PneumoGRID

IT-Unterstützung von multizentrischen klinischen Studien
zur Lungenbelüftung

Beispielszenario einer klinischen Studie

In PneumoGRID haben sich Ärzte, medizinische und informationstechnologische Forschungsinstitute, Studienzentren und Unternehmen aus der Medizintechnik mit dem Ziel zusammengeschlossen, Grid-Dienste zur Diagnose und Behandlungsunterstützung von COPD zu entwickeln und anzubieten. Folgende Dienste sollen in PneumoGRID angeboten werden:

 

  • Analyse und Visualisierung der Lungenbelüftung. Neben der statischen Lungenfunktionsanalyse (Szintigraphie) werden durch PneumoGRID erstmals auch neuartige bildgebende Verfahren zur Messung der dynamischen Lungenbelüftung angeboten (4D-MRT mit inhaliertem Kontrastmittel, Lung Sound Intensity Messung), die ohne Grid-Dienste nicht oder nur von Institutionen mit großen lokalen Rechenclustern eingesetzt werden können.

  • Klassifikation von Lungenaufnahmen auf Basis einer validierten Referenzdatenbank. Für alle im PneumoGRID angebotenen Verfahren zur Lungenventilationsmessung werden den Nutzern validierte Referenzdaten zur Klassifikation der Lungenfunktion zur Verfügung gestellt.

  • IT-Unterstützung von multizentrischen klinischen Studien zur Lungenbelüftung. Für multizentrische Studien, welche die Analyse- und Klassifikationsdienste des PneumoGRID nutzen, werden auch Dienste zum Datenmanagement und der statistischen Auswertung bereitgestellt.

Es ist geplant die Services als Innovation in klinischen Studien einzusetzen. Frühere multizentrische Studien mit großen Mengen verteilter Daten lassen hier bereits einen Bedarf für Grid-Technologien erkennen. Die im Rahmen des PneumoGRID entwickelten Dienste sollen als „Services on Demand“ den folgenden Nutzergruppen für spezifische Anwendungsszenarien bereitgestellt werden.

Entwicklungen für Medizintechnik und Pharmaunternehmen

Die Griddienste sollen insbesondere der Medizintechnik und Pharmaunternehmen für klinische Studien zur Evaluation und Weiterentwicklung von Beatmungsgeräten und Inhalationssystemen angeboten werden. Im Rahmen eines regional geförderten Forschungsprojektes wird zusammen mit der Firma ActivAero GmbH (Gemünden/Wohra, Deutschland) ein Prototyp zur nasalen Langzeitinhalation (NLI) entwickelt, der als ein erster Anwendungsfall im Sinne einer Studie zur Eindringtiefe von Medikamenten in PneumoGRID überprüft werden kann. Im Rahmen dieser Neuentwicklung werden bereits Kontakte zu pharmazeutischen Unternehmen geknüpft, die eine Arzneimittelherstellung zur Langzeitinhalation anstreben. Die IfM GmbH als Vertriebsgesellschaft und Servicedienstleister bietet sowohl für den Heimbedarf wie auch für Klinik und Praxis eine breite Palette von medizinischen Produkten für die Bereiche Atemwege und Lunge an und steht an der Schnittstelle zwischen Medizintechnik und Versorgung. Als Teilnehmer entsprechender klinischen Studien sind das Zentrum für Strahlendiagnostik der Universität Marburg (Tagesdiagnostik) sowie die ASR GmbH (Schlafmedizinische Studien) im Projekt beteiligt.

Für die Medizintechnik im Bereich der Beatmungs- und Inhalationstechnik ist die Belüftung der peripheren Atemwege von zentraler Bedeutung für die Wirksamkeit der Systeme, so dass ein großes Interesse an neuen Verfahren zur dynamischen Lungenbildgebung besteht.

Anwendungsszenarien aus diesem Bereich sind:

  • Studien zur Eindringtiefe von Medikamenten gegen obstruktive Lungenerkrankungen

  • schlafmedizinische Studien zur Effektivität von Beatmungsgeräten

  • Studien zur Wirksamkeit von Dosieraerosolen im Sinne einer Verbesserung der Lungenbelüftung


Entwicklungen für klinische Versorgung

Mittelfristig soll PneumoGRID auch in der klinischen Diagnostik und Therapie eingesetzt werden. Das Zentrum für Strahlendiagnostik sowie das Interdisziplinäre Schlafmedizinische Zentrum Hessen am Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH vertreten im Projekt auch die klinische Versorgung.
Anwendungsszenarien aus dem Bereich der klinischen Versorgung sind:

  • erweiterter/verbesserter Lungenfunktionstest

  • Diagnoseunterstützung bei COPD und anderen pneumologischen Krankheiten (Clusteranalyse)

  • Therapieüberwachung bei nicht-invasiver Beatmung (z.B. bei schweren Lungenerkrankungen, muskulären Erkrankungen, schweren Behinderungen mit Einschränkung der Atemfunktion)

  • Patiententraining

Entwicklungen für Wissenschaft/akademische Forschung

Die entwickelten Griddienste sollen Nutzern aus der akademischen Forschung für Studien zur Grundlagenforschung in der Pneumologie zur Verfügung stehen. Im Projekt wird diese Nutzergruppe durch das Interdisziplinäre Schlafmedizinische Zentrum Hessen der Universitätsklinik Gießen und Marburg GmbH sowie weitere universitäre Einrichtungen aus dem Bereich der Strahlenmedizin und der Signalverarbeitung vertreten. Die Gewinnung genauerer Erkenntnisse in der Grundlagenforschung und der Krankheitsentwicklung kann zu neuen Diagnostikmethoden und Therapien führen.

Wesentliche Anwendungsszenarien sind

  • Vergleichsstudien der Diagnoseverfahren mit großen Patientenzahlen

  • Studien zum Krankheits- und Therapieverlauf von COPD

  • Studien zum Verlauf anderer pneumologischer Erkrankungen (z.B. Asthma/Lungenfibrose)


Generische Lösungen für zukünftige medizinische Nutzergruppen


Die Analyse- und Visualisierungsdienste sind prototypisch für bildgestützte Diagnoseverfahren, so dass diese eine gute Basis für die Implementierung ähnlicher Methoden darstellen. Die im Rahmen des PneumoGRID entwickelten Gridservices zum Datenmanagement, Studienauswertung und Klassifikation sind generisch und bieten eine Grid-Infrastruktur für klinische Studien auch aus anderen medizinischen Bereichen. Insbesondere sind die geplanten technologischen Weiterentwicklungen (Audit-Trail, Sicherheit) notwendige Voraussetzung für die Nutzung des Grids für beliebige medizinische Anwendungen in der Versorgung. Das PneumoGRID entwickelt also über die konkrete Anwendung hinaus eine Grid-Infrastruktur für weitere Nutzergruppen aus dem Bereich der Medizintechnik, der Pharmaindustrie und der Versorgung.

Die Dienste sollen auf Basis der D-Grid Infrastruktur und den dort entwickelten grundlegenden Diensten durch die wissenschaftlichen Partner begonnen und die fertigen Services anschließend durch einen Provider angeboten werden.