Lebenswissenschaften und Ethik
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Evaluation of muscle recruitment and muscle models in musculoskeletal simulation of dynamic motion
(2021)
Musculoskeletal simulation plays an increasingly important role in sports biomechanics. In the last years, the field of application widened from orthopaedics and ergonomics to sports [1]. A muscle recruitment algorithm with a quadratic objective function is usually used to calculate muscle activity in dynamic movements. The agreement of calculated and measured thigh muscle activity has already been investigated [2]. They found a strong agreement for sprinting and running, while the correlation decreased for side-cutting manoeuvres. Nevertheless, the influence of different muscle recruitment criteria on muscle activity in dynamic musculoskeletal simulations is currently unknown. Hence, this study aimed to analyse the effect of different muscle recruitment criteria and muscle models on the correlation of numerical and measured muscle activity in highly dynamic movements.
Musculoskeletal modelling of the shoulder – effects on muscle recruitment and joint reaction force
(2019)
Background and aims:
Rapid pre-hospital identification of stroke symptoms result in therapy directed admission to dedicated stroke units. Widespread application of stroke scales reveal high sensitivity but low specificity, especially in non-academic first aid personal. In our previous work we show that prehospital stroke diagnostics based on neurolo-gical examination and transcranial color-coded Duplex so-nography (TCCS) is feasible and results in high sensitivity and specificity for middle cerebral artery / distal internal carotid artery occlusion. The aim of our ongoing study is to design and evaluate a dedicated stroke educational program for paramedics including transcranial ultrasound. This is a prerequisite for a telemedical decision support system in the absence of stroke experienced emergency doctors.
Methods:
We currently educate 6 paramedics in advanced stroke neurology and also transcranial ultrasound examina-tion during a course of 2 months. The web-based curricu-lum was designed in two parts. The first was theoretical and the second will be the real-life training under neurological supervision. For final assessment of the theoretical know-ledge a control group will be implemented without specific stroke expertise. The stroke-educated paramedics will have to assist stroke investigation, perform pre-hospital TCCS and enter the date in a mobile telestroke pad. The data set will be send to an in-hospital stroke physician. We will as-sess the mean time to reach the diagnostic assessment, its sensitivity and specificity and the patient outcome after 30 days.
Results:
Our study is ongoing
Conclusion:
The study just reach the 2 part and we will be glad to present our data on the meeting EAN 2015.
Disclosure:
Nothing to disclose
Objectives: C-11-methionine (MET) is particularly useful in brain tumor diagnosis but unspecific uptake e.g. in cerebral ischemia has been reported (1). The F-18-labeled amino acid O-(2-[F-18]fluoroethyl)-L-tyrosine (FET) shows a similar clinical potential as MET in brain tumor diagnosis but is applicable on a wider clinical scale. The aim of this study was to evaluate the uptake of FET and H-3-MET in focal cortical ischemia in rats by dual tracer autoradiography.
Methods: Focal cortical ischemia was induced in 12 Fisher CDF rats using the photothrombosis model (PT). One day (n=3) , two days (n=5) and 7 days (n=4) after induction of the lesion FET and H-3-MET were injected intravenously. One hour after tracer injection animals were killed, the brains were removed immediately and frozen in 2-methylbutane at -50°C. Brains were cut in coronal sections (thickness: 20 µm) and exposed first to H-3 insensitive photoimager plates to measure FET distribution. After decay of F-18 the distribution of H-3-MET was determined. The autoradiograms were evaluated by regions of interest (ROIs) placed on areas with increased tracer uptake in the PT and the contralateral brain. Lesion to brain ratios (L/B) were calculated by dividing the mean uptake in the lesion and the brain. Based on previous studies in gliomas a L/B ratio > 1.6 was considered as pathological for FET.
Results: Variable increased uptake of both tracers was observed in the PT and its demarcation zone at all stages after PT. The cut-off level of 1.6 for FET was exceeded in 9/12 animals. One day after PT the L/B ratios were 2.0 ± 0.6 for FET vs. 2.1 ± 1.0 for MET (mean ± SD); two days after lesion 2.2 ± 0.7 for FET vs. 2.7 ± 1.0 for MET and 7 days after lesion 2.4 ± 0.4 for FET vs. 2.4 ± 0.1 for MET. In single cases discrepancies in the uptake pattern of FET and MET were observed.
Conclusions: FET like MET may exhibit significant uptake in infarcted areas or the immediate vincinity which has to be considered in the differential diagnosis of unkown brain lesions. The discrepancies in the uptake pattern of FET and MET in some cases indicates either differences in the transport mechanisms of both amino acids or a different affinity for certain cellular components.
Feasibility of detecting thrombotic deposits in membrane oxygenators using micro computed tomography
(2019)
Modelling blood flow an shear induced coagulation in membraene oxygenators (MO) is challenging. The relevant geometry of oxygenator fibers (OF) and chaining threads is complex and spans several length scales. In relevant scales and regimes blood shows several significant non-Newtonian effects. Existing models are only capable of accounting for some, but not all relevant effects. Additionally, coagulation processes are influencing fluid properties and geometry significantly. Due to the enormous size of the discretised geometries highly detailed viscosity and coagulation properties of blodd flow in MOs. First step is to find a gemoetry dependent viscosity representation on basis of parametric micro channel experiments with anti-coagulated blood. Next step is a statistic coagulation model, based on micro channel experiments with human (re-calcified citrated) whole blood an evaluation of clinically used osygenators. Since shear rate dependent (i.e. viscosity dependet) coagulation in return influences the viscosity, a combined model with suitable implementation in a RANS framework is necessary. Towards this end, micro channel experiments with new and used single OFs triggering coagulation are performed. Structures of multimeric von Willebrand fibers (vWF), as indicator for shear induced coagulation, are compared to computed and measured flow conditions, using immunofluorescence microscopy, RANS-computations and µPIV, respectively. Preliminary examinations in clinically used MOs show good agreement between occurring structures of vWF, cell depositions and computed flow patterns (geometry form µCT-Scans). However, computed shear rates might be to low to actually trigger activation of vWF. The complex geometry of MOs results in huge meshes, which makes RANS with statistical modelling of viscosity and coagulation a reasonable approach. Towards this end, experimental data on micro channel level with evaluation on real application level is crucial. Especially regarding clotting processes, micro fluidic experiments are powerful research tool.
