5. Diskussion

5.1. Relevanz der Aufgabenstellung

Um die Qualität der fetalen Diagnostik zu sichern, ist es in zahlreichen Fällen sinnvoll oder sogar notwendig, die zweite Meinung eines Kollegen einzuholen. Diese Konsultation ist jedoch durch die geringe Expertenzahl gerade in der Fetalpathologie nur in begrenztem Rahmen möglich (Tennstedt et al. 2000b).

Die geringe Anzahl erfahrener Pathologen auf dem Gebiet der fetalen Diagnostik ist auch eine Folge des Schwerpunktwandels in der Pathologie. Dieser vollzog sich in den vergangenen Jahren in Richtung Molekularpathologie.

Die neuen technischen Entwicklungen im Rahmen der Telemedizin und speziell im Bereich Telepathologie eröffnen insbesondere durch die vereinfachte Konsultationsmöglichkeit eines geographisch entfernten Experten auf internationaler Ebene neue Möglichkeiten.

Die Frage inwieweit derartige Technologien dabei helfen können, die oben genannten Probleme zu lösen, ist sowohl aus individueller Sicht des Pathologen, als auch aus Sicht der Verantwortlichen in wissenschaftlichen Gesellschaften und Verbänden interessant.

Neben der grundsätzlichen Frage nach Eignung der Technik, stellt sich die Frage nach Aufwand, Schulung, Vor- und Nachteile eines Einsatzes der Telepathologie in der fetalen Diagnostik.

5.2. Eignung von Material und Methodik

5.2.1. Fallauswahl

Die Auswahl der Fälle erfolgte zusammen mit einem erfahrenen Pathologen und einem Experten auf dem Gebiet der Kinderpathologie.

Für die Untersuchung der Bildqualität (Studie Ia und Ib siehe Kapitel 3.3.2 und 3.3.3) wurde als Referenzorgan das Herz eines Feten aus der 22. Schwangerschaftswoche verwendet. Das Herz zeigte die morphologische Veränderung eines hypoplastischen Linksherzkomplexes (siehe Kapitel 3.3.2.). Dieses Hohlorgan weist die spezifischen Merkmale drei-dimensionaler Objekte auf. So werden bei der Präparation die Herzhöhlen eröffnet, die an der Außenseite konkave Ausbuchtungen aufzeigen, ebenso gut lassen sich die einzelnen Herzkranzgefäße auf der äußeren Herzoberfläche darstellen. Da das Organ sowohl mit dem Makroskop als auch mit dem Stereomikroskop beurteilbar ist und das Oberflächenrelief sowie die Farbeigenschaften des Herzens viele Aspekte anderer Organe vereint, eigneten sich die Aufnahmen des Herzens gut für die Beurteilung der Bildqualität.

Für die Autopsiestudie (Studie II siehe Kapitel 3.4.1.) wurden fortlaufende Routinefälleeines Monats aus der fetalen Diagnostik einbezogen (vgl. Tab. 14). Diese Fälle repräsentieren ein breites Spektrum möglicher Sektionsfälle und können für die prinzipielle Eignung telepathologischer Techniken als repräsentativ angesehen werden.

Für die Herzstudie (Studie III siehe Kapitel 3.4.2.) wurden 10 Fälle der letzten 5 Jahre mit komplexen Herzfehlbildungen herausgesucht, die ein großes Fehlbildungs-Spektrum umfassen (vergleiche mit Tabelle 15). Die Auswahl unterstützte ein Experte für Herzfehlbildungen und ein erfahrener Kinderpathologe.


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5.2.2. Technik

Für die einzelnen Studien wurden die vorhandenen Systeme am Institut für Pathologie genutzt. Die technischen Geräte kamen dabei in unterschiedlichem Umfang zum Einsatz (siehe Tabelle 30).

Tab. 29: Einsatz der technischen Geräte und Software in den einzelnen Studien

Gerät

Studien

Auflösungs- und Kompressionsstudie

Autopsiestudie

Herzstudie

Stereomikroskop

Bildaufnahme

Bildaufnahme

Bildaufnahme

Makroskop

Bildaufnahme

Bildaufnahme

 

Fotoapparat

Bildaufnahme

  

Diascanner

Bildaufnahme

  

Diabelichter

Bildaufnahme

  

Diaprojektor

Bildpräsentation

  

PC

Datenaufbereitung

Datenaufbereitung

Datenaufbereitung

Monitor

Darstellung

Darstellung

Darstellung

TPS

 

Fallbehandlung

 

Photoshop

Bildbearbeitung

 

Bildbearbeitung

SmartCompress

Bildkompression

  

PowerPoint

  

Datenaufbereitung

Das Stereomikroskop und das Makroskop eigneten sich für die Bildaufnahme besonders durch die Möglichkeit der stufenlosen Vergrößerung. Das Makroskop von Wolfvision Visualizer VZ 15b ist mit einer 1-Chip-CCD-Videokamera ausgestattet, welche eine relativ hohe Auflösung der Bilder ermöglicht. Furness (Furness 1997) empfiehlt die Verwendung von 3-Chip-CCD-Kameras, diese sind allerdings sehr teuer und das entstehende Bild ist unwesentlich besser (Della Mea 1998b). Des weiteren zeichnet sich das Makroskop durch die Möglichkeit der schattenfreien Beleuchtung der Objekte und die Ausleuchtbarkeit von Hohlräumen aus. Das Makroskop lässt sich direkt am Gerät, und per Fernbedienung steuern, wodurch die Bedienung während der Autopsie von Feten erleichtert wurde ( www.visopta.ch ). Die Bildqualität, die sowohl mit dem Stereomikroskop als auch mit dem Makroskop erreicht werden kann, ist adäquat für die Verwendung in der Telepathologie (Della Mea 1998b). Bei der weiteren Bildaufnahme wurden die vorhandenen Geräte (Fotoapparat, Diascanner und Diabelichter) genutzt.

Für die Auflösungsstudie (Studie Ia - Dia-Doppelprojektion im Hörsaal) ist bewusst auf die Anwendung von zwei Projektoren gleichen Typs geachtet worden (vergleiche mit dem Studiendesign von Bittorf et al. 1997). Zum einen, um Einflüsse durch die spezifischen Geräteunterschiede auszuschalten und zum anderen, um eine einfache Bedienung zu ermöglichen (eine Fernbedienung für zwei Geräte). Jedoch konnten geringfügige Unterschiede der beiden Geräte nicht ausgeschlossen werden. Ein wesentlicher Nachteil der verwendeten Projektoren war der Auto-Fokus, welcher nach dem Diawechsel zu vergleichsweise unterschiedlichen Projektionsergebnissen führen konnte. D. h. die projizierten Dia-Paare wurden nicht gleich scharf auf der Leinwand abgebildet, dadurch musste dann der Fokus per Hand nachreguliert werden. Dieser Effekt wurde aber durch die randomisierte Verteilung von Original und Testbild weitgehend eliminiert. Ähnliche Probleme zeigten sich bei Bittorf et al. 1997, die ebenfalls Bildpaare per Dia-Projektor präsentierten.


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Für die Bildbearbeitung wurde Photoshop eingesetzt. Damit wurde die Auflösung der Bilder geändert. Jedoch war mit dem Programm keine befriedigende Bildkompression möglich, so dass für die Kompression das Programm SmartCompress von LuraWave gewählt wurde. Dieses zeichnet sich durch umfangreiche Einstellmöglichkeiten für die Bildkompression aus (LuraWave 2000). Es besitzt einen spezifischen JPEG- und WAVELET-Filter.

