The International Radiomics Platform – An Initiative of the German and Austrian Radiological Societies – First Application Examples

Daniel Overhoff; Peter Kohlmann; Alex Frydrychowicz; Sergios Gatidis; Christian Loewe; Jan Moltz; Jan-Martin Kuhnigk; Matthias Gutberlet; H. Winter; Martin Völker; Horst Hahn; Stefan O. Schoenberg; Vorstandskommission Radiomics und Big data:; Vorstand der Deutschen Röntgengesellschaft:; Präsidium der Österreichischen Röntgengesellschaft:

doi:10.1055/a-1244-2775

RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden Verfahren, Table of Contents

Rofo 2021; 193(03): 276-288
DOI: 10.1055/a-1244-2775

Heart

Die Internationale Radiomics-Plattform – eine Initiative der Deutschen und Österreichischen Röntgengesellschaften – Erste Anwendungsbeispiele

Article in several languages: English | deutsch

Authors

Daniel Overhoff

¹Department of Radiology and Nuclear Medicine, University Medical Center Mannheim, Medical Faculty Mannheim, Heidelberg University, Germany
Peter Kohlmann

²Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS, Bremen, Germany
Alex Frydrychowicz

³Department of Radiology and Nuclear Medicine, University Hospital Schleswig-Holstein, Campus Lübeck, Germany
Sergios Gatidis

⁴Department of Diagnostic and Interventional Radiology, University-Hospital Tübingen, Germany
Christian Loewe

⁵Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria
Jan Moltz

²Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS, Bremen, Germany
Jan-Martin Kuhnigk

²Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS, Bremen, Germany
Matthias Gutberlet

⁶Department of Diagnostic and Interventional Radiology, Leipzig Heart Centre University Hospital, Leipzig, Germany
H. Winter

⁷Department of Diagnostic and Interventional Radiology, Hannover Medical School, Hannover, Germany
Martin Völker

⁸German Roentgen Society „Deutsche Röntgengesellschaft“, Berlin, Germany
Horst Hahn

²Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS, Bremen, Germany
Stefan O. Schoenberg

¹Department of Radiology and Nuclear Medicine, University Medical Center Mannheim, Medical Faculty Mannheim, Heidelberg University, Germany

Vorstandskommission Radiomics und Big data:

Vorstand der Deutschen Röntgengesellschaft:

Präsidium der Österreichischen Röntgengesellschaft:

Abstract

Zusammenfassung

Ziel Die DRG-ÖRG-IRP (Deutsche Röntgengesellschaft-Österreichische Röntgengesellschaft Internationale Radiomics-Plattform) stellt eine web-/cloudbasierte Radiomics-Plattform auf Grundlage einer öffentlich-privaten Partnerschaft dar. Sie bietet die Möglichkeit der gemeinsamen Nutzung von Daten, Annotation, Validierung und Zertifizierung auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz, Radiomics-Analyse und integrierten Diagnostik. In einer ersten Proof-of-Concept-Studie soll die automatisierte Myokardsegmentation sowie die automatisierte myokardiale Late-Gadolinum-Enhancement (LGE)-Detektion mittels radiomischer Bildmerkmale für Myokarditis-Datensätze evaluiert werden.

Material und Methoden Die DRG-ÖRP-IRP kann zur Erstellung qualitätsgesicherter, strukturierter Bilddaten in Kombination mit klinischen Daten und anschließender integrierter Datenanalyse genutzt werden und zeichnet sich durch die folgenden Leistungskriterien aus: Nutzungsmöglichkeit multizentrischer vernetzter Daten, automatisiert berechnete Qualitätsparameter, Bearbeitung von Annotationsaufgaben, Konturerkennung mittels herkömmlicher Verfahren sowie Verfahren der künstlichen Intelligenz und der Möglichkeit einer gezielten Einbindung von Algorithmen.

In einer ersten Studie wurde ein anhand kardialer CINE-Datensätze vortrainiertes neuronales Netz zur Segmentierung von PSIR-Datensätzen evaluiert. In einem zweiten Schritt wurden radiomische Bildmerkmale zur segmentalen Detektion von LGE der gleichen Datensätze, welche multizentrisch über die IRP zu Verfügung gestellt wurden, angewendet.

Ergebnisse Erste Ergebnisse zeigen die Vorteile (Datentransparenz, Zuverlässigkeit, breite Einbindung aller Mitglieder, kontinuierliche Evolution sowie Validierung und Zertifizierung) dieses plattformbasierten Ansatzes auf. In der Proof-of-Concept-Studie konnte im Vergleich zur Segmentierung des Myokards durch den Experten das neuronale Netzwerk einen Dice-Koeffizienten von 0,813 nachweisen. Im Rahmen der segmentbasierten myokardialen LGE-Detektion ergab sich ein AUC von 0,73 bzw. ein AUC von 0,79 nach Ausschluss von Segmenten mit unsicherer Annotation.

Die Auswertung und Bereitstellung der Daten findet auf der IRP unter Berücksichtigung der FAT-Kriterien (Fairness, Accountability, Transparency) sowie FAIR-Kriterien (findable, accessible, interoperable, reusable) statt.

Schlussfolgerung Es konnte gezeigt werden, dass die DRG-ÖRP-IRP als Kristallisationspunkt für die Generierung weiterer Einzel- und Verbundprojekte genutzt werden kann. Die Durchführung von quantitativen Analysen mit Verfahren der künstlichen Intelligenz wird hierbei durch den Plattformansatz der DRG-ÖRP-IRP erheblich erleichtert, da vorab trainierte neuronale Netze integriert und wissenschaftliche Gruppen vernetzt werden können.

In einer ersten Proof-of-Concept-Studie zur automatisierten Segmentation des Myokards sowie zur automatisierten myokardialen LGE-Detektion konnten diese Vorteile erfolgreich angewendet werden.

Somit zeigt sich, dass sich mittels der DRG-ÖRP-IRP strategische Ziele interdisziplinär umsetzen, konkrete alltagstaugliche Proof-of-Concept-Beispiele aufzeigen sowie möglichst partizipativ unter Einbindung aller Gruppierungen eine Vielzahl an Einzel- und Verbundprojekten realisieren lassen.

Kernaussagen:

Die DRG-ÖRG-IRP ist eine web-/cloudbasierte Radiomics-Plattform auf Grundlage einer öffentlich-privaten Partnerschaft.
Die DRG-ÖRG-IRP ist nutzbar für die Erstellung qualitätsgesicherter, strukturierter Bilddaten in Kombination mit klinischen Daten und anschließender integrierter Datenanalyse.
Erste Ergebnisse zeigen die Anwendbarkeit linksventrikulärer myokardialer Segmentierung mittels neuronalen Netzwerks und segmentbasierte LGE-Detektion mittels radiomischer Bildmerkmale.
Die DRG-ÖRG-IRP bietet die Möglichkeit der Integration vorab trainierter neuronaler Netze und Vernetzung wissenschaftlicher Gruppen.

Zitierweise

Overhoff D, Kohlmann P, Frydrychowicz A et al. The International Radiomics Platform – An Initiative of the German and Austrian Radiological Societies. Fortschr Röntgenstr 2021; 193: 276 – 288

Key words

artificial intelligence - myocarditis - magnetic resonance imaging - neural networks

Full Text

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