610 Medizin, Gesundheit
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Artefaktkorrektur und verfeinerte Metriken für ein EEG-basiertes System zur Müdigkeitserkennung
(2019)
Fragestellung: Müdigkeit ist ein oft unterschätztes, aber dennoch großes Problem im Straßenverkehr. Von rund 2,5 Mio. Verkehrsunfällen 2015 in Deutschland, waren 2898 Unfälle, mit insgesamt 59 Toten (~1,7 % der Todesfälle), auf Übermüdung zurückzuführen. Schätzungen gehen von einer Dunkelziffer von bis zu 20 % aus. In einer ersten eigenen Studie wurde überprüft, ob ein mobiles EEG in einem Fahrsimulator Müdigkeitszustände zuverlässig erkennen kann. Die Erkennungsrate lag lediglich bei 61 %. Ziel dieser Arbeit ist, das verwendete Messsystem zu verbessern. Dazu wird die Genauigkeit durch eine Artefaktkorrektur und mit Hilfe von verfeinerten Qualitätsmetriken erhöht. Eine erkannte Übermüdung wird dem Fahrer dann in angemessener Weise angezeigt, so dass er entsprechend reagieren kann.
Patienten und Methoden: Die Independent Component Analysis (ICA) ist ein multivariates Verfahren, um mehrere Zufallsvariablen zu analysieren. Für die Entscheidung, ob ein Fahrer gerade müde oder wach ist, wird der erstellte Merkmalsvektor für jede Sequenz mit ICA klassifiziert. Dafür wird ein trainierter Machine-Learning-Algorithmus eingesetzt, der in der Lage ist, auch unbekannte Datensätze in Klassen einzuteilen. Um die benötigten Frequenzwerte zu erhalten, wurde für jeden EEG-Kanal eine Fourier Transformation durchgeführt. Der erstellte Merkmalsvektor wird im nächsten Schritt durch ein Künstliches Neuronales Netz klassifiziert. Für das Training werden vorab erstellte Merkmalsvektoren mit den Klassen „Wach“ und „Müde“ versehen. Diese Daten werden zufällig gemischt und im Verhältnis 2:1 in eine Trainings- und Testmenge geteilt. Das Experiment wurde mit acht Personen mit jeweils zweimal 45 min Testfahrt durchgeführt.
Ergebnisse: Der komplette Datensatz besteht aus 150.000 Signalwerten, welche zu ca. 7000 Sequenzen zusammengefasst werden. Durch die Anwendung der Qualitätsmetrik bleiben 4370 Sequenzen für das Training übrig. Bei invaliden Sequenzen aufgrund von EEG-Artefakten gibt es deutliche Unterschiede. Im „Wach“ Zustand werden dreimal so viele Sequenzen verworfen als im „Müde“ Zustand. Insgesamt werden bei wachen Probanden im Schnitt ca. 50 % der Sequenzen verworfen, bei Müden lediglich 25 %. Im Durchschnitt erreicht das System eine Erkennungsrate von 73 % für beide Zustände. Vergleicht man nun das Verhältnis von „Wach“ und „Müde“ und lässt „Leichte Müdigkeit“ außen vor, liegen die Ergebnisse bei über 90 %.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass die Aufmerksamkeit während des Experiments abnimmt bzw. die Müdigkeit zunimmt. Dies verdeutlichen zum einen subjektive und objektive Beobachtungen von Müdigkeitsanzeichen. Zum anderen lassen sich messbare und klassifizierbare Unterschiede im EEG Signal nachweisen. Die als Merkmale eingesetzten Theta-Wellen zeigten eine niedrigere Amplitude gegen Ende des Experiments. Die Erweiterung der binären Klassifizierung führt zu einer weiteren Stabilisierung der Ergebnisse. Artefaktkorrektur und Qualitätsmetriken steigern die Güte der Daten weiter. Die entwickelte Anwendung zur Müdigkeitserkennung ermittelt messbare Zeichen von Müdigkeit und kann eine gute Entscheidung über die Fahrtauglichkeit treffen.
Gender Marketing gewinnt sowohl in der Marketing-Theorie als auch in der Unternehmenspraxis zunehmend an Bedeutung. Der Unterschied zwischen den Geschlechtern zeigt sich nicht nur in unterschiedlichen Fähigkeiten und Einstellungen, sondern auch in verschiedenen Bedürfnissen und im Kaufverhalten. Viele Produkte werden von Männern für Männer entwickelt. Produkte, die sich speziell an Frauen richten, werden häufig gemäß dem Motto „pink it and shrink it“ auf den Markt gebracht. Eine erfolgreiche Umsetzung von Gender-Aspekten ist für Unternehmen eine wichtige Marketing-Herausforderung für die Zukunft.
