004 Informatik
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Diese Bachelorarbeit trägt den Titel „E-Learning in der Medizin im französischen Sprachraum insbesondere mit virtuellen Patienten“. Sie skizziert, was sich hinter E-Learning im medizinischen Bereich und virtuellen Patienten verbirgt und betrachtet die vorherrschende Situation in diesem Bereich in französischsprachigen Ländern/Regionen näher. Durch die Entwicklung von Informations-und Kommunikationstechnologie(IKT)hat sich der Austausch von Daten unabhängig von Raum und Ort stark weiterentwickelt. Dank dieser Evolution hat sich das Prinzip vom Lernen in nahezu allen Bereichen durch Suchmaschinen, Wissensdatenbanken oder Computersimulationen im Laufe der Zeit und speziell in den letzten 20 Jahren extrem stark verändert und spielt täglich eine große Rolle im Lernprozess von Menschen und dem Umgang mit vorhandenem Wissen. Im Allgemeinen hängt die Art des Lernens mit Hilfe von digitalen oder elektronischen Medien häufig mit der wirtschaftlichen Situation und internen Kultur eines Landes zusammen. Die positive Entwicklung des Landes und des sozialen Lebensstands der Menschen begünstigt demnach Fähigkeit neue Technologien einzusetzen und sie effektiv zu nutzen. Die Idee für die bestehende Arbeit entstand bei der Feststellung in der Fakultät für Informatik an der Hochschule Heilbronn, dass es noch keine Informationen über E-Learning und Einsatz von virtuellen Patienten in den französischsprachigen Ländern gibt. Dem Lernen mit Hilfe des Computers kommt in der Medizin eine große Bedeutung zu. Es ermöglicht sich selbst effektiv aus-und weiterzubilden, effizienter (schneller!) auf benötigte Informationen zuzugreifen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Lernenden nicht in direktem Kontakt mit dem Lehrenden und anderen Lernenden stehen müssen. Das Zieldieser Arbeit ist, ein Licht in das Konzept von E-Learning und virtuellen Patienten in der französischen Welt zu bringen .Zum tieferen Verständnis werden im ersten Teil der Arbeit Begriffe und Definitionen vorgestellt, zudem die Grundlagen, Voraussetzungen und Ziele für ein effektives E-Learning erläutert. Im zweiten Teil der Arbeit werden das E-Learning und der virtuelle Patientin Bezug auf ihre Potentiale und vorhandene Ausprägungen analysiert. Die Vor-und Nachteile von E-Learning werden im Bezug auf seine Verwendung gegeben. Da sich diese Arbeit vornehmlich auf den französischen Sprachraum konzentriert, ist zur Einordnung der Ergebnisse ein Vergleich mit anderen Sprachräumen sinnvoll. Dadurch soll gezeigt werden inwiefern sich die sich das E-Learning mit virtuellen Patienten zu dem in anderen Sprachräumen unterscheidet.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine eigens entwickelte Plagiatserkennungsoftware für Java-Programme namens Plagiarism Finder vorgestellt. Der Plagiatserkennungsprozess dieser Software basiert auf dem Java-Bytecode. Es werden die Grundlagen der Plagiatserkennung und des Java-Bytecodes umfassend erläutert. Des Weiteren wird die Funktionsweise, der Entwurf, die Benutzeroberfläche und die Evaluierung von Plagiarism Finder dargestellt. Hierbei wird auf folgende von der Wissenschaft bisher nicht betrachteten Aspekte eingegangen:
-Die Art der Normalisierung des Bytecodes vor dem Vergleich.
-Wie gelöst werden kann, dass das Verschieben von Methoden keinen Einfluss auf die ermittelten Ergebnisse hat.
-Wie bei der Plagiatserkennung Vorlagen gefiltert werden können. Die Arbeit kommt zu dem Resultat, dass sich die Ergebnisse von Plagiarism Finder stabil gegenüber Änderungen des Wortlautes, des Textsatzes und dem Verschieben von Methoden verhalten. Änderungen an Kontrollstrukturen (z.B. For- statt While- Schleifen), an Zugriffsmodifikatoren und an der Anzahl von Methoden führen zu einem instabilen Verhalten der Ergebnisse. Alles in allem kann Plagiarism Finder mit einer etablierten Plagiatserkennugssoftware
wie JPlag [MP00] mithalten. Auf Grundlage der untersuchten Daten ist Plagiarism Finder im Erkennen von Plagiaten leicht schlechter als JPlag. Plagiarism Finder ist hingegen deutlich besser im Erkennen von nicht plagiierter Software. Bei wortwörtlichen Kopien sowie bei Änderungen an der Textgestaltung und an Bezeichnungen sind die Ergebnisse der Programme nahezu identisch.
1.1 Gegenstand und Motivation Die bereits in den 1970er-Jahren [1] entwickelte Technologie NAVSTAR GPS (GPS) arbeitet elektronisch und eignet sich 1 besonders zur Navigation in großen und freiliegenden Gebieten, da sie die Standorte der Endgeräte satellitengestützt errechnet. In Gebäuden stößt diese Technik aufgrund der Signaldämpfung durch Hindernisse, wie Decken, schnell an ihre Grenzen. GPS-Signale sind im Inneren eines Gebäudes um 20-30 dB (Faktor 100-1000) schwächer, als im Außenraum [2]. Auch die Differenzierung verschiedener Etagen ist mittels der GPS-Technologie nicht möglich. Die herkömmliche Navigation in Gebäuden wird zurzeit häufig mittels Pfeilen und Karten realisiert. Aufgrund immer größer werdender Gebäude und dem Wunsch, ortsbezogene Informationen zu übermitteln, steigt die Nachfrage einer elektronischen Indoor-Navigation stetig. Eine mögliche Lösung zur Indoor-Navigation bietet iBeacon. Dieser proprietäre Standard wurde 2013 von der Apple Inc.2 eingeführt und basiert auf der Bluetooth Low Energy-Technologie (BLE), welche durch einen geringen Energieverbrauch gekennzeichnet ist. Ursprünglich dient iBeacon dazu, einem BLE fähigem Endgerät mitzuteilen, dass es sich in der Reichweite eines iBeacons befindet. Das Endgerät kann so ortsspezifische Informationen an den Benutzer übermitteln, da das Endgerät den Standort des iBeacons kennt. So können z.B. Informationen zu einem Patienten eines Krankenhauses an den Tabletcomputer (Tablet) des medizinischen Personals übermittelt werden. Dies geschieht durch eine Abstandsmessung zwischen dem iBeacon und dem Endgerät. Unter der Hinzunahme zwei weiterer iBeacons kann theoretisch eine Positionsbestimmung des Mobiltelefons und damit eine Navigation durchgeführt werden.
Die Arbeit gliedert sich in sechs Kapitel. Kapitel 1 stellt die Problematik der Arbeit dar. Nach einer Darlegung der Gefälligkeit des Computer-Trainings werden die vorliegende Software “Gesichter“ und ihre Schwächen sowie mögliche Verbesserungen angesichts des aktuellen Stands der Technik vorgestellt. Die Vorgehensweise wird in der Zielsetzung beschrieben. Im Kapitel 2 werden wichtige medizinische und technische Konzepte vorgestellt, die für die Realisierung der neuen Applikation erforderlich sind. Außerdem wird das menschliche Gehirn vorgestellt. Es wird anschließend gezeigt, wie eine erworbene Hirnschädigung zu Stande kommt und welche Strukturen im Gehirn dabei betroffen sind. Kapitel 3 beschäftigt sich hauptsächlich mit der Untersuchung der vorliegenden Software sowie mit der konkreten Evaluierung der Vorgehensweise und der Auswahl der geeigneten Technologie zur Realisierung der neuen Anwendung. Kapitel 4 beschreibt, wie die Implementierung realisiert wurde. Dabei wird auf die Implementierung einzelner definierten Anforderungen eingegangen. In Kapitel 5 werden Testfälle, die mit dem neuen Programm durchgeführt werden können, vorgestellt. Das letzte Kapitel 6 fasst die Arbeit zusammen. Hierbei werden alle erreichten Ergebnisse entsprechend der Zielsetzung vorgestellt. Abschließend werden im Ausblick Erweiterungsmöglichkeiten für das neue Programm vorgeschlagen.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Triangulations-Algorithmus basierend auf dem Marching Cube Algorithmus konzeptioniert und implementiert. Der Algorithmus soll in der Software für die Strahlentherapieplanung VIRTUOS verwendet werden und die speziellen Anforderungen dieser Software erfüllen. Diese sind im Kapitel 1.3 beschrieben. Der Algorithmus soll eine Triangulation von Konturen mit Subpixel-Auflösung mit dem Marching Cube Verfahren ermöglichen. Diese Triangulation soll kanten- bzw. punkterhaltend sein. Somit darf sich die Position existierender Konturpunkte nicht ändern. Die Anzahl der erzeugten Dreiecke soll möglichst gering sein. Des Weiteren soll der Algorithmus in seiner Performanz optimiert sein. Die Implementierung des in dieser Arbeit beschriebenen Algorithmus ist wie VIRTUOS in C/C++ geschrieben und soll die bisherige Delaunay Triangulation ablösen.