Introduction
Shear induced multimerisation of von-Willebrand-factor (vWF) is supposed to play an important role in coagulation inside extracorporeal membrane oxygenators. However, there is no proof that links observed vWF structures to computed or measured flow conditions.
Methods
The structures of multimeric vWF fibers, observed in clinically used membrane oxygenators is examined using immunofluorescence microscopy (IFM) using Carstairs’ staining method (positive ethics committee vote). The flow around the membrane fibres inside the oxygenator is investigated in terms of shear rate, wall shear velocity and streamlines by using CFD (RANS, Carreau-Yasuda viscosity, geometry remodelled after high-resolution µCT-scans). By interpreting the histological and numerical results in this common context, indications for shear induced coagulation mechanisms can be identified.
Results
The fibre structures of multimeric vWF build regular but not exactly symmetric formations around the contact face (CF) between the crosswise stacked oxygenator fibres (OF), see fig.1B, vWF marked red. Annular around the CF arranged, cells are likely to be found, see fig.1B, nuclei marked blue.
The computed streamlines around the OF show attached flow around the circular fibres. However, the irregular arrangement of real OF produce considerable cross flow between the interconnected neighbouring channels, in contrast to previous 2D-simulations. Thus, the CF are washed around closely by blood, also from neighbouring channels. The wall shear velocity streamlines form regular, slightly asymmetric shapes around the contact faces. The occurring maximum shear rates are in the range of 1,000 1/s.
Discussion
The shapes of vWF structures found in clinically used oxygenators match the computational results in terms of wall shear velocity and streamlines well. The accumulation of cells close to the CF can also be explained by fluid mechanics, as there are small shear gradients and slow velocities. However, occurring shear rates between OFs are too low to trigger multimerisation of vWF. That raises the question where in the circuit the actual activation of vWF is started and how, at least partly chained, vWF multimeres are attracted towards the OF surface. A next step will be the investigation of the actual shear rate triggered (or mediated) multimerisation of vWF. Towards this end, microfluidic experiments with shear triggered coagulation will be performed. Also of big interest is the computation of the flow situation in the oxygenator in proximity to chaining threads, which have been ignored in computations so far. However, first a realistic representation of the effective viscosity in computations is needed, which is not available yet.
Die Forschungspyramide ist ein Modell als Basis für Clinical Reasoning und Clinical Decision Making in der Physiotherapie. Es basiert auf einer Dekonstruktion der klassischen Hierarchie der externen Evidenz und einer Rekonstruktion der Evidenzhierarchie nach den Kriterien interne und externe Validität (experimentelle und beobachtende Studien) sowie nach den Kriterien Abstraktion und Konkretion (quantitative und qualitative Studien). Dabei bestehen zwischen den Seiten teilweise fließende Übergängen.
Experimentelle Studien werden in der Forschungspyramide als Studien definiert, in denen die Intervention (die unabhängige Variable) zum Zwecke der Studie manipuliert wird. Beobachtende Studien hingegen sind darauf angelegt, den Untersuchungsgegenstand einschl. der unabhängigen Variablen durch die Studie zwar zu erfassen, aber möglichst wenig zu beeinflussen. Beide Varianten quantitativer Studien untersuchen unmittelbar quantifizierbare Merkmale, qualitative Studien hingegen arbeiten mit akustischem (verbalem) und optischem (Beobachtungen) Material, welches zunächst einem Interpretationsprozess durch die Forscher unterzogen werden muss. Qualitative Untersuchungsergebnisse sind prinzipiell quantifizierbar, umgekehrt sind quantitativ erhobene Daten einer qualitativen Interpretation nicht zugänglich.
Somit ergeben sich vier Hierarchien bezogen auf die interne Validität der Studiendesigns, welche jeweils unterschiedlich abstrakte bzw. konkrete Aussagen sowie intern bzw. extern valide Studienergebnisse ermöglichen: experimentelle und beobachtende quantitative bzw. qualitative Studien. Diese bilden – in der neuen Fassung – vier Seiten der Forschungspyramide. Die höchste Stufe der externen Evidenz ist so nur zu erreichen, wenn Studien mit höchstmöglicher interner Validität von allen vier Seiten vorliegen und in einem systematischen Review (quantitativ-qualitative Meta-Analyse) integriert wurden.
Systematische Reviews, die auf der Grundlage der Forschungspyramide durchgeführt werden, bilden den zum jeweiligen Zeitpunkt der Recherche höchsten Grad an externer Evidenz ab. Sie bieten aktuelle Informationen zu dem Wirkungspotenzial einer Intervention unter idealen Rahmenbedingungen und zu den bislang erzielten Wirkungen unter alltäglichen (ggf. auch unterschiedlichen) Rahmenbedingungen. Sie stellen gleichzeitig abstrakte, statistisch abgesicherte Informationen zur Verfügung, die den Grad der Sicherheit bzw. Unsicherheit beim Transfer der auf ihrer Grundlage gewonnenen Handlungsempfehlungen auf einen einzelnen Patienten quantifizieren, sowie konkrete, interpretativ abgesicherte Informationen, die helfen, die auf der Erfahrung beruhenden Handlungsintentionen zu systematisieren und mögliche Handlungsoptionen aufzeigen. Durch solchermaßen ausgearbeitet systematische Reviews erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, im Einzelfall mit dem Patienten gemeinsam eine adäquate Behandlungsentscheidung zu treffen.
