RACOON | Die Radiologie Kooperation im NUM

RACOON konnte in Phase 1 des NUM ein landesweites Infrastruktur-Netzwerk initiieren und an einem großen, neu erhobenen Datensatz (>14.000 Patient:innen) die Funktionsweise als vernetzende Forschungsinfrastruktur für die Pandemiebekämpfung demonstrieren.

RACOON bindet alle universitätsmedizinischen Standorte sowie weitere nicht-universitäre Technologiepartner ein. RACOON wird durch die Verstetigung als Infrastrukturprojekt eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten zum Einsatz in Forschungsvorhaben der medizinischen Bildgebung unterstützen. Im RACOON sollen die Anwendungsgebiete der Versorgungsforschung, klinische Studien sowie die Erstellung und Anwendung innovativer KI-Applikationen auf medizinischen Bilddaten ermöglicht werden. Neben der technologischen Ausgestaltung der hybriden Netzwerkinfrastruktur wird somit auch die Etablierung von Datenerhebungsstandards für medizinische Bilddaten sowie die Bündelung von Kompetenzen in standortübergreifenden, interdisziplinären Expertengruppen verfolgt.
 

Für den Betrieb der RACOON Infrastruktur ist die Verstetigung der Infrastrukturkomponenten und Ausweitung der Funktionalität sowie deren reibungsloses Zusammenwirken sicherzustellen. Beim Aufbau einer erweiterbaren und einheitlichen Netzwerkinfrastruktur zu Zwecken der Bildanalyse und bildbasierten Forschung stellen sich eine Vielzahl von Herausforderungen:

  • Verfügbarkeit eines regulatorischen Rahmens zur effektiven und rechtskonformen kollaborativen, länderübergreifenden Forschung
  • Definition und Etablierung geeigneter Schnittstellen zwischen den Komponenten
  • Enge Interaktion zwischen Anwendern und Entwicklern
  • Anpassung der Funktionsweise von Infrastrukturmodulen an die Anforderungen der Forschungsprojekte
  • Verarbeitung mulitmodaler Datensätze zur Korrelation von medizinischen Bilddaten mit ergänzenden klinischen Bilddatensätzen
  • Etablierung standardisierter Prozesse für eine hohe Datenqualität
  • Befähigung der Forschungspartner zur KI-Entwicklung und Verbreitung von KI-Anwendungen an die Partnerstandorte
  • Hohe Aufwände in der initialen Skalierung von Forschungsprojekten von single-centre Design in multizentrische Forschungsvorhaben
  • Inkompatible Datenhaltung paralleler Forschungs-Initiativen
  • Hohe Verfügbarkeit und Datensicherheit
  • Erkennen und Beseitigen von Sicherheitslücken

Im RACOON kommen etablierte Technologiepartner, Arbeitsgruppen standortübergreifender Informatiker, medizinische Anwender und Forscher zusammen um ein umfassendes, nachhaltiges Ökosystem zur Forschung auf medizinischen Bilddaten zu entwickeln.

  • RACOON erarbeitet und aktualisiert ein regulatorisches Rahmenkonzept für RACOON-SUBPROJEKTE zur kollaborativen Forschung in bundesweiten Partnerverbünden
  • RACOON basiert auf interoperablen Schnittstellen- und Datenstandards und entwickelt diese weiter, um eine nachhaltige Nutzung der Infrastruktur und deren Komponenten zu ermöglichen
  • RACOON setzt auf maschinenlesbare und interoperable Datenformate für Forschungsdatensätze
  • RACOON entwickelt ein Informationsmodell unter Berücksichtigung bestehender Datenmodelle und unter Mitwirkung von hochkarätigen Fachexperten
  • RACOON bringt Entwickler an die Standorte und verbindet diese mit den Entwicklungsteams der Technologiepartner und den Anwendern in standortübergreifenden, interdisziplinären Expertengruppen
  • RACOON ist modular konzipiert und erlaubt die fortwährende Ergänzung um neue Infrastrukturmodule im Sinne von Infrastrukturerweiterungen
  • RACOON kann den kompletten Lebenszyklus von Forschungsprojekten mit multimodalen Datensätze abbilden
  • Prozessdefinitionen, interaktive QM-Module, SOPs & Qualitätsstandards werden über eine gemeinsame Projektmanagement-Umgebung abgestimmt und bereitgestellt
  • Eine Open-Source Softwareumgebung und ein leistungsfähiges Servernetzwerk erlauben die KI-Entwicklung und Bereitstellung im RACOON
  • Die Überwachung der Netzwerkfunktion und die Überprüfung des Fortschritts von Forschungsvorhaben wird durch Monitoring-Module unterstützt
  • Es existieren dedizierte Arbeitspakete, um Sicherheitsprozesse zu etablieren
  • Es werden unabhängige Security Audits und Penetrationstests durchgeführt

