Datenmanagement Sichere Forschungsergebnisse mit DIAdem in der Medizin

Autor / Redakteur: Peter Herrmann und Michael Quintel * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Gehen bei medizinischen Messungen die Rohdaten verloren, lassen sich diese nicht mehr rekonstruieren. Datenmanagement ist gefragt. Wir zeigen eine Anwendung aus dem universitären Alltag.

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Datenmanagement hilft in der Medizin, Forschungsergebnisse abzusichern
Datenmanagement hilft in der Medizin, Forschungsergebnisse abzusichern
(Foto: Kögler Rudolf, pixelio.de)

Die in unseren medizinischen Forschungsprojekten gewonnenen Messdaten werden digital gespeichert und in der Regel mit unterschiedlichen mathematischen Algorithmen im Zeit- oder Frequenzbereich ausgewertet. Die Ergebnisse werden dann statistischen Plausibilitätsprüfungen und Signifikanztests unterzogen und in entsprechenden Tabellen und Grafiken publiziert.

Oft existiert zwischen den Rohdaten und den daraus berechneten Ergebnisdaten kein direkter Link, beispielsweise wenn die Rohdaten binär und die daraus berechneten Daten als Text in einer Excel-Tabelle gespeichert wurden. Bei Verlust der Rohdaten sind die berechneten Daten nicht mehr zu rekonstruieren.

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Um solchen Problemen vorzubeugen, kommt in der Universitätsmedizin Göttingen Software von National Instruments zum Einsatz. Unsere in NI LabVIEW entwickelten Datenerfassungsprogramme speichern die Messdaten im TDMS-Dateiformat, das von DIAdem gelesen, analysiert und zur Reporterstellung verwendet werden kann. Rohdaten, daraus berechnete Ergebnisdaten und Berichte können zusammen in einem Projekt gespeichert werden. Dadurch wird eine dauerhafte Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.

Von Labormessungen bis zu physiologischen Parametern

Die Abteilung für Anaesthesiologie führt jährlich eine Reihe klinischer und experimenteller Studien durch. Die Bandbreite dabei reicht von reinen Labormessungen am Lungensimulator bis hin zur Messung physiologischer Parameter am Probanden oder Patienten. Die Software zum Auslesen der Medizingeräte oder zur Digitalisierung von Analogsignalen wird mit NI LabVIEW programmiert. Die Daten werden binär gespeichert und mit entsprechend programmierten Exportfiltern als Text weiterverarbeitet.

Allerdings sind Binär- und Textdateien separat gespeichert. Ein direkter Link ist nicht vorhanden. Bei Verlust der binären Rohdaten sind die berechneten Daten im Zweifelsfall nicht mehr eindeutig zu rekonstruieren. Die Datenerfassungssoftware wurde so modifiziert, dass alle anfallenden Daten im NI-Standardformat TDMS gespeichert werden.

Ein großer Vorteil der Software besteht darin, dass Daten sehr flexibel im TDM- bzw. TDMS-Format verwaltet werden können. Zusammengehörende und verlinkte Daten lassen sich zu einem Projekt zusammenzufassen. Die Daten sind in Gruppen (Hierarchien) organisiert und können in einer einzigen TDMS-Datei gespeichert werden.

Das sichert die jederzeitige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Relevante Dateien können mit dem NI DIAdem-DataFinders schnell im Archiv gefunden und überprüft werden. Das Archiv selbst liegt auf einem Server der Universitätsklinik und wird täglich gesichert.

Wenn Arbeitsabläufe automatisiert werden sollen

Die Kombination von NI LabVIEW, TDMS-Datei und NI DIAdem kommt in aktuellen Beatmungsstudien zum Einsatz. Die mechanische Beatmung ist eines der zentralen Elemente der Therapie des schweren Lungenschadens. Diese grundsätzlich unphysiologische, druckpositive Beatmung kann per se den Erkrankungsverlauf verschlimmern.

Man spricht hier von „ventilator-induced-lung-injury“ (VILI). Dies führte in der modernen Beatmungstherapie in den letzten Jahren zu einem Paradigmenwechsel. Die sogenannte protektive Beatmung beschreibt ein Therapiekonzept, um die Schädigung der Lunge durch die mechanische Beatmung möglichst gering zu halten. Es ist allerdings notwendig, die Eigenschaften der Druck- und Flusskurven genauer zu untersuchen. Diese Echtzeitdaten werden mit von NI LabVIEW von den entsprechenden Beatmungsgeräten über die serielle Schnittstelle erfasst, digitalisiert, visualisiert und im TDMS-Format gespeichert. Nach abgeschlossener Messung werden die Daten auf den Server transferiert und in NI DIAdem ins Datenportal geladen.

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Warum vollständige Dokumentation wichtig ist

Im November 2010 hat das Klinikum Ludwigshafen seinen damaligen Chefarzt mit sofortiger Wirkung seines Amtes enthoben. Er hatte eine Originalarbeit in einer hochrangingen medizinischen Zeitschrift publiziert, in der angegebene Messergebnisse wahrscheinlich frei erfunden waren. Den Nachweis über die Echtheit der Ergebnisse konnte der Mediziner nicht erbringen, da die zugrunde liegenden Rohdaten nicht auffindbar waren. Die Gutachter gingen davon aus, dass die publizierte Studie möglicherweise niemals durchgeführt wurde und deshalb eine schlichte Fälschung sei. Die Zeitschrift zog den Artikel zurück und überprüfte zusätzlich alle Publikationen des Autors, mit nachhaltigen Folgen für den Chefarzt und seine Arbeitsgruppe.

Dieser Fall zeigt einmal mehr auf, wie wichtig eine umfangreiche und vollständige Dokumentation von wissenschaftlichen Studienergebnissen ist.

Die Projektdaten stehen nun für Datenanalysen in NI DIAdem zur Verfügung. Über Visual-Basic-Scripte lassen sich bestimmte Arbeitsabläufe, wie beispielsweise „Laden der Daten“, „Analyse der einzelnen Kanäle“, „Darstellung der Ergebnisse“, „Generierung von spezifischen Reports“ und mehr, automatisieren. Im Falle der aufgezeichneten Beatmungsdaten war es notwendig, den Atemwegsfluss (Flow-Kanal) auf seine Nulldurchgänge hin zu untersuchen, um Inspirations- und Exspirationsphasen im Atemmuster zu kennzeichnen.

In den einzelnen Atemphasen können nun weitere Analysen durchgeführt werden. Alle studienrelevanten Daten lassen sich im Projekt speichern.

* Dr. sc. hum. Dipl.-Ing. Peter Herrmann

* und Prof. Dr. med. Michael Quintel arbeiten in der Abteilung Anaesthesiologie der Universitätsmedizin in Göttingen.

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