Diese grundsätzlichen Überlegungen sollen an einem Beispiel exemplifiziert werden. Um den potenziellen und tatsächlichen Einfluss von Physiotherapie oder interdisziplinären Konzepten, die Physiotherapie als Schwerpunkt beinhalten, auf die Rückkehr an den Arbeitsplatz bei Patienten mit Beschwerden des unteren Rückens zu evaluieren, wurde ein Review durchgeführt, der die beiden quantitativen Seiten der Forschungspyramide zusammenführt. Die systematische Suche in den Datenbanken CINAHL und PubMed zeigte mit 44 experimentellen und 15 beobachtenden Arbeiten, von denen zudem sieben einarmig durchgeführt waren, ein erhebliches Ungleichgewicht, sodass nur für zwei Interventionen Studien aus beiden Forschungsansätzen berücksichtigt werden konnten. Für beide ergaben sich Hinweise auf Variationen der Effektgröße und -richtung bei Gegenüberstellung experimentell und beobachtend gewonnener Daten. Sollten sich solche Variationen bei einer größeren Anzahl von Studien systematisch zwischen beiden Studientypen unterscheiden, so müssten die Ursachen der Diskrepanz zwischen der Wirksamkeit unter Idealbedingungen und der Wirkung unter realen Bedingungen zu analysieren in einem nächsten Schritt experimentelle und beobachtende qualitative Studien durchgeführt und in die Ergebnisse integriert werden. Auf diesem Weg könnten die Einflussfaktoren auf die Umsetzbarkeit einer potenziell wirksamen Intervention im alltäglichen Einsatz als erkennbare Muster eruierbar werden.
Aims:
The delineation of outer margins of early Barrett's cancer can be challenging even for experienced endoscopists. Artificial intelligence (AI) could assist endoscopists faced with this task. As of date, there is very limited experience in this domain. In this study, we demonstrate the measure of overlap (Dice coefficient = D) between highly experienced Barrett endoscopists and an AI system in the delineation of cancer margins (segmentation task).
Methods:
An AI system with a deep convolutional neural network (CNN) was trained and tested on high-definition endoscopic images of early Barrett's cancer (n = 33) and normal Barrett's mucosa (n = 41). The reference standard for the segmentation task were the manual delineations of tumor margins by three highly experienced Barrett endoscopists. Training of the AI system included patch generation, patch augmentation and adjustment of the CNN weights. Then, the segmentation results from patch classification and thresholding of the class probabilities. Segmentation results were evaluated using the Dice coefficient (D).
Results:
The Dice coefficient (D) which can range between 0 (no overlap) and 1 (complete overlap) was computed only for images correctly classified by the AI-system as cancerous. At a threshold of t = 0.5, a mean value of D = 0.72 was computed.
Conclusions:
AI with CNN performed reasonably well in the segmentation of the tumor region in Barrett's cancer, at least when compared with expert Barrett's endoscopists. AI holds a lot of promise as a tool for better visualization of tumor margins but may need further improvement and enhancement especially in real-time settings.
Introduction
We present a clinical case showing the real-time detection, characterization and delineation of an early Barrett’s cancer using AI.
Patients and methods
A 70-year old patient with a long-segment Barrett’s esophagus (C5M7) was assessed with an AI algorithm.
Results
The AI system detected a 10 mm focal lesion and AI characterization predicted cancer with a probability of >90%. After ESD resection, histopathology showed mucosal adenocarcinoma (T1a (m), R0) confirming AI diagnosis.
Conclusion
We demonstrate the real-time AI detection, characterization and delineation of a small and early mucosal Barrett’s cancer.
The AnyBody™ Modeling System (AMS) [1], is an universally used musculoskeletal simulation software using inverse dynamics. Until now, no complete human hand model is known in the AMS. Also considering other musculoskeletal software platforms, just one detailed entire hand model is recently published [2] but is only based on one subject. The aim of this work is to implement a full detailed hand model for the AMS including all extrinsic and intrinsic muscles using data by the UWB gained through an anatomical study of ten cadaver hands.
Patients with juvenile retinal dystrophy often report that they are unaware of their central scotoma, suggesting the presence of perceptual filling-in. We used functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) to determine possible neural correlates of perceptual filling-in in patients with retinal distrophy and clinically established central scotoma in both eyes. The data of 5 patients (Stargardt disease, cone-rod dystrophy; mean age 45 yrs; scotoma diameter 10-20°) and of 5 normally sighted controls were analyzed. Fixation behaviour and perimetry were measured with a Nidek microperimeter. Magnetic resonance imaging was performed using a Siemens 3T Allegra scanner. We stimulated the central visual field (30 deg) with a vertically oriented, low spatial frequency (1 c/deg) high-contrast sinewave grating that was either a) continuous, or b) was interrupted by a central grey disk. The disk was either slightly larger than the scotoma (detectable on 75% of trials) or slightly smaller (detectable on 25% of trials). To control for attention, an eccentric fixation task was performed during scanning. Data were analyzed using SPM8 (GLM with ROI analysis to obtain percent signal change for foveal projection zone). Results: for all patients, the BOLD signal in the foveal projection area was significantly higher for the small disk (i.e., condition leading to complete filling-in) than for the large disk (i.e., no filling-in). This effect was absent in the control subjects. Our findings support the existence of an active neural process that leads to filling-in in patients with central visual field scotomata.
Ansätze zur Verbesserung der allgemeinen palliativpflegerischen Versorgung onkologischer Patienten
(2020)
Fragestellung
Der Großteil der onkologischen Palliativpatienten im Krankenhaus wird auf Allgemeinstationen im Rahmen der allgemeinen Palliativversorgung (APV) versorgt. Die Studie untersucht Defizite und mögliche Unterstützungsangebote für Pflegekräfte, die einen großen Teil der Versorgung leisten.
Studiendesign
Befragung mit halbstandardisiertem Fragebogen am Universitären Krebszentrum. Anonyme Befragung aller 379 Pflegekräfte, die auf Allgemeinstationen mit onkologischem Schwerpunkt arbeiten.