Das Programm PowerPoint von Microsoft wurde für die Aufbereitung der Falldaten in der Herzstudie (Studie III) verwendet. Dabei standen zwei wichtige Aspekte im Vordergrund.

  1. Dieses Programm ist sehr weit verbreitet (Unternehmensanalyse Microsoft 2000), d.h. ein großer Teil der Empfänger konnte die Dateien öffnen und für die Diagnosestellung verwenden.
  2. Die Falldaten konnten schnell und einfach aufbereitet werden. Dies ermöglichte eine Integration in die Routineabläufe.

5.2.3. Methodik

Studien zur Bildqualität makroskopischer Bilder (Studie Ia und Ib)

Für die Studien zur Bildqualität makroskopischer Bilder wurde das gewählte Organ (fetales Herz, siehe 5.2.1) mit verschiedenen Vergrößerungen aufgenommen, um analog zu den verschiedenen Objektiven bei mikroskopischen Bildern die Qualitätsänderung abhängig von der Vergrößerung einschätzen zu können.

Die Wahl der Auflösungsstufen (siehe Tab. 11 u. 12) erfolgte relativ frei und analog zur Auflösungsstudie von Bittorf et al., wobei die obere Grenze (2400 dpi) durch den Dia-Scanner vorgegeben wurde. Die untere Grenze wurde bei 150 dpi festgelegt, denn hier war ohne große Mühe ein Qualitätsverlust offensichtlich. Die einzelnen Abstände zwischen den Auflösungsstufen innerhalb der maximalen und minimalen Auflösung wurden unterschiedlich festgelegt. Um die vermutete Auflösungsschwelle betragen die Abstände nur 100 dpi, während die Abstände im Randbereich (bei Maximum und Minimum) 300 dpi betragen.

Für die Untersuchung der Kompression wurden die jeweiligen Abbildungen aus der Auflösungsstudie gewählt, die als sichere Schwelle verifiziert wurden, also von keinem der Teilnehmer als schlechter als das Original bewertet wurden (vgl. 4.1.3). Diese Abbildungen wurden mit dem momentan weit verbreiteten JPEG Verfahren und im Vergleich dazu mit dem zukünftig im JPEG2000-Standard integrierten WAVELET Verfahren komprimiert.
Es wurde bei der Kompression mit dem JPEG Verfahren begonnen und nach den vom Programm vorgegebenen Qualitätsstufen komprimiert. Daraus ergaben sich komprimierte Bilder mit einer bestimmten Dateigröße. Mit dem WAVELET Verfahren wurden die Ausgangsbilder sowohl nach der Dateigröße (diese entsprechen der Dateigröße wie beim JPEG Verfahren, d.h. es wurden mit den selben Kompressionsraten komprimiert) als auch nach der Qualitätsstufe komprimiert (siehe Abb. 48 a-c).

Im Verlauf der Bildpräsentationen war bei den Teilnehmern eine zunehmende Müdigkeit zu verzeichnen, sowie eine Abnahme der Konzentration und Aufmerksamkeit. Diese Fehlerquelle wurde durch sich abwechselnde Bilderreihen weitgehend ausgeschaltet, d.h. einer Kompressionsreihe mit makroskopischen Bildern folgte eine Reihe mikroskopischer Bilder. Innerhalb der Bilderreihen wechselten sich leicht und schwer zu bewertende Bilder ab, d.h. einfach zu bewertende Bilder können einfach vom Original unterschieden werden, und für schwer zu beurteilende Bilder wird sehr viel Konzentration und Zeit des Teilnehmers benötigt.
Unabhängig vom Monitor lagen die individuellen Schwellen der älteren Teilnehmer [Seite 59↓]regelmäßig im unteren Bereich der Reduktions- oder Kompressionsreihe. Dies ist mit der Abnahme der Visusleistung im Alter zu begründen (Gerth et al. 2001). Hervorzuheben ist das Resultat, dass die individuellen Schwellen der Pathologen ebenfalls in den unteren Bereichen zu finden sind. Dies hängt wahrscheinlich mit der Erfahrung und dem damit verbunden inhaltsspezifischen Blick, sogenanntes „Mustern“ der Bilder, zusammen. Das gilt insbesondere für die Beurteilung der mikroskopischen Bilder.

Für die Beurteilung des Qualitätsverlustes durch die Reduktion der Auflösung gibt es keinen objektiven Parameter. Jedoch sind bei der Kompression für den Vergleich von Originalbild mit dem komprimierten Bild mehrere Qualitätsparameter vorhanden (siehe 3.3.4). Eikelboom (2001) verwendete für seine Untersuchungen das Qualitätskriterium RMS (Wurzel des mittleren quadratischen Fehlers = Root Mean Square Error) und Lattner et al. (1996) zeigen eine Korrelation zwischen RMS und diagnostischer Sicherheit. Für die vorliegenden Untersuchungen wurde das Spitzenwert-Signal-Rausch-Verhältnis (PSNR) verwendet. Diesen Parameter kann man sehr leicht mit Hilfe diverser Bildanalyseprogramme berechnen und er korreliert mit dem RMS-Wert (siehe Formeln in Kapitel 3.3.4). Der PSNR-Wert wurde bereits von mehreren Autoren verwendet, wodurch die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sehr gut mit anderen Resultaten vergleichbar sind (z.B. Iyriboz et al. 1999, Berghorn et al. 2000 etc.).

Fallstudien zum praktischen Einsatz der Telepathologie

Für die Untersuchung des praktischen Einsatzes der Telepathologie in der fetalen Diagnostik wurden zwei Szenarien gewählt: Die Autopsiestudie (vgl. 3.4.1) und die Herzstudie (vgl. 3.4.2).

Für die Autopsiestudie wurden die Fälle aus der Routine ausgewählt und die Autopsie wurde telepathologisch unterstützt, wobei ein erfahrener Kinderpathologe per Telekonferenz zugeschaltet war und so die gesamte Sektion verfolgen konnte. Festgestellt werden konnte, dass der Zeitbedarf bei einer konventionellen Konsultation (2-4 Tage) gegenüber einer telepathologischen Konsultation (1-2 h) wesentlich länger dauerte, wobei vergleichbare Ergebnisse erzielt wurden (vgl. Tab. 24).

Für die Herzstudie wurden 10 Fälle mit komplexen Herzfehlbildungen herausgesucht. Die Darstellung der pathologischen Befunde anhand der bereits präparierten und fixierten Herzen erwies sich als nicht ganz einfach. Zur Aufbereitung der Befunde in der PowerPoint Datei wurden statische Bilder angefertigt, wodurch oftmals der räumliche Eindruck schwer vermittelt werden konnte. Zur Lösung dieses Problems wurden ein Übersichtsbild beigefügt und einzelne Strukturen beschriftet. Dennoch wurden in der Hälfte der Fälle Anfragen zu weiteren, ergänzenden Bildbefunden gestellt. Mit Ergänzung der Befunde konnten letztendlich alle Diagnosen gestellt werden.

5.3. Anforderungen an die Bildqualität

Für die Anwendung telepathologischer Techniken in der Routine muss ein hinreichend schneller Datentransfer erfolgen und die Daten müssen in akzeptabler Qualität übertragen werden (Kayser 1999a, Bittorf 1997, Della Mea 1998b, Marcelo 2000 u.v.a.). Da zur Zeit keine flächendeckenden Netzwerke mit großer Bandbreite verfügbar sind, müssen für eine schnelle Bildübertragung und eine für die Diagnostik akzeptable Bildqualität die Auflösung der Bilder und die Bildkompression optimiert werden (Bittorf et al. 1997). Doolittle et al. (1997) zeigten eine weitere Methode die Datengröße von Bildern zu reduzieren, durch Verminderung des Farbumfanges. Es wurden 24-bit Bilder zu 8-bit Bildern umgewandelt und anschließend wurde die Qualität subjektiv eingeschätzt. Erstaunlicherweise zeigte sich, dass die 8bit Bilder besser als die 24bit Bilder abschnitten.