Augmented Reality Anwendungen können in der Medizin Eingriffe erleichtern, beispielsweise durch intraoperative Projektion von Zugangswegen oder Tumo-ren und Risikostrukturen auf den Patienten. Gründe, weshalb die Verwendung von Augmented Reality noch keinen Einzug in den Operationssaal gefunden hat, sind unter anderem eine erschwerte Tiefenwahrnehmung der virtuellen Objekte in der echten Szene und fehlende Möglichkeiten, um die Fülle der zusätzlich visualisierten Objekte zu kontrollieren. Diesen Hindernissen entgegenzutreten ist das Ziel dieser Arbeit. Weiterhin gehört eine echtzeitfähige Implementierung zu den Anforderungen dieser Arbeit, um die Visualisierung im Rahmen eines Projektes zu nutzen, welches Augmented Reality auf mobilen Geräten direkt am Patienten zeigt. Um diese Ziele zu erreichen, wurde zunächst eine Texturprojektion kombiniert mit einem selbstentwickelten Grafikkartenprogramm realisiert, um dem Betrachter die Orientierung innerhalb der Augmented Reality Szene zu erleichtern und die Berechnung der perspektivischen Projektion der Textur zugleich effizient zu halten. Um die Tiefenwahrnehmung in der Szene zu verbessern, wurde ein weiteres Grafikkartenprogramm entwickelt, welches in eine gegebene Oberfläche eine Öffnung zeichnet, durch welche der Betrachter in das Innere des Patienten blicken kann. Weiterhin wurde ein Konzept umgesetzt, mit dessen Hilfe die Anzahl an abgebildeten Objekten in der Augmented Reality Szene gesteuert werden kann. Dieses Konzept dient außerdem der Untergliederung von Objekten in verschiedene Familien, für die dann unterschiedliche Darstellungen umgesetzt werden können. Ergebnis ist sowohl eine sichtbar verbesserte Tiefenwahrnehmung als auch ein Konzept zur Kontrolle der Fülle an abgebildeten Informationen in einer echtzeitfähigen Implementierung.
Behandlungen von Tumoren zielen in erster Linie auf eine Verlängerung der Überlebenszeit des Patienten ab. Es ist für Ärzte eine Hilfe, wenn zu Beginn der Behandlung die voraussichtliche Überlebenszeit abgeschätzt werden kann. Dies geschieht aktuell oftmals mit Hilfe einer manuellen Einteilung in Risikoklassen. Für diese sind aus Erfahrungswerten typische Überlebenszeiten bekannt. In Zeiten der zunehmenden Digitalisierung ist es nur logisch den Versuch zu starten, die Klassifizierung automatisch vorzunehmen. In dieser explorativen Grundlagenarbeit werden zwei Data Mining–Verfahren — namentlich „naiver Bayes Klassifikator“ und „k–means Clustering“ — auf ihre Fähigkeit bezüglich der Überlebenszeitprognose hin untersucht. Dazu werden verschiedene Feature Selection Verfahren (Information Gain, Expertenselektion, Forward Selection, Backward Elimination und No Selection) getestet. Nach dem k–means Clustering können Kaplan–Meier–Kurven der einzelnen Cluster gezeichnet werden. Aus diesen kann eine Prognose der Überlebenszeit abgelesen werden. Der naive Bayes Klassifikator errechnet nach einer (äquifrequenten oder äquidistanten) Diskretisierung der Überlebenszeit für jeden Patienten individuell eine Überlebens–Wahrscheinlichkeits Verteilung. Das Training der Data Mining–Verfahren erfolgte auf der Basis von Datensätzen kolorektaler Tumorpatienten des Tumorregisters des Tumorzentrums Heilbronn–Franken.
1.1 Gegenstand und Motivation Jeder von uns, der schon mal im Krankenhaus war und ein paar Tage dort verbringen musste, weiß wie einseitig und monoton der Alltag in solchen sterilen Räumen aus-sieht. Und wie froh man ist den ersten Schritt aus dem Krankenhaus zu machen, sich wieder mit Freunden zu treffen und den Alltag zu genießen. Nun gibt es auch schwer erkrankte Menschen, die dem Krankenhaus Alltag nicht nach ein paar Tagen entgehen können. Sie sind oft monatelang, ja sogar jahrelang, ans Kran-kenhaus gebunden. Besonders für Kinder und Jugendliche ist diese Situation ein großes Problem. Oft wird man von einem auf den nächsten Augenblick aus dem Alltag und dem sozialen Umfeld herausgerissen. Selbst, der bis dato doch nervende Schulalltag, fängt einem an zu feh-len. An das Beisammen sein mit Freunden im Klassenzimmer, oder auf dem Schulhof, ist auf einmal nicht zu denken. Stattdessen ist man an ein Krankenhausbett gefesselt und ist von medizinischen Geräten umgeben. Die Stiftung „Große Hilfe für kleine Helden“ will durch das Projekt „virtuelles Klas-senzimmer“ den erkrankten Schülern den virtuellen Besuch des Schulunterrichts ermög-lichen und somit auch den Kontakt mit Mitschülern und die sozialen Bindungen in ers-ter Linie zu pflegen und zu erhalten. Als Fundament für diese Arbeit dient die Abschlussarbeit „Konzeption und Implemen-tierung eines virtuellen Klassenzimmers für schwer erkrankte Kinder und Jugendliche mit Hilfe eines Telepräsenzrobotors“ von Frau Konstantina Georgiadou [3], welche auch den aktuellen Stand des Projekts beschreibt. Eine Überarbeitung des Projekts ist notwendig, da die Multimediale Hardware (Sound / Kamera / Mikrofone) immer noch kabelgebunden ist und somit die nötige Bewegungsfreiheit für den Telepräsenzroboter im Klassenzimmer oder dem Schulhof fehlt. 1.2 Problemstellung und Zielsetzung Zwar hat das Projekt beachtliche Schritte nach vorn gemacht, dennoch gibt es noch zahlreiche Probleme die zu bewältigen sind. Im Rahmen der Abschlussarbeit von Frau Georgiadou wurde ein Roboter Kit namens TurtleBot2 angeschafft. Das Kit beinhaltet eine Kobuki Basis, sowie eine Microsoft Kinect und ein ROS- kompatibles Netbook. Die vorhandene Hardware erweist sich als problematisch, da sie einige Hürden und Hindernisse darstellt die in dieser Abschlussarbeit eliminiert werden sollen. Das Projekt hat also nach diesem Stand eine große Schwäche. Die externen Geräte sind alle kabelgebunden. So benötigen die Station des mobilen Mikrofons, sowie die Audio-box eine externe Stromversorgung. Auch die Kamera, welche über das Netzwerk mittels LAN-Kabel fungiert, schränkt die Mobilität des TurtleBot2 erheblich ein. Da diese von Router und Steckdose abhängt. Ein ähnliches Problem liegt auch bei den Lautsprechern vor, diese sind ebenfalls von einer externen Steckdose abhängig. Das Ziel dieser Arbeit ist es, in erster Linie die eingeschränkte Mobilität des Turtle-Bot2, welche durch die kabelgebunden Geräte verursacht wird, zu beseitigen. Es sollen neue Hardware und Verbesserungsvorschläge für die medialen Probleme gefunden wer-den, wobei die Qualität von Ton und Bild nicht leiden dürfen. Ebenfalls soll eine An-richtung bzw. Verbesserungsvorschlag für den Schüler gefunden werden, welches ihm das Halten des Laptops erspart. Insgesamt soll sich der TurtleBot2 frei im Raum bewe-gen können und dem Schüler im Krankenhaus somit eine verbesserte Integration in die Normalität bzw. den Alltag ermöglichen.