Methodik
Quantitative Auswertung der geschlossenen Fragen. Qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring der offenen Fragen.
Ergebnis
Die Rücklaufquote betrug 28 % (n = 104), davon 90 % ohne Palliative Care Weiterbildung. Nur 34 % der teilnehmenden Pflegekräfte schätzen die APV auf ihrer Station als sehr gut oder gut ein. Als wesentliche Defizite werden neben Personal- und Zeitmangel (81 %) mehrheitlich (52 %) auch unzureichendes Fachwissen angegeben. 87 % wünschen sich fachliche Unterstützung in der palliativpflegerischen Routine-Versorgung. 77 % wäre es eine Hilfe, wenn palliative Pflegeexperten einmal pro Woche oder häufiger vor Ort unterstützen würden. Dabei werden weniger die Übernahme von Tätigkeiten (22 %), als vor allem Anleitung und Befähigung präferiert (Medikamentenmanagement 48 %, Angehörigenversorgung 64 %, Pflegeinterventionen 65 %).
Diskussion
Pflegende möchten ihre Rolle in der APV wahrnehmen und erachten dazu neben mehr Zeit-/Personalressource vor allem Wissenstransfer und Unterstützung durch Pflegeexperten als hilfreich. Dies kann durch sehr erfahrene und intuitiv handelnde Palliativkräfte (z. B. Kompetenzstufe 5, [1]) und durch Advanced Practice Nurse (APN, [2]) mit theorie- und wissenschaftsbasierter praxisnaher Pflege gelingen.
Welche Freizeitaktivitäten bedingen sportliche Aktivitäten in einer mediatisierten Gesellschaft?
(2010)
Expertenstatement
(2017)
Projekt MAGGIE
(2021)
Im Projekt MAGGIE werden innovative Methoden der energetischen Gebäudesanierung im genossenschaftlichen Wohnquartier Margaretenau Regensburg getestet. Im Beitrag zur Sozialstudie wird die Erhebung der Akzeptanz einer energetischen Sanierung vorgestellt. Vor der Sanierung wurde eine schriftliche Haushaltsbefragung durchgeführt. Der Vortrag geht auf theoretische Aspekte der Nachhaltigkeit und Ergebnisse ein. Ein Fokus liegt dabei auf der sozialen Nachhaltigkeit im Sinne der Sozialverträglichkeit.
Diversity in Gesellschaften
(2018)
Asylsuchende in Bayern
(2017)
Asylsuchende in Bayern
(2017)
Soziologie auch im Internet
(2001)
Asylsuchende in Bayern
(2018)
Asylsuchende in Bayern
(2017)
Aufgrund fehlender Informationen zu tatsächlich eingesetzten digitalen Assistenztechniken in der ambulanten und stationären Pflege sind die Auswirkungen auf die Pflegepraxis und Pflegepersonal dieser Systeme weitestgehend unerschlossen. Das Projekt DAAS-KIN (Diffusion altersgerechter Assistenzsysteme – Kennzahlenerhebung und Identifikation von Nutzungshemmnissen) untersucht mittels eines Mixed-Methods-Ansatzes (Fragebogen, Experteninterviews, Wertbaumanalyse) Verbreitung, Reaktion und Auswirkung digitaler Assistenzsysteme sowie potentielle Nutzungs- und Diffusionshemmnisse
Sind Impfbereitschaft und Impfablehnung rational erklärbar?
Und wenn ja: Welche Rolle spielen dabei Verschwörungsüberzeugungen
und die Nutzung sozialer Medien?
Welchen Einfluss haben Freunde und Bekannte und das
Wohl der Gesellschaft? Und inwieweit vertraut die Bevölkerung
in Deutschland überhaupt in Impfungen und staatliche
Institutionen wie das Robert Koch-Institut?
Mit der Zuwanderung von Geflüchteten seit dem Jahr 2014/2015 hat sich die Bevölkerungsstruktur und insbesondere die Struktur der Personen mit Migrationshintergrund in Deutschland stark gewandelt. Syrische Staatsangehörige sind laut AZR 2019 die drittgrößte Gruppe ausländischer Staatsangehöriger in Deutschland (Quelle: BAMF 2019:
Migrationsbericht 2018) und laut Mikrozensus 2017 die siebtgrößte Gruppe unter den Personen mit Migrationshintergrund (Quelle: Destatis 2019). Über diese Bevölkerungsgruppe und ihre Familien liegen
bislang wenige Auswertungen amtlicher Daten vor. Erschwert werden Analysen durch das Wohnen in Gemeinschaftsunterkünften und die fehlende Erhebung von Merkmalen bei diesen Bevölkerungsgruppen. Mit der IAB-BAMF-SOEP-Befragung von Geflüchteten liegen Befragungsdaten im Längsschnitt vor.
Die Ergebnisse dienen als Hintergrundinformation einer laufenden Studie zur „Politischen Partizipation von Geflüchteten“ mit einer Befragung in Gemeinschaftsunterkünften in Hemau, Ingolstadt, Landshut,
München, Nürnberg und Regensburg 2019/2020.
Eingegrenzt wird die Untersuchungsgruppe anhand der Zuzugsjahre (seit 2014) und des Hauptmotivs für den Zuzug nach Deutschland (Flucht, Asyl, internationaler Schutz).
Als Datenquelle wird auf den Mikrozensus 2017 zurückgegriffen, bei dem zuletzt das Hauptmotiv für den Zuzug abgefragt wurde. Ergänzend werden
Daten der IAB-BAMF-SOEP-Befragung von Geflüchteten, der Befragung „Asylsuchende in Bayern“ (Haug/Currle/Lochner/Huber/Altenbuchner 2017)
oder der Befragung „Einstellungen zur Demokratie und politischen Partizipation von Geflüchteten“ (Haug/Schmidbauer, Datenerhebung 2019/2020) genutzt. Es sollen folgende Fragestellungen untersucht werden: Wie groß sind Haushalte von Geflüchteten? Umfassen diese Haushalte mehr Personen als Haushalte von anderen Personen mit Migra-
tionshintergrund beziehungsweise Personen ohne Migrationshintergrund? Wie hoch ist der Anteil der Geflüchteten, die in einer Gemeinschaftsunterkunft beziehungsweise Flüchtlingsunterkunft leben? In einem Strategiepapier empfahl das empirica-Institut „Familien aufs Land!“ (empirica 2015). Es soll daher auch untersucht werden, ob Familien und Haushalte mit Fluchthintergrund eher in städtischen oder ländlichen Regionen leben.