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Bei den Anforderungen an die Bildqualität muss beachtet werden, dass es sehr unterschiedliche Bildtypen und -arten gibt: z.B. zwei- und dreidimensionale Bilder oder statische (Standbilder) und dynamische (bewegte) Bilder sowie speziell in der Pathologie makroskopische und mikroskopische Bilder von unterschiedlichen Organen mit verschiedenen Färbungen.

In der vorliegenden Arbeit wurden ausschließlich statische makroskopische Bilder untersucht. Zur Gegenüberstellung werden die Ergebnisse der Dissertationsarbeit von Schlesner (Schlesner J. 2002) und die Untersuchungsergebnisse von Daniel et al. 2000 über statische mikroskopische Bilder herangezogen.

5.3.1. Statische makroskopische Bilder

Aufnahme

Schon bei der Bildaufnahme muss auf optimale Bedingungen geachtet werden, z. B. ausreichende Beleuchtung, optimal kalibrierte Bildaufnahmegeräte etc. Die Wahl der Bildaufnahmetechniken spielt ebenso eine wichtige Rolle. Della Mea stellte 1998 die üblichen Aufnahmegeräte vor: Mono-CCD-Kameras im Vergleich zu 3CCD-Kameras, Digitalkameras und Fotoscanner. Die verbreitetste Anwendung fanden Mono-CCD-Kameras, nicht zuletzt weil sie wesentlich billiger sind als 3CCD-Kameras und der qualitative Unterschied kaum sichtbar ist. Wichtige Kriterien für die spätere Bildqualität sind neben der Helligkeit und dem Kontrast, die Bildschärfe insbesondere die Tiefenschärfe (Kuakpaetoon et al. 1998).

Datenreduktion

Mehrere Studien zeigen, dass eine Datenreduktion ohne entscheidende qualitative Einbußen grundsätzlich immer möglich ist, um das Fall- und Bildmaterial routinemäßig in akzeptablen Zeiträumen zu versenden (zusammenfassende Darstellung bei Furness et al. 1997). Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Arbeiten zur Bilddatenreduktion durch Farbreduktion, Auflösungsänderung und Kompression vorgestellt.

Doolittle et al. untersuchten die Möglichkeit der Farbreduktion, um die Dateigröße zu minimieren. Dabei wurden Farbbilder von 24-Bit auf 8-Bit reduziert, das Datenvolumen sank dabei auf ein Drittel der Ursprungsgröße. Erstaunlicherweise wurden die 8-Bit Bilder in einer randomisierten Studie von den Teilnehmern den 24-Bit Bildern vorgezogen (Doolittle et al. 1997). Die Datenreduktion mit Hilfe der Farbreduktion wurde in der vorliegenden Arbeit nicht untersucht.

Bittorf et al. untersuchten 1997 den Einfluss der Auflösungsänderung auf die Bildqualität und die diagnostische Sicherheit bei makroskopischen Bildern in der Dermatologie. Dabei fiel auf, dass das Verhältnis von dargestellter Läsion und Bildgröße bei der Beurteilung des Einflusses der Auflösungsänderung auf die Bildqualität eine entscheidende Rolle spielt. Bilder mit einer Größe von 768 x 512 (das entspricht einer Auflösung von 600 dpi, siehe Tabelle 12) werden besser beurteilt als kleinere Bilder (192 x 128, oder 384 x 256), jedoch gleich gut bewertet wie größere Bilder (1535 x 1025, oder 3072 x 2048). Angaben zur Größe der Befunde oder zur entsprechend aufgenommenen Vergrößerung wurden nicht gemacht.

In der Auflösungsstudie (Studie Ia) der vorliegenden Arbeit wurden die jeweils präferierten Auflösungen der einzelnen Vergrößerungen ermittelt (siehe Tab. 31). Für das Übersichtsbild (1,5-fache Vergrößerung) wird die 50-Prozent-Schwelle bei 1200 dpi festgelegt, das entspricht einer Bildgröße von 1535 x 1025. Folglich wurden darunter liegende Auflösungsstufen als schlechter bewertet, während darüber liegende Stufen mindestens als gleich gut empfunden wurden. Für die 2,5- und die 3,5-fache Vergrößerung liegt die 50-Prozent-Schwelle niedriger, dies kann durch Unaufmerksamkeit oder zunehmende Müdigkeit der Teilnehmer bedingt sein. Für die Gewährleistung einer sicheren Diagnostik sollte [Seite 61↓]demnach die Auflösung unabhängig von der Vergrößerung nicht unter 1200 dpi liegen.

Tab. 30: Ergebnis der Auflösungsstudie

Vergrößerung

50-Prozent-Schwelle (Auflösung in dpi)

Bildgröße (Pixel)

1,5-fach

1200 dpi

1535 x 1025

2,5-fach

700 dpi

896 x 598

3,5-fach

800 dpi

1024 x 683

Eikelboom et al. untersuchten den Einfluss von JPEG- und WAVELET-Kompression auf die Bildqualität von Augenhintergrundbildern in der Ophthalmologie. Dabei untersuchten sie die komprimierten Bilder auf objektive und subjektive Unterschiede im Vergleich zum Originalbild. Als objektives Kriterium diente die Wurzel des mittleren quadratischen Fehlers (RMS = Route Mean Square Error siehe Kapitel 3.3.4). Sie stellten fest, dass der RMS ein guter Parameter für die objektive Messung der Bildqualität nach vorangegangener Kompression ist. Es gibt jedoch keine Richtlinien hinsichtlich eines akzeptablen RMS-Wertes. Allerdings existiert eine Studie, in welcher der Zusammenhang zwischen RMS und dem Grad der diagnostischen Qualität von Bildern untersucht wird (Lattner et al. 1996). Die Ergebnisse offenbaren eine Korrelation zwischen RMS und diagnostischer Sicherheit.

Eikelboom et al. ermittelten, dass die JPEG-Kompression eines 1,5 MB großen Ausgangsbildes bis zu einer Kompressionsrate von 1:52 ohne sichtbaren Qualitätsverlust möglich war. Die WAVELET-Kompression erreichte bei dem gleichen Ausgangsbild eine Kompressionsrate von 1:68 ohne sichtbaren Qualitätsverlust. Es ist jedoch nicht angegeben, ob es sich um makroskopische oder mikroskopische Aufnahmen handelt.

Die Ergebnisse der Kompressionsstudie (Studie Ib) lassen sich relativ gut mit denen von Eikelboom et al. vergleichen, da ebenfalls mit JPEG und WAVELET komprimiert wurde (siehe Tab. 32). Allerdings konnte nicht festgestellt werden, welchen WAVELET-Algorithmus Eikelboom et al. verwendeten.