The aim of this master’s thesis is the design and implementation of a dedicated software system, for planning and implementation of occupational therapy intervention and research studies, in a driving simulator environment. In the first part, the concept based on user requirements is presented. It consists of architectural patterns and guidelines with the main focus on utility and application security. The result of this part is the design of a web application which supports integration in a clinical as well as a research environment. The second part presents the reference implementation of the previously introduced concept. It was developed under a case study in a research facility which hosts a driving simulator. A close cooperation and the influence the researcher’s experience led into a product which provides advanced usability for the target users. In conclusion, the thesis validated the concept indirectly under a testing phase of the reference implementation. It provides the base for a follow-up project to refine the software product and extend the concept to different fields of application.
Ambulant studies are dependent on the behavior and compliance of subjects in their home environment. Especially during interventions on the musculoskeletal system, monitoring physical activity is essential, even for research on nutritional, metabolic, or neuromuscular issues. To support an ambulant study at the German Aerospace Center (DLR), a pattern recognition system for human activity was developed. Everyday activi-ties of static (standing, sitting, lying) and dynamic nature (walking, ascending stairs, descending stairs, jogging) were under consideration. Two tri-axial accelerometers were attached to the hip and parallel to the tibia. Pattern characterizing features from the time domain (mean, standard deviation, absolute maximum) and the frequency domain (main frequencies, spectral entropy, autoregressive coefficients, signal magni-tude area) were extracted. Artificial neural networks (ANN) with a feedforward topology were trained with backpropagation as supervised learning algorithm. An evaluation of the resulting classifier was conducted with 14 subjects completing an activity protocol and a free chosen course of activities. An individual ANN was trained for each subject. Accuracies of 87,99 % and 71,23 % were approached in classifying the activity protocol and the free run, respectively. Reliabilities of 96,49 % and 76,77 % were measured. These performance parameters represent a working ambulant physical activity monitor-ing system.
Aside from hardware, a major component of a Brain Computer Interface is the software that provides the tools for translating raw acquired brain signals into commands to control an application or a device. There’s a range of software, some proprietary, like MATLAB and some free and open source (FOSS), accessible under the GNU General Public License (GNU GPL). OpenViBE is one such freely accessible software. This thesis carries out a functionality and usability test of the platform, looking at its portability, architecture and communication protocols. To investigate the feasibility of reproducing the P300 xDAWN speller BCI presented by OpenViBE, users focused on a character on a 6x6 alphanumeric grid which contained a sequence of random flashes of the rows and columns. Visual stimulus is presented to a user every time the character they are focusing on is highlighted in a row or column. A TMSi analog-to-digital converter was used together with a 32-channel active electrode cap (actiCAP) to record user’s Electroencephalogram (EEG) which was then used in an offline session to train the spatial filter algorithm, and the classifier to identify the P300 evoked potentials, elicited as a user’s reaction to an external stimulus. In an online session, the users tried to spell with the application using the power of their brain signal. Aspects of evoked potentials (EP), both auditory (AEP) and visual (VEP) are further investigated as a validation of results of the P300 speller.
In dieser Arbeit wurde am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg eine Anwendung für das Trainieren von Klassifikatoren, das Klassifizieren und für die Durchführung eines Leave-One-Out-Tests entwickelt. Auf der Grundlage von Methoden aus einem bereits existierenden Programm, das zum automatischen Erkennen von osteolytischen und osteoblastischen Läsionen bei Patienten mit einem multiplen Myelom genutzt wird, wurde eine Benutzeroberfläche implementiert, die das aufwendige und manuelle Anpassen an neue Fragestellungen erleichtern soll. Zusätzlich soll eine Visualisierung von Merkmalen dem Benutzer beim Trainieren eines Klassifikators die Auswahl verdeutlichen und vereinfachen. Damit die Anwendung auch für andere Klassifikationsaufgaben genutzt werden kann, wurde eine Erweiterungsmöglichkeit der grafischen Benutzeroberfläche auf Basis von XML integriert.
In dem transregionalen Sonderforschungsbereich SFB/TRR 77 untersuchen Heidelberger und Hannoveraner Wissenschaftler Entstehungsmechanismen und neue Therapieansätze des Leberzellkarzinoms, einer der tödlichsten Tumorerkrankungen unserer Zeit. Die IT-Plattform Pelican, die ein Teil des Gebiets Z2 ist, soll dem Forschungsverbund die softwaregestütze Analyse und die nachhaltige Bereitstellung von Leberkrebs-Forschungsdaten ermöglichen [Ganzinger et al. 2011]. Ein Teil von Pelican soll eine gemeinsame Informationsplattform anbieten, die die biomedizinischen Daten der verschiedenen medizinischen und biologischen Projekte integriert und den beteiligten Projektgruppen biostatistische Programme und projektübergreifende Auswertungen zur Verfügung stellt. Die Integration von Gewebe-, Molekül-, Genetik- und Klinikdaten in eine gemeinsame Plattform ermöglicht Datenerhaltung und umfassende Analysen. Die integrierte Analyse begegnet durch die Verknüpfung verschiedener Forschungsprojekte des SFB/TRR 77 den Herausforderungen der Multidisziplinarität klinischer Forschung und Genforschung. Mit dem Next-Generation DNA Sequencing ist durch Kostenreduzierung und immenser Zeiteinsparung die DNA Sequenzierung einem breiten Spektrum an Wissenschaftlern zugänglich geworden und hat Kompetenzen zur Sequenzierung von zentralen Stellen in die Hände vieler individueller Forscher gelegt [Shendure and Ji 2008, Ding et al. 2010, Wetterstrand 2011]. Die Kombination dieser hochentwickelten Technologien aus der Gentechnik und rechnerbasierten Werkzeugen erlaubt die Beantwortung biologischer Fragestellungen in erheblich umfangreicherer Art und Weise als dies bisher möglich gewesen ist [Shaer et al. 2013]. Die rasche Entwicklung des Next-Generation Sequencing beinhaltet auch das Konstruieren neuer Ansätze zur bioinformatischen Datenanalyse, ohne die kein Informationsgewinn, wie beispielsweise die Entdeckung von Genvariationen, möglich wäre. Das dabei neu gewonnene Wissen kann zu erheblichen Fortschritten in der Krebsforschung führen, beispielsweise wenn es um das Identifizieren der Genomveränderungen einer Tumorzelle geht [Ding et al. 2010]. Anstatt Sequenzierungen in kleinem Maßstab durchzuführen, können Forscher inzwischen Sequenzierungen in weit umfangreicherem Ausmaß realisieren, in denen Informationen von multiplen Genen und Genomen vermessen, dokumentiert und in Datenbanken gespeichert werden können. Die DNA Sequenzen werden nach der Sequenzierung in einer Kette aus vielen Prozessschritten – eine bioinformatische Pipeline – analysiert und verarbeitet. Zu den Einzelschritte, wie zum Beispiel Alignment oder die Entfernung von Duplikaten, gibt es oftmals viele Alternativen.
