TNM-Ontology: DesignundAnwendungsmöglichkeiten ... · SYSTéME DIGESTIF Fig.149 Fig.148...

TNM-Ontology: Design und Anwendungsmöglichkeiteneiner Formalisierung der TNM-Klassifikation

Martin Boeker

Department für Medizinische Biometrie und Medizinische InformatikKlinisches Krebsregister und IT, CCC Freiburg

Universitätsklinikum Freiburg

[email protected]

2016-04-18 conhIT-Satellitenveranstaltung 2016 von GMDS und BVMI

TNM-Klassifikation TNM-Ontology Anwendung

Dokument ohne Titel

1. Grundlagen zur TNM-Klassifikation2. TNM-Ontologie für Kolon- und Rektumtumoren für die Versionen 6

und 7 der TNM Klassifikation3. Anwendung und Evaluation der TNM-O für Colon- und

Rektumtumoren: Klassifikation von Pathologiebefunden

Martin Boeker – IMBI TNM-O 2016-04-18 2/21


Die TNM Klassifikation

I GeschichteI 1943-1952: Entwurf und Entwicklung (Pierre Denoix)I 1st Edition: 1968I 6th Edition: 2002I 7th Edition: 2009I 8th Edition: 2016

I OrganisationI UICC: International Union Against CancerI AJCC: American Joint Committee on CancerI National Committees

I Pflege/ WeiterentwicklungI “instituted . . . process for evaluating proposals to improve the TNM

Classification”



Zielsetzungen der TNM Klassifikation

1. To aid the clinician in the planning treatment2. To give some indication of prognosis3. To assist in evaluation of the results of treatment4. To facilitate the exchange of information between treatment centres5. To contribute to the continuing investigation of human cancer6. To support cancer control activities

1Sobin et al. TNM Classification of Malignant Tumors. 7th Edition. Wiley-Blackwell,2009.



Aufbau der TNM Klassifikation

I T: Anatomische Ausdehnung des Tumors(TX, T0, Tis, T1, T2, T3, T4)

I N: Vorhandensein und anatomische Ausdehnung regionärerLymphknotenmetastasen (NX, N0, N1, N2, N3)

I M: Vorhandensein von Fernmetastasen (M0, M1)

I Unterteilung von Kategorien ist möglich (e.g. N2a, N2b, N2c)I Zusätzliche und optionale Deskriptoren (GX-4, LX-1, VX-2, PnX-1,

C1-5, RX-2)I Zusätzliche Symbole (m, y, r, a)



Kodierung mit der TNM Klassifikation

I cTNM (pretreatment clinical classification)→ Auswahl und Evaluation der Therapie

I pTNM (post surgical histopathologic)→ Auswahl von adjuvanten Therapie und Prognose

I Stadieneinteilung (Staging)I TNM Klassifikation und Stadieneinteilung

für jedes Krankheitsstadium aber insbesondere initial



Erkrankungsverlauf und Dokumentation

TumorPatient

Episode of Tumor Disease

SF Bx pDx D Tx

SxRxCx

Dx

ICD-10/ ICD-O cTNM pTNM Docu.

Comm.



Zielsetzungen

1. Unterstützung der manuellen Annotation von Tumorbefunden mitCodes der TNM Klassifikation

2. Automatische Annotation von Tumorbefunden mit Codes der TNMKlassifikation

3. Konsistenzprüfung von bestehenden Codes der TNM Klassifikation4. Unterstützung der menschlichen Interpretation von Codes der TNM

Klassifikation5. Ermöglichung einer maschinelle Interpretation von TNM Codes



Prinzipien der TNM-O

I Repräsentationssprache: OWLI BioTopLite 2 als domain top-level OntologieI Foundational Model of Anatomy (FMA) als Referenzontologie für

anatomische StrukturenI Haupt-TNM-O “hub-ontology” und Module für jedes Organ und jede

VersionI Performanceverbesserung durch selektive Einbindung benötigter ModuleI Mammatumoren v7 (keine Änderungen zu v6)I Kolon- und Rektumtumoren in v6 und v7



Primärtumor – Kolon- und Rektumtumoren

Côlon et rectum

93

SYST

ÈME

DIG

ESTI

F

Fig. 149

Fig. 148

Classification clinique TNM

T – Tumeur primitiveTX La tumeur primitive ne peut être évaluéeT0 Pas de tumeur primitive décelableTis Carcinome in situ : intraépithélial ou envahissement de la lamina propria 1

T1 Tumeur envahissant la sous-muqueuse (Fig. 148)T2 Tumeur envahissant la musculeuse (Fig. 149)

Notes :1. Tis inclut la présence de cellules cancéreuses dans la membrane basale glandulaire (T intraépithéliale)

ou dans la lamina propria (T intramuqueuse) sans extension à la sous-muqueuse.