Tab. 31: Vergleich der Ergebnisse von Eikelboom und der Kompressionsstudie

Studie

JPEG

WAVELET

Eikelboom

1:52

1:68

Kompressions-studie

Vergrößerung

1,5-fach

1:100

1:140

2,5-fach

1:100

1:110

3,5-fach

1:110

1:100

Als objektives Qualitätskriterium wurde in der vorliegenden Arbeit der PSNR-Wert benutzt (siehe Kapitel 3.3.4.). Dieser Wert lag bei der 50-Prozent-Schwelle für die JPEG-Kompression bei 38 dB und für WAVELET bei 40 dB (siehe Tab. 23). Komprimierte Bilder mit einem PSNR-Wert kleiner 35 dB wurden von den meisten Teilnehmern als schlecht bewertet. Das gilt sowohl für JPEG als auch WAVELET. Daraus folgt, dass der Qualitätsverlust nicht zu groß werden darf, d.h. der PSNR-Wert sollte bei der Kompression nicht unter 35 dB sinken.

Übertragung

Die erste Bildübertragung (periphere Blut-Ausstriche und Knochenmarksausstriche) in der Geschichte der Telepathologie war 1973 via Satellit von einem Schiff, das vor der brasilianischen Küste vor Anker lag, nach Washington (Weinstein 1997a). Seitdem haben sich sehr viele Standards auf dem Gebiet der Datenübertragung etabliert.
Kayser et al. analysierten 1999 und 2000 die derzeitige Netzwerk-Infrastruktur bezüglich [Seite 62↓]eines schnellen und sicheren Informationsaustausches. Der elektronische Datentransfer kann dabei leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen, z.B. via Telefonnetz (oft noch analoge Kupferleitungen), Glasfieberkabel, Fernsehkabelnetz und Stromnetz. Hinzu kommen die drahtlosen Verbindungsmöglichkeiten via Satellit oder Radio-Kurzwelle. Glasfieberkabel ermöglichen die höchste Transferrate pro Sekunde, gefolgt von Radio-Kurzwelle und dem elektrischen Stromnetz. (Kayser et al. 2000a).
Standard-Verbindungen sind momentan Modem oder ISDN-Leitungen mit einer Übertragungskapazität von etwa 50-100 Kbps. Wichtig ist, dass die Information während der Übertragung nicht verändert wird oder verloren geht. Ebenso muss der unberechtigte Zugriff durch Dritte verhindert werden. Das kann am sichersten durch direkte Verbindung von Sender und Empfänger erfolgen (Punkt zu Punkt- Verbindungen siehe Weinstein 1986, Oberholzer et al. 1993), oder durch die Verwendung standardisierter Netzwerke, welche Übertragungs- und Sicherheitsprotokolle sowie Identifikationsroutinen verwenden (a et al. 1999). Datensicherheit wird ebenfalls durch das Public-Key-Protection-Programm gewährleistet (Rhee 1994, Riesel 1994). Der autorisierte Zugriff erfolgt dabei über Passwortabfragen, und die Internetserver werden durch eine Firewall geschützt (Haroske et al. 2000).

Provost et al. (1998) untersuchten digitale Bilder (dermatologische makroskopische Bilder von malignen Melanomen und atypischen melanozytischen Naevi) nach der Übertragung via Internet auf ihre Einsatzfähigkeit in der Diagnostik. Dabei kamen sie zu dem Urteil, dass die übertragenen Bilder keinen Unterschied zu nicht übertragenen Bildern aufweisen und für die Diagnostik ebenso geeignet sind.

In der vorliegenden Arbeit wurde ebenfalls die Einsetzbarkeit übertragener Daten für die Diagnostik untersucht. In der Herzstudie (Studie III siehe Kapitel 3.4.2.) wurden Falldaten (Patienteninformationen, Befunde und makroskopische Bilder der pathologischen Fehlbildungen) versandt mit der Bitte, eine zweite Meinung zu einer Herzfehlbildung abzugeben. Es war nach Rückfragen und dem Wunsch nach weiteren Abbildungen in allen Fällen möglich, die genaue Diagnose der Fehlbildung zu stellen. Die Bildqualität wurde als sehr gut eingeschätzt.

Darstellung

Ein sehr wesentlicher Punkt bei der Verwendung digitaler Bilder für die Diagnostik ist die Darstellung am Monitor.

Krupinski et al. verglichen die Aussagen von Radiologen und Pathologen bezüglich konventionell präsentierter und am Monitor dargestellter klinischer Bilder. Bei der Wiedergabe der radiologischen Bilder wurde ein 20“Monitor verwendet mit einer Größe von 1024 x 1538 pixel, bei 60 Hz Bildwiederholfrequenz. Für die Darstellung der pathologischen Bilder wurde ein Sony-Trinitron Monitor verwendet, mit 950 Zeilen (keine zusätzlichen Angaben). Dabei zeigte sich, je älter und erfahrener die Radiologen und Pathologen waren, desto eher bevorzugten sie die Konventionelle Darstellung. Aber je größer die Erfahrung beim Umgang mit Computern und digitalen Video-Systemen war, desto eher wurde die Darstellung am Monitor vorgezogen. So tendierten die jüngeren Radiologen und Pathologen zur Benutzung der Monitordarstellung (Krupinski et al. 1996).

Im Pathologischen Institut der amerikanischen Streitkräfte (AFIP) wurden für die Darstellung der digitalen pathologischen Befunde ebenfalls 20“Monitore verwendet (maximale Größe 1280 x 1024). Für die Darstellung von Bildern mit einer Größe von 750 x 500 pixel sind diese Monitore optimal (Mullik et al. 1996). Ebenso verwendeten Weinstein et al. bei ihren Studien 19“Monitore mit 1024 x 768 pixel (Weinstein et al. 1997b).

Bei der Untersuchung der Bildqualität der vorliegenden Arbeit wurden die Bilder an einem [Seite 63↓]21“Monitor präsentiert (1600 x 1200 pixel, 24 bpp Farbtiefe, 85 Hz Bildwiederholfrequenz).

Weitere wichtige Faktoren die bei der Beurteilung der digitalen Bilder eine Rolle spielen sind Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel direkte Lichteinstrahlung auf den Bildschirm, Lärm, schlechte Klimaverhältnisse (Kälte, Hitze) oder Platzmangel. Diese beeinträchtigen eine exakte Begutachtung der Bilder durch eine höhere Beanspruchung der Konzentration und Leistungsfähigkeit. Diese Faktoren wurden aber bei den vorgenommenen Studien nicht näher untersucht und im Versuchsablauf weitestgehend konstant gehalten.

5.3.2. Statische mikroskopische Bilder

Die Untersuchung der Bildqualität mikroskopischer Bilder war kein Schwerpunkt dieser Arbeit. Jedoch sollen die Kriterien für optimale mikroskopische Bilder analog zur Makroskopie diskutiert werden.

Aufnahme

Im Rahmen der mikroskopischen Begutachtung spielt die Qualität des Präparates und des Bildaufnahmesystems eine sehr wichtige Rolle.

Bereits bei der Herstellung des Präparates muss auf optimale Schnittdicke, Präparation und Färbung geachtet werden. Bei der Bildaufnahme ist neben der Qualität des Präparates, des Mikroskops und der angeschlossenen Kamera auch die Auswahl des entsprechenden Bildbereiches wichtig, der die Grundlage für die spätere Diagnostik darstellt (Weinstein et al. 1997b). Della Mea kommt zu dem Ergebnis, dass auch jüngere Pathologen Bilder auswählen können, die für spätere Diagnosen ausreichend informativ sind. Jedoch wird durchschnittlich eine höhere Bildanzahl ausgewählt (Della Mea et al. 1998b).

Nach P. Gombas ist für die Qualität des produzierten Bildes die Größe des aufzunehmenden Präparates wichtig, sowie die Objektivgröße und die Auflösung des entstehenden digitalen Bildes. Die Größe des Präparates, die Objektivgröße und die Auflösung des digitalen Bildes hängen eng zusammen (Gombas 2000).