Präsentation des Abschlussberichts "Integrationsbericht und Integrationskonzept für Regensburg"
(2014)
Die Einsetzbarkeit der artikulatorischen Diadochokinese als Diagnostikinstrument für Dysarthrien
(2013)
Purpose
The complexity of the treatment techniques IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) and VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy) introduced the requirement of an individual plan verification. The latest development is 3D verification which allows evaluation in terms of 3D gamma values but also a judgment based on differences in dose distributions on individual patient CT data and in dose volume histograms. For a verification tool the error detection sensitivity is important. The purpose of this work is to evaluate the accuracy and the sensitivity of the gamma evaluation of the 3D verification software MobiusFx when a systematic error in one parameter is applied. The results are compared to an established 2D-measurement based method.
Methods
11 IMRT and 11 VMAT plans were selected as reference plans. For every reference plan a systematic offset of 1 mm, 2 mm and 3 mm in the same direction was applied to the Multi-Leaf-Collimator (MLC) positions. All plans were irradiated and verified simultaneously with MobiusFx and MatriXX Evolution 2D array measurement. For both verification systems the applied dose distributions were evaluated using the gamma method based on the reference plans. In MobiusFx additionally the MLC position errors were evaluated.
Results
Regarding the gamma evaluation results, MobiusFx and MatriXX Evolution 2D measurements have almost the same sensitivity: The gamma evaluation of both systems detected shifts of 1 mm in VMAT plans and shifts of 2 mm and larger in IMRT plans. The information of the MLC position error provided by MobiusFx allows further to detect errors down to a shift of 1 mm in IMRT plans, giving an advantage over the MatriXX measurement.
Conclusions
MobiusFx shows a high error detection sensitivity, comparable to MatriXX Evolution. Through the gamma calculation and the MLC position error it is possible to detect errors down to a shift in MLC positions of 1 mm. It is recommended to inspect all the above parameters during plan verification.
Als Systemerkrankung beeinflusst die neurologische Sprachstörung Aphasie nicht nur die Betroffenen sondern in vergleichbarem Maße auch die Angehörigen. Es zeigt sich, dass die Lebensqualität der Angehörigen beeinträchtigt ist. Ziel der qualitativen Studie ist es, die subjektive Perspektive der Angehörigen auf die eigene Situation näher zu betrachten.
Einleitung:
Blutdruck gilt als sogenannter Vitalparameter als einer der grundlegenden Indikatoren für den Gesundheitszustand einer Person. Sowohl zu niedriger als auch zu hoher Blutdruck kann lebensbedrohend sein, letzerer ist darüber hinaus ein Risikofaktor insbesondere für Herz-Kreislauferkrankungen, die trotz wichtiger Fortschritte in der Behandlung immer noch die häufigste Todesursache in Deutschland darstellen. Die Hämodynamik, also die raumzeitliche Dynamik des Blutflusses, und der Gefäßzustand sind eng verbunden mit dem Blutdruck und ebenfalls von hoher klinischer Relevanz, u.a. zur Identifikation von Durchblutungsstörungen und ungünstigen Druckverteilungen der Gefäßwand. Innovationen in der Messtechnik als auch in der Datenanalyse bieten heute neue Möglichkeiten der Erfassung und Bewertung von Blutdruck, Hämodynamik und Gefäßzustand [1], [2], [3], [4].
Methodik:
In einer gemeinsamen Workshopserie der AG Medizinische Bild- und Signalverarbeitung der GMDS und des Fachausschusses Biosignale der DGBMT werden wir neue Ansätze und Lösungen für Mess- und Analyseverfahren zu Blutdruck und -fluss sowie zum Gefäßzustand vorstellen und diskutieren. Dabei stehen im ersten Workshop auf der GMDS Jahrestagung Bildbasierte Verfahren im Zentrum, während der zweite Workshop auf der DGBMT Jahrestagung den Fokus auf Biosignalbasierten Verfahren legt. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Es sind jeweils mehrere Vorträge geplant mit ausreichend Zeit zur Diskussion. Folgende Vorträge sind geplant (Arbeitstitel):
Sebastian Zaunseder: Videobasierte Erfassung des Blutdrucks
Anja Hennemuth: A Visualization Toolkit for the Analysis of Aortic Anatomy and Pressure Distribution
Lars Krenkel: Numerische Analyse der Rupturwahrscheinlichkeit zerebraler Aneurysmata
Susanne Schnell: Messung des Blutflusses und hämodynamischer Parameter mit 4D flow MRI: Möglichkeiten und Herausforderungen
Ergebnisse:
Ziel des Workshops ist die Identifikation von innovativen Ansätzen und neuen Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von hämodynamischen Parametern sowie deren kritische Bewertung durch die Community für die Eignung in der klinischen Entscheidungsunterstützung.
Diskussion:
Der Workshop leistet inhaltlich einen Beitrag zu zentralen Aspekten für die Herz-Kreislauf-Medizin. Er bringt dabei Expertise aus verschiedenen Bereichen zusammen und schlägt die Brücke zwischen Kardiologie, Medizininformatik und Medizintechnik.
Schlussfolgerung:
Innovative Technologien aus Medizintechnik und Informatik ermöglichen zunehmend einfache und raumzeitlich aufgelöste Erfassung und Bewertung wichtiger Informationen zur Unterstützung von Diagnose und Therapieverfolgung.
