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3  Material und Methoden

In diesem Kapitel werden die verschiedenen Telekommunikationsverbindungen und die eingesetzten Systeme mit ihren technischen Details beschrieben. In einem weiteren Abschnitt folgen der Aufbau der Studie sowie die Darstellung der Vergleichskriterien.

3.1 Genutzte Telekommunikationsverbindungen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten Bilder über eine Entfernung zu übertragen. In Tabelle 7 werden einige mit ihren Vor- und Nachteilen aufgelistet.

Tabelle 8: Telekommunikationsverbindungen

Verbindung

Transferrate

Übertragungszeit für ein Bild von 512x512x24bit

Vorteile

Nachteile

ISDN

64kb/s

95s

konstante Übertragungsrate

Langsame Bildübertragung, nicht für den Schnellschnitt geeignet

N*ISDN

n*64kb/s

95/n

konstante Übertragungsrate

In Europa weit verbreitet, in Deutschland flächendeckend

Punkt zu Punkt Verbindung

Spezielle Router notwendig (zur Bündelung)

Ethernet

10Mb/s bis

100 Mb/s

0,6s

Netz ist in der Regel vorhanden (kostenlos)

Jede Verbesserung sofort spürbar

belastungsabhängige Übertragungsrate

Fiber distributes data interface

FDDI

100Mb/s

0,06s

Extrem ausfallsicher

Sehr selten eingesetzt

Hoher Aufwand

Internet WAN

Verbindungs- und tagesabhängig zwischen wenigen kb/s bis zu 100 Mb/s

In der Praxis zwischen einer Sekunde und einer Stunde

Weltweiter Zugriff möglich

International Standard. Protokolle

belastungsabhängige Übertragungsrate

ATM

144Mb/s

0,04s

konstante Übertragungsrate einstellbar

sehr schnell

Spezielle Adapter notwendig

Sehr teuer

In der Studie wurde auf die an der Charité vorhandenen Verbindungen wie Ethernet, ATM und Internet (Intranet) zurückgegriffen.

3.1.1 ATM-Verbindung

ATM (Asynchronous Transfer Mode) wird zum Aufbau der Infrastruktur von Netzen eingesetzt. So sind glasfaserbasierte Backbones ein häufiger Einsatzort (Beispiel Charite).


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ATM-Netztechnik ist, im Unterschied zu „Leitungsnetzen“ wie dem öffentlichen Telefon, ein „Paketnetz“. Das Leitungsnetz ist ein synchrones Übertragungsverfahren, bei dem die gesamte Bandbreite während der Verbindung zu Verfügung steht, egal ob sie andauernd genutzt wird oder nicht. Bei Paketnetzen werden Nutzdaten in Datenblöcke aufgeteilt und zum Ziel verschickt. Jedes Paket belegt nur so viel Bandbreite oder Zeit wie es zur Übertragung braucht.

Abbildung 10: Leitungs- und Paketvermittlung

Leitungsvermittelnde Netze stellen dem Teilnehmer eine bestimmte Bandbreite für eine relativ lange Zeit ständig zur Verfügung. Paketvermittelnde Netze dagegen befördern Signale stückweise und liefern sie stückweise an. Die Kapazität des Netzes kann dadurch erheblich effektiver ausgenutzt werden (Glaser 2001).

Bei der ATM Verbindung sind die Datenblöcke einheitlich groß. Sie werden als Zellen bezeichnet und haben die einheitliche Länge von 53 Byte. Davon sind 5 Byte für den Zellkopf, der die benötigten Steuerinformationen enthält. Die restlichen 48 Byte stehen für die Nutzerdaten zu Verfügung.

Abbildung 11 zeigt eine solche Zelle. Die Steuerinformation befindet sich im Zellkopf (Header). Dieser wird unterteilt in:

Generic Flow Control (GFC), der die Verkehrssteuerung zwischen Endgerät und Netzknoten fasst,

dem VPI/VCI Feld, von ihm hängen der Verbindungsaufbau und die Route ab,


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dem Playload Type Identifier (PTI), der angibt, ob die Zelle Nutz- oder Verwaltungsdaten für die Knoten oder die Endgeräte beinhaltet, außerdem werden Hinweise über Überlastungssituationen im Netz transportiert,

dem Cell Loss Priority Feld (CLP), welches entscheidend dafür ist, ob eine Zelle bei Netzüberlastung verworfen werden kann oder nicht und

dem Header Error Control Feld (HEC), das zur Fehlererkennung im Header selbst dient.

Abbildung 11: Format einer Standard ATM-Zelle

Durch die Speicherung der Route im Zellkopf gehen die Zellen einen vorgeschriebenen Weg durch das Netz.

