Idee: Diese Software entstand durch ein Diplomprojekt am UltraSound-Lab des Zentrums für Medizinische Physik & Biomedizinische Technik in Zusammenarbeit mit der Klinischen Abteilung für Angiologie der Universitätsklinik für Innere Medizin II, der Medizinischen Universität Wien.

Realisierung:

• Jonathan Morgenbesser

  • Medizinstudent, MUW Wien (Planung, Entwicklung der Software, Bearbeitung der Bild- und Video-Daten, Erstellung der Inhalte, Wartung)
• Ass.Prof.Dr.techn.Christian Kollmann PHD

  • Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik (Betreuer der Diplomarbeit bzw. des Projekts und korrespondierender Autor) christian.kollmann@meduniwien.ac.at
• Ao.Univ.-Prof. Dr.med.univ. Andrea Willfort-Ehringer

  • Leiterin des Duplexlabors der Klinischen Abteilung für Angiologie an der Universitätsklinik für Innere Medizin II, MUW Wien (klinische Korrespondenz, sowie Anfertigung von Videos und Bildern)
• Univ.-Prof. Dr.med.univ. Renate Koppensteiner

  • Leiterin der Klinischen Abteilung für Angiologie an der Universitätsklinik für Innere Medizin II, MUW Wien (Genehmigung des Datenzugriffs und Initiation des Kontaktes mit den MTRAs)
• Das Team der MTRA/RTs

  • der Klinischen Abteilung für Angiologie an der Universitätsklinik für Innere Medizin II (Datensammlung)
• Dr.Christian Margeta

  • Klinischen Abteilung für Angiologie an der Universitätsklinik für Innere Medizin II, MUW Wien (exemplarische Duplexsonographie)
• Christoph Sassmann

  • Medizinstudent (ehemals mitbeteiligt an diesem Projekt; Erstellung des großen Logos auf der Startseite)

Copyright

Die Inhalte dieser Software sind für unsere Lehrzwecke geschaffen worden und werden nur für die Lehre verwendet. Dritte dürfen nur mit expliziter Erlaubnis diese Software verwenden, ausdrucken oder kopieren. Dargestellte Bilder und Videodateien müssen ferner mit einem entsprechenden Link zu dieser Software bzw. ihren Autoren versehen werden. Ihre Anfrage richten Sie an:

UltraSound-Lab, Zentrum f. Med. Physik & Biomed.Technik
AKH Wien E4L, Währinger Gürtel 18-20
A-1090 Wien
christian.kollmann@meduniwien.ac.at

Der Inhalt

Woher kommen die Daten? Alle Bild- und Videodaten sind anonymisierte Untersuchungen von Patienten der Klinik für Angiologie im Allgemeinen Krankenhaus in Wien. Die Bilderdaten stammen großteils aus dem digitalen Befund-Archiv der Klinik. Die Videos wurden von einem externen DVD-Recorder live aufgezeichnet, sofern die Untersuchende davon überzeugt war, dass eine gute Bildqualität erreicht werden kann und/oder hier eine Pathologie vorliegt. Durchgeführt wurden beinahe alle Ultraschalluntersuchungen mit dem links abgebildeten Gerät, einer Siemens Acuson Sequoia 512, welches der Klinik für Angiologie gehört.

Wie wurden die Daten ausgewählt und bearbeitet?

Die Bilderdaten wurden nach Vorschlag der untersuchenden MTRAs/RTs ausgesucht und anschließend im Befundarchiv mit Voruntersuchungen komplettiert. Das Augenmerk lag darauf möglichst unterschiedliche Befunde zu finden. Als Hauptkriterium für den (händischen) Start der Videoaufzeichnung durch die MTRAs wurde die gute Bildqualität festgelegt. Außerdem wurde auch hier darauf geachtet möglichst verschiedene Pathologien zu finden, um ein breites Spektrum mit der Software abdecken zu können. Diese wurden anschließend von der Angiologin Univ.Prof. Andrea Willfort-Ehringer auf ihre Eignung für die Lehre überprüft und kommentiert sowie durch Bilder aus ihrer privaten Lehrbilder-Sammlung ergänzt.

