610 Medizin, Gesundheit
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In order to evaluate the performance of different stapes prosthesis types, a coupled finite element (FE) model of human ear was developed. First, the middle-ear FE model was developed and validated using the middle-ear transfer function measurements available in literature including pathological cases. Then, the inner-ear FE model was developed and validated using tonotopy, impedance, and level of cochlea amplification curves from literature. Both models are based on pre-existing research with some improvements and were combined into one coupled FE model. The stapes in the coupled FE ear model was replaced with a model of a stapes prosthesis to create a reconstructed ear model that can be used to estimate how different types of protheses perform relative to each other as well as to the natural ear. This will help in designing of new innovative types of stapes prostheses or any other type of middle-ear prostheses as well as to improve the ones that are already available on the market.
The digital twin concept has been widely known for asset monitoring in the industry for a long time. A clear example is the automotive industry. Recently, there has also been significant interest in the application of digital twins in healthcare, especially in genomics in what is known as precision medicine. This work focuses on another medical speciality where digital twins can be applied, sleep medicine. However, there is still great controversy about the fundamentals that constitute digital twins, such as what this concept is based on and how it can be included in healthcare effectively and sustainably. This article reviews digital twins and their role so far in what is known as personalized medicine. In addition, a series of steps will be exposed for a possible implementation of a digital twin for a patient suffering from sleep disorders. For this, artificial intelligence techniques, clinical data management, and possible solutions for explaining the results derived from artificial intelligence models will be addressed.
Autism spectrum disorders (ASD) affect a large number of children both in the Russian Federation and in Germany. Early diagnosis is key for these children, because the sooner parents notice such disorders in a child and the rehabilitation and treatment program starts, the higher the likelihood of his social adaptation. The difficulties in raising such a child lie in the complexity of his learning outside of children's groups and the complexity of his medical care. In this regard, the development of digital applications that facilitate medical care and education of such children at home is important and relevant. The purpose of the project is to improve the availability and quality of healthcare and social adaptation at home of children with ASD through the use of digital technologies.
Personalized remote healthcare monitoring is in continuous development due to the technology improvements of sensors and wearable electronic systems. A state of the art of research works on wearable sensors for healthcare applications is presented in this work. Furthermore, a state of the art of wearable devices, chest and wrist band and smartwatches available on the market for health and sport monitoring is presented in this paper. Many activity trackers are commercially available. The prices are continuously reducing and the performances are improving, but commercial devices do not provide raw data and are therefore not useful for research purposes.
Diese Arbeit liefert einen Konzeptentwurf, der die Integration verschiedener Systeme mit prozessrelevanten klinischen Diensten gewährleistet. Chirurgische Abläufe werden in Form von Prozessen modelliert. Die Wahl der Notation und die Art der Modellierung dieser Prozesse spielt in der heutigen Forschung in diesem Gebiet eine zentrale Rolle. Sind diese Prozesse modelliert, besteht die Möglichkeit, diese in einer Workflow-Engine automatisiert auszuführen. Im Rahmen der Entwicklung eines Workflow-Managment-Systems stellt sich die Frage, wie die Anbindung dieser Workflow-Engine mit anderen Systemen erfolgen soll. In der Arbeit werden Schnittstellen abstrakt in der Web Services Description Language (WSDL) definiert. Darum werden automatisiert Artefakte erzeugt. Auf der Grundlage dieser Artefakte erfolgt die Integration der Systeme. Die Workflow-Engine kommunizieren über SOAP-Nachrichten (Simple Object Access Protocol) mit den entsprechenden Systemen. Dieser Ansatz wurde mithilfe eines Prototyps validiert und umgesetzt.