Sie werden ohne festen Bezug zu einem Zeitrahmen zu beliebigen Zeitpunkten im Raster des Netztaktes übertragen, d.h. immer wenn ein Weg ihrer vorgeschriebenen Route frei ist werden sie weitergeleitet.

Wie andere Netze auch bestehen ATM-Netze aus Netzknoten, Verbindungen zwischen den Knoten sowie Verbindungen zwischen Netzknoten und Endgerät beim Anwender. Das UNI (User Network Interface) bildet die Schnittstelle zum Anwender, das NNI (Network Node Interface) verbindet ATM-Netzknoten miteinander (Tillmann W 2000).

Über ATM-Netze können hohe Bandbreiten (bis zu n x 155 Mbit/s) erreicht werden, d.h., dass auch große Datenmengen in sog. „real time“ ( zeitgleich und in beide Richtungen) übertragen werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass beim ATM-Netz die Daten mit verschiedener Priorität übertragen werden können. Insbesondere bei Videoverbindungen ist es möglich, die Anzahl der zu übertragenden Bilder pro Sekunde festzulegen. So kann z.B. das Bild des histologischen Präparates mit einer Übertragungsrate von 75% der Gesamtrate übertragen werden, das Bild der Pathologen nur mit einer Rate von 25%. Es gibt verschiedene Service-Klassen (Quality of Service = QoS), die bestimmte Durchsatzraten oder Mindestverzögerungsraten beim Datentransport zusichern. Auch [Seite 25↓]die Rate an Datenverlust bei Netzbelastung wird hier festgelegt. Beim telepathologischen Schnellschnitt könnte somit die Übertragung vertraglich zugesichert werden. Zeitliche Verzögerungen durch Netzüberlastung sind ausgeschlossen.

3.1.2 Ethernet-Verbindung

Das Ethernet entstand schon sehr früh in der Geschichte der Computertechnik (1972). Ziel war es mehrere Computer innerhalb eines kleineren Bereiches zu vernetzen, um an mehreren Arbeitsplätzen Zugriff auf die gleichen Daten zu haben. Diese Art der Vernetzung wird auch als „local area network“ (LAN) bezeichnet. Das Ethernet ist nur eine, wenn auch die am weitesten verbreitetste Lösung für ein LAN. Es wird auch an der Charité eingesetzt.

Die Daten werden hier ebenfalls in Pakete unterteilt und mit Absende- und Zieladresse versehen. Jedes Paket sucht sich sein Ziel unabhängig von den anderen Paketen der gleichen Sendung. Die Menge der eigentlichen Nutzdaten kann zwischen 64 und 1500 Byte frei gewählt werden. Nach der Präambel, die im Wesentlichen der zeitlichen Synchronisation dient (7 Byte) und dem Startbyte folgen je 6 Byte für die Ziel- und Absenderadresse. In den folgenden 2 Byte wird die Länge des nachfolgenden Nutzdatenfeldes mitgeteilt. In den letzten 4 Byte wird ein Fehlercheck vorgenommen (Siehe Abb.12).

Abbildung 12: Rahmenstruktur des Ethernet Datensegments (Glaser W 2001)

Jeder Teilnehmer hat zu jedem beliebigen Zeitpunkt Zugriff auf die Leitung. Er muss, um alle Nachbarn zu erreichen, in alle Richtungen seine Daten einspeisen können. Dabei überwacht jeder Computer ständig die Netzbelastung selbst und sendet nur, wenn die Leitung nicht belegt ist. Kommt es doch zur Kollision der Daten, so stellt jeder Sender seine Datenübertragung ein und beginnt nach einer gewissen Wartezeit die Datenübertragung von neuem. Ursprünglich war das Ethernet für eine [Seite 26↓]Übertragungskapazität von 10Mbit/s ausgelegt. Es wurde jedoch mittlerweile zum Gigabit-Ethernet weiter entwickelt, welches nach wie vor mit den gleichen Protokollen und gleichen Formaten der Datensegmente arbeitet.