Nach der Auswahl des Patienten sowie der dazugehörigen JPEG-komprimierten Bilder und Befunde wurden diese durch verlustfreies Entfernen der Identifikationszeilen anonymisiert. Die Verwendung der Programmbibliothek jpegtran[*] ermöglichte weiter ein verlusfreies Zuschneiden. Dadurch wurde auf eine neuerliche Kompression verzichtet und unnötige Einbußen bei der Bildqualität wurden verhindert. Anschließend wurden doppelte/überzählige/nicht aussagekräftige Bilder entfernt und in vier Kategorien eingestuft.

Die Erstellung der Videosammlung basierte noch mehr auf der Zusammenarbeit mit den MTRAs. Videoaufzeichnung war durch Limitierungen des Ultraschallgeräts(Siemens Acuson Sequoia 512) nämlich nur händisch und über einen externen DVD-Recorder möglich. Nach Knopfdruck zeichnete der Recorder einen Live-Mitschnitt des Bildinhalt des Ultraschallgeräts mit konstanter Bitrate[**] auf eine DVD+R auf. Diese DVD+R wurde anschließend manuell finalisiert und in einen Computer eingelegt. Nach Sichtung des Material wurden die Befunde der enthaltenen Patienten nach möglichen Pathologien durchsucht und interessante Patienten ausgewählt. Der nächste Schritt war auch hier die Anonymisierung. Dazu musste der komplette Inhalt der finalisierten DVD auf eine Festplatte kopiert werden. Die Bild- und Tondaten sind dabei im Container-Format .vob mit einer maximalen Dateigröße von einem Gigabyte abgespeichert und wurden vor der weiteren Bearbeitung noch verlustlos mit Join VOB Files Tool aneinander gereiht. Mit Virtualdub konnte dieser Stream geöffnet und als Video interpretiert werden. In Virtualdub wurden zunächst die richtigen Sequenzen ausgewählt und auf minimale Länge zugeschnitten. Anschließend wurden die Bildbereiche an den Rändern zu Zwecken der Anonymisierung beschnitten. Das Endergebnis war 704x496 Bildpunkte groß und konnte in einem ersten Schritt mit dem x264-Codec mit Single-Pass-Encoding auf 5Mbit/s komprimiert werden. Der vom Ultraschallgerät ebenfalls aufgezeichnete Stereoton wurde im gleichen Schritt auf 400% der Ausgangslautstärke verstärkt und vorerst nicht komprimiert.

Da dieser Pathologien-Atlas aber Plattform-übergreifend in einem Webbrowser ausführbar sein sollte, waren noch weitere Schritte notwendig. Vorgesehen ist eine Benützung mit Mozilla Firefox ab Version 3.5, der den HTML5-Tag <video> erkennt. Leider war zu Beginn dieses Projektes diese Funktion nur in Verbindung mit dem quelloffenen Codec Theora möglich. Darum musste die aus den ersten Schritten resultierende x264-codierte Datei im Containerformat AVI noch einmal transcodiert werden. Das übernahm der Transcodierer SUPER, der ebenfalls kostenfrei erhältlich ist und die Videos mit einer Videobitrate von 624 Kbit/s und einer Audiobitrate von 64 Kbit/s in Dateien mit Theora Codec im OGG-Containerformat transcodierte. Im Vergleich zum Original auf der DVD sinkt dadurch die Dateigröße ungefähr auf ein Sechstel bei immer noch annehmbarer Bildqualität und nur geringer Blockbildung. Die Verluste in der Bildqualität schränken die Qualität der Befunde kaum bis gar nicht ein und sind mehr als ausreichend für den Zweck des Erlernens der Untersuchungstechnik.

Wie ist diese Software entstanden?

Diese Software ist eine HTML-Website die mit Hilfe mehrerer Editoren entstanden ist. Den Anfang machte Amaya der kostenfreie WYSIWYG-Editor des W3C[***]. Weiterer Code entstand mit einer portablen Version von Dreamweaver CS3. Das Layout der Website ist eine Weiterentwicklung des kostenfreien CSS-Templates "Center Box Float"[****]; die Bilder-Gallerien basieren auf dem Gerüst von Mihov Gallery Creator, wurden aber drastisch angepasst. Anleitungen für die Implementation vieler Funktionen kamen aus SELFHTML sowie aus der W3C-Dokumentation für HTML5.

