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Frank Hertel
Workshop Forschungsdatenmanagement
29.02.2012
Existierende Lösungen
für das Datenmanagement bei MRT-Experimenten
Workshop Forschungsdatenmanagement Folie 2
Gliederung
• Motivation
• Übersicht vorhandener Lösungen
• Das Projekt BIRN mit HID auf Basis von XCEDE2
• Das Archivierungsframework XNAT
• Fazit
Motivation · Übersicht · HID · XNAT · Fazit
Workshop Forschungsdatenmanagement
Motivation
• Bildreihen verschiedener Modalitäten + begleitende Dokumente
• Roh- und Ergebnissdaten bieten nicht genug Aufschluss über Experimente
• Umgebungsinformationen und Messbedingungen müssen erfasst werden (Metadaten)
• Suche nach bestimmten Projekten, Experimenten, Bilddaten erfolgt über die Parameter der Metadaten
Folie 3
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Workshop Forschungsdatenmanagement
Motivation
• Vorbereitung eines Experiments
o Zielsetzung des Projektes / Experiments
o Vorarbeiten / Literatur
o Wahl der Modalität
o Auswahl / Anpassung der Messsequenz
o Entwicklung des Stimulus
o Probandeninformationen
o Terminplan / Messzeiten
Folie 4
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Workshop Forschungsdatenmanagement
Motivation
• Durchführung des Experiments
o Hochaufgelöste anatomische Aufnahmen (3D)
o Funktionelle Aufnahmen (4D, Zeit)
o Diffusionsgewichtete Aufnahmen (4D, Richtungen)
o NMR-Spektren
o Scannerprotokoll
o Laborbucheintrag
Folie 5
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Workshop Forschungsdatenmanagement
Motivation
• Auswertung des Experiments
o Freie und Kommerzielle Software
o Vorverarbeitung
o Statistische Analyse
o Nachverarbeitung
Folie 6
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Workshop Forschungsdatenmanagement
Motivation
Folie 7
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Übersicht
Folie 8
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Weitere Konzepte: CSMD, COINS, RepSIS, DataFinder, ...
Framework Metadaten Einrichtung Download Einsatz Literatur
fMRI Data Center
XML University of California, USA Online-Dienst Public J.D. Van Horn 2002
HID XCEDE 2 BIRN, USA Client-Komponenten
Grid D.B. Keator 2009
XNAT XML Harvard University, USA Framework Zentral D.S. Marcus 2007
DFBIdb XCEDE+ Melbourne Hospital and Clinical School, Australia
Anwendung Lokal C.L. Adamson 2010
SciPort XML Siemens Corporate Research, USA
N.N. Siemens-intern
F.S. Wang 2010
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BIRN, HID und XCEDE 2
• Biomedical Informatics Research Network
• Grid-basierte Verbundforschung in USA
• Human Imaging Database System (in Entwicklung)
• BIRN-kompatible verteilte Bilddatenbank
• Eigenes Metadatenschema
• XML-Based Clinical Experiment Data Exchange Schema, Version 2
• http://www.birncommunity.org
Folie 9
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XNAT – Einleitung
• eXtensible Neuroimaging Archive Toolkit
• Management-Plattform für Projekte aus der medizinischen Bildgebung (MRT, PET, CT, CR)
• Open Source (Quell-offen, Community Support, erweiterbar, individuell anpassbar)
• © 2005 Harvard University, Howard Hughes Medical Institute, Washington University
• Entwickelt von Randy Buckner (Harvard University) und der Neuroinformatics Research Group (Washington University School of Medicine)
Folie 10
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XNAT – Quellen
http://xnat.org Marcus, Daniel S.; Olsen, Timothy R.; Ramaratnam, Mohana;
Buckner, Randy L. (2007):The Extensible Neuroimaging Archive Toolkit: an informatics platform for managing, exploring, and sharing neuroimaging data. In: Neuroinformatics 5 (1), S. 11–34.
Folie 11
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XNAT – Kernkomponenten
• Datei-Upload
o DICOM, ZIP, Metadaten
o Direkt-Import vom Scanner möglich
o Formular-basierte Assistenten
• Datenorganisation
o Eigene Daten verwalten
o Projekte, Teilprojekte, Studie ,Teile einer verteilten Studie
o Autorisierung
Folie 12
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XNAT – Kernkomponenten
• Zugriff
o Daten online einsehen
o Daten downloaden
• Zugriffsschutz
o Wird durch 3-Schichten-Architektur gewährleistet
• Exploration großer Datenmengen
• Angebundene HPC-Ressourcen können Daten verarbeiten/auswerten
Folie 13
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XNAT – 3-Schichten-Modell • Zugrfiff per Browser oder
Kommandozeile
• Apache Turbine (Security, Scheduling, XML-Validierung)
• Anpassung und Erweiter-ungen erfolgen über die API (Schnittstelle für Entwickler)
• Extensible Formatting Tool (XFT) und XNAT-Engine führen Query- und Schreiboperationen auf Datenspeicher aus
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XNAT – Workflow
Von der Akquise bis zur Publikation
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XNAT – Dateiinfrastruktur
• Prearchiv wie Cache, (DICOM-send, FTP, USB, Webupload)
• Kopie vom Prearchiv in Zentralarchiv
• Daten können im Zentralarchiv verarbeitet werden
• Daten können wieder bereitgestellt werden
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XNAT – Prozess der Websuche
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XNAT – Viewer
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XNAT – Datenmodell
Folie 19
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Project
Experiment Subject
Subject Assessement
Imaging Session
MR-/CT-/PET-/CR-Session
Scan Reconstruction Image Assessement
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Fazit
• Vorteile
o Erfüllt viele Anforderungen an FDM
o Erweiterbarkeit
o Sicherheitsmechanismen
o Webbasierter Zugriff und Bildvorschau
• Nachteile
o Hoher administrativer Aufwand
o Ressourcen
o Metadatenerstellung und -pflege
Folie 20
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Folie 21
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