Data, Knowledge, Action: von der Pilotanwendung zur bundesweiten Lösung - Harald Binder, Melanie Börries 12. September 2019 - 3. Jahresversammlung ...

Data, Knowledge, Action:

    von der Pilotanwendung zur
    bundesweiten Lösung

    Harald Binder, Melanie Börries
    12. September 2019 – 3. Jahresversammlung der MI-I

0

Prädiktionsmodelle
COPD/Asthma & Hirntumoren

1

Pragmatische Lösungen für
gewachsene Strukturen finden

2

Technik anpassen

                   Installiert
                   2018/2019

3

Prozesse zusammen mit klinischen
Partnern entwickeln

2018:

• Erfassung und Beschreibung relevanter
  und verfügbarer Variablen

• Abbildung auf LOINC/OMOP

• Erhebung mittels Fragebögen an die
  Kliniker der verschiedenen Standorte

• Separate Variablenlisten für Teile
  Asthma/COPD und Neuroonkologie
4

… auf der Zielgerade zu den Daten

5

Das DataSHIELD-Prinzip

                                                                            Klinik 1

      Alle      Wie stark
    Analysen      ist der
    möglich?     Schutz?    1. Anfrage
       WissenschaftlerIn                             2
                                 1
                                         2. Aggregierte Ergebnisse ohne identifizierende Daten

                                 1

                   3                                                        Klinik 2
                                                     2
       Algorithmen basierend auf
       aggregierten Daten

6

Schutzniveau über Differential Privacy
formalisieren

7

Mit synthetischen Daten
Analysemöglichkeiten erweitern

8

Verteilte Analysen mit generativen
neuronalen Netzen
                                     Klinik 1

                                 2
     WissenschaftlerIn
                                                1

                          3          Klinik 2

            Beliebige Analysen   2

                                                1

9

Implementierung in DataSHIELD

             dsBoltzmannMachinesClient       BoltzmannMachinesRPlots
         library(dsBoltzmannMachinesClient)
Client
         o

Entscheidungsunterstützung
Molekulares Tumorboard

11

Personalisierte Medizin /
Präzisionsmedizin

12

Prozesse des Molekularen
Tumorboards aus Sicht von UC3

                               Alignment +
Sequenzierung                                              Annotation
                              Variant Calling

           Interpretation +              Präsentation im    Dokumentation +
            Vorbereitung                      MTB             Archivierung
                 MTB

13

MIRACUM-Pipe: Modulares Konzept

               Alignment +
                                                  Annotation
              Variant Calling
Input:
    • FASTQ-Dateien aus WES (aktuell) bzw. Panels (in Bearbeitung)
       sowie später RNASeq & Methylierungsdaten

Intermediärer Output/Input:
     • Alignment mit erkannten Varianten (VCF-Dateien)

Finaler Output
    • Annotation der Varianten mit klinisch relevanten Details aus
        Datenbanken z.B. ClinVar, COSMIC, ExAC, OncoKB (annotierte
        txt*/CSV/MAF-Dateien)
    • PDF-Report
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MIRACUM-Pipe in zwei Versionen:
Bash/R und Galaxy
• Bash und R:
     •   Skripts zur Verkettung von selbst zu
         installierenden Konsolen-Tools
     •   Für „Hardcore“-Anwender mit
         Bioinformatik-Kenntnissen
     •   Bereits im Einsatz in FR sowie für erste Tests
         installiert in Gießen und Mainz
     •   Deployment: Docker

• Galaxy:
     •   Im Galaxy Framework als vorinstallierte
         Workflows inkl. Integration von GEMINI
     •   Für Anwender mit GUI-Präferenz
     •   erste Tests in Freiburg, Gießen und Marburg
     •   Deployment: Docker

15

Stakeholder-Analyse für User-centered
 Design Process

          Interpretation +                             Dokumentation
                                 Präsentation im MTB   + Archivierung
         Vorbereitung MTB

Unterstützung bei der Interpretation der Varianten
(geliefert durch die MIRACUM-Pipe), Vorbereitung &
Durchführung des MTB:
     • cBioPortal + zu entwickelnde Anpassungen und
       Visualisierungen

Wer sind die Anwender, was wollen & brauchen sie?
16

Implementation der annotierten
Ergebnisse in cBioPortal

Portal wurde vom Computational Biology (cBio) Center am
Memorial Sloan-Kettering Cancer Center entwickelt und
weiterhin gepflegt
                Bereitstellung der annotierten
                Ergebnisse in lokalem cBioPortal
• öffentliche Version mit vielen großen onkologischen Studien:
                      an jedem Standort
     http://www.cbioportal.org/index.do
• Nutzung dieser als eigene “lokale” Installation in-house mit
  “eigenen” Patienten
• Erweiterungen und Anpassungen entsprechend den
  Anforderungen der MIRACUM Standorte

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Stakeholder Analyse in drei Runden:

• Runde I: welche Anforderungen soll cBioPortal für das MTB erfüllen?
  (an 9 Standorten, interdisziplinär)
=> Ergebnis: Konsolidierung in langer Tabelle

• Runde II: Priorisierung (Webkonferenz)

• Runde III: Webkonferenz mit Visualiserungsunterstützung
  von über 60 high-fidelity Mockups aller wichtiger Funktionen &
  Varianten

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Stakeholder Analyse in drei Runden:
Finales Ergebnis
• Ergebnisse:
   • Mockups für fast alle diskutierten Funktionen
   • Über alle Standorte und Funktionen abschließend diskutierte Liste
      an Anforderungen
   • Grundsätzlich gewünschte Features:
       • Wenige zusätzliche klinische Merkmale
       • Weiterer Annotationen & Einordnungen zu einzelnen
          Mutationen
       • Suchfunktion für ähnliche Patienten
       • Austausch über mehrere Standorte hinweg
       • (Unterstützung zur) Dokumentation Therapie-Empfehlung

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Übernahme der Stakeholder-
Ergebnisse in Implementationsprozess

• Ergebnisse:
   • Grobe Aufwandsabschätzung
   • Rahmenkonzept für Implementierung
   • Nachhaltige Übernahme der Implementierungen in cBioPortal
   • Absprache (Besuche, Webkonferenzen) mit dem
      MSKCC in New York
   • Koordinierung mit bereits existierenden
      Erweiterungsplänen

20

Vielen Dank …

MIRACUM Use Case 2 und Use Case 3-Teams

DataSHIELD-Team: Paul Burton, Becca Wilson, Olly Butters

cBioPortal-Team (Memorial Sloan Kettering Cancer Center):
Jianjiong Gao, Nikolaus Schultz

21
                              FKZ 01ZZ1801B