Muqueuse

Sous-muqueuse

Musculeuse

Séreuse

Tissuspéricoliques ou périrectaux Sous-séreuse

2Wittekind et al. TNM Atlas. 5e Édition. Springer, 2005.Martin Boeker – IMBI TNM-O 2016-04-18 10/21


Primärtumor – Kolon- und Rektumtumoren

I TX Primärtumor nicht beurteilbarI T0 Keine Evidenz für PrimärtumorI Tis Carcinoma in situ: Ausdehnung nur intraepithelial oder Lamina

propriaI T1 Tumor infiltriert SubmukosaI T2 Tumor infiltriert Lamina muscularis propriaI T3 Tumor infiltriert Subserosa oder das nicht mit Peritonäum bedeckte

perikoloische oder perirektale GewebeI T4 Tumor infiltriert direkt andere Organe oder Strukturen und/ oder

durchbricht dabei das PeritonäumI T4a Tumor durchbricht das viszerale PeritonäumI T4b Tumor infiltriert direkt andere Organe oder Strukturen




TNM-O: Primärtumor – Kolon- und Rektumtumoren

InvasiveTumorOfSubmucosaOfColonOrRectum

TumorOfColonOrRectum

PrimaryTumor

FMA:Rectum

FMA:Colon

�isIncludedIn

FMA:EpitheliumOfLargeIntestineisIncludedIn

Confinement

isBearerOf

InvasiveConfinementValueRegionprojectsOnto

FMA:SubmucosaOfLargeIntestine

FMA:SubserosaOfLargeIntestine

FMA:MuscleLayerOfLargeIntestine

�not isIncludedIn

isIncludedIn

FMA:SerosaOfLargeIntestine



Regionäre Lymphknoten – Kolon- und RektumtumorenCôlon et rectum

97

SYST

ÈME

DIG

ESTI

F

Fig. 155

Fig. 154

4Wittekind et al. TNM Atlas. 5e Édition. Springer, 2005.Martin Boeker – IMBI TNM-O 2016-04-18 13/21


Regionäre Lymphknoten – Kolon- und Rektumtumoren

I NX Regionäre Lymphknoten nicht beurteilterI N0 Keine regionären LymphknotenmetastasenI N1 1-3 regionäre Lymphknotenmetastasen

I N1a 1 regionäre LymphknotenmetastaseI N1b 2-3 regionäre LymphknotenmetastasenI N1c Tumorsatellit(en) in der Subserosa oder im nicht mit Peritonäum

bedeckten perikoloischen oder perirektalen Gewebe *ohne regionäreLymphknotenmetastasen

I N2 4 oder mehr regionäre LymphknotenmetastasenI N2a 4-6 regionäre LymphknotenmetastasenI N2b 7 oder mehr regionäre Lymphknotenmetastasen




RegIonäre Lymphknoten – Kolon- und Rektumtumoren

TumorOfColonOrRectumWith2or3MetastaticRegionalLymphNodes

TumorOfColonOrRectumWithMetastaticRegionalLymphNodes

InternalIliacLymphNode

InferiorRectalLymphNode

RectosigmoidLymphNode

�

hasPart Metastasis

hasPart

Cardinality

ColonRectumTNM_N1b

isBearerOfisRepresentedBy

only

TumorOfColonOrRectumTumorOfColonOrRectumAggregatehasPart

PrimaryTumorTumorAggregatehasPart

RepresentationalUnitIn-ColonRectumTNMClassification ColonRectumTNMClassification

RepresentationalArtefactPart

isPartOfTNMClassification

RepresentationalArtefact

isPartOf

isPartOfRepresentationalUnit

isPartOf

etc.

Cardinality2or3

projectsOnto



Manuelle Eingabe von Instanzdaten4.2. TNMO-CLASSIFIER 58

Figure 4.10: Graphical User Interface of the TNM-O Classifier

4.2 TNMO-Classifier

In this paper it is presented an automatic classification system based on theTNM classification of colorectal tumors. It’s main purpose was to test the feasi-bility of an ontology driven system using the TNM-O as knowledge base. Besidesthis, it is intended to help the pathologist through the classification process andalso test the consistency of the cancer registry.