Ultraschallelastographie (USE) ist ein bildgebendes Verfahren, mit dem die Ausbreitung mechanischer Scherwellen, die durch externe Schwingungen in den menschlichen Körper eingekoppelt werden, mittels Ultraschall gemessen und dargestellt werden kann. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Scherwellen steht dabei in einem direkten qualitativen Zusammenhang zu den elastischen Eigenschaften des Gewebes. Als apparative Palpation wird die transiente USE daher in der medizinischen Diagnostik bereits eingesetzt, denn viele Krankheiten, wie z.B. die Leberfibrose, gehen mit einer Veränderung der elastischen Kenngrößen der betroffenen Gewebe einher. Das im Rahmen dieser Arbeit weiter entwickelte USE-Diagnosesystem unterscheidet sich von der transienten USE dadurch, dass die angewandten Scherwellen zeitharmonisch sind und aus mehreren überlagerten Frequenzkomponenten bestehen. Um die Auswertung zu objektivieren und die Performance zu steigern wurde die bisherige interaktive retrospektive Auswertungsmethode durch einen vollautomatischen Algorithmus ersetzt. Dazu war es notwendig, manuelle Aussortierung schlechter Messungen ebenfalls zu automatisieren. Auf dieser Basis wurde zusätzlich ein Echtzeitauswertungsalgorithmus entwickelt, um erstmals unmittelbar während einer Untersuchung Resultate der Leberelastizitätsmessungen auszugeben. Die neuen Algorithmen wurden mit Softwarephantom, Rinderleberproben und gegenüber der Magnetresonanz-Elastographie (MRE) als Referenzmethode validiert. Es hat sich gezeigt, dass die vollautomatisch ermittelten Elastizitätsergebnisse mit denen der MRE gut übereinstimmen und die Performance gegenüber der bisherigen Auswertung deutlich gesteigert wurde. Nachfolgend wurden diese Algorithmen erfolgreich in einer Pilotstudie an gesunden Freiwilligen eingesetzt.
Clinical diagnosis ideally relies on quantitative measures of disease. For a number of diseases, diagnostic guidelines require or at least recommend neuroimaging exams to support the clinical findings. As such, there is also an increasing interest to derive quantitative results from magnetic resonance imaging (MRI) examinations, i.e. images providing quantitative T1, T2, T2* tissue parameters. Quantitative MRI protocols, however, often require prohibitive long acquisition times (> 10 minutes), nor standards have been established to regulate and control MRI-based quantification. This work aims at exploring the technical feasibility to accelerate existing MRI acquisition schemes to enable a -3 minutes clinical imaging protocol of quantitative tissue parameters such as T2 and T2* and at identifying technical factors that are key elements to obtain accurate results. In the first part of this thesis, the signal model of an existing quantitative T2-mapping algorithm is expanded to explore the methodology for a broader use including the application to T2* and its use in the presence of imperfect imaging conditions and system related limitations of the acquisition process. The second part of this thesis is dedicated to optimize the iterative mapping algorithm for a robust clinical application including the integration on a clinical MR platform. This translation of technology is a major step to enable and validate such new methodology in a realistic clinical environment. The robustness and accuracy of the developed and implemented model is investigated by comparing with the "gold standard" information from fully sampled phantom and in-vivo MRI data.
Quantitative assessment of Positron Emission Tomography (PET) imaging can be used for diagnosis and staging of tumors and monitoring of response in cancer treatment. In clinical practice, PET analysis is based on normalized indices such as those based on the Standardized Uptake Value (SUV). Although largely evaluated, these indices are considered quite unstable mainly because of the simplicity of their experimental protocol. Development and validation of more sophisticated methods for the purposes of clinical research require a common open platform that can be used both for prototyping and sharing of the analysis methods, and for their evaluation by clinical users. This work was motivated by the lack of such platform for longitudinal quantitative PET analysis. By following a prototype driven software development approach, an open source tool for quantitative analysis of tumor changes based on multi-study PET image data has been implemented. As a platform for this work, 3D Slicer 4, a free open source software application for medical image computing has been chosen. For the analysis and quantification of PET data, the implemented software tool guides the user through a series of workflow steps. In addition to the implementation of a guided workflow, the software was made extensible by integration of interfaces for the enhancement of segmentation and PET quantification algorithms. By offering extensibility, the PET analysis software tool was transformed into a platform suitable for prototyping and development of PET-specific segmentation and quantification methods. The accuracy, efficiency and usability of the platform were evaluated in reproducibility and usability studies. The results achieved in these studies demonstrate that the implemented longitudinal PET analysis software tool fulfills all requirements for the basic quantification of tumors in PET imaging and at the same time provides an efficient and easy to use workflow. Furthermore, it can function as a platform for prototyping of PET-specific segmentation and quantification methods, which in the future can be incorporated in the workflow.
Der Zuwachs medizinischen Wissens ist gewaltig, man spricht von einer Verdopplung in unter 10 Jahren[01], dies macht die Analyse historischer Daten zwingend erforderlich. Um dieses Wissen zu beherrschen werden Datenbanken benötigt, in denen man Krankheits- und Therapieverläufe ablegen kann, um diese dann anschließend unter unterschiedlichsten Anforderungen zu analysieren. Im Falle der Krebstherapie gibt es hierfür sogenannte Krebsregister. Hier werden anonymisierte Daten der Patienten gespeichert, wie zum Beispiel der Verlauf der Krankheit und die Therapie. Ziel ist es, dass alle Krebsfälle in irgendeinem Krebsregister gehalten werden. Dies soll zu einer Verbesserung der medizinischen Leistung am Patienten, sowie der Sicherstellung, dass Patienten überall mit neuesten Therapietechniken und Leistungen versorgt werden, führen. Leider werden die Informationen in den Krebsregistern viel zu wenig genutzt, da viele Ärzte und Wissenschaftler oft nicht Ausreichend vertiefte Kenntnisse in Informationstechnologie und/oder Statistik haben. Diese Tatsache macht es für sie schwierig die riesigen Datenmengen, die vorhanden sind, richtig zu analysieren. Um dieses Problem zu beheben kann man nun in regelmäßigen Abständen einen Statistiker beauftragen, der solche Analysen durchführt. Oft haben Ärzte aber statistisch wenig anspruchsvolle Anfragen oder es fällt ihnen erst auf, nachdem der Statistiker wieder gegangen ist. Solange es also eine solche Schwierigkeit darstellt, die Daten richtig zu analysieren, sind die Krebsregister ein Datenfriedhof, deren riesiges Potential nicht ausgenutzt wird. Dieser Zustand ist sowohl für Patienten, als auch für die Ärzte, nicht zufriedenstellend und bedarf dringend einer Änderung. Die Ziele sind: 1. Eine Analyse einer Software zur statistischen Auswertung von Daten aus einem Krebsregister (OCDM-Software), sowohl im Bezug auf ihre Software-Architektur, als auch auf ihre Funktion. 2. Das Erstellen einer Anforderungsanalyse, welche die Erweiterungen beschreibt, die an der oben erwähnten OCDM-Software vorzunehmen sind. 3. Die Umsetzung dieser Anforderungsanalyse in die bestehende Anwendung. 4. Ein abschließender Systemtest der Anwendung, um einen reibungslosen Ablauf im Klinikalltag zu gewährleisten. Ziel der Erweiterung ist es, den Ärzten die Analyse der gesammelten Patientendaten zum Pankreaskarzinom zu vereinfachen und somit die medizinische Betreuung in der Klinik zu verbessern.