Abbildung 13: Ethernet-Struktur

3.1.3 Internet-Verbindung

Das Internet ist ebenfalls ein paket-orientiertes Netz. Eine in den Browser des Computers eingegebene Internetadresse wird zunächst in kleine Datenpakete zerlegt und gelangt so zu dem jeweiligen Provider (Internet-Service-Anbieter). Der Computer, auf dem die Pakete eintreffen, wird Server genannt. Kann er die gewünschte Information nicht anbieten, so verschickt er die Pakete an weitere Server. Dabei werden Überlandleitungen, Seekabel, Satelliten u.s.w. genutzt. Die Datenpakete können, anders als beim ATM-Netz, völlig unterschiedliche Wege nehmen um das Ziel zu erreichen (siehe Abb. 14). Hindernisse auf dem Weg können so umgangen werden. Dabei dienen sogenannte Router als Wegweiser zum Ziel. Ist ein Server überlastet, oder kann er aus bestimmten Gründen die Pakete nicht weiterleiten, so senden die Router sie in eine andere Richtung. Diese Form der Datenübermittlung wurde ursprünglich (1957) für das Militär entwickelt, um ein stabiles Kommunikationsnetz auch im Kriegsfall zu besitzen, welches nicht auf eine zentrale Vermittlung zurückgreifen muss und auch dann noch selbständig einen Übertragungsweg findet, wenn einige Wege zerstört wurden.


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Abbildung 14: ATM- und Internet-Verbindung

In der oberen Variante wird die gewünschte Verbindung zwischen A und B vor Beginn der Übertragung festgelegt. Jedes Datenpaket läuft bis zum Abschluss dieser Verbindung genau diesen Weg. In der unteren Variante sucht jedes Paket, ausgewiesen durch seine mitgeführte Adresse, sich seinen eigenen und momentan gerade freien und günstigen Weg (ausgezogene oder gestrichelte Linie).

Mit zunehmender Nutzung des Internets wurde ein Protokoll für Datenbündelung tabellein Netzwerken vereinbart. Es hat sich als TCP-Protokoll bis heute erhalten und regelt die Art, wie die einzelnen Datenpakete der verschiedenen über das Netz übertragenen Dienste organisiert und übertragen werden. Es wurde durch das IP-Protokoll ergänzt. Dieses definiert die Struktur und vor allem auch die Adressierung der Datenpakete im Netz. 1982 wurde das TPC/IP-Protokoll als Standard eingeführt (Glaser 2001).

3.2 Eingesetzte Telepathologiesysteme

Im folgenden Abschnitt werden die verschiedenen technischen Ausstattungen der in der Studie verwendeten Telepathologiesysteme ausführlich beschrieben.

3.2.1 TPS Telepathologiesystem Version 1.5

Das TPS Vers. 1.5 ist ein von der Charité in Zusammenarbeit mit der Firma Leica Mikrosystems Wetzlar GmbH entwickeltes Telepathologie-System.

Abbildung 15. zeigt den schematischen Aufbau der Arbeitsplätze.


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Abbildung 15: Schematischer Aufbau des TPS Vers. 1.5.

Das TPS-System besteht aus folgenden Komponenten:

Die in der Studie verwendete Konfiguration ist in Tab. 9 aufgeführt.


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Tabelle 9: Konfiguration des TPS 1.5 Telepathologiesystem der Charité

Systemkomponente

Technische Spezifikation/ Bezeichnung

PC des Pathologen

Betriebssystem

Prozessor

Arbeitsspeicher

Festplatte/Speicher

Grafikkarte

Videokarte

Netzkarte

Monitor

Vidokonferenzsystem

Telepathologie-Software

Windows 95 B

Pentium II 400 MHz

128 MB RAM

C: 2GB, D: 3GB

Elsa Viktory Erazor LT

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel; 75 Hz Bildwiederholfrequenz

Winnov-Videum

TPS Version 1.5 © Leica, Charité

PC im Schnellschnitt-Labor

Betriebssystem

Prozessor

Arbeitsspeicher

Festplatte/Speicher

Grafikkarte

Framegrabber

Videokarte

Netzkarte

Monitor

Videokonferenzsystem

Telepathologie-Software

Windows 95 B

Pentium II 400 MHz

128 MB RAM

C: 2GB, D: 3GB

Elsa Victory Erazor LT

Matrox Meteor PCI Frame Grabber

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel; 75 Hz Bildwiederholfrequenz

Winnov-Videum

TPS Version 1.5 © Leica, Charité

Lautsprecher

Xonic SW60

Webcam

Philips, PCVC675K

Mikroskop

Leica DM RXA mit VMI via RS232

Leica

Mikroskopkamera

HITACHI HV-C2OM

3CCD

Bildaufnahmechip: ½“-CCD

Effektive Pixelzahl: PAL 762x508x3 (HxVxRGB)

Farbauflösung: 24 Bit true Color

Framegrabber: RGB

Autofokus

I-Sight Autofokus mit serieller Schnittstelle

Makroskop

Wolf Visulazer VZ 7b mit Durchlicht und Auflicht-Beleuchtung, Objektfeld von 325 mm x 240 mm bis 29 mm x 22 mm

1CCD-Kamera, 24 fach Zoom, manueller Fokus, 2 programmierbare Presets, tragbar

Verbindung mit PC: Composite Y/C und RGB-Ausgang, S-VHS und BNC Kabel

Netzverbindung:

Typ

WAN/ISDN, LAN

Geschwindigkeit

ISDN (n*64 Kbps)

LAN (100Mbps)

Das TPS- Programm. lässt sich über die graphische Benutzeroberfläche bequem bedienen(Abb. 16).