RACOON ermöglicht die unmittelbare Umsetzung von Maßnahmen zur Pandemiebekämpfung und kann mittel- und langfristig wissenschaftliche Erkenntnisse durch bundesweite Skalierung von Forschungsprojekten produzieren. Die Forschungsinfrastruktur baut auf einem einzigartigen hybriden Netzwerkinfrastrukturkonzept auf, welches verteilte Hardwareknoten an jeder Universitätsklinik und eine sichere, zentrale Umgebung beinhaltet. Die hieraus verstetigte RACOON Infrastruktur deckt alle Schritte in der Umsetzung von Forschungsprojekten ab und kann komplexe multimodale medizinische Datensätze verarbeiten. Durch die erstmalige Anbindung aller universitätsmedizinischen Institute in Deutschland entsteht die Möglichkeiten zu großflächigen, bundesweiten Forschungsprojekten, welche bisher nicht umsetzbare Forschung möglich macht. So können Wirkmechanismen von Erkrankungen, relevante Einflussfaktoren auf deren Verläufe untersucht werden und Erkenntnisse zu Risikofaktoren vulnerabler Patientengruppen und der Wirksamkeit von Therapieansätzen abgeleitet werden. RACOON eignet sich zudem ideal zum Training Künstlicher Intelligenz, so dass Assistenzfunktionen und geschaffen werden können, personalisierte Medizin und Präzisionsmedizin ermöglicht werden kann - von der Befundung eines einzelnen Falls bis zur Kapazitätsplanung im Gesundheitswesen. Davon profitieren zunächst Forscher mit innovativen Ansätzen, denen jedoch der Zugang zu ausreichend großen und gut aufgearbeiteten Patientenkohorten bisher fehlte; mittelbar fließen die Ergebnisse erfolgreicher Studien in das Gesundheitswesen zurück und verbessern die Behandlungsqualität jedes einzelnen Patienten.

RACOON kann langfristige Mehrwerte für das deutsche Gesundheitswesen schaffen, indem neben der Infrastruktur ein nachhaltiger integrativer Kollaborationsrahmen aufgebaut wird. Im RACOON wirken repräsentative Expertengruppen der bildgebenden Diagnostik unter Einbezug der Fachgesellschaften mit Experten der Informationstechnologie zusammen und entwickeln eine ideale Grundlage für die Umsetzung wissenschaftlicher Studien mit Bezug zur medizinischen Bildgebung. So kann radiologisches Fachwissen und Expertenwissen mit praktischen Anforderungen von ärztlichen Mitarbeitern aus der Patientenversorgung und wissenschaftlichen Mitarbeitern aus Forschungsgruppen zusammengebracht werden. Die entwickelten Methoden (wie bildbasierte KI-Technologien) und Ressourcen können über Anwendungsfälle in die Patientenversorgung eingebracht werden, sowie durch kollaborative Vorhaben in gemeinsamen Projekte des gesamten NUM-Verbundes genutzt werden.

RACOON baut auf einem einzigartigen hybriden Netzwerkinfrastrukturkonzept auf, welches verteilte Hardwareknoten an jeder Universitätsklinik und eine sichere, zentrale Umgebung beinhaltet. Hiermit können sowohl föderierte Analysen als auch zentrale Auswertungen von zusammengeführten Datensätzen vorgenommen werden. RACOON stellt als strukturbildende Komponente im NUM eine medizinische Bilddatenanalyseplattform mit Schwerpunkten auf strukturierter Datenerhebung, KI- und Bildbiomarker-Entwicklung dar. RACOON ermöglicht auch die Bereitstellung homogener Datenerhebungs- und Analysemethoden an allen Projektpartnerstandorten. Gleichzeitig können Erkenntnisse und Methoden von einem Partnerstandort schnell über das gesamte Projektnetzwerk verteilt werden. Die modulare, adaptierbare und einheitliche Bereitstellung von Analysemethoden und daraus resultierende bundesweit einheitliche Erhebung von strukturierten Bilddatenauswertungen befähigt kollaborative Forschungsansätze in der medizinischen Bildgebung zwischen RACOON und allen anderen Teilprojekten im NUM. 

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