The recovery of our body and brain from fatigue directly depends on the quality of sleep, which can be determined from the results of a sleep study. The classification of sleep stages is the first step of this study and includes the measurement of vital data and their further processing. The non-invasive sleep analysis system is based on a hardware sensor network of 24 pressure sensors providing sleep phase detection. The pressure sensors are connected to an energy-efficient microcontroller via a system-wide bus. A significant difference between this system and other approaches is the innovative way in which the sensors are placed under the mattress. This feature facilitates the continuous use of the system without any noticeable influence on the sleeping person. The system was tested by conducting experiments that recorded the sleep of various healthy young people. Results indicate the potential to capture respiratory rate and body movement.
OR-Pad - Entwicklung eines Prototyps zur sterilen Informationsanzeige am OP-Situs : meeting abstract
(2019)
Hintergrund: Oftmals werden Informationen aus der Krankenakte oder von Bildgebungsverfahren nur auf recht weit vom Operationsgebiet entfernten Monitoren, außerhalb der ergonomischen Sichtachse des Operateurs, dargestellt. Dies führt dazu, dass relevante Informationen übersehen werden oder ihr Informationspotenzial nicht ausgeschöpft werden kann. In Papierform mitgenommene Notizen befinden sich während der OP außerhalb des sterilen Bereichs und sind dadurch für den Operateur nicht ohne Weiteres zugänglich. Auch bei intraoperativen Einträgen für die OP Dokumentation ist der Operateur auf die Mithilfe der Assistenz angewiesen. Durch die zusätzlichen Kommunikationswege entstehen dabei ein personeller und zeitlicher Mehraufwand und das Fehlerpotenzial nimmt zu. Das anwendungsorientierte Forschungsprojekt OR-Pad - Nutzung von portablen Informationsanzeigen im Operationssaal - soll dem Operateur zu einem verbesserten Informationsfluss verhelfen. Die Idee entstand aus der klinischen Routine der Anatomie und Urologie des Universitätsklinikums Tübingen und wird nun durch Fördermittel vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung an der Hochschule Reutlingen zu einem High Fidelity-Prototypen weiterentwickelt.
Ziel: Ziel des OR-Pad Projekts ist es, während einer OP zum aktuellen Zeitpunkt klinisch relevante Informationen in unmittelbarer Nähe zum Operateur darzustellen. Mithilfe des Systems soll der Informationsfluss zwischen dem Eingriff sowie dessen Vor- und Nachbereitung optimiert werden. Der Operateur soll vorab relevante Informationen, wie aktuelle Röntgenbilder oder persönliche Notizen, zur intraoperativen Anzeige auswählen können, die dann am OP-Situs auf einer sterilen Informationsanzeige dargestellt werden. Durch die Positionierung soll eine ergonomische Sichtachse sowie die direkte Interaktion mit dem System ermöglicht werden. Kontextrelevante Informationen sollen basierend auf dem aktuellen OP-Verlauf durch die Entwicklung einer Situationserkennung automatisch bereitgestellt werden. Zur Optimierung des Informationsflusses gehört ebenfalls die Unterstützung der OP-Dokumentation. Für diese sollen während des Eingriffs manuell vom Operateur sowie automatisch vom System Einträge, wie Zeitpunkte oder intraoperative Aufnahmen, erstellt werden. Aus diesen soll nach dem Eingriff die OP-Dokumentation generiert und damit der Prozess qualitativer und zeiteffizienter gestaltet werden.
Methodik: Zur Erreichung des Ziels werden zunächst die klinischen Anforderungen spezifiziert und in ein Lastenheft überführt. Hierfür werden Interviews und Beobachtungen bei mehreren Interventionen durchgeführt. Nach dem User-Centered-Designprozess werden Personas und Nutzungsszenarien entworfen und mit klinischen Projektpartnern in mehreren Iterationen evaluiert. Es gilt eine Informationsarchitektur aufzubauen, die eine Einbettung klinischer Informationssysteme sowie Bild- und Gerätedaten aus dem OP-Netzwerk erlaubt. Eine Situationserkennung, basierend auf Prozessmodellen, soll zur Abschätzung des Operationsfortschritts entwickelt werden. Zur Befestigung der Informationsanzeige sollen geeignete Haltemechanismen eingesetzt werden. Das OR-Pad System soll laufend im Lehr- und Forschungs-OP der Hochschule Reutlingen getestet und im Sinne agiler Produktentwicklung mit den klinischen Projektpartnern abgestimmt werden. Der finale Funktionsprototyp soll abschließend in den Versuchs-OPs der Anatomie Tübingen getestet und evaluiert werden.