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Abbildung 16: Benutzeroberfläche beim TPS-System

Von der Benutzeroberfläche des TPS aus hat man Zugriff auf die drei wichtigsten Arbeitsprofile:

Mikroskopie, Makroskopie und Falldatenbearbeitung.

1. Mikroskopie:

Durch das Mikroskop können histologisch aufbereitete Organschnitte beurteilt werden.

Beim TPS-System erfolgt die Verbindung synchron (Abb.3, siehe auch Abschnitt 1.1.3.).


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Abbildung 17: Schema Synchrone-Mikroskopie

Das Mikroskop kann über ein von der Firma Leica Wetzlar entwickeltes Steuerungssystem ferngesteuert werden. Dies schließt folgende Möglichkeiten mit ein:

Die Funktionsweise der Fernsteuerung des Mikroskops soll in folgender Abb.18 kurz verdeutlicht werden.

Abbildung 18: Schema Mikroskopfernsteuerung

Die vom Joystick des Pathologen ausgehenden Steuerinformationen werden im fernsteuerbaren Mikroskop umgesetzt, so dass das Präparat auf dem Objekttisch bewegt wird. Die an das Mikroskop angeschlossene Kamera nimmt die entsprechenden Bilder auf und sendet diese an eine Framegrabberkarte im PC. Diese spezielle Grafikkarte bereitet das eingehende Signal für den Monitor auf. Gleichzeitig wird über [Seite 32↓]die bestehende Netzverbindung das Signal an den PC des Pathologen übertragen. Der gewünschte Präparatausschnitt wird dann ebenfalls auf dem Monitor dargestellt.

Eine weitere Funktion ist die Erstellung eines für den Schnellschnitt wichtigen Übersichtsbildes.

Durch einen Tracker (farbiges Rechteck) kann man einzelne Bereiche des Präparates gezielt aufsuchen und sich in einer höheren Vergrößerung ansehen.

Die Bilder können in einer Datenbank abgelegt und mit Hilfe eines Annotationsmodus können Markierungen vorgenommen werden.

Es kann zwischen einem Standbild- und einem Videomodus hin- und hergeschaltet werden. Im Videomodus kann über einen Pfeil innerhalb des Bildes eine direkte Falldiskussion erfolgen.

2. Makroskopie:

Über das angeschlossene Makroskop ist auch eine makroskopische Präsentation von Gewebe möglich. Der am Monitor arbeitende Pathologe kann den Zuschnitt des während einer Operation gewonnenen Gewebes live mitverfolgen und über die Videokonferenz Anweisungen geben.

Auch bei der Makroskopie kann zwischen Standbild- und Videomodus hin- und hergeschaltet werden. Die Bilder können ebenfalls in die Datenbank aufgenommen werden. Beim makroskopischen Zuschnitt des OP-Präparates werden Bilder mit Hilfe eines Makroviewers oder eines Stereomikroskops angefertigt. Genau wie in der mikroskopischen Diagnostik digitalisiert eine angeschlossene Kamera die Bilder und sendet diese an die Framegrabberkarte des PC. Durch das Drehen des Präparates wird der Stereoeindruck besonders gut vermittelt. Der Pathologe kann den Zuschnitt des Präparates live mitverfolgen und Anweisungen erteilen (Abb. 19).


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Abbildung 19: Schema Online-Makroskopie

3. Falldatenbearbeitung:

Im Falldaten-Fenster können Vorbefunde, klinische Informationen, ebenso wie Informationen zu bereits früher aufgenommenen mikroskopischen und makroskopischen Bildern des betreffenden Patienten eingesehen werden. Die vorher aufgenommenen Bilder sind in einer Datenbank archiviert, die jeweilige Vergrößerung und Färbemethode sind vermerkt. Wird ein Fall abgeschlossen, so erfolgt eine Archivierung und es sind keine Veränderungen an den Daten oder Bildern mehr möglich.

Das TPS ermöglicht folgende Vorgänge

Verbindungsaufbau beim Schnellschnitt:

Um mit dem TPS eine Verbindung zu einem entfernten Pathologen aufzunehmen, muss zunächst die Art der Anfrage spezifiziert werden.


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Zur Auswahl stehen:

Beim Schnellschnitt muss dann, wenn möglich, die Diagnose gestellt werden, wobei der sich nicht „vor Ort“ im Schnellschnittlabor befindliche Pathologe hierbei im juristischen Sinn voll für seine Diagnose haftet. Da alle Vorgänge archiviert werden können, ist der Weg zur Diagnose eindeutig nachvollziehbar.