Viele schwerstkranke Patienten hegen den Wunsch die letzte Zeit ihres Lebens im häuslichen Umfeld, statt im Krankenhaus zu verbringen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine gute Kommunikation zwischen allen Beteiligten des Versorgungsprozesses, damit ambulante und stationäre Versorgung gut aufeinander abgestimmt werden können. Derzeit gibt es nur wenige strukturierte Untersuchungen, welche Informationsbedürfnisse die im Bereich der palliativen Versorgung beteiligten Akteure besitzen und ob und in wieweit diese mit mobilen Anwendungen unterstützt werden können. Die vorliegende Arbeit untersucht, welche Akteure hauptsächlich am Prozess der palliativen Versorgung sowohl im ambulanten als auch im stationären Umfeld beteiligt sind und welche Informationsbedürfnisse diese haben. Weiterhin werden bisher verwendete Werkzeuge, Apps und Anwendungssysteme darauf untersucht, inwiefern sie diesen Informationsbedarf erfüllen. Die Untersuchungen basieren auf einer systematischen Literaturrecherche sowie Hospitationen in drei verschiedenen palliativen Einrichtungen: einer spezialisierten ambulanten Palliativversorgungs Einheit in Buchen im Odenwald, einer Palliativ-Station in Heidelberg sowie einer Palliativ-Einrichtung in Santiago de Chile. Es hat sich herausgestellt, dass die stationären Einrichtungen bereits sehr gute Strukturen für Informationsaustausch und -bereitstellung etabliert haben, diese jedoch im ambulanten Bereich weniger wirksam sind. Gründe hierfür liegen in der größeren örtlichen Distanz und den damit verbundenen längeren Kommunikationswegen im ambulanten Bereich. Ebenso ist bedingt durch den zusätzlichen Fahrtaufwand bei gleicher Patientenzahl und Visitendauer nur eine geringere Anzahl an Visiten möglich. Bisher sind hier aber vor allem die informationsverarbeitenden Prozesse aufgrund der geringen Größe der Einrichtungen und der hohen Individualität der Behandlung wenig automatisiert und automatisierbar. Die für die Palliativversorgung existierenden Softwareprodukte sind hierfür zu umfangreich oder nicht ausreichend adaptierbar. Es hat sich gezeigt, dass der Bedarf an mobiler, technischer Unterstützung vor allem in der ambulanten Palliativversorgung in den Bereichen Dokumentation und Abrechnung, aber auch bei der Bildung und Weiterbildung von Fachpersonal, Patienten und Angehörigen derzeit nicht gedeckt werden kann.
Im Zuge einer immer weiter voranschreitenden Digitalisierung der medizinischen Dokumentation und der Abläufe in den Kliniken, aufbauend auf die Einführung der elektronischen Patientenakte (EPA), ist Hagen Hupperts vom Geschäftsbereich IT der Berliner Charité überzeugt, dass „der Klinische Arbeitsplatz der Zukunft … mobil“ ist. Damit ist vor allem die mobile Visite gemeint, deren Infrastruktur und Möglichkeiten immer weiter optimiert werden (sollen). Grundsätzlich sind „Visiten … ein wichtiges Element im Behandlungsprozess und gehören im Krankenhaus zur täglichen Routine. Ärzte und Pflegekräfte gehen gemeinsam von Bett zu Bett, um den gesundheitlichen Zustand und die gesundheitliche Entwicklung der einzelnen Patienten zu bewerten und die weitere Behandlung zu planen.“ [1] In einem Pilotprojekt der Berliner Charité wurde die Nutzbarkeit von Tablet-PCs in Zusammenarbeit mit der Siemens AG und SAP untersucht. Die Fachabteilung der Neurologie arbeitet momentan mit dem Krankenhausinformationssystem i.s.h. med und dem digitalen Archiv Soarian Health Archive, kurz SHA. Nachdem in einer ersten Phase 2010 die Neurologische Klinik mit WLAN ausgestattet und in Eigenregie eine mobile Visite mit Laptops aufgebaut wurde, sollte nun der nächste Schritt mit Tablets gegangen werden. Über die App „SAP Electronic Medical Record (EMR)“ kann sowohl auf das KIS und das SHA zugegriffen werden, als auch auf das Bildarchivierungssystem.
Leberpunktionen sind ein elementares Werkzeug zur Diagnosesicherung von Krebserkrankungen. Zentrale Erfolgsfaktoren sind neben dem Treffen der Zielregion die Vermeidung einer Verletzung von Risikostrukturen sowie eine geringe Eingriffsdauer. Es wurden bereits Navigationslösungen für Ultraschall vorgeschlagen, welche aber aufgrund ihrer Komplexität keine weite Verbreitung in der klinischen Praxis fanden. In dieser Masterarbeit wird auf Basis eines neuen, kompakten elektromagnetischen Feldgenerators ein Verfahren vorgestellt, welches das erste mal eine Ultraschallsonde und einen Feldgenerator zu einer einzigen mobilen Modalität verbindet. Mit dieser Modalität können gleichzeitig Patientenanatomie und Instrumente relativ zueinander erfasst und Ultraschallbilder aufgenommen werden. Um eine wart- und weiterentwickelbare Basis für weitere Eingriffe dieser Art zu schaffen, wurde eine Open-Source Umgebung für navigierte Ultraschallpunktionen in das Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK) integriert; In diesem Rahmen entstand das Ultraschallmodul MITK-US. In einer Phantomstudie wurde das Gesamtsystem evaluiert und erreichte eine Trefferquote von 92% bei einer mittleren Genauigkeit von 3.1mm (n=24). Diese Ergebnisse bestätigten, dass es sich bei der Methode um einen vielversprechenden Ansatz handelt.
Sudden cardiac arrest is a leading cause of death world wide, with about 100.000 to 150.000 cases each year in Germany alone [Weidringer and Sefrin, 2006]. This means that annually one out of 1000 citizens are affected [Bahr, 2007]. At standard conditions the human brain has a relative low ischemic1 tolerance. Therefore after 3 - 5 minutes without therapy, irreversible damage is to be expected. The rate of survival drops 7% - 10% each minute, without resuscitation [Bahr, 2007]. Since the arrival of the organized emergency medical service usually takes more than 5 minutes after the emergency call [Wahlen et al., 2003, Weisfeldt et al., 2010], the instant and adequate resuscitation by bystanders in this period is of vital importance. The advantage of basic life support2 (BLS) by laymen shows a fourfold higher rate of survival, once resuscitation has begun, until the arrival of the emergency medical service [Bahr, 2007].
Viele Kinder und Jugendliche in Deutschland leiden unter verschiedenen langwierigen Krankheiten. Die Folge sind oftmals lange Krankenhausaufenthalte. Dadurch werden die Patienten und Schüler aus der Klassengemeinschaft gerissen. Durch die modernen Techniken besteht die Möglichkeit, diese Isolation zu vermindern. Der Begriff „ELearning“ kann mit dieser Problemstellung verknüpft werden. R. Clark und R. Mayer definieren es wie folgt: „We define e-learning as instruction delivered on a digital device such as a computer or mobile device that is intended to support learning.“ [2] Dieser Ansatz zur Problemlösung wird in dieser Thesis verfolgt. Aufgabe ist es, ein bereits bestehendes Projekt zu verbessern. Die Diplomarbeit „Konzeption und prototypische Realisierung eines virtuellen Klassenzimmers für kranke Kinder und Jugendliche“ ist die Grundlage der vorliegenden Arbeit und auch des bestehenden Projektes. Es wurde dort auf Standardtechnik zurückgegriffen, die keine befriedigende Qualität der Übertragung bot. Da das Projekt weiterverfolgt und weiterentwickelt werden soll, muss sich die Qualität der Übertragung verbessern.
Mit zunehmender Anzahl von Smartphones1 und Tablets2 steigt heutzutage auch die Bedeutung mobiler Anwendungen ständig. Die „kleinen“ Anwendungen können immer mehr Aufgaben übernehmen und können durch den Einsatz auf mobilen Geräten sehr flexibel eingesetzt werden. Aus diesem Grund entstand das vom US-Militär geförderte internationale Projekt MoLE3 (Mobile Learning Environment). Die Hochschule Heilbronn ist durch ihr Forschungslabor „e-Learning in Medicine“ des CeLTech4 (Centre for e-Learning Technology) an diesem Projekt beteiligt. Das Ziel des MoLE Projekts ist es, die Telekommunikationsinfrastruktur und die mobilen Geräte wirksam einzusetzen, um Wissen und Ressourcen einfacher miteinander zu teilen. Dazu wurde die „Global MedAid App“ entwickelt, die sowohl auf iOS5 als auch auf Android6 Geräten läuft. Die plattformübergreifende Open-Source7 App ist erweiterbar und beinhaltet eine Schnittstelle zu Lernplattformen.