Datenreduktion

Okomura et al. zeigten, dass mikroskopische Bilder ein höheres Farbspektrum aufweisen, als makroskopische Bilder. Aus diesem Grund führt die Farbreduktion bei mikroskopischen Bildern zu einer wesentlich geringeren Abnahme des Datenumfanges. Ebenso können mikroskopische Bilder nicht so stark komprimiert werden, wie makroskopische Bilder. Besonders schwierig ist das für mikroskopische Bilder, die bei einer sehr hohen Objektivvergrößerung aufgenommen wurden (Okomura et al. 1997).

Della Mea et al. komprimierten bereits 1996 mikroskopische Bilder mit JPEG, dabei verglichen sie Kompressionsraten von 1:8 und 1:15 mit den unkomprimierten Originalbildern. Es ergab sich kein sichtbarer Unterschied zwischen Original und komprimierten Bild. Das Bildmaterial setzte sich hauptsächlich aus Hämatoxylin / Eosin (HE) – Präparaten zusammen, die bei unterschiedlichen Vergrößerungen aufgenommen, gespeichert und komprimiert wurden. Ein Jahr später veröffentlichte die Arbeitsgruppe um Della Mea Kompressionsraten von 1:20 bis 1:30 ohne sichtbare Qualitätsverluste. Diesmal bestand das Bildmaterial aber aus dermatologischen Bildern von melanozytischen Läsionen. 1998 zeigte Della Mea, dass zytologische Bilder von Feinnadelbiopsien der Brust besser komprimierbar sind, als andere mikroskopische Bilder, und dass insgesamt in solchen Fällen weniger zytologischen Bilder benötigt werden (Della Mea et al. 1996/1998b).

Marcelo et al. verwendeten das JPEG-Verfahren, um mikroskopische Bilder mit einer Kompressionsrate von 1:10 zu komprimieren. Sie verglichen nach der Übersendung aller Bilder per E-Mail die komprimierten mit den unkomprimierten Bildern. Dabei kamen sie zu folgendem Ergebnis: durch die Kompression konnten die reduzierten Bilder sehr viel schneller versandt werden, als die Originale. Die mit JPEG komprimierten Bilder wurden [Seite 64↓]genauso akzeptiert, wie die Originalbilder, so dass sowohl an den unkomprimierten als auch an den komprimierten Bildern Diagnosen gestellt werden konnten. Dabei stellte sich heraus, dass die Fehldiagnosen, die an den komprimierten Bildern gestellt wurden, in gleicher Weise auch an den Originalen gestellt wurden. Schließlich konnte kein Unterschied zwischen unerfahrenen und erfahrenen Pathologen festgestellt werden (Marcelo et al. 2000).

Das WAVELET-Verfahren wird bisher in keiner Studie zu mikroskopischen Bildern erwähnt, es hat bis jetzt nur in der Radiologie, Ophthalmologie, Dermatologie und der makroskopischen Pathologie Anwendung gefunden.

Übertragung

Mehrere Studien haben gezeigt, dass mikroskopische Bilder gut übertragen werden können, ohne signifikante Verluste der morphologischen Details zu erleiden (Weinstein et al. 1997b).

Darstellung

Die Darstellung mikroskopischer Bilder erfordert hohe Ansprüche an den Monitor, neben der Größe spielen die Einstellungen eine wichtige Rolle (hohe Bildwiederholfrequenz, Auflösung, Farbtiefe etc.), vergleichbar mit den Anforderungen bei der Darstellung makroskopischer Bilder.

Im Gegensatz zu Marcelo (Marcelo et al. 2000) beobachteten Mullick et al, dass jüngere Pathologen, die oft schon viel Erfahrung im Umgang mit Computern und Video-Systemen mitbringen, viel leichter mit den telepathologischen Techniken umgehen. Der Grad der Übereinstimmung von Diagnosen am Monitor zu Diagnosen am Mikroskop ist bei jüngeren Pathologen höher, als bei älteren, erfahreneren Pathologen (Mullick et al. 1996).

5.3.3. Dynamische Bilder

In der Telepathologie wird pathologisches Material visualisiert und auf einem Monitor dargestellt. Dabei werden im Rahmen einer telepathologischen Konsultation hauptsächlich dynamische Bilder verwendet. Diesem Modus liegt in den meisten Fällen eine synchrone Kommunikation zugrunde. Jedoch können Video-Sequenzen auch aufgenommen und zusammen mit den Falldaten per E-Mail versandt werden. Die Verwendung dynamischer Bilder in der asynchronen Kommunikation ist aber eher eine Ausnahme. (siehe Kapitel 1.3.7 und 3.2.4)

Anwendung in der synchronen Kommunikation

Hier werden fast ausschließlich dynamische Bilder eingesetzt, so zum Beispiel bei der Live- Falldemonstration, bei der Live-Sektion oder bei der Live-Mikroskopie. Der Vorteil gegenüber dem Einsatz in der asynchronen Kommunikation ist einerseits die Möglichkeit, die Präsentation einer Fehlbildung interaktiv zu gestalten, andererseits kann der konsultierte Pathologe das Mikroskop selbst per Hand fernsteuern. Die Nachteile liegen eindeutig darin, dass sehr große Bildmengen versendet werden müssen (mehrere Bilder pro Sekunde), damit verbunden sind lange Transferzeiten und oftmals auch eine zeitliche Verschiebung zwischen Ton und Bild.

Anwendung in der asynchronen Kommunikation

Im asynchronen Kommunikationsmodus werden dynamische Bilder sehr selten eingesetzt, zum Beispiel zur Demonstration der Fehlbildungen. Die Vorteile gegenüber dem Einsatz in der synchronen Kommunikation sind die einmalige Versendung als E-Mail, damit müssen die Daten nur einmal geladen werden, und man kann dann Bild und Ton ohne Zeitverschiebung abspielen. Dagegen kann keine Interaktion oder Fernsteuerung erfolgen.

Vorteile gegenüber statischen Bildern

Durch den Einsatz dynamischer Bilder wird dem Betrachter der räumliche Eindruck einer Fehlbildung besser verständlich als durch eine Reihe statischer Bilder. Das Fallverständnis [Seite 65↓]wird erleichtert durch die sichtbaren und nachvollziehbaren Sektions- und Manipulationsabläufe. Mit steigender Erfahrung im Umgang mit dynamischen Bildern kann die Qualität der Diagnostik via Telepathologie gesteigert werden (Eide et al. 1992)

Nachteile gegenüber statischen Bildern

Da die Anwendung dynamischer Bilder sehr große Datenmengen mit sich bringt, müssen derzeit noch lange Transferzeiten in Kauf genommen werden, ebenso wird dadurch die Abspeicherung in einer Datenbank erschwert. Diese Nachteile können nur durch den Einsatz von teuren, aber sehr leistungsfähigen Systemen ausgeglichen werden (Black-Schaffner et al. 1995). Ebenso können nur vergleichbar geringe Auflösungen verwendet werden (PAL 762 x 508 pixel) (Loane et al. 1997, Hufnagl et al. 2000a) Jedoch reicht die Bildqualität bei einer Übertragungskapazität von 384 Kbit/s für die Diagnosestellung aus (Nordrum et al. 1996).

Della Mea et al. untersuchten 1999 die Routinefähigkeit eines dynamischen Telepathologiesystems. Dabei testeten sie das System mit 184 Routine-Fällen und verglichen die telepathologische Diagnose mit der anschließend am konventionellen Mikroskop erstellten Diagnose. Das Ergebnis zeigte 95% Übereinstimmung zwischen telepathologischer und konventioneller Diagnose (Della Mea et al. 1999b).