Über ISDN, das Internet oder das interne Netzwerk (LAN) kann die Verbindung zu einem entfernten Pathologen hergestellt werden. Die Kommunikation erfolgt in der eingesetzten Version 1.5 synchron und asynchron. In der hier vorliegenden Arbeit wurde das oben beschriebene Ethernet als Verbindung verwendet.

Über eine Videokonferenz können sich die Partner sehen und über Mikrofon und Lautsprecher kommunizieren.

Kamera

Um Bilder von einem Mikroskop oder einem Makroskop zu verschicken, müssen diese durch eine Kamera aufgenommen und als digitales Bild im Computer gespeichert werden. Um dies zu realisieren, gibt es mehrere Möglichkeiten: Die traditionelle Kleinbildkamera, die digitale Kamera und die TV-Kamera.

Tabelle 10: Kameratypen

 

Kleinbildkamera

Digitale Kamera

TV-Kamera

Umwandlung in ein digitales Bild

Scanner

bereits durch die Kamera

Durch Analog-Digital-Wandlung im Frame- gabber des PC

Vorteil

Sehr gute Auflösung. oft bereits vorhanden

Direkte Abbildung der Bilder im Computer

hohe Auflösung möglich

jederzeit Live-Bild zur Fokussierung möglich

Nachteil

Die digitale Umwandlung ist, da keine direkte Verbindung zum Computer besteht, umständlich. Nach der Filmentwicklung muss eingescannt werden.

Sehr unterschiedliche Anschlussstandards, hoher Preis.

Oft kein Live-Bild-Modus möglich

Höhere Bandbreite notwendig

Bildqualität (Auflösung) durch PAL-Standard begrenzt


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Aufgrund ihrer höheren Auflösung und der direkten Digitalisierung, werden sich in Zukunft die digitalen Kameras in der Schnellschnitt-Telepathologie durchsetzen.

In dieser Studie wurde jedoch eine analoge TV-Kamera von Hitachi verwendet. Die meisten Telepathologiesysteme nutzen zur Zeit noch solche Kameras.

Datensicherung und Datenschutz:

Die TPS-Software ermöglicht, dass die Falldaten nach Abschluss des Falles gespeichert und danach nicht wieder verändert werden können.

Datenkomprimierung:

Auf Grund der enormen Datenmenge eines Bildes müssen die Daten bei der Übertragung komprimiert werden. In der TPS-Software erfolgt dies automatisch über JPEG, einem standardisiertem Algorithmus zur Komprimierung von digitalen Bildern. Die JPEG-Kompression ist ein verlustbehaftetes Kompressionsverfahren, bei dem die Bildinhalte auf die für das menschliche Auge relevante Bildinformation reduziert wird. Dabei gehen vor allem die wenig unterscheidbaren Anteile des Bildes verloren (Wallace 1991).

3.2.2 ATM Telepathologie-Netz der Charité

In Abbildung 20 sind die Arbeitsplätze des ATM-Telepathologienetzes schematisch dargestellt.


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Abbildung 20: Arbeitsplätze des ATM Telepathologie-Netz der Charité

Zum ATM-Telepathologie-Netz der Charité gehören die in Tab 11 aufgeführten Systemkomponenten:

Tabelle 11: Konfiguration des ATM-Telepathologie-Netz der Charité

Systemkomponente

Technische Spezifikation/ Bezeichnung

Mikroskop

Leica DM RXA mit VMI via RS232
Leica

Mikroskop-Kamera

3CCD video camera, DXC-930p
HITACHI

Videokonferenzsystem

ATM-Video-Audio-Codecs, bi-directional
Streamrunner AVA300
Streamrunner ATV 300
Cellware broadband GmbH
Fore-Systems

Netzverbindung

ATM-Network, 155 Mbit/s

Monitor

14“ Monitor HR TRINITRON
Sony

Das System ist mit einem ATM-basierten Videokonferenzsystem ausgestattet,

über die wahlweise das Mikroskopbild, das Bild der Personenkamera und die Sprache übertragen werden können. Wie bei Videokonferenzen üblich, senden und empfangen beide Seiten gleichzeitig. Die Kapazität und damit die Qualität der Übertragung lässt sich unterschiedlich einstellen (z.B. 25 Prozent in die eine Richtung, 75 Prozent in die andere Richtung). Mit einer Videokamera (3CCD Videokamera, DXC-930p), die auf [Seite 37↓]dem Mikroskop angebracht ist, werden die histologischen Bilder aufgenommen. Zwischen der Mikroskopkamera und der Personenkamera kann hin und her geschaltet werden.