Cytoscape is an open source platform for complex network analysis and visualisation. The Pathway Interaction Database (PID) is a highly structured, curated collection of information about known biomolecular interactions and key cellular processes assembled into signalling pathways. Despite the obvious potential and advantageous usage of both tool (Cytoscape) and information source (PID), there has been no conclusive effort to merge and synergise them. This project aims to make use of the open source characteristics of Cytoscape and optimally visualise the biomolecular interactions found in the PID. This is made possible by the development of a plugin which imports a user-selected pathway file, converts it into a Cytoscape-readable file, and then visualises it. Finally, the user has options to further optimise the pathway by the use of a filter (Barcode – Affymetrix) that removes nodes from the network which are lowly expressed in the Affymetrix microarray data. The user then obtains visual results in a matter of seconds. Additionally, the process of subgraphing nodes through the shortest path method could be applied to the network. This can further assist the user in identifying the molecular pathways of the nodes of interest, a useful feature in network analysis.
Im Zeitalter der Informationsgesellschaft stellt das Internet eine zentrale Bedeutung für die Wissens- und Informationsbeschaung dar. Immer mehr Menschen informieren sich mit Hilfe des Internets über das Thema Gesundheit. Gerade im Gesundheitssektor ist es wichtig, aus der großen Masse an Informationen diejenigen Quellen herauszufinden, die inhaltlich korrekt, d.h. keine Fehlinformationen enthalten, und möglichst vollständig sind, da falsche Informationen für den Nutzer sogar gesundheitsschädliche Konsequenzen haben könnten. Als Laie medizinische Begriffe oder Zusammenhänge zwischen zwei oder mehreren Begriffen zu verstehen ist schwierig. Bei der Fülle an Informationen, die im Web angeboten werden ertrinkt der Nutzer sprichwörtlich an der Informationsflut. Die freie Online-Enzyklopädie Wikipedia scheint in diesem Kontext eine vielversprechende Quelle zur Informationsbeschaung zu sein. Der Gesundheitssektor der Wikipedia umfasst in der deutschen Sprache ca. 92.000 Artikel. In der englischen Sprache sind es ungefähr 350.000 Artikel. Im Rahmen einer Diplomarbeit an der Hochschule Heilbronn, wurde von B. Trinzcek ein Framework zur Darstellung der Wikipedia als Graph entwickelt. Durch die Verlinkungen in den Artikeln ist es möglich, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Artikeln und somit Begriffen zu visualisieren. Der durch das Framework erstellte Graph der Domäne Gesundheit wird als Gesundheitsgraph bezeichnet [27].
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Aufnahmesoftware sowie der Optimierung einer Aufnahmeapparatur zur Messung von Autofluoreszenzlebensdauern und Autofluoreszenzintensitäten im Bereich der Retina. Mithilfe eines blauen Lasers werden fluoreszierende Moleküle in der Retina, Fluorophore, zum Abstrahlen von Licht, der so genannten Fluoreszenz, angeregt. Die Abklingzeit der Fluoreszenzintensität bis zum Ende der Lichtemission eines Moleküls, wird als Fluoreszenzlebensdauer bezeichnet. Die Software ermöglicht es, durch den Einsatz eines speziellen Detektors und einer sehr genauen Stoppuhr diese Fluoreszenzlebensdauer im Pikosekundenbereich zu messen. Anhand der für jeden Stoff individuellen Fluoreszenzlebensdauer können die Moleküle exakt bestimmt werden. Mit einem Messgerät, welches die im Auge vorkommenden Substanzen und deren Verhältnis zueinander messen kann, lassen sich bei Abweichungen von der Norm Diagnosen erstellen und eine Behandlung einleiten. Soft- und Hardware sind in der Lage, die Augenbewegung während einer Messung auszugleichen, sodass selbst bei Messungen im Bereich von einigen Minuten verlässliche Messdaten generiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Fertigstellung eines für den Routineeinsatz geeigneten Prototyps.
Eine der zentralen Aufgaben der medizinischen Bildverarbeitung ist es, den Arzt durch neue oder verbesserte Methoden zur Diagnostik und Therapieplanung bei medizinischen Entscheidungs- und Behandlungsprozessen zu unterstützen. Für viele Fragestellungen in der Medizin sind Untersuchungen von Gefäÿsystemen oder anderen tubulären Strukturen erforderlich. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzipierung und der Realisierung eines generischen Datenmodells für tubuläre Strukturen. Für die Darstellung dieser Strukturen wurde eine neue Visualisierungsmethode implementiert. Zudem wurden allgemein verwendbare und benutzerfreundliche Interaktionskomponenten entwickelt, die die Exploration, die Modikation, die Attributierung sowie die Analyse der modellierten Systeme ermöglichen.
Für die fortwährende Optimierung von Behandlungsstrategien im Bereich der Strahlentherapie ist es notwendig, Behandlungspläne strukturiert miteinander zu vergleichen. Um die vielfältigen Datenmengen, die sich im Rahmen großer und übergreifender Forschungsprojekte, wie etwa dem ULICE-Projekt [18] ergeben, suffizient auswerten zu können, ist ein leichter Zugriff für alle Projektteilnehmer erstrebenswert. Dieser kann beispielsweise durch den Einsatz einer Telemedizinakte, wie sie z.B. von der Firma CHILI GmbH angeboten wird, erfolgen. Die Telemedizinakte muss unbedingt in der Lage sein, das Datenformat, in dem Therapiepläne abgespeichert werden (DICOM RT), zu verarbeiten. Daher wurde im ersten Schritt dieser Arbeit analysiert, welche Informationen im Rahmen eines DICOM RT Viewing Moduls im CHILI-PACS dargestellt werden können. Als zentrale Aufgabe wurde die Darstellung des Dosis-Volumen-Histogramms (DVH) ermittelt, für dessen Berechnung es Module für die Darstellung der segmentierten Strukturen (RT Structure Set) und die Dosisverteilung (RT Dose) geben muss. Außerdem soll es zu einem späteren Zeitpunkt leicht möglich sein, weitere Module für die Anzeige der übrigen DICOM RT Objekte zu integrieren. Nach der Spezifikation der geforderten Funktionalität wurde ein Konzept für deren Umsetzung erstellt und mit der Implementierung einer der Kernfunktionen begonnen. Durch diese Implementierung soll es anderen Programmierern erleichtert werden, das gewählte Konzept nachzuvollziehen und das DICOM RT Viewing Modul des CHILI-PACS entsprechend erweitern und anpassen zu können, bis letztendlich ein homogenes und vollständiges Gesamtsystem entsteht. Durch die Umsetzung eines Moduls zur Darstellung von RT Structure Sets ist es jetzt möglich, sich die segmentierten Strukturen eines DICOM RT Datensatzes im CHILIPACS anzeigen zu lassen. Es können gezielt einzelne Strukturen an- und abgewählt und deren Konturfarbe geändert werden. Die Darstellung der Konturen ist für die Axial-, die Coronal- und die Sagittalebene möglich. Eine Überprüfung der Funktionalität wurde mit den zur Verfügung stehenden DICOM RT Testdatensätzen durchgeführt.
Im Bereich der Krebsdiagnose und -therapie gewinnen neue minimalinvasive Verfahren zunehmend an Bedeutung. Beispiele hierfür sind Nadelpunktionen, bei denen zur Diagnose eine Gewebsprobe entnommen (Biopsie) oder durch Zerstörung des Gewebes im Bereich der Nadelspitze eine Krebserkrankung therapiert wird (Ablation). Eine zentrale Herausforderung hierbei ist die genaue Platzierung der Nadel. Am deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) wurde ein computergestütztes Navigationssystem für Nadelinsertionen entwickelt, das sich im in-vivo Versuch als höchst akkurat zeigte. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse kam das System bisher jedoch nicht am Patienten zum Einsatz. Dies ist unter anderem auf die schwierige Integration des Systems in den klinischen Workflow und die erhöhte Invasivität zurückzuführen. Vor diesem Hintergrund war das Ziel dieser Arbeit zum einen die Entwicklung einer flexiblen, erweiterbare Software für die navigierte Weichgewebepunktion, zum anderen die Weiterentwicklung des Navigationssystems durch die Einbindung eines neuen Feldgenerators für das elektromagnetische Trackingsystem NDI Aurora. Die Implementierung der Software erfolgte aufbauend auf der Bibliothek MITK und dem enthaltenen Modul MITK-IGT. Dabei wurde ein komponentenweiser Aufbau umgesetzt, welcher einen einfachen Austausch oder Erweiterungen der einzelnen Komponenten ermöglicht. Des Weiteren wurde der neue Feldgenerator bezüglich Genauigkeit und Präzision in der Einsatzumgebung evaluiert und es erfolgte ein Test des Navigationssystems unter klinischen Bedingungen. Abschließend kann festgestellt werden, dass durch die gezeigte Flexibilität und Erweiterbarkeit der entwickelten Software zahlreiche Möglichkeiten zur Weiterentwicklung offen stehen. Bezüglich des Feldgenerators zeigte sich das vielversprechende Potential dieses Geräts für die Weiterentwicklung medizinischer Navigationssysteme.