5.4. Anforderungen an den Routineeinsatz in der Fetalpathologie

Die Telepathologie erlaubt Pathologen die Konsultation eines Kollegen über geographische Grenzen hinweg (Nordrum 1996, Weinstein 1995, Kayser 2000b). Die Telepathologie hat sich in den letzten Jahren zunehmend aus der experimentellen Phase gelöst und Eingang in die Routine-Tätigkeit gefunden. Die Routinetauglichkeit konnte in mehreren Studien nachgewiesen werden (Eide et al. 1994, Weinstein et al. 1997b, Dunn et al. 1999, Szymas 2000, u.a.), wobei die Untersuchungen von Dunn et al. herauszuheben sind, da für die Evaluation eine sehr hohe Fallzahl (> 2200 Fälle) verwendet wurde.

5.4.1. Allgemeine Anforderungen an die Telepathologie

Ein häufig vorgebrachtes Argument gegen die Telepathologie ist die Vorstellung, dass durch diese Methode die Befundqualität leidet (Stolte 1999). Nicht nur durch den fehlenden Tasteindruck bei Zuschnitt und Sektion, sondern auch durch Auflösungsreduktion und Kompression digitaler Bilder würde eine adäquate Diagnostik behindert oder gar unmöglich gemacht.

Diese Kritikpunkte können nicht bestätigt werden. Zum einen wird beim Zuschnitt das operativ entnommene Gewebe durch den Chirurgen unter Aufsicht eines Pathologen via Videokonferenz durchgeführt. Zum anderen wird ein wenig erfahrener Pathologe, der in mehreren Fällen bereits Sektionen selbstständig durchgeführt hat, von einem erfahrenen Kollegen per Videokonferenz assistiert (Dietel et al. 2001). Mehrfach durchgeführte Analysen zeigen, dass eine adäquate Bildqualität erreicht werden kann, wenn im Rahmen festgelegter Bildqualitätsgrenzen gearbeitet wird (Okomura 1997, Yogesan et al. 1998, Daniel 2000, u.a.).

Generelle Anforderungen, die an die Telepathologie gestellt werden müssen und die den potentiellen Gebrauch in der Routine beeinflussen, sind:

Diese Faktoren können in zwei Gruppen unterteilt werden:

Technische Anforderungen

Individuelle Anforderungen

  

Je nach Einsatzgebiet müssen unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt werden. Für die Anwendung der Telepathologie in der fetalen Diagnostik gelten spezielle Anforderungen, da die makroskopische Tätigkeit bei der Sektion im Vordergrund steht.

5.4.2. Spezifische Anforderungen an die Telepathologie

Damit die Telepathologie den neuen Ansprüchen speziell in der Fetalpathologie gerecht werden kann, müssen die Anforderungen spezifisch gewichtet werden.

Für die Beurteilung des besonderen Materials in der Fetalpathologie (kleine Organe, zarte Strukturen) müssen besondere Anforderungen an die Bildaufnahmegeräte gestellt werden. So wird neben dem Makroskop und dem Mikroskop ein Stereomikroskop benötigt, welches sich besonders für die Untersuchung kleinster Strukturen eignet.
Diese Geräte sollten Bestandteil des eingesetzten Telepathologiesystems und möglichst unabhängig voneinander steuerbar sein. Der abwechselnde Gebrauch von Makroskop und Stereomikroskop sollte problemlos ermöglicht werden.

Von der Software muss allgemein gefordert werden, dass sie einfach und intuitiv zu bedienen ist. Die einzelnen Arbeitsschritte, Fallannahme, Sektionsplanung, Sektion und Befundeinordnung müssen durch das Telepathologie-System begleitet und unterstützt werden.
Für die gezielte Autopsie von Feten sollte der Zugriff auf eine interdisziplinäre Datenbank möglich sein, sofern diese nicht schon Bestandteil des konventionellen Arbeitsplatzes ist. Der Import von Vorbefunden oder Anamnesedaten sollte gleichzeitig erfolgen können. Somit können wichtige Patienteninformationen jederzeit zur Diagnostik herangezogen werden (Tennstedt et al. 2001c).
Für die Dokumentation sollten die entsprechenden Bildbefunde und Diagnosen in einer Falldatenbank gespeichert werden können. So können wichtige Befunde zu einem späteren Zeitpunkt z.B. für juristische Fragestellungen herausgesucht werden. Ebenso stehen die Befunde für Lehr- und Weiterbildungszwecke zur Verfügung (Dietel et al. 2001).

5.5. Eignung des TPS für die Fetalpathologie

In mehreren Studien konnte gezeigt werden, dass die Möglichkeiten, die das Telepathologie-System TPS bietet, für die Aufgaben in der Fetalpathologie geeignet sind (Tennstedt et al. 1997, Tennstedt et al. 2000b, Wehrstedt et al. 2000a/b). In den folgenden Abschnitten werden die Einsatzmöglichkeiten des TPS in der Routine der Fetalpathologie veranschaulicht und die Ergebnisse der durchgeführten Studien diskutiert.


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5.5.1. Sektionsüberwachung - Autopsiestudie

Die Durchführung der Autopsiestudie (Studie II) diente der Analyse der Supervision eines wenig erfahrenen Pathologen während einer Sektion. Für die Präsentation der Fehlbildungen wurden sowohl ein Makroskop, als auch ein Stereomikroskop verwendet, so dass anhand der übertragenen Bilder die weitere Sektionsstrategie diskutiert werden konnte. Das TPS bot die Möglichkeit spezifische Bildbefunde abzuspeichern, um diese zu einem späteren Zeitpunkt als Diskussionsgrundlage zu verwenden. Mit Hilfe des telepathologischen Systems TPS konnten alle Probleme geklärt werden, ohne dass der erfahrene Pathologe im Sektionssaal anwesend sein musste. Die Anwesenheit eines technischen Assistenten war nicht unbedingt notwendig, aber recht hilfreich.

Im Vergleich zur konventionellen Konsultation konnte so sehr viel Zeit gespart werden, ohne dass entscheidende qualitative Einbußen sichtbar wurden (vgl. Tab. 23-25). (Wehrstedt et al. 2001)

5.5.2. Zweite Meinung - Herzstudie

Das Ziel der Herzstudie (Studie III) war der Einsatz des TPS beim Einholen einer Zweiten Meinung. Dies geschah durch das Versenden vorbereiteter Fälle per E-Mail (als Fallmaterial dienten Fälle angeborener Herzfehlbildungen, siehe Kapitel 3.4.2), wobei das TPS für die Aufnahme und Speicherung der Bilder in einer Falldatenbank während der Autopsie verwendet wurde. Im Anschluss erfolgte die Aufbereitung der Falldaten und Vorbereitung für den Versand. Dafür wurden spezielle Eingabemasken in PowerPoint erstellt, wodurch eine einheitliche Struktur der Fallpräsentation gewährleistet werden konnte. Die Bilder wurden beschriftet, einzelne Strukturen markiert und mit Maßstab versehen. Die E-Mails wurden gleichzeitig an mehrere Experten versendet, mit der Bitte um eine Zweite Meinung.
Die konsultierten Experten konnten alle Fälle diagnostizieren, wobei sie den Inhalt, die Struktur sowie die Qualität der Bilder als sehr gut einschätzten (Tennstedt et al. 2000b).

