visualisierung könnte ein
erster Ansatz die bereits existierende „Pathifier“-Visualisierung aus Erlangen [4] sein, allerdings handelt es sich
bei dieser Bachelor-/Masterarbeit um keine einfache Neuimplementierung – im Gegenteil: vor allem Kreativität
ist gefordert, denn viele Aspekte sind noch offen!
Die Arbeit bietet:
Den berühmten Blick über den Tellerrand: Praxiserfahrungen im klinischen Umfeld, für Informatiker
ein ausgesprochen spannendes und dankbares Umfeld
Die Möglichkeit, sich in nationale und internationale Projekte einzubringen, einschließlich der Vorstellung/Publikation
des Projekts (z. B. GMDS e. V. Jahrestagung, i2b2 Academic Users Group)
Die Möglichkeit, eigene Ideen in ein hochaktuelles Forschungsgebiet einzubringen und umzusetzen
Anforderungen:
Großes Interesse an Computergraphik, Visualisierung und Medizin
Eine kreative Ader, viel Zeit
Kenntnisse über verschiedene Web-Techniken für den Client, insb. JavaScript (einschließlich AJAX, YUI-
Framework, XML-Verarbeitung, …) – oder die Motivation, sich hier einzuarbeiten
Java-Kenntnisse für die Server-Seite (Webservices mit JBoss und Axis2, JAXB, …)
Nützlich: Grundkenntnisse über relationale Datenbanken, SQL, Linux, Eclipse

Ziele (vorläufig):
Z1
Konzeption einer interaktiven Zeitstrahlvisualisierung für medizinische Daten:
Navigation auf dem Zeitstrahl, interaktive Filterung & Alignment
Umschaltung zwischen verschiedenen Zeitstrahl-Visualisierungsformen (z. B. Zeitstempel, Laborwerte)
Darstellungsarten verschiedener Kennzahlen/Fakten-Typen
Techniken zum interaktiven Vergleichen/Ausrichten/Aggregieren mehrerer Zeitstrahlen/Patienten
Z2
Prototypische Implementierung der konzipierten Benutzerführung in den Szenarien Visualisierung
einer Patientenkohorte
Implementierung der Visualisierung auf der Clientseite (browserbasiert, vorzugsweise JavaScript)
Umsetzung der Interaktion zwischen Client und i2b2-Server (Java Webservices, evtl. Implementierung
einer oder mehrerer neuen „i2b2-Zellen“)
Aufgaben (vorläufig):
A1
Konzeption
A1.1 Recherche
A1.1.1 Literaturrecherche publizierter Ansätze zur Visualisierung/Analyse temporaler biomedizinischer
Datensätze
A1.1.2 Marktrecherche verfügbarer kommerzieller & Open-Source-Komponenten
A1.2 Anforderungsanalyse & Konzeption
A1.2.1 Bestandsaufnahme der am UK Erlangen verfügbaren Dimensionen & Kennzahlen
A1.2.2 Konzeption einer interaktiven Zeitstrahlvisualsierung
A1.2.3 Definition eines Application Programming Interface (API)
A2
Implementierung & Evaluation
A2.1 Implementierung eines funktionsfähigen Prototyps der konzipierten Benutzerführung auf Basis
verfügbarer Komponenten
A2.1.1 Implementierung der API-Funktionen
A2.1.2 Browserbasierte Implementierung des User Interface
A2.2 Integration des Prototyps mit vorhandener IT-Infrastruktur (i2b2, Data Warehouse)
A2.3 Demonstration der Funktionsweise anhand der Visualisierung einer Patientenkohorte
Kontakt:
Lehrstuhl für Medizinische Informatik: http://www.imi.med.uni-erlangen.de
Dipl.-Inf. Sebastian Mate: Sebastian.Mate@imi.med.uni-erlangen.de
Dr. Thomas Ganslandt: Thomas.Ganslandt@uk-erlangen.de
[1] Prokosch HU, Ganslandt T.; Perspectives for medical informatics. Reusing the electronic medical record for clinical research; Methods Inf Med. 2009;48(1):
38-44.
[2] T. Ganslandt; S. Mate, Helbing K, U. Sax, H.U. Prokosch. Unlocking Data for Clinical Research - The German i2b2 Experience; Appl Clin Inf (2011), in press.
[3] http://www.tmf-ev.de/News/tabid/108/articleType/ArticleView/articleId/596/Erster-deutscher-i2b2Workshop-in-Erlangen.aspx
[4] Ganslandt T, Jantsch S, Mascher K, Prokosch HU; Digging for hidden gold: timeline-based visualization of heterogeneous clinical data; Journal for quality of
life research 3 (2005), 82-84.

Links: i2b2-Client auf
JavaScript-Basis
Rechts: i2b2-Client auf Java-Basis
Unten sieht man die rudimentäre
Zeitstrahlvisualisierung von i2b2.
Links: Erstes Proof-Of-Concept einer
einfachen interaktiven Zeitstrahl-
Visualisierung für den Webclient (ca.
1.900 Zeilen JavaScript mit ProcessingJS)
Unten: Die in Erlangen entwickelte
(nicht interaktive) Pathifier-
Visualisierung.