It was developed in JAVA language, using the OWL API for ontology ma-nipulation. For reasoning purposes the HermiT reasoner was used. It providesa Graphical User Interface to guide the user through the classification process aswell as classification of tabular data.

Different tests were made to the system where it revealed able to classify datainstances as well as to test the consistency of data.

Graphic User Interface - GUI

This classifier provides a GUI for manual data input (see Figure 4.10). Due toit’s modular architecture, the layout is dependent on the tumor site selected sinceeach site has it’s own set of rules. In this implementation, the GUI presents theuser the exact fields for data input in coherence with the rules of the colon andrectum TNM classification.



Manuelle Eingabe von Instanzdaten

4.2. TNMO-CLASSIFIER 62

Figure 4.13: Example of classification from manual input data with respectivediagram of the involved classes from TNM-O

Table 4.1: Each assessment criteria present on the .csv file for tabular classification

CriteriaPrimary Tumor Assessment Evidence Extension of InvasionRegional Lymph Nodes Assessment Evidence Nr of Regional Lymph Nodes Examined Nr of Positive Metastatic Regional Lymph NodesDistant Metastasis Evidence Nr of Metastasis Metastasis in Peritoneum



Evalution/ Methoden

I Zielsetzung: vollständigen und korrekten Klassifikation vonstrukturierten Daten aus Pathologiebefunden von Kolon- undRektumtumoren

1. Extraktion strukturierter Daten aus 291 textuellen Pathologiebefundenvon Patienten mit Kolontumoren durch Experten (Facharzt Pathologie)

2. Klassifikation der strukturierten Daten mit der TNM Klassifikation (v6und v7)

3. Repräsentation der strukturierten Daten in RDF (OWL API) undKlassifikation mit der TNM-O für Kolon- and Rektumtumoren (v6 andv7) mit einem Deskriptionslogikclassifier (HermiT)

4. Vergleich von 2. und 3.



Ergebnisse

Invasion Nr**LN Deposits/*Satellite(s)Nr*MT PeritoneumPathologist7TPathologist7NPathologist7MV7T V7N V7Msubserosa 0 no 0 no pT3 pN0 M0 pT3 pN0 M0subserosa 6 no 3 no pT3 pN2a M1a pT3 pN2a M1bmuscular5layer 0 no 0 no pT2 pN0 M0 pT2 pN0 M0muscular5layer 0 no 0 no pT2 pN0 M0 pT2 pN0 M0subserosa 5 no 0 no pT3 pN2a M0 pT3 pN2a M0muscular5layer 0 no 0 no pT2 pN0 M0 pT2 pN0 M0subserosa 2 no 0 no pT3 pN1b M0 pT3 pN1b M0subserosa 1 no 0 no pT3 pN1a M0 pT3 pN1a M0subserosa 0 no 0 no pT3 pN0 M0 pT3 pN0 M0subserosa 0 no 0 no pT3 pN0 M0 pT3 pN0 M0subserosa 7 no 0 no pT3 pN2b M0 pT3 pN2b M0subserosa 0 no 0 no pT3 pN1c M0 pT3 pN0 M0muscular5layer 0 no 0 no pT2 pN0 M0 pT2 pN0 M0



Ergebnisse

I Klassifikation aller 291 Beobachtungen mit der TNM-O für Kolon- undRektumtumoren (v6 und v7)

I Übereinstimmung mit Experten: 285/291 für v7 und 286/291 für v6

I Gründe für Abweichungen:I Fehlerhafte Klassifikation durch ExpertenI Interpretationsschwierigkeiten (Anzahl der Metastasen 6= Anzahl von

Organen mit Metastasen)



Schlussfolgerungen

I TNM-O als formale Repräsentation der TNM Klassifikation der UICCI Modularer Aufbau entsprechend Organen und Versionen (v6 und v7)

I Bis jetzt Mammatumoren (ICD-O C50) und Kolon- und Rektumtumoren(ICD-O C18 – C20)

I Verfügbar über http://purl.org/tnmo/

I Repräsentation weiterer (aller) Tumorlokalisationen der TNMKlassifikation

I Entwicklung einer Schnittstelle zu (Pathologie-)Dokumentationssystemen

I Klassifikation von weiteren Instanzdaten (Validierung)


TNM-Ontology: DesignundAnwendungsmöglichkeiten ... · SYSTéME DIGESTIF Fig.149 Fig.148...

Documents

Transcript of TNM-Ontology: DesignundAnwendungsmöglichkeiten ... · SYSTéME DIGESTIF Fig.149 Fig.148...