[1] Zaunseder S, Trumpp A, Wedekind D, Malberg H. Cardiovascular assessment by imaging photoplethysmography - a review. Biomed Tech (Berl). 2018 Oct 25;63(5):617–34.
[2] Huellebrand M, Messroghli D, Tautz L, Kuehne T, Hennemuth A. An extensible software platform for interdisciplinary cardiovascular imaging research. Comput Methods Programs Biomed. 2020 Feb;184:105277.
[3] Schmitter S, Adriany G, Waks M, Moeller S, Aristova M, Vali A, et al. Bilateral Multiband 4D Flow MRI of the Carotid Arteries at 7T. Magn Reson Med. 2020 Oct;84(4):1947–60.
[4] Birkenmaier C, and Krenkel, L. Flow in Artificial Lungs. In: New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XIII. Contributions to the 22nd STAB/DGLR Symposium. Springer; 2021.
Air leakage past High-Volume-Low-Pressure (HVLP) endotracheal tube (ETT) cuffs creates a potential infection risk for health care professionals during ventilation of patients suffering from contagious airborne diseases. However, unlike silent aspiration, a phenomenon where fluids enter the airways of intubated patients, the aspect of aerosol emergence through cuff folds -what we called accordingly “silent breathing” (SB)- has not been investigated in detail so far.
This study investigates air leakage past HVLP cuffs with varying cuff pressures under realistic artificial breathing scenarios experimentally and in addition numerically. The focus was laid on the parametric investigation of the occurrence and furthermore on different influencing factors of silent breathing. The morphology of the folds responsible for the leakage was captured using high-resolution 3D microcomputed tomography (μCT). For the numerical investigations (Com-putational Fluid Dynamics - CFD), the commercial CFD Software package FLUENT 2021 R2 (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, US), as well as the DLR in-house research code THETA has been used.
Sarengue als alternatives therapeutisches Tanzbewegungsmodul in der ambulanten Schmerztherapie
(2020)
Currently, it is common practice to use three-dimensional (3D) printers not only for rapid prototyping in the industry, but also in the medical area to create medical applications for training inexperienced surgeons. In a clinical training simulator for minimally invasive bone drilling to fix hand fractures with Kirschner-wires (K-wires), a 3D printed hand phantom must not only be geometrically but also haptically correct. Due to a limited view during an operation, surgeons need to perfectly localize underlying risk structures only by feeling of specific bony protrusions of the human hand.
Introduction: Consultant Effectiveness is one of the main pillars of successfully implementing Psychological Skills Training (PST) in both elite mainstream and disability sports (Martin, 2015;
Vealey, 2007). Yet, there is a dearth of research on the articularities of PST consultation in elite Deaf Sport (Schliermann, 2015). Since hearing impairments have multiple intrapsychic as
well as interpsychic implications (Leigh & Andrews, 2016), it might influence Consultant Effectiveness in Deaf Sport. Therefore, the main purpose of this exploratory study was to investigate
preconceptions and actual experience of sport psychologists in regard to the consultation of elite deaf and hard-of-hearing (HOH) athletes. Method: A self-constructed questionnaire was administrated to 93 accredited sport psychology consultants (Mconsultant-years = 10.78) in
German-speaking countries. They were asked about their awareness, opinions and experience with deaf and HOH athletes. Results: Seven consultants (8%) reported ever to have worked with a deaf or HOH athlete. Four had ever watched a competition of the Deaflympics
in comparison to 77 who had watched one of the Paralympic games. Yet most subjects (71%) declared their willingness to work with deaf or HOH athletes regardless of their years of experience as consultants or prior contact with deaf or HOH individuals. In addition, the vast majority of the sample evaluated the implementation of common PST techniques in Deaf Sport as potentially “very effective” or “extremely effective”. When asked about potential particularities in the work with this group of athletes, most consultants focused mainly on communication issues. Conclusion: The analyses revealed a lack of awareness of elite Deaf Sport within the professional sport psychology communities in Germany, Austria and Switzerland. Furthermore, a low rate of professional PST implementation in elite Deaf Sport was found in these countries. Considering the lack of experience and knowledge about the particularities in Deaf Sport, further research is needed to provide hearing consultants with tools to understand the world of elite deaf and HOH athletes beyond the means of communication with them.
Barrett-Ampel
(2022)
Hintergrund
Adenokarzinome des Ösophagus sind bis heute mit einer infausten Prognose vergesellschaftet (1). Obwohl Endoskopiker mit Barrett-Ösophagus als Präkanzerose konfrontiert werden, ist vor allem für nicht-Experten die Differenzierung zwischen Barrett-Ösophagus ohne Dysplasie und assoziierten Neoplasien mitunter schwierig. Existierende Biopsieprotokolle (z.B. Seattle Protokoll) sind oftmals unzuverlässig (2). Eine frühzeitige Diagnose des Adenokarzinoms ist allerdings von fundamentaler Bedeutung für die Prognose des Patienten.
Forschungsansatz
Auf der Grundlage dieser Problematik, entwickelten wir in Kooperation mit dem Forschungslabor „Regensburg Medical Image Computing (ReMIC)“ der OTH Regensburg ein auf künstlicher Intelligenz (KI) basiertes Entscheidungsunterstützungssystem (CDSS). Das auf einer DeepLabv3+ neuronalen Netzwerkarchitektur basierende CDSS differenziert mittels Mustererkennung Barrett- Ösophagus ohne Dysplasie von Barrett-Ösophagus mit Dysplasie bzw. Neoplasie („Klassifizierung“). Hierbei werden gemittelte Ausgabewahrscheinlichkeiten mit einem vom Benutzer definierten Schwellenwert verglichen. Für Vorhersagen, die den Schwellenwert überschreiten, berechnen wir die Kontur der Region und die Fläche. Sobald die vorhergesagte Läsion eine bestimmte Größe in der Eingabe überschreitet, heben wir sie und ihren Umriss hervor. So ermöglicht eine farbkodierte Visualisierung eine Abgrenzung zwischen Dysplasie bzw. Neoplasie und normalem Barrett-Epithel („Segmentierung“).