Alle ausgesandten Signale werden von einem Codec (bidirektionaler ATM-Video-Audio-Codec der Firma Cellware Broadband GmbH) codiert, gleichzeitig werden alle ankommenden Signale dekodiert. Auf der Gegenseite werden ebenfalls alle ankommenden Signale mittels eines baugleichen Codecs dekodiert und die ausgesandten Signale codiert.

Um diese Echtzeitübertragung zu gewährleisten ist eine hohe Bandbreite und eine zuverlässige Verbindung nötig. Die Grundlage dafür ist das ATM-Backbone der Charité. Die Bandbreite der Verbindung beträgt 155 Mb/s. Aufgrund der hohen Bandbreite ist eine Komprimierung der Daten nicht notwendig.

Das ATM ermöglicht folgende Vorgänge:

  1. Livebildübertragung von mikroskopischen Bildern
  2. Synchrone Ton-Bildübertragung zwischen den Partnern

3.2.3 TELEMIC Internetmikroskop der Charité

Das TELEMIC Internetmikroskop wurde von Wolf und Petersen an der Charité entworfen. Abb. 21 zeigt schematisch den Aufbau der Arbeitsplätze.


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Abbildung 21: Arbeitsplätze des TELEMIC Telepathologiesystems an der Charité

Das Telemic-System besteht aus folgenden Komponenten.

Die in der Studie verwendete Konfiguration ist in Tab. 12 aufgeführt


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Tabelle 12: Konfiguration des TELEMIC

Systemkomponente

Technische Spezifikation/ Bezeichnung

PC des Pathologen

Betriebssystem

Windows 95 B

Prozessor

Pentium II 400 MHz

Arbeitsspeicher

128 MB RAM

Festplatte/Speicher

C: 2GB; D: 3GB

Grafikkarte

Elsa Viktory Erazor LT

Videokarte

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

Netzkarte

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Monitor

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel;
75 Hz Bildwiederholfrequenz

PC im Schnellschnitt-Labor

Betriebssystem

Windows 95 B

Prozessor

Pentium II 400 MHz

Arbeitsspeicher

128 MB RAM

Festplatte/Speicher

C: 2GB; D: 3GB

Grafikkarte

Elsa Viktory Erazor LT

Framegrabber

Meteor PCI Frame Grabber
Matrox

Videokarte

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

Netzkarte

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Monitor

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel;
75 Hz Bildwiederholfrequenz

Telepathologie-Software

Leica OEM 4.0 Leica GmbH
Matrox Imaging Library MIL 4.02

Mikroskop

Leica DM RXA mit VMI via RS232
Leica

Mikroskopkamera

Bilderzeugungsverfahren RGB, 3CCD
Effektive Pixelzahl: PAL 762x508x3 (HxVxRGB)
Farbauflösung: 24 Bit
Sony CCD RGB FarbkameraXC-711

Netzverbindung:

Typ

Geschwindigkeit

WAN/ISDN, LAN

ISDN (n*64 Kbps)
LAN (100Mbps)

 

Das TELEMIC wurde für das Internet entwickelt. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:

  1. dem Telemikroskop-Server: der Server ist in diesem Fall der Computer im Schnellschnittlabor, an ihn ist das automatische Mikroskop angeschlossen und
  2. dem sog. Telemikroskop-Klienten: ein Computer mit Internet-Browser des Pathologen, der den Befund beurteilen soll.


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1. Telemikroskop-Server

An den Computer im Schnellschnitt-Labor ist das automatische Mikroskop angeschlossen. Der Computer hat zudem einen Internetzugang. Alle Funktionen werden vom Computer aus programmiert. Die automatischen Funktionen des Mikroskops sind wie auch beim TPS:

Auf das Mikroskop ist eine CCD-Kamera (Sony 3CCD RGB Farbkamera DC 930P) aufgesetzt. Die aufgenommenen Bilder werden von einem Framegrabber (Analog-Digital-Wandler Matrox Meteor frame grabber PCI) für den Computer digitalisiert. Für die Mikroskop- und Kamerakontrolle ist eine spezielle Software notwendig (Leica OEM 4.0 Leica GmbH und Matrox Imaging Library MIL 4.02). Diese Software lässt sich über Windows 95 installieren und ist in den Internet-Server integriert. Der Server erhält die Befehle für die Bewegung des Mikroskops und die Bildaufnahme von dem Telemikroskop-Klienten, d.h. vom Monitor arbeitenden Pathologen. Er führt die Befehle aus, konvertiert die aufgenommenen Bilder in komprimierte JPEG Bilddateien und verschickt diese Dateien zu dem Pathologen, mit dem eine Verbindung besteht (Wallace 1991). Es können parallel mehrere Teilnehmer auf den Server zugreifen und konkurrierend das Mikroskop bedienen. Diese Funktion spielt jedoch für die Schnellschnitt-Diagnostik keine Rolle(Wolf et al. 1998, Petersen 2000).