Die Vorteile des Einholens einer zweiten Meinung durch das Versenden einer E-Mail an mehrere Experten wurden schon in mehreren Publikationen dargestellt (Della Mea et al. 1996b, Nordrum et al. 1998b, Szymas 2000).
Bei der Auswertung der Herzstudie zeigte sich, dass das Einholen der zweiten Meinung mittels Telepathologie etwa 1-2 Tage (angefangen bei der Sektion, dem Aufbereiten und Absenden der E-Mail, bis hin zur Antwort des Experten) dauert, während man bei konventioneller Verfahrensweise unter Umständen 1-2 Wochen auf die Antwort des Experten wartet.

5.5.3. Konsensfindung durch Telepathologie

Die Konsensfindung spielt bei der Klassifikation von schwierigen Fällen eine wichtige Rolle. Mit Hilfe der Telepathologie kann eine Konsensfindung auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zum einen durch eine Live-Konsultation mehrerer Experten, zum anderen durch gleichzeitige Versendung der Falldaten per E-Mail an mehrere Experten. Somit stehen für die Konsensfindung die gleichen Möglichkeiten wie bei der Sektionsüberwachung und beim Einholen einer zweiten Meinung zur Verfügung. Am Ende der Konsensfindung steht die Klassifikation des Fehlbildungsmusters des vorliegenden Falles.
Der in der Fetalpathologie tätige Pathologe kann sich mit seiner speziellen Fragestellung an ein bestehendes Telepathologie-Konsultationszentrum wenden (Hufnagl et al. 2001b). Dabei kann die Fragestellung sowohl per E-Mail (z.B. Konsultationszentrum des AFIP) versendet, als auch über entsprechende Internetseiten eingegeben werden (z.B. TPCC) (Dietel et al. 2000a).

Die Entstehung eines Konsultationszentrums für Fetalpathologie wäre eine wünschenswerte [Seite 68↓]Initiative (Tennstedt et al. 2001a/b).

5.5.4. Stand der Telepathologie in der Fetalpathologie

Aktuelle Literaturrecherchen zeigen, dass es bisher noch keine Veröffentlichungen zum Einsatz der Telepathologie in der fetalen Diagnostik gibt. Bestimmte Techniken der Telepathologie können jedoch in der Fetalpathologie gut eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein Makroskop, welches derzeit beim Zuschnitt in der Schnellschnittdiagnostik eingesetzt wird, und über eine angeschlossene Kamera eine Video-Überwachung ermöglicht (Kayser 1993, Adachi et al. 1996, Dusserre et al. 1997, Dunn et al. 1997a), für die Beurteilung fetaler Organe verwendet werden. Die Qualität der Bilder ist für den Zuschnitt sehr gut, selbst detaillierte Organstrukturen können beurteilt werden (Dietel et al. 2001).

Leong et al. beschreiben das Telepathologie-System HISTOVISION. Dieses integriert, ähnlich wie das TPS Scanner, Makroskop, Mikroskop mit Videokamera, Digitalwaage und Drucker. Die Software ermöglicht die Erfassung der Patientendaten über Formulare, Eingabe von Fallanfragen, Aufnahme der Bilder von makroskopischen und mikroskopischen Geweben, sowie Formulare für Diagnose und Notizen. Durch die Verwendung von Falldatenbanken können retrospektive Untersuchungen vorgenommen werden (Leong et al. 2000).

Die Anwendung des Telepathologie-Systems TPS im Routineeinsatz der Fetalpathologie zeigt, dass man den speziellen Anforderungen gerecht werden kann (Tennstedt et al. 1997, 2000b; Wehrstedt et al. 2000b). Diagnostische Probleme während der Autopsie konnten durch Konsultation eines Kollegen mit Hilfe der Telepathologie geklärt werden, ohne dass ein erfahrener Pathologe im Sektionssaal anwesend war. Die Anwesenheit eines Assistenten war sehr nützlich, aber nicht unbedingt notwendig. Man war dadurch in der Lage, die Sektionstätigkeit sowie die Präsentation der Fehlbildungen von der Bedienung der technischen Geräte zu trennen (Wehrstedt et al. 2000b). Die Verwendung statischer und dynamischer Bilder ermöglichte eine erfolgreiche Telepathologie-Konsultation während der Autopsie.
Die fehlende Fernsteuerbarkeit von Makroskop und Stereomikroskop wirkte sich nicht negativ auf die Qualität der Diagnostik aus. Jedoch war es manchmal schwierig die aktuelle Vergrößerung des makroskopischen Objektes am Monitor zu bestimmen, da das Maßband oder eingesetzte Lineale schwer zu positionieren waren.
Dieses Problem wäre durch die Verwendung fernsteuerbarer Geräte prinzipiell lösbar.

Für den Einsatz in der Fetalpathologie eignen sich neben dem TPS und dem HISTOVISON prinzipiell weitere aktuell vorhandene Telepathologie-Systeme. So zum Beispiel das HISTKOM System der Deutschen Telekom (Schwarzmann et al. 2000) oder die Telepathologie-Lösung von Nikon (NIKON-ZEM-Dynamic), Zeiss oder Olympus (MIGRA) (Ganslandt et al. 2000). Diese Systeme integrieren sowohl ein Makroskop als auch ein Mikroskop - für den Zuschnitt von Organen und die histologische Begutachtung. Des weiteren können die Befunde in Falldatenbanken eingegeben werden. Jedoch zeigte sich bei der Vorführung der einzelnen Systeme auf Pathologie-Kongressen, dass wesentliche Abläufe nicht ausreichend geplant wurden, also eine Integration in die Routinetätigkeit nur erschwert möglich ist (Kayser et al. 2000b).
Diese Systeme werden bislang nur für histologische Untersuchungen verwendet. Anwendungen in der makroskopischen Diagnostik wurden nicht beschrieben, ausgenommen ist der Zuschnitt in der primären Schnellschnittdiagnostik.


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5.6. Panorama Telepathologie

Die Entwicklung der Telepathologie hat vor ein paar Jahrzehnten begonnen und diese Technik wird bereits heute in einigen Ländern in der Routinepathologie eingesetzt (Eide et al. 1992, et al. 1999, Weinstein et al. 1997b). Der Routineeinsatz konzentriert sich aber bisher auf das Einholen einer Zweiten Meinung bei der mikroskopischen Diagnostik, auf die Überwachung des makroskopischen Zuschnitts und die Beurteilung von mikroskopischen Präparaten im Rahmen von Schnellschnitt-Untersuchungen (Hufnagl 2000a).

Die rasanten Entwicklungen in den letzten beiden Jahrzehnten auf dem Gebiet der Telepathologie deuten möglicherweise auf einen Wandel der generellen Arbeitsabläufe in der Pathologie. Dies wird vor allem die histologische Diagnostik betreffen (vgl. Virtual Slide, siehe 5.6.2 Ausblick), jedoch in einem gewissen Maß auch die Fetalpathologie. Insgesamt wird dies sicherlich von der allgemeinen Akzeptanz und wichtigen Nebenbedingungen abhängen, wie etwa die Abrechenbarkeit telepathologischer Dienstleistungen, sowie die eindeutige Klärung juristischer Grundlagen (Dierks 2000).

Die Vorteile, die der Einsatz der Telepathologie in der fetalen Diagnostik mit sich bringen kann, sollten nicht unterschätzt werden. Der wichtigste Punkt, neben dem Zugriff auf interdisziplinäre Datenbanken für eine optimale Sektionsvorbereitung und die Abspeicherung der Befunde in einer Falldatenbank für spätere Untersuchungen, ist die Möglichkeit, schnell und einfach entfernt tätige Experten zu konsultieren. Dadurch kann die Qualität der Diagnostik in der Fetalpathologie erheblich verbessert werden.
Abbildungen von seltenen Fehlbildungen, die in einer Falldatenbank gespeichert werden, können für die Ausbildung von Pathologen als Lehrmaterial dienen oder als Referenzfälle verwendet werden.