Ergebnisse: Über eine erste Datenerhebung mittels Contextual Inquiry konnten erste Anforderungen an das OR-Pad System erfasst werden, woraus ein Low-Fidelity-Prototyp resultierte. Die Evaluation über Experteninterviews führte in die zweite Iteration, in der das Konzept entsprechend der Ergebnisse angepasst wurde. Über Hospitationen am Uniklinikum Tübingen fand eine weitere Datenerhebung zur Erstellung von Szenarien für die intraoperativen Anwendungsfälle statt. Anhand der Anforderungen wurde ein Konzept für die Benutzerschnittstelle entworfen, die im weiteren Verlauf mit den klinischen Projektpartnern evaluiert wird.
Die Erholung unseres Körpers und Gehirns von Müdigkeit ist direkt abhängig von der Qualität des Schlafes, die aus den Ergebnissen einer Schlafstudie ermittelt werden kann. Die Klassifizierung der Schlafstadien ist der erste Schritt dieser Studie und beinhaltet die Messung von Biovitaldaten und deren weitere Verarbeitung. Das non-invasive Schlafanalyse-System basiert auf einem Hardware-Sensornetz aus 24 Drucksensoren, das die Schlafphasenerkennung ermöglicht. Die Drucksensoren sind mit einem energieeffizienten Mikrocontroller über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne fühlbaren Einfluss auf das gewohnte Bett. Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die ersten Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, nicht nur Atemfrequenz und Körperbewegung, sondern auch Herzfrequenz zu erfassen.
Simulation models of the middle ear have rarely been used for diagnostic purposes due to their limited predictive ability with respect to pathologies. One big challenge is the large uncertainty and ambiguity in the choice of material parameters of the model.
Typically, the model parameters are determined by fitting simulation results to validation measurements. In a previous study, it was shown that fitting the model parameters of a finite-element model using the middle-ear transfer function and various other measurable output variables from normal ears alone is not sufficient to obtain a good predictive ability of the model on pathological middle-ear conditions. However, the inclusion of validation measurements on one pathological case resulted in a very good predictive ability also for other pathological cases. Although the found parameter set was plausible in all aspects, it was not yet possible to draw conclusions about the uniqueness and the accuracy or the uncertainty of the parameter set.
To answer these questions, statistical solution approaches are used in this study. Using the Monte Carlo method, a large number of plausible model data sets are generated that correctly represent the normal and pathological middle-ear characteristics in terms of various output variables like e.g., impedance, reflectance, umbo, and stapes transfer function. Subsequent principal component analyses (PCA) allow to draw conclusions about correlations, quantitative limits and statistical density of parameter values.
Furthermore, applying inverse PCA yields numerous plausible parameterizations of the middle-ear model, which can be used for data augmentation and training of a neural network which is capable of distinguishing between a normal middle ear and pathologies like otosclerosis, malleus fixation, and disarticulation based on objectively measured quantities like impedance, reflectance, and umbo velocity.
In recent decades, it can be observed that a steady increase in the volume of tourism is a stable trend. To offer travel opportunities to all groups, it is also necessary to prepare offers for people in need of long-term care or people with disabilities. One of the ways to improve accessibility could be digital technologies, which could help in planning as well as in carrying out trips. In the work presented, a study of barriers was first conducted, which led to selecting technologies for a test setup after analysis. The main focus was on a mobile app with travel information and 360° tours. The evaluation results showed that both technologies could increase accessibility, but some essential aspects (such as usability, completeness, relevance, etc.) need to be considered when implementing them.