In einer Studie an Bildern in „Weißlicht“ (WL) und „Narrow Band Imaging“ (NBI) demonstrierten wir eine Sensitivität von mehr als 90% und eine Spezifität von mehr als 80% (3). In einem nächsten Schritt, differenzierte unser KI-Algorithmus Barrett- Metaplasien von assoziierten Neoplasien anhand von zufällig abgegriffenen Bildern in Echtzeit mit einer Accuracy von 89.9% (4). Darauf folgend, entwickelten wir unser System dahingehend weiter, dass unser Algorithmus nun auch dazu in der Lage ist, Untersuchungsvideos in WL, NBI und „Texture and Color Enhancement Imaging“ (TXI) in Echtzeit zu analysieren (5).
Aktuell führen wir eine Studie in einem randomisiert-kontrollierten Ansatz an unveränderten Untersuchungsvideos in WL, NBI und TXI durch.
Ausblick
Um Patienten mit aus Barrett-Metaplasien resultierenden Neoplasien frühestmöglich an „High-Volume“-Zentren überweisen zu können, soll unser KI-Algorithmus zukünftig vor allem Endoskopiker ohne extensive Erfahrung bei der Beurteilung von Barrett- Ösophagus in der Krebsfrüherkennung unterstützen.
Einleitung
Übermäßige Bewegung im Bild kann die Performance von auf künstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterstützungssystemen (CDSS) reduzieren. Optical Flow (OF) ist eine Methode zur Lokalisierung und Quantifizierung von Bewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern.
Ziel
Ziel ist es, die Mensch-Computer-Interaktion (HCI) zu verbessern und Endoskopiker die unser KI-System „Barrett-Ampel“ zur Unterstützung bei der Beurteilung von Barrett-Ösophagus (BE) verwenden, ein Echtzeit-Feedback zur aktuellen Datenqualität anzubieten.
Methodik
Dazu wurden unveränderte Videos in „Weißlicht“ (WL), „Narrow Band Imaging“ (NBI) und „Texture and Color Enhancement Imaging“ (TXI) von acht endoskopischen Untersuchungen von histologisch gesichertem BE und mit Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) durch unseren KI-Algorithmus analysiert. Der zur Bewertung der Bildqualität verwendete OF beinhaltete die mittlere Magnitude und die Entropie des Histogramms der Winkel. Frames wurden automatisch extrahiert, wenn die vordefinierten Schwellenwerte von 3,0 für die mittlere Magnitude und 9,0 für die Entropie des Histogramms der Winkel überschritten wurden. Experten sahen sich zunächst die Videos ohne KI-Unterstützung an und bewerteten, ob Störfaktoren die Sicherheit mit der eine Diagnose im vorliegenden Fall gestellt werden kann negativ beeinflussen. Anschließend überprüften sie die extrahierten Frames.
Ergebnis
Gleichmäßige Bewegung in eine Richtung, wie etwa beim Vorschieben des Endoskops, spiegelte sich, bei insignifikant veränderter Entropie, in einer Erhöhung der Magnitude wider. Chaotische Bewegung, zum Beispiel während dem Spülen, war mit erhöhter Entropie assoziiert. Insgesamt war eine unruhige endoskopische Darstellung, Flüssigkeit sowie übermäßige Ösophagusmotilität mit erhöhtem OF assoziiert und korrelierte mit der Meinung der Experten über die Qualität der Videos. Der OF und die subjektive Wahrnehmung der Experten über die Verwertbarkeit der vorliegenden Bildsequenzen korrelierten direkt proportional. Wenn die vordefinierten Schwellenwerte des OF überschritten wurden, war die damit verbundene Bildqualität in 94% der Fälle für eine definitive Interpretation auch für Experten unzureichend.
Schlussfolgerung
OF hat das Potenzial Endoskopiker ein Echtzeit-Feedback über die Qualität des Dateninputs zu bieten und so nicht nur die HCI zu verbessern, sondern auch die optimale Performance von KI-Algorithmen zu ermöglichen.
Einleitung
Die Differenzierung zwischen nicht dysplastischem Barrett-Ösophagus (NDBE) und mit Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) während der endoskopischen Inspektion erfordert viel Expertise. Die frühe Diagnosestellung ist wichtig für die weitere Prognose des Barrett-Karzinoms. In Deutschland werden Patient:innen mit einem Barrett-Ösophagus (BE) in der Regel im niedergelassenen Sektor überwacht.
Ziele
Ziel ist es, den Einfluss von einem auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierenden klinischen Entscheidungsunterstützungssystems (CDSS) auf die Performance von niedergelassenen Gastroenterolog:innen (NG) bei der Evaluation von Barrett-Ösophagus (BE) zu untersuchen.
Methodik
Es erfolgte die prospektive Sammlung von 96 unveränderten hochauflösenden Videos mit Fällen von Patient:innen mit histologisch bestätigtem NDBE und BERN. Alle eingeschlossenen Fälle enthielten mindestens zwei der folgenden Darstellungsmethoden: HD-Weißlichtendoskopie, Narrow Band Imaging oder Texture and Color Enhancement Imaging. Sechs NG von sechs unterschiedlichen Praxen wurden als Proband:innen eingeschlossen. Es erfolgte eine permutierte Block-Randomisierung der Videofälle in entweder Gruppe A oder Gruppe B. Gruppe A implizierte eine Evaluation des Falls durch Proband:innen zunächst ohne KI und anschließend mit KI als CDSS. In Gruppe B erfolgte die Evaluation in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend erfolgte eine zufällige Wiedergabe der so entstandenen Subgruppen im Rahmen des Tests.