Die prä-, intra- und postoperative Entitäts- und Dignitätsbestimmung von Speicheldrüsen-tumoren (ST) allein anhand von histomorphologischen Kriterien ist häufig mit großen Unsicherheiten verbunden.
Die Spektren der Raman-Spektroskopie (RS) und der Infrarot-Spektroskopie (IS) enthalten Informationen zu der molekularen Zusammensetzung des untersuchten Gewebes. Ziel der Arbeit war die Etablierung eines Gewebe-Aufarbeitungs-Workflows und die Analyse des Einflusses der Fixierung auf die spektrale Bioinformation. Zudem wird ein Überblick über den Einsatz der RS und IS im Kopf-Hals Bereich gegeben.
Es wurden 10 mm dicke, konsekutive kryo-, formalin- und paraffinfixierte ST-Gewebeschnitte von Zystadenolymphomen (n=5) und pleomorphen Adenomen (n=4) mit der RS und IS untersucht und die Daten multivariat ausgewertet. Die Messungen erfolgten in Korrelation zur Histomorphologie über einen korrespondierenden HE-Schnitt sowohl im Tumorgewebe als auch im gesunden Speicheldrüsengewebe.
In der Mittelwertspektrenanalyse zeigte sich eine deutliche Paraffin-Signatur, Formalin-Fixierung hatte keinen wesentlichen Einfluss. Dies konnte durch die Hauptkomponentenanalyse (PCA) bestätigt werden. Eine Diskriminierung von Tumor- und Nicht-Tumorgewebe durch die PCA und gekoppelte Diskriminanzanalyse war ebenfalls mit beiden spektroskopischen Methoden mit einer hohen Sensitivität möglich.
Für eine Translation von spektralen Verfahren ist das Wissen über Einflussfaktoren auf die spektrale Bioinformation der Gewebeaufarbeitung und -fixierung unabdingbar. Die Integration spektraler Verfahren additiv in bestehende Arbeitsabläufe ist möglich. Der Einfluss der Formalinfixierung auf die spektrale Bioinformation ist gering. Die bioinformatische Analyse der umfangreichen Datensätze ist herausfordernd.
IZKF Würzburg
In der Kryochirurgie wird Kälte verwendet, um tumoröses Gewebe abzutöten. Dazu werden Kryosonden in den Tumor gestochen und stark abgekühlt. Hierbei gibt es verschiedene Herausforderungen, welchen computergestützt begegnet werden kann. Diese Arbeit gibt die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu den Herausforderungen wieder. Die vorgestellten Arbeiten beschäftigten sich mit der Simulation des im Tumor entstehenden Eisballs, dem korrekten Positionieren der Kryosonden im Tumor, dem Überwachen des Eingriffs sowie dem Entwickeln von Simulationen für Trainingszwecke. Dabei zeigt sich, dass der Einsatz von computergestützten Lösungen die Kryochirurgie für Operateur und Patient verbessern kann.
Die digitale Transformation und gesellschaftliche Entwicklungen verändern die Arbeitswelt nicht erst seit der Corona-Pandemie. Kommunikation, Kreativität und agile Vorgehensweisen in der Arbeitsorganisation rücken in den Vordergrund und werden gerade in Krisenzeiten zu wichtigen Stärken von Unternehmen. Der Grad der Selbstorganisation von Teams steigt und erfordert mehr individuelle Selbstorganisation der Beschäftigten. Dies birgt neben vielen Chancen auch Gesundheitsrisiken.
Der Report beleuchtet die agile Organisation und weitere moderne Organisationsmodelle wie die Soziokratie, die Holokratie und die evolutionäre Organisation unter dem Gesundheitsaspekt. All diese Organisationsmodelle sind gekennzeichnet durch die Abflachung von Hierarchien, eine stärkere Sinnorientierung, mehr Flexibilität sowie die Integration von Leistungspotentialen der Beschäftigten. Die Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede und Konfliktpotenziale werden ausführlich erklärt.
Mit diesem Hintergrundwissen können Beratende Gesundheitsthemen besser in Phasen gesundheitlicher Belastungen einbringen und richtig adressieren. Der iga.Report 44 gibt einen Überblick zum noch jungen Stand der Forschung und liefert zahlreiche Ansatzpunkte für die Präventionsarbeit und die Betriebliche Gesundheitsförderung in einer neuen Arbeitswelt.
