Evaluierung und Optimierung eines Studiensystems zur objektiven Bewertung von Hautrötungen im Umfeld klinischer Studien am Beispiel einer Medikamentenstudie im Bereich der Brustkrebstherapie

Abstract

Im Zuge der Bestrahlung von BrustkrebspatientInnen kommt es haeufig zu strahleninduzierter Dermatitis. Je nach Schwere der Dermatits kann es zum Abbruch einer eigentlich erfolgreichen Behandlung kommen. Ein wissenschaftlicher Partner der TU Wien begleitet eine Phase II-b Studie zur Evaluierung eines neuen Produkts, welches die Bildung von Hauterkrankungen durch Bestrahlung verringern soll. Die TU Wien hat zur objektiven Bewertung der Hautroetung ein experimentelles Bildanalyseverfahren entwickelt, welches in das Studiensystem Secure Platform for Integrating Clinical Services (SPICS) eingebettet ist. Im Zuge dieser Arbeit wird das Studiensystem sowie das Bildanalyseverfahren zur objektiven Bewertung von Hautroetungen evaluiert und optimiert. Diese Diplomarbeit befasst sich dabei mit allen Faktoren, die fuer ein gutes Analyseergebnis notwendig sind. Es gibt dabei drei Bereiche, die fuer das Analyseergebnis von Relevanz sind. Die ausschlaggebendsten dabei sind die Fotoqualitaet und das eigentliche Analyseverfahren. Der letzte wichtige Faktor liegt in der Integration in ein funktionales Studiensystem. Um die Faktoren fuer eine gute Fotoqualitaet zu pruefen, wird eine theoretische Evaluierung der vorliegenden Standard Operating Procedure (SOP) fuer die Fotoaufnahme durchgefuehrt. Aus dieser Analyse geht hervor, dass es Verbesserungsbedarf bei den Kameraeinstellungen und bei der Beleuchtung der Raeumlichkeiten fuer die Fotoaufnahme gibt. Im naechsten Teil der Arbeit wurde eine statische Code Analyse und die wissenschaftliche Aufarbeitung des implementierten Analyseverfahrens durchgefuehrt. Dabei hat sich gezeigt, dass es beim Farbtransformationsverfahren eine nicht erklaerbare Abweichung von international etablierten Standards gibt. Weiters wurden Optimierungsmoeglichkeiten offenkundig, die zu einer deutlichen Verbesserung der Laufzeit fuehren koennen. Im Zuge der Arbeit hat sich auch gezeigt, dass es zu unerwuenschten False-Positive Ergebnissen kommt. Die falschen Ergebnisse kommen durch die angewandte Methodik in Zusammenhang mit dem Aufbau des L*a*b*-Farbraums zustande. Der L*a*b*-Farbraum ist die Basis des angewandten Analyseverfahrens. Die Loesungsansaetze fuer dieses Problem werden skizziert und auch technisch umgesetzt. Der letzte Teil der Arbeit beschaeftigt sich mit einer Evaluierung der Integration des Analyseverfahrens in der Anwendung SPICS. Es werden die vorgenommenen technischen Adaptierungen praesentiert, zu deren wichtigsten Punkten die Integration eines dynamischen Studien-Setups zaehlt, welches das Produkt an die Wuensche des Kunden adaptierbar macht. Am Ende der Arbeit wird geprueft, ob die regulatorischen Anforderungen des Medizinproduktegesetzes im Falle einer Inverkehrbringung des vorgestellten Analyseverfahrens als eigenstaendiges Produkt zu einem spaeteren Zeitpunkt anzuwenden sind. Die Pruefung zeigt, dass das Medizinproduktegesetz und die daraus folgenden Anforderungen fuer das Analyseverfahren im Kontext des Studiensystems anzuwenden sind. Damit einher geht die Notwendigkeit fuer die CE-Kennzeichnung und die Durchfuehrung einer Konformitaetserklaerung. Die Analyse zeigt, dass es sich unter Beruecksichtigung der derzeitigen Features voraussichtlich um ein Klasse I Medizinprodukt handelt und die Konformitaetserklaerung somit selbstaendig erstellt werden kann.

Patients undergoing breast cancer therapy often develop radiation induced dermatitis, which depending on the severity of the skin irritation, may lead to the discontinuation of an otherwise successful therapy. A scientific partner of the Vienna University of Technology undertook a medical trial to evaluate a new drug that could potentially be used to reduce radiation induced dermatitis. The Vienna University of Technology developed an experimental algorithm to analyze erythro- derma in the trial evaluation system named SPICS. This thesis evaluates and optimizes three key areas; image quality, the analysis algorithm itself and the integration of the algorithm in the trial evaluation system; to enable optimal data analysis. To verify the parameters necessary to gain good image quality a theoretical evaluation of the existing standard operating procedure is done. This evaluation indicates limitations and shows improvements need to be made to the camera settings and illumination that are described in the current standard operating procedure. A static code analysis and scientific redevelopment of the analysis algorithm itself are carried out. Unexplainable differences are determined relating to the implementation of the international standards that define the transformation to the lab color space used to perform the image analysis. The evaluation also shows potential for runtime optimization. During tests of the algorithm a false-positive error was found which is induced by the design of the algorithm and the structure of the used color space. Two approaches to solve the issue are explained of which one is also implemented. The technical changes for the integration of the analysis algorithm in the trial evaluation system SPICS are described, the most critical change is the design and implementation of a dynamic trial setup. The setup allows the application to be customized to the needs of multiple types of clinical trials. The thesis also verifies the relevance of the Austrian Medicinal Devices Act and the European Medicinal Devices Principle for the described image analysis algorithm in the context of the clinical trial evaluation system. This evaluation shows that the Austrian Medicinal Devices Act applies to the presented product and therefore the requirements of the act have to be satisfied, including the application of the CE marking and the self-dependent execution of a declaration of conformity for class 1 medicinal devices.