5.6.1. Verbesserungsmöglichkeiten

Trotz der schnellen Entwicklung der Telepathologie in den letzten Jahren, bestehen noch viele Probleme, die einen breiteren Einsatz behindern.

Kompatible Systeme
Die Integration telepathologischer Systeme in die Routine, dabei die Anpassung an individuelle Abläufe vorausgesetzt, wird erheblich durch verschiedene herstellerabhängige Systeme erschwert (Ganslandt 2000). Diese unterstützen nur in geringem Umfang, oft jedoch gar nicht standardisierte Schnittstellen, wie z.B. HL7, DICOM oder H.323. Die einzelnen Systeme können bisher nur ganz bestimmte Mikroskop-Typen „ansprechen“. Ebenso können Informationen (z.B. Falldaten, Bildmaterial etc.) zwischen verschiedenen Telepathologie-Systemen nicht ohne weiteres ausgetauscht werden. Zur Zeit existieren eine geringe Anzahl pathologischer Institute mit eigenen Telepathologie-Lösungen, welche untereinander nicht kompatibel sind und ein Datenaustausch derzeit noch unmöglich ist.
Für einen breiteren Einsatz der Telepathologie ist daher die Unterstützung standardisierter Schnittstellen zu fordern, die das Ansprechen verschiedener Hardware-Geräte und die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Telepathologie-Systemen ermöglichen.

Hohe Bandbreite oder automatische Kompression
Ein generelles Problem bei der Versendung von Daten ist die mangelnde Bandbreite. Da in der Telepathologie große Datenmengen (insbesondere Bilddaten) versendet werden müssen, ist die Bandbreite oft ein limitierender Faktor. Damit der Einsatz der Telepathologie praktikabel wird, müssen die Datenmengen reduziert werden, ohne die Qualität sichtbar zu verschlechtern. Dies wird in den meisten Fällen durch Kompression erreicht, die manuell durch den Pathologen vorgenommen wird. Das bedeutet, dass je nach Bildinhalt (makroskopisch, mikroskopisch etc.) eine andere Kompressionsrate einzustellen ist. Hier [Seite 70↓]würde eine automatische Ermittlung der optimalen Kompressionsrate und die anschließende Kompression, sowie eine automatische Qualitätskontrolle des Kompressionsvorganges den Arbeitsaufwand erheblich reduzieren.

Optisches Mess-System
Momentan ist es sehr schwer die reale Größe des makroskopischen Präparates am Monitor einzuschätzen, da das Positionieren von entsprechenden Maßstäben nicht sehr einfach ist, oder da verwendete Lineale durch die Aufnahmebedingungen schlecht ablesbar sind. Hier wäre die Entwicklung eines optischen Mess-Systems ideal. Prinzipiell kann dies auch über die Umrechnung der Vergrößerung auf die aktuelle Größe des abgebildeten Objektes erfolgen.

Interaktive Zeigevorrichtung
Ein weiterer Vorschlag zur Verbesserung der telepathologischen Arbeit ist die Entwicklung einer interaktiven Zeigevorrichtung am makroskopischen Präparat (z.B. Laserpointer). Der konsultierte Pathologe kann sich verständlich machen, indem er einen Laserpointer interaktiv fernsteuert, ähnlich der Fernsteuerung des Objekttisches des Mikroskops. Der Pathologe vor Ort wäre somit in der Lage, Manipulationen am Präparat vorzunehmen, ohne dabei die Anweisungen des konsultierten Kollegen auf dem Monitor zu beobachten. Wichtige Punkte werden auf dem makroskopischen Präparat durch den Laserpointer markiert.

Ausbildungsmodule
Für die Aus- und Weiterbildung in der Pathologie oder speziell in der Fetalpathologie könnte die Integration von Ausbildungsmodulen in ein Telepathologie-System dienen. Typische Fehlbildungen oder seltene Fehlbildungsmuster werden in einer Datenbank gespeichert und in einer entsprechend aufbereiteten Form präsentiert. Denkbar sind auch interaktive Anleitungen bei bestimmten Autopsieschritten.

5.6.2. Ausblick

Betrachtet man die technischen Fortschritte bei der Entwicklung von Computersystemen in den letzten Jahren, so liegt es nahe, einen Ausblick mit Lösungsansätzen für aktuelle Probleme zu geben.

Fernbedienung von Stereomikroskop und Makroskop
Bisher ist eine Fernsteuerbarkeit von Makroskop oder Stereomikroskop nicht möglich. Denkbar wäre die Kamera ferngesteuert zu schwenken oder an das Präparat heran zu zoomen. In gleichem Maße könnte die Regelung von Helligkeit und Kontrast erfolgen. Eine Entwicklung von fernsteuerbaren Greifarmen für eine interaktive Manipulation des Präparates wäre bei der Obduktion formalinfixierter Embryonen oder Feten hilfreich.

Selektive Bildkompression oder hohe Bandbreite
Bruckmann et al. analysierten die Möglichkeiten und Grenzen von selektiven Bildkompressionen. Das bedeutet, dass für die Diagnostik relevante Bildbereiche von der Kompression ausgeschlossen werden, und der restliche Teil des Bildes mit einer hohen Kompressionsrate komprimiert wird. Der Vorteil liegt in der Reduktion des Datenmaterials ohne Informationsverlust in wichtigen Bereichen des Bildes. Die Selektion der wichtigen Bereiche kann unter Umstanden, speziell in der Mikroskopie nicht ganz einfach sein.
Jedoch ist es denkbar, dass in naher Zukunft die Bandbreite keine Rolle mehr spielen wird, also Versuche bezüglich der Reduktion des Datenumfanges an Bedeutung verlieren werden. Das Versenden von hochauflösenden, nicht komprimierten dynamischen Bildern wird in der Praxis zur Verbesserung der Diagnostik beitragen und keine Frage der Bandbreite sein.

Die folgenden Ideen für zukünftige Verbesserungen in der Telepathologie werden zum Teil [Seite 71↓]bereits in der Radiologie, Orthopädie oder Chirurgie eingesetzt. Durch digitale Umrechnung und Zusammensetzung von CT- und MRT-Daten lassen sich komplette Nachbildungen von Organen oder Tumorinfiltrationen am Computer darstellen (Baur et al. 1998).

Der Voxelman sei hier nur als Beispiel für den Einsatz in der Ausbildung genannt. Besonders interessant ist aber die Anwendung in der Operationsplanung, beispielsweise bei der Entfernungen von Hirntumoren. Coma et al. Beschreiben eine Reihe der Einsatzgebiete von drei-dimensionalen Darstellungen anatomischer und pathologischer Formen (Coma et al. 1999), jedoch soll noch ganz kurz die Möglichkeit für die Pathologie erläutert werden:

Furness et al. geben ein einfaches Verfahren an, ein 3D-Bild aus mehreren digitalen Bildern durch Zusammenrechnung der Einzelbilder zu erstellen (Furness 1997).
Durch die 3D-Rekonstruktion der Organe des Feten (durch Umrechnung aus CT- und MRT-Daten) könnte vor der Sektion eine detaillierte Information über den pathologischen Befund gegeben werden, so dass in speziellen komplizierten und seltenen Fällen eine exakte Sektionsüberwachung möglich ist.


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02.02.2004