610 Medizin, Gesundheit
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Identifikation von Schlaf- und Wachzuständen durch die Auswertung von Atem- und Bewegungssignalen
(2021)
Programmable nano-bio interfaces driven by tuneable vertically configured nanostructures have recently emerged as a powerful tool for cellular manipulations and interrogations. Such interfaces have strong potential for ground-breaking advances, particularly in cellular nanobiotechnology and mechanobiology. However, the opaque nature of many nanostructured surfaces makes non-destructive, live-cell characterization of cellular behavior on vertically aligned nanostructures challenging to observe. Here, a new nanofabrication route is proposed that enables harvesting of vertically aligned silicon (Si) nanowires and their subsequent transfer onto an optically transparent substrate, with high efficiency and without artefacts. We demonstrate the potential of this route for efficient live-cell phase contrast imaging and subsequent characterization of cells growing on vertically aligned Si nanowires. This approach provides the first opportunity to understand dynamic cellular responses to a cell-nanowire interface, and thus has the potential to inform the design of future nanoscale cellular manipulation technologies.
In the era of precision medicine, digital technologies and artificial intelligence, drug discovery and development face unprecedented opportunities for product and business model innovation, fundamentally changing the traditional approach of how drugs are discovered, developed and marketed. Critical to this transformation is the adoption of new technologies in the drug development process, catalyzing the transition from serendipity-driven to data-driven medicine. This paradigm shift comes with a need for both translation and precision, leading to a modern Translational Precision Medicine approach to drug discovery and development. Key components of Translational Precision Medicine are multi-omics profiling, digital biomarkers, model-based data integration, artificial intelligence, biomarker-guided trial designs and patient-centric companion diagnostics. In this review, we summarize and critically discuss the potential and challenges of Translational Precision Medicine from a cross-industry perspective.
Background/Aim: The aim of this study was the conception, production, material analysis and cytocompatibility analysis of a new collagen foam for medical applications. Materials and Methods: After the innovative production of various collagen sponges from bovine sources, the foams were analyzed ex vivo in terms of their structure (including pore size) and in vitro in terms of cytocompatibility according to EN ISO 10993-5/-12. In vitro, the collagen foams were compared with the established soft and hard tissue materials cerabone and Jason membrane (both botiss biomaterials GmbH, Zossen, Germany). Results: Collagen foams with different compositions were successfully produced from bovine sources. Ex vivo, the foams showed a stable and long-lasting primary structure quality with a bubble area of 1,000 to 2,000 μm2. In vitro, all foams showed sufficient cytocompatibility. Conclusion: Collagen sponges represent a promising material for hard and soft tissue regeneration. Future studies could focus on integrating and investigating different additives in the foams.
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.
Purpose: Gliomas are the most common and aggressive type of brain tumors due to their infiltrative nature and rapid progression. The process of distinguishing tumor boundaries from healthy cells is still a challenging task in the clinical routine. Fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) MRI modality can provide the physician with information about tumor infiltration. Therefore, this paper proposes a new generic deep learning architecture, namely DeepSeg, for fully automated detection and segmentation of the brain lesion using FLAIR MRI data.
Methods: The developed DeepSeg is a modular decoupling framework. It consists of two connected core parts based on an encoding and decoding relationship. The encoder part is a convolutional neural network (CNN) responsible for spatial information extraction. The resulting semantic map is inserted into the decoder part to get the full-resolution probability map. Based on modified U-Net architecture, different CNN models such as residual neural network (ResNet), dense convolutional network (DenseNet), and NASNet have been utilized in this study.
Results: The proposed deep learning architectures have been successfully tested and evaluated on-line based on MRI datasets of brain tumor segmentation (BraTS 2019) challenge, including s336 cases as training data and 125 cases for validation data. The dice and Hausdorff distance scores of obtained segmentation results are about 0.81 to 0.84 and 9.8 to 19.7 correspondingly.
Conclusion: This study showed successful feasibility and comparative performance of applying different deep learning models in a new DeepSeg framework for automated brain tumor segmentation in FLAIR MR images. The proposed DeepSeg is open source and freely available at https://github.com/razeineldin/DeepSeg/.
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.
Haptisches Feedback ist nach zahlreichen Studien ein wichtiger Bestandteil in der medizinischen Robotik. Die meisten Systeme befinden sich jedoch noch im Forschungsstatus und verfolgen unterschiedliche Ansätze. In der Teleoperation wird mit sensorlosen und Sensor-Systemen geforscht. Sensoren bieten, im Gegensatz zu den Encodern in sensorlosen Systemen, genaue Messungen, sind allerdings teuer in der Anschaffung, schwer zu desinfizieren und müssen in OP-Besteck integriert werden. In Hands-On Systemen fühlt der Operateur im Gegensatz zu Teleoperationssystemen direkt die auftretenden Kräfte bei der Benutzung. Der Roboter bietet in diesen Systemen nur die benötigte Stabilität und Genauigkeit, gesteuert werden sie direkt durch den Menschen. Dagegen werden in Teleoperationssystemen gezielte Controller eingesetzt. Hier hat sich der für den OP entwickelte sigma.7 durchgesetzt. Gegenüber der für die Allgemeinheit entwickelten Konkurrenz bietet er haptisches Feedback in allen nötigen Freiheitsgraden und eine entsprechende Kraftrückkoppelung.
The field of breath analysis has developed to be of growing interest in medical diagnosis and patient monitoring. The main advantages are that it’s noninvasive, painless and repeatable in flexible cycles. Even though breath analysis is being researched for a couple of decades there are still many unanswered questions. Human breath contains volatile organic compounds which are emitted from inside the body. Some of these compounds can be assigned to specific sources, such as inflammation or cancer, but also to non health related origins. This paper gives an overview of breath analysis for the purpose of disease diagnosis and health monitoring. Therefore, literature regarding breath analysis in the medical field has been analyzed, from its early stages to the present. As a result, this paper gives an outline of the topic of breath analysis.
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.