2. Telemikroskop Client

Der Pathologe benötigt bei diesem System nur einen Computer (Pentium II, 128 MB RAM) mit Zugang zum Internet und einem gängigen Browser wie z. B Netscape Navigator oder Microsoft Internet Explorer. Er benötigt keine spezielle Hard- oder Software für das TELEMIC und damit keinen speziellen Telepathologie-Arbeitsplatz. Er kann sich außerdem theoretisch die Schnitte von jedem Computer mit Internetzugang aus ansehen. Die Steuerung des Mikroskops und der Bildaufnahme werden automatisch mit der aufgerufenen World-Wide-Web Seite (WWW) des Telemikroskops [Seite 41↓]heruntergeladen und gestartet. Dieses Telemikroskop-Klientenprogramm ist ein JAVA-Applet, d.h. ein JAVA Programm, welches in WWW-Seiten integriert werden kann.

Es ist möglich, zwischen kleinen, stark komprimierten Bildern (360x270 Pixel) für einen Überblick und großen „hight-quality“ Bildern (720x540 Pixel) für Detailansichten zu wechseln.

Abbildung 22: Screenshot des TELEMIC mit stark komprimiertem Bild


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Abbildung 23: Screenshot des TELEMIC. mit weniger stark komprimiertem Bild

Per Mausklick kann eine Region im Bild markiert werden, welche dann von allen Teilnehmern betrachtet und diskutiert werden kann. Über eine Chat-Funktion ist die Kommunikation möglich. Eine Weiterentwicklung des Systems, mit Sprachübertragung und Makroskopie ist laut Entwickler des Systems leicht zu realisieren, in dieser Studie kamen diese Funktionen jedoch nicht zum Einsatz.

Das TELEMIC ermöglicht folgende Vorgänge:


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Verbindungsaufbau beim Schnellschnitt:

Der Pathologe wird entweder telefonisch oder über E-Mail aufgefordert die Verbindung zum TELEMIC aufzunehmen. Über das Internet ruft er die Web-Side des TELEMIC auf und startet die Verbindung. Die Benutzeroberfläche des TELEMIC-Programms erscheint auf seinem Monitor. Von hier aus kann er nun das Mikroskop und die Bildaufnahme steuern. Die Bilder kann er in verschiedenen Auflösungen betrachten. Die kleinen Bilder mit 360x270 Pixel werden sehr viel schneller übertragen. Hier kann der Pathologe sich rasch einen Überblick verschaffen und dann in der größeren Vergrößerung (720x540 Pixel) die Details ansehen.

Die Dokumentation des Falles durch den Pathologen erfolgt in einem Eingabefeld.

Die Übertragungszeit hängt von der mechanischen Bewegung des Mikroskops, Bildaufnahme, Kompression und Bildübertragung ab. Die Zeit für die Bilddekompression und Darstellung auf dem Monitor hängt von dem Computer des Pathologen ab . Sie beträgt jedoch meist weniger als eine Sekunde und kann somit vernachlässigt werden.

3.3 Studie zum Vergleich der konventionellen und telepathologischen Schnellschnitt-Diagnostik

3.3.1 Fallspektrum und Arbeitsablauf

Die Studie umfasst 124 Schnellschnitte aus dem Jahr 1999. Das Material besteht ausschließlich aus Schnellschnitten von Brustdrüsengewebe sowie den dazugehörigen Paraffinschnitten. Die Diagnosen der Paraffinschnitte dienen in der Studie als Goldstandard.

Die Anzahl der Diagnosen der Paraffinschnitte sind in Tab. 13 aufgelistet.


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Tabelle 13: Diagnosen

benigne Befunde

Anzahl

Anteil in %

Mastopatie (MP)

23

18,55

Tumorfrei (TF)

19

15,32

Fibroadenom (FA)

18

14,52

Fibrose

7

5,65

Fettgewebsnekrose

2

1,61

Benigner phylloider Tumor

1

0,81

Fibrohyalinose

1

0,81

Lipom

1

0,81

Einfache Mammazyste

1

0,81

Summe benigner Befunde

73

58,87

maligne Befunde

 

 

Invasives ductales Mammacarzinom

36

29,03

Invasives lobuläres Mammacarzinom

7

5,65

Ductales carcinoma in situ (DCIS)