Mithilfe der genannten Programme und Quellen wurde die Software für Bildschirme ab einer Breite von 1280 Bildpunkten und einer Höhe von vorzugsweise 800 Bildpunkten passt. Die Breite ist dabei starr, man sollte nur in der Höhe scrollen müssen - so wie das im Jahr 2009 bei beliebten Websites üblich war. Die Auflösung von 1280x800 wurde gewählt, weil Laptops ab 11 Zoll Bildschirmdiagonale typischerweise mindestens diese Auflösung unterstützen. Ferner unterstützen sämtliche für Studenten zugängliche Monitore in der Medizinischen Universität Wien eine horizontale Auflösung von mindestens 1280 Bildpunkten (meist 1280x1024). Getestet wurde der Pathologien-Atlas mit diversen Versionen von Firefox ab Version 3.5. Aber auch jeder andere Browser sollte problemlos mit der Seite umgehen können - einige kleinere Veränderungen in der Schriftart wären dabei möglich. Lediglich die Videosammlung erfordert aufgrund des HTML5-Tags zumindest neuere Versionen (ab Mai 2009) von Google Chrome oder Safari. Aufgrund von Marketing-Entscheidungen seitens Google wäre es möglich, dass in zukünftigen Versionen Google Chrome nicht mehr mit dem hier verwendeten Theora-Codec umgehen kann. Im Quellenverzeichnis befindet sich ein darum ein Download-Link für eine aktuelle Version von Firefox.

Anforderungen

Für die korrekte Darstellung dieser Software wird eine Bildschirmauflösung von mindestens 1280 x 800 Bildpunkten benötigt, wie sie üblicherweise bei Bildschirmen ab 17 Zoll Diagonale und Notebook-Bildschirmen ab 11 Zoll Bildschirmdiagonale zu finden ist. Diese Software ist explizit nicht für die Verwendung auf Smartphones oder anderen niedrig-auflösenden Geräten vorgesehen. Für die korrekte, ruckelfreie Darstellung der gesammelten Videodateien wird ferner eine leistungsfähige CPU sowie ein HTML5-tauglicher Browser benötigt. Sollte ihr Browser die Videos nicht wiedergeben, finden sie in der Linksammlung im Quellenverzeichnis einen Download-Link für Mozilla Firefox.

Disclaimer

Diese Software soll ferner keine Werbung für Ultraschallgeräte oder -sonden der Firmen der dargestellten Geräte machen. Die Bilder und Beschreibung dienen lediglich der Illustration des Untersuchungsprozesses.

[*]jpegtran ist ein Kommandozeilen-Programm und Teil von libjpg, einer in C programmierten Bibliothek die die Bearbeitung von Bildern mit JPEG ermöglicht. Als Teil dieser Bibliothek wird jpegtran in diversen Freeware-Tools zur verlustfreien Bearbeitung von JPEG-Bildern eingesetzt. libjpg wird von der Independent JPEG Group kostenfrei zur Verfügung gestellt. Leider kann der verlustfreie Befehl zum Beschneiden der Bilder nicht auf ein Pixel genau zuschneiden. Dadurch bleibt am oberen Rand der Bilder ein grüner Streifen. Die Anonymisierung wird dadurch nicht beeinflusst, da man (mit viel Fantasie) lediglich lesen kann, dass die Bilder in der angiologischen Klinik des AKH Wien aufgenommen wurden.

[**]Konstante Bitrate bedeutet, dass jeder Sekunde Film die exakt gleiche Menge an Daten zur Verfügung steht. Das verhindert eine effiziente Kompression und limitiert die Bildqualität in Szenen mit viel Bewegung. Genaue Daten zur ursprünglichen Kompression und den verwendeten Codecs sind leider nicht verfügbar. Aus der maximal möglichen Datenmenge von etwa 4,4 GB und der maximalen Aufnahmezeit von etwa 140 Minuten errechnet sich eine konstante Bitrate von 4,2 Mbit/s für Bild und Ton. Die Auflösung liegt dabei bei den für PAL-TV üblichen 720x576 Bildpunkten.

[***]W3C steht für World Wide Web Consortium. Dieses ist unter anderem mit der Weiterentwicklung von HTML betraut und stellt z.B. auch einen kostenfreien Editor namens Amaya zur Verfügung.

[****]CSS steht für Cascading Style Sheet und stellt eine Möglichkeit dar Websites einheitlich zu gestalten. Im Web findet man viele freie (und kostenpflichtige) CSS-Templates. Diese können als Vorlage für eine eigene Website dienen.