In Zusammenarbeit mit dem Medizinproduktehersteller ulrich medical wird eine User Experience und Usability Studie an der Software der im Moment eingesetzten Kontrastmittelinjektoren durchgeführt. Das Unternehmen möchte eine neue Variante eines Kontrastmittelinjektors entwickeln, der als Basis eine verbesserte Version dieser Softwares enthält. Benutzerstudien können mit den unterschiedlichsten Methoden durchgeführt werden. Das geeignete Vorgehen muss definiert und die Testpersonen in Bezug zur eingesetzten Methode ermittelt werden. Bei Medizinprodukten muss zusätzlich auf strikte Auflagen in Normen und Gesetzen geachtet werden. Die Grundlage zur Methodenauswahl bildet eine Recherche zu Usability und User Experience Vorgaben für Medizinprodukte. Die Studie wird anhand quantitativer Daten eines Usability Tests im Labor, Fragebögen zur User Experience und qualitativen Post Test- Interviews evaluiert. In erster Linie dient diese Studie der Ermittlung von möglichen Verbesserungen, welche in der darauf folgenden Masterthesis vertieft und umgesetzt werden.
Tumorzellen on the move : mikrosystem-basierter Assay zur Untersuchung der Tumorzellen-Migration
(2016)
Die Invasion von Tumorzellen in umliegendes Gewebe und die Bildung von Metastasen transformieren einen lokal wachsenden Tumor in eine systemische und lebensbedrohliche Krankheit mit schlechter Prognose. Dabei spielt die aktive Migration der Tumorzellen eine entscheidende Rolle. Tumorzellen gelangen durch die aktive Zellbewegung in das Lymph- oder Blutsystem und breiten sich im Körper aus. Bei der Invasion in ein neues Organ migrieren die Zellen ebenfalls wieder in komplexer Weise durch das Gewebe und können schließlich dort Metastasen bilden. Auf Grund der enormen medizinischen Relevanz der Tumorzell-Invasion, wird die Bewegung von Tumorzellen seit Jahrzehnten unter Laborbedingungen umfassend untersucht und ist ein wichtiger Marker für die Aggressivität der Tumorzellen. Zur Bewegungsanalyse gibt es mehrere experimentelle und auch kommerziell erhältliche in-vitro Untersuchungsmethoden. Ziel des interdisziplinären Projektes „MigChip“ ist die Entwicklung, Herstellung und experimentelle Validierung eines Mikrofludik-Chips zur verbesserten, detailgenauen in-vitro Untersuchung der Tumorzellen-Migration.
Die rasante Entwicklung der Sensortechnik im Endverbraucherbereich lässt einen klinischen Nutzen der verfügbaren dezentral erhobenen Daten aus dem Patientenalltag zur Überwachung des individuellen Gesundheitszustands vermuten. Zur Überprüfung dieser Vermutung ist die Bereitstellung einer entsprechenden Plattform in den klinischen Alltag erforderlich. Hierzu wird die bwHealthApp entwickelt, mit der sowohl die aktuelle Bandbreite als auch die Evolution der Sensortechnik auf die klinische Anwendung abbildbar ist. Mit dem flexiblen Entwurf lässt sich der klinische Nutzen für die personalisierte Medizin evaluieren. Außerdem bietet die bwHealthApp einen an Machbarkeit orientierten Diskussionsbeitrag zu offenen rechtlichen, regulatorischen und ethischen Fragestellungen der Digitalisierung in der Medizin in Deutschland.
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 Corona-Pandemie hat zu einer Einschränkung des Alltags der medizinischen Versorgung geführt. Das zeigt sich u.a. in zum Teil erheblichen Zugangsbeschränkungen zu Krankenhäusern und Praxen mit stark reduzierter Einbestellung von Patienten, der Einhaltung von gesteigerten Hygienemaßnahmen mit entsprechend längeren Wartezeiten, dem Zugangsverbot für Begleitpersonen und nicht zuletzt der Angst vieler Patienten vor einer Ansteckung bei einem Aufenthalt in medizinischen Bereichen. Folge dessen war und ist, dass ein deutlich wahrnehmbarer Rückgang der Patientenzahlen in den Krankenhausambulanzen und Praxen zu verzeichnen war. Davon war die Augenheilkunde als Fachdisziplin mit einem hohen Anteil an ambulanten und geplanten, chirurgischen Eingriffen in besonderem Maße betroffen.