Im Zeitalter der Informationsgesellschaft stellt das Internet eine zentrale Bedeutung für die Wissens- und Informationsbeschaung dar. Immer mehr Menschen informieren sich mit Hilfe des Internets über das Thema Gesundheit. Gerade im Gesundheitssektor ist es wichtig, aus der großen Masse an Informationen diejenigen Quellen herauszufinden, die inhaltlich korrekt, d.h. keine Fehlinformationen enthalten, und möglichst vollständig sind, da falsche Informationen für den Nutzer sogar gesundheitsschädliche Konsequenzen haben könnten. Als Laie medizinische Begriffe oder Zusammenhänge zwischen zwei oder mehreren Begriffen zu verstehen ist schwierig. Bei der Fülle an Informationen, die im Web angeboten werden ertrinkt der Nutzer sprichwörtlich an der Informationsflut. Die freie Online-Enzyklopädie Wikipedia scheint in diesem Kontext eine vielversprechende Quelle zur Informationsbeschaung zu sein. Der Gesundheitssektor der Wikipedia umfasst in der deutschen Sprache ca. 92.000 Artikel. In der englischen Sprache sind es ungefähr 350.000 Artikel. Im Rahmen einer Diplomarbeit an der Hochschule Heilbronn, wurde von B. Trinzcek ein Framework zur Darstellung der Wikipedia als Graph entwickelt. Durch die Verlinkungen in den Artikeln ist es möglich, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Artikeln und somit Begriffen zu visualisieren. Der durch das Framework erstellte Graph der Domäne Gesundheit wird als Gesundheitsgraph bezeichnet [27].
Entwicklung einer performanten Volume Rendering Komponente für das Operationsplanungssystem MOPS 3D
(2012)
Computergestützte Planung von chirurgischen Eingrien gehört in der heutigen Zeit zum klinischen Alltag. Besonders in der Neurochirurgie ist ein hohes Maÿ an Präzision erforderlich, so dass es hilfreich ist, die räumlichen Gegebenheiten des individuellen Gehirns, die für die Operation von Bedeutung sind, schon im Voraus zu kennen. MOPS 3D ist ein Operationsplanungssystem, das imstande ist, verschiedene medizinische Bilddaten einzulesen und dem Chirurgen eine dreidimensionale Darstellung des Körperinneren zu präsentieren. Statt mit der herkömmlichen Oberflächendarstellung kann dieses seit Kurzem auch mit Hilfe von Volumenvisualisierung (Volume Rendering) dargestellt werden, da das Volume Rendering Framework Voreen prototypisch in MOPS 3D integriert wurde. In der nachfolgenden Arbeit wird diese prototypische Integration auf Schwachstellen im Verhalten und auf Verbesserungspotential von Performanz und Stabilität untersucht. Danach werden entsprechende Verbesserungen und funktionale Neuerungen konzipiert und in der Volume Rendering Komponente implementiert.
In IT-Abteilungen von Krankenhäusern und Universitätskliniken nimmt Kommunikation und Informationsaustausch zwischen Arbeitsgruppen immer mehr an Bedeutung zu. Einheitliche Informationsprozesse innerhalb einer ITAbteilung sind also notwendig, damit vor allem im Bereich des Projektmanagements Klarheit und Stabilität vorhanden ist. Schon in der Projektinitiierungsphase soll damit Fehlerbehebung und -vermeidung stattfinden. Denn die Haupthebelstelle für Projektqualität liegt im Projektentstehungsprozess. Vor diesem Hintergrund befasst sich diese Abschlussarbeit mit der Untersuchung der IT-Projektmanagementprozesse in Bezug auf die Möglichkeit zur EDV-Unterstützung.
Aktuell ist die Installation, sowie die Konfiguration von RANDI2, sehr umständlich. Parameter oder sogar ganze Konfigurationsdateien werden für die vorhandene Infrastruktur des Anwenders angepasst. Obwohl jede Installation mit Eingaben bezüglich der Institution, verantwortlichen Personen, Logos und vielen anderen Einstellungen parametriert wird, verfügt das System zurzeit über keinen Mechanismus, der den Benutzer bei der Konfiguration unterstützt. Dadurch kann die Installation und Konfiguration meistens nur von erfahrenen Anwendern durchgeführt werden. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, ein Modul zu entwickeln, welches den Administrator dabei unterstützt, das System bei der Installation von RANDI2 optimal einzurichten.
Das neurochirurgische Operationsplanungssystem MOPS 3D wurde am Institut für Medizinische Biometrie und Informatik der Universität Heidelberg entwickelt. Es unterstützt den Chirurgen mit einer Vielzahl von Methoden bei der Operationsplanung und der Durchführung. Dabei hat sich der Funktionsumfang von MOPS 3D im Laufe der Zeit stetig erweitert. Seit neuem gehört hierzu die Möglichkeit der Volumenvisualisierung, diese wurde mit dem Framework Voreen, welches auf OpenGL basiert, realisiert. Eine weiter Neuerung, die für diese Diplomarbeit von maßgeblicher Bedeutung ist, ist die Entwicklung des OpenCLStandards. Durch diesen wird es nicht nur möglich Anwendungen hochgradig parallel auf der Grafikkarte auszuführen, es ist des Weiteren möglich mit OpenCL direkt auf Darstellungen, die durch OpenGL generierten wurden, zu operieren. Hierdurch ergeben sich vielversprechende Perspektiven bei der Entwicklung neuer Werkzeuge für das Planungssystem MOPS 3D. So wird in der nachfolgenden Arbeit eine neue unabhängige Segmentierungskomponente für das Planungssystem MOPS 3D konzipiert und implementiert. Dabei wird auf die Interoperabilität zwischen OpenGL und OpenCL gesetzt, um ein konstantes visuelles Feedback über den Segmentierungsverlauf an den Anwender in Form von 3D-Volumendarstellungen zu gewährleisten.
Effiziente Berechnung von Kookkurrenzwerten unter Verwendung von öffentlichen Suchmaschinen-Indizes
(2012)
Im Kern der Bachelorarbeit steht die Berechnung der semantische Nähe zwischen zwei medizinischen Konzepten. Es ist das primäre Ziel, ein Verfahren zu implementieren, welches durch Verwendung von Suchmaschinen-Indizes Signifikanzwerte für die Konzeptrelationen von sogenannten Wiki-Graphen berechnet [Hei11]. Derartige Datenstrukturen finden in sogenannten Health Recommender Systemen (HRS) zur Berechnung von Empfehlungen Anwendung ([WP10], [Hei11]). Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Skalierbarkeit der zu entwickelnde Softwarekomponente. Da eine sehr hohe Anzahl an zu verarbeitenden Konzeptrelationen, d.h. Kanten im Wiki-Graphen, vorliegt und die Antwortzeit von öffentlichen Suchmaschinen-APIs limitiert ist, wurde eine verteilte Berechnung mit Hilfe eines Rechenclusters konzipiert.
Es ist bekannt, dass Sport wichtig für unser Wohlbefinden ist. Darüber hinaus ist körperliche Aktivität gesundheitsfördernd. Bei fast allen kardiovaskulären Erkrankungen wird ergänzend zur medikamentösen Behandlung ein Gehtraining verschrieben („Sport auf Rezept“). Bedauerlicherweise wird Sport in der heutigen Gesellschaft viel zu sehr vernachlässigt. Ein konsequentes Gehtraining ist speziell im Bereich der peripheren Durchblutungsstörungen ausschlaggebend. In Anbetracht dessen ist es erforderlich, dass die Durchführung des Trainings mittels geeigneter Software von Ärzten engmaschig überwacht werden kann. In diesem Zusammenhang wird in Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. med. Thomas Dengler, Direktor der medizinischen Klinik I im Klinikum am Plattenwald, ein Dokumentations- und Überwachungssystem für medizinisches Gehtraining bei Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit entwickelt.