2

1,61

Invasives papilläres Mammacarzinom

1

0,81

Adenoidzystisches Karzinom

1

0,81

Mäßig differenziertes Plattenepithelkarzinom

1

0,81

Hochmalignes Non-Hodkin-Lymphom

1

0,81

Maligner Phylloider Tumor

1

0,81

Muzinöses Adenokarzinom

1

0,81

Summe maligner Befunde

51

41,13

Summe aller Befunde

124

100

Arbeitsablauf der konventionellen Schnellschnitt-Diagnostik an der Charité

Der zum Schnellschnitt eingeteilte Pathologe befundet das Material im Schnellschnitt-Labor, das sich in der Nähe der Operationssäle befindet. Das im OP gewonnene Gewebe wird mit einem Begleitschein direkt in das Schnellschnittlabor gebracht. Der Begleitschein enthält die Patientendaten, Angaben zur Lokalisation des Exzitats und einige klinische Informationen zum Patienten. Durch die räumliche Nähe zwischen Op und Labor kann aber auch der direkte Informationsaustausch zwischen Chirurgen und Pathologen stattfinden. Das Gewebe wird dann zu Gefrierschnitten verarbeitet, mittels HE gefärbt und unter dem Mikroskop beurteilt. Die Diagnose wird zunächst telefonisch an das Operationsteam weitergeleitet. Der schriftliche Befund wird später verschickt.

3.3.2 Studiendesign

An der Studie beteiligten sich vier erfahrene Pathologen. Jeder Pathologe diagnostizierte jeden der Fälle nur einmal, so dass kein „Wiedererkennen“ möglich war. Dabei stand jeweils der Begleitschein zum Op-Material zur Verfügung.

Die Fälle wurde den Pathologen randomisiert zugewiesen. Im Fall einer Rückweisung der Diagnose (d.h. wenn der Pathologe keine Diagnose stellen konnte) wurde der Pathologe gebeten, die Gründe hierfür anzugeben. Die Zeit bis zur Diagnosefindung wurde gemessen und die Übereinstimmung der Diagnose anhand der Diagnose am Paraffinschnitt (Goldstandard) eingeschätzt.

Bei allen Systemen war folgender Ablauf gleich:

Folgende Abläufe unterschieden sich voneinander:

TPS-System

ATM-System

Telemic-System

3.4 Vergleichskriterien zur Einschätzung der Verfahren

3.4.1 Einschätzung der Qualität der Diagnostik

Um die Qualität der verschiedenen telepathologischen Systeme einschätzen zu können, wurden zunächst die Übereinstimmung der jeweiligen Verfahren mit der endgültigen Diagnose, dem Ergebnis des Paraffinschnittes, ermittelt.


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Weiter wurden die falsch-negativen, falsch-positiven und rückgewiesenen Fälle in Bezug auf die endgültige Diagnose des Paraffinschnittes ermittelt und die Zahlen untereinander und mit den Ergebnissen des konservativen Schnellschnitts verglichen.

3.4.2 Geschwindigkeit der Verfahren

Bei allen diagnostischen Verfahren wurde für jeden Fall die Zeit vom Vorlegen des Präparates bis zur endgültigen Diagnosenstellung gemessen. Daraus wurde für jedes Verfahren der Mittelwert, die maximal und minimal benötigte Zeit, sowie die mediane Zeit pro Fall errechnet.

3.4.3 Praktikabilität der Verfahren

Die Praktikabilität eines Telepathologie-Systems lässt sich daran abschätzen, inwieweit es dem Pathologen ermöglicht, schnell und effektiv zu arbeiten, ohne die Qualität seiner Arbeit zu beeinflussen (Klose 2001).

Das System sollte sich so in den Arbeitsablauf integrieren lassen, dass dieser möglichst unverändert bleiben kann.

Unter diesem Gesichtspunkt wurden zunächst die technischen Funktionen, wie Mikroskopfernsteuerung, dynamisch/statische Bildübertragung, Kamera-Ausstattung, Übersichtsbild, Möglichkeit der Datendokumentation, der Datenspeicherung und Notwendigkeit der speziellen Hard- und Software der einzelnen TP-Systeme, gegenübergestellt und ermittelt, ob bestimmte Zusammenstellungen oder einzelne technische Elemente die Praktikabilität eines Systems erhöhen.

In einem zweiten Schritt wurden die subjektiven Eindrücke der Pathologen hinsichtlich folgender Punkte verglichen:


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3.4.4  Aufwands- und Kostenabschätzung

Der Aufwand und die Kosten, die durch Anschaffung und Unterhalt der verschiedenen Telepathologiesysteme entstehen, wurden anhand der realen Kosten am Institut für Pathologie der Charité und im Vergleich mit der Literatur ermittelt.


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20.05.2005