Ergebnis
In diesem Test konnte ein von uns entwickeltes KI-System (Barrett-Ampel) eine Sensitivität von 92,2%, eine Spezifität von 68,9% und eine Accuracy von 81,3% erreichen. Mit der Hilfe von KI verbesserte sich die Sensitivität der NG von 64,1% auf 71,2% (p<0,001) und die Accuracy von 66,3% auf 70,8% (p=0,006) signifikant. Eine signifikante Verbesserung dieser Parameter zeigte sich ebenfalls, wenn die Proband:innen die Fälle zunächst ohne KI evaluierten (Gruppe A). Wurde der Fall jedoch als Erstes mit der Hilfe von KI evaluiert (Gruppe B), blieb die Performance nahezu konstant.
Schlussfolgerung
Es konnte ein performantes KI-System zur Evaluation von BE entwickelt werden. NG verbessern sich bei der Evaluation von BE durch den Einsatz von KI.
Aims
Evaluation of the add-on effect an artificial intelligence (AI) based clinical decision support system has on the performance of endoscopists with different degrees of expertise in the field of Barrett's esophagus (BE) and Barrett's esophagus-related neoplasia (BERN).
Methods
The support system is based on a multi-task deep learning model trained to solve a segmentation and several classification tasks. The training approach represents an extension of the ECMT semi-supervised learning algorithm. The complete system evaluates a decision tree between estimated motion, classification, segmentation, and temporal constraints, to decide when and how the prediction is highlighted to the observer. In our current study, ninety-six video cases of patients with BE and BERN were prospectively collected and assessed by Barrett's specialists and non-specialists. All video cases were evaluated twice – with and without AI assistance. The order of appearance, either with or without AI support, was assigned randomly. Participants were asked to detect and characterize regions of dysplasia or early neoplasia within the video sequences.
Results
Standalone sensitivity, specificity, and accuracy of the AI system were 92.16%, 68.89%, and 81.25%, respectively. Mean sensitivity, specificity, and accuracy of expert endoscopists without AI support were 83,33%, 58,20%, and 71,48 %, respectively. Gastroenterologists without Barrett's expertise but with AI support had a comparable performance with a mean sensitivity, specificity, and accuracy of 76,63%, 65,35%, and 71,36%, respectively.
Conclusions
Non-Barrett's experts with AI support had a similar performance as experts in a video-based study.
Aims
Barrett´s esophagus related neoplasia (BERN) is difficult to detect and characterize during endoscopy, even for expert endoscopists. We aimed to assess the add-on effect of an Artificial Intelligence (AI) algorithm (Barrett-Ampel) as a decision support system (DSS) for non-expert endoscopists in the evaluation of Barrett’s esophagus (BE) and BERN.
Methods
Twelve videos with multimodal imaging white light (WL), narrow-band imaging (NBI), texture and color enhanced imaging (TXI) of histologically confirmed BE and BERN were assessed by expert and non-expert endoscopists. For each video, endoscopists were asked to identify the area of BERN and decide on the biopsy spot. Videos were assessed by the AI algorithm and regions of BERN were highlighted in real-time by a transparent overlay. Finally, endoscopists were shown the AI videos and asked to either confirm or change their initial decision based on the AI support.
Results
Barrett-Ampel correctly identified all areas of BERN, irrespective of the imaging modality (WL, NBI, TXI), but misinterpreted two inflammatory lesions (Accuracy=75%). Expert endoscopists had a similar performance (Accuracy=70,8%), while non-experts had an accuracy of 58.3%. When AI was implemented as a DSS, non-expert endoscopists improved their diagnostic accuracy to 75%.
Conclusions
AI may have the potential to support non-expert endoscopists in the assessment of videos of BE and BERN. Limitations of this study include the low number of videos used. Randomized clinical trials in a real-life setting should be performed to confirm these results.
Einleitung
Die sichere Detektion und Charakterisierung von Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) stellt selbst für erfahrene Endoskopiker eine Herausforderung dar.
Ziel
Ziel dieser Studie ist es, den Add-on Effekt eines künstlichen Intelligenz (KI) Systems (Barrett-Ampel) als Entscheidungsunterstüzungssystem für Endoskopiker ohne Expertise bei der Untersuchung von BERN zu evaluieren.
Material und Methodik
Zwölf Videos in „Weißlicht“ (WL), „narrow-band imaging“ (NBI) und „texture and color enhanced imaging“ (TXI) von histologisch bestätigten Barrett-Metaplasien oder BERN wurden von Experten und Untersuchern ohne Barrett-Expertise evaluiert. Die Probanden wurden dazu aufgefordert in den Videos auftauchende BERN zu identifizieren und gegebenenfalls die optimale Biopsiestelle zu markieren. Unser KI-System wurde demselben Test unterzogen, wobei dieses BERN in Echtzeit segmentierte und farblich von umliegendem Epithel differenzierte. Anschließend wurden den Probanden die Videos mit zusätzlicher KI-Unterstützung gezeigt. Basierend auf dieser neuen Information, wurden die Probanden zu einer Reevaluation ihrer initialen Beurteilung aufgefordert.
Ergebnisse
Die „Barrett-Ampel“ identifizierte unabhängig von den verwendeten Darstellungsmodi (WL, NBI, TXI) alle BERN. Zwei entzündlich veränderte Läsionen wurden fehlinterpretiert (Genauigkeit=75%). Während Experten vergleichbare Ergebnisse erzielten (Genauigkeit=70,8%), hatten Endoskopiker ohne Expertise bei der Beurteilung von Barrett-Metaplasien eine Genauigkeit von lediglich 58,3%. Wurden die nicht-Experten allerdings von unserem KI-System unterstützt, erreichten diese eine Genauigkeit von 75%.
Zusammenfassung
Unser KI-System hat das Potential als Entscheidungsunterstützungssystem bei der Differenzierung zwischen Barrett-Metaplasie und BERN zu fungieren und so Endoskopiker ohne entsprechende Expertise zu assistieren. Eine Limitation dieser Studie ist die niedrige Anzahl an eingeschlossenen Videos. Um die Ergebnisse dieser Studie zu bestätigen, müssen randomisierte kontrollierte klinische Studien durchgeführt werden.