Segmentation of the Cerebrospinal Fluid from MRI Images for the Treatment of Disc Herniations
(2010)
About 80 percent of people are affected at some point in their lives by lower back pain, which is one of the most common neurological diseases and reasons for long-term disability in the United States. The symptoms are primarily caused by overly heavy lifting and/or overstretching of the back, leading to a rupture and an outward bulge of an intervertebral disc, which puts pressure on and pinches the nerve fibers of the spine. The most common form is a lumbar disc herniation between the fourth and fifth lumbar vertebra and between the fifth lumbar vertebra and the sacrum. In recent years the diagnosis of lower back pain has improved, mainly due to enhanced imaging techniques and imaging quality, but the surgical therapy remains hazardous. Reasons for this include low visibility when accessing the lumbar area and the high risk of causing permanent damage when touching the nerve fibers. A new approach for increasing patient safety is the segmentation and visualization of the cerebrospinal fluid in the lower lumbar region of the vertebral column. For this purpose a new fully-automatic and a semi-automatic approach were developed for separating the cerebrospinal fluid from its surroundings on T2-weighted MRI scans of the lumbar vertebra. While the fully-automatic algorithm is realized by a model-based searching method and a volume-based segmentation, the semi-automatic algorithm requires a seed point and performs the segmentation on individual axial planes through a combination of a region-based segmentation algorithm and a thresholding filter. Both algorithms have been applied to four T2-weighted MRI datasets and are compared with a gold-standard segmentation. The segmentation overlap with the gold-standard was 78.7 percent for the fully-automatic algorithm and 93.1 percent for the semi-automatic algorithm. In the pathological region the fully-automatic algorithm obtained a similarity of 56.6 percent, compared to 87.8 percent for the semi-automatic algorithm.
Diese Arbeit entwirft und implementiert ein neues Modul, das den Arzt bei der Arztbriefschreibung am Ende des Behandlungsprozesses unterstützt. Das Modul Arztbriefgenerierung in ENTstatistics erlaubt es dem Arzt als Anwender, per Mausklick aus den strukturierten Daten Text zu generieren und diese in einem Arztbrief darzustellen. Dazu kann er Vorlagen mit flexiblem Inhalt definieren und in diese je nach Empfänger andere Informationen einfließen lassen. Sowohl Vorlage als auch Brief können in einem WYSIWYG-Editor bearbeitet werden. Der Arztbrief wird intern als HL7-CDA-Dokument hinterlegt, einem standardisierten XML-Format für Arztbriefe. Außerdem kann er in die Formate PDF und RTF transformiert werden, falls andere Programme den CDA-Standard noch nicht unterstützen.
Durch die immer härteren Anforderungen an Wirtschaftlichkeit und Qualität ihrer angebotenen Leistungen kommt es in der Medizin zur immer engeren Zusammenarbeit zwischen den Leistungserbringern. Das Universitätsklinikum Heidelberg und die IntercomponentWare AG haben daher ein gemeinsames Projekt ins Leben gerufen dessen Ziel die Entwicklung eines intersektoralen Informationssystems (ISIS) ist. ISIS soll den Austausch versorgungsrelevanter, medizinischer Daten ermöglichen. Patienten müssen der Teilnahme an ISIS und dem Austausch sowie der Verarbeitung ihrer Daten mit den einzelnen an ISIS teilnehmenden Einrichtungen aufgrund der rechtlichen Gegebenheiten in Deutschland explizit zustimmen. Das Management der Einwilligungserklärungen wurde bisher durch Produkte der Industrie nicht zufrieden stellend gelöst. Um das Einwilligungsmanagement befriedigend zu lösen wurde am Universitätsklinikum Heidelberg ein Konzept für ein zentrales Einwilligungsmanagement für ISIS entwickelt.
This thesis presents a photmetric stereo method based on the work of Schulze [35], who in turn extended the research of Schroeder et al. [33,34] In this approach, three different lightings are obtained by illuminating the object by three colored light sources (red, green and blue). A video of the subject is captured from the front, the back and the side. The single frames are then extracted from the viedo, which are used for the 3D reconstruction of the subject. The aim of this work was to improve the presented method of Schulze with real patient subjects by getting a better sphere calibration and changing some parameters in the patient processing. As the graphical interface was implemented for persons with a technical background, it has been changed to become also more convenient to use for non-technically oriented staff
Access, Handling and Visualization Tools for Multiple Data Types for Breast Cancer Decision Support
(2011)
Breast cancer is the most commonly diagnosed cancer among U.S women, besides skin cancer. More than 1 in 4 cancers among women are breast cancer. And though death rates have been decreasing since 1990, about 40,170 women in the U.S. were expected to die in 2009 from breast cancer. The progress of molecular profiling, in the last decade has revolutionized the understanding of cancer, but also introduced more complexity with new data such as gene expression, copy number variation, mutations and DNA methylation. These new data open up the possibility of differential diagnosis, much more precise prognosis as well as prediction of therapy response than any of the diagnostic tools that are available in the current practice. Additionally, epidemiological databases store clinically relevant information on hundreds of thousands of patients. However, with the abundance of all this information, clinicians will need new tools to access and visualize such data and use the information gained to treat new patients. The general problem will be to access, filter and analyze the data and then visualize them in a clinical context. This data ranges from clinico-pathological information, to molecular profiles from highthroughput genomic measurements and imaging data. Furthermore, data from patient populations is aggregated on epidemiological level and can be found under numerous clinical studies.
Anhand der Beschleunigungssignale des Oberkörpers, die mit einem mobilen Messsystem (Brustgurt) aufgezeichnet wurden, sind Erkennungsverfahren für Kniebeugen und Liegestützen entwickelt worden. Die 20 rekrutierten Probanden sind in 2 Kollektive aufgeteilt. Das erste Kollektiv besteht aus 5 und das zweite Kollektiv auf 15 Probanden. Beide Probandenkollektive führten ein Bewegungsprogramm durch, das aus 5 Kniebeugen und 5 Liegestützen besteht. Somit konnten die Erkennungsverfahren mit 100 aufgezeichneten Bewegungen je Bewegungsart auf ihre Erkennungsrate getestet werden.
Ultraschallbildgebung ist ein in der Medizin häufig verwendetes Verfahren zur Diagnostik und Verlaufskontrolle. Ultraschall bietet vor allem eine große Weichteilauflösung bei gleichzeitig niedrigen Kosten, erfordert aber vom Anwender ein großes Maß an Erfahrung. Aufgrund vieler Artefakte und Verzerrungen in Ultraschallbildern ist die Bildqualität der Bilder deutlich geringer, als die derer, die mittels Magnetresonanztomographie erstellt werden können. Deshalb arbeiten viele verschiedene Forschungsgruppen an der Verbesserung der Modalitäten und Datensätze im Zusammenhang mit Ultraschallbildgebung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines robotergestützten Ultraschalltomographen. Das Gerät ist in der Lage tomographische Bildserien von Phantomen und Weichgewebe zu erstellen, die anschließend dreidimensional visualisiert werden können.
Heutzutage ist es für Unternehmen immer wichtiger, dass man in kürzester Zeit die richtigen Informationen erhalten kann, um Entscheidungsprozesse optimal bilden zu können. Die Informationstechnologie lässt sich zurzeit in der Welt weit und breit nutzen. Sie kann nicht nur den Daten sammeln und austauschen, sondern auch kann die Informationen systematisch und rapid verarbeiten, verwalten, analysieren und interpretieren. Die wachsende Datenmenge und Komplexitat erfordert immer stärker Analyseinstrumente gewinnen an Bedeutung. In großen Unternehmen Umgebungen stoßen einfache Abfrage Werkