Joint Imaging Platform for Federated Clinical Data Analytics

Author:

Scherer Jonas12ORCID,Nolden Marco123ORCID,Kleesiek Jens245,Metzger Jasmin12,Kades Klaus12,Schneider Verena24,Bach Michael24,Sedlaczek Oliver246,Bucher Andreas M.27ORCID,Vogl Thomas J.27,Grünwald Frank28,Kühn Jens-Peter29ORCID,Hoffmann Ralf-Thorsten29ORCID,Kotzerke Jörg210,Bethge Oliver211,Schimmöller Lars211ORCID,Antoch Gerald211,Müller Hans-Wilhelm212,Daul Andreas213,Nikolaou Konstantin213,la Fougère Christian214ORCID,Kunz Wolfgang G.215,Ingrisch Michael215ORCID,Schachtner Balthasar21516ORCID,Ricke Jens215,Bartenstein Peter217,Nensa Felix218,Radbruch Alexander218,Umutlu Lale218,Forsting Michael218,Seifert Robert219ORCID,Herrmann Ken219ORCID,Mayer Philipp26ORCID,Kauczor Hans-Ulrich2616,Penzkofer Tobias220ORCID,Hamm Bernd220,Brenner Winfried221,Kloeckner Roman222ORCID,Düber Christoph222,Schreckenberger Mathias223,Braren Rickmer224,Kaissis Georgios232425ORCID,Makowski Marcus224,Eiber Matthias226,Gafita Andrei226,Trager Rupert226,Weber Wolfgang A.226,Neubauer Jakob227,Reisert Marco227,Bock Michael227ORCID,Bamberg Fabian227,Hennig Jürgen227ORCID,Meyer Philipp Tobias228,Ruf Juri228,Haberkorn Uwe229,Schoenberg Stefan O.230,Kuder Tristan231ORCID,Neher Peter12ORCID,Floca Ralf123ORCID,Schlemmer Heinz-Peter3224,Maier-Hein Klaus13ORCID

Affiliation:

1. Division of Medical Image Computing, German Cancer Research Center, Heidelberg, Germany

2. German Cancer Consortium, Heidelberg, Germany

3. Pattern Analysis and Learning Group, Radio-oncology and Clinical Radiotherapy, Heidelberg University Hospital, Heidelberg, Germany

4. Division of Radiology, German Cancer Research Center, Heidelberg, Germany

5. Institut für Künstliche Intelligenz in der Medizin, Universitätsklinikum Essen, Essen, Germany

6. Klinik Diagnostische und Interventionelle Radiologie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany

7. Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Frankfurt, Frankfurt, Germany

8. Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Frankfurt, Frankfurt, Germany

9. Institut und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Dresden, Germany

10. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Dresden, Germany

11. Medical Faculty, Department of Diagnostic and Interventional Radiology, University Düsseldorf, Düsseldorf, Germany

12. Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Düsseldorf, Düsseldorf, Germany

13. Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Tübingen, Tübingen, Germany

14. Klinik für Nuklearmedizin und Klinische Molekulare Bildgebung, Universitätsklinikum Tübingen, Tübingen, Germany

15. Department of Radiology, University Hospital, Ludwig Maximilian University Munich, Munich, Germany

16. German Center of Lung Research, Heidelberg, Germany

17. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Klinikum der Universität München, München, Germany

18. Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Neuroradiologie, Universitätsklinikum Essen, Essen, Germany

19. Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Essen, Essen, Germany

20. Klinik für Radiologie (mit dem Bereich Kinderradiologie), Charité Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany

21. Klinik für Nuklearmedizin, Charité–Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany

22. Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsmedizin Mainz, Mainz, Germany

23. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsmedizin Mainz, Mainz, Germany

24. Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Klinikum Rechts der Isar, Technical University of Munich, Munich, Germany

25. Department of Computing, Imperial College London, London, United Kingdom

26. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Klinikum Rechts der Isar, Technical University of Munich, Munich, Germany

27. Department of Diagnostic and Interventional Radiology, Medical Center–University of Freiburg, University of Freiburg, Freiburg, Germany

28. Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Germany

29. Klinische Kooperationseinheit Nuklearmedizin, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg, Heidelberg, Germany

30. Universitätsmedizin Mannheim, Medizinische Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany

31. Medizinische Physik in der Radiologie, Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg, Heidelberg, Germany

32. Medical Faculty Heidelberg, University of Heidelberg, Heidelberg, Germany

Abstract

PURPOSE Image analysis is one of the most promising applications of artificial intelligence (AI) in health care, potentially improving prediction, diagnosis, and treatment of diseases. Although scientific advances in this area critically depend on the accessibility of large-volume and high-quality data, sharing data between institutions faces various ethical and legal constraints as well as organizational and technical obstacles. METHODS The Joint Imaging Platform (JIP) of the German Cancer Consortium (DKTK) addresses these issues by providing federated data analysis technology in a secure and compliant way. Using the JIP, medical image data remain in the originator institutions, but analysis and AI algorithms are shared and jointly used. Common standards and interfaces to local systems ensure permanent data sovereignty of participating institutions. RESULTS The JIP is established in the radiology and nuclear medicine departments of 10 university hospitals in Germany (DKTK partner sites). In multiple complementary use cases, we show that the platform fulfills all relevant requirements to serve as a foundation for multicenter medical imaging trials and research on large cohorts, including the harmonization and integration of data, interactive analysis, automatic analysis, federated machine learning, and extensibility and maintenance processes, which are elementary for the sustainability of such a platform. CONCLUSION The results demonstrate the feasibility of using the JIP as a federated data analytics platform in heterogeneous clinical information technology and software landscapes, solving an important bottleneck for the application of AI to large-scale clinical imaging data.

Publisher

American Society of Clinical Oncology (ASCO)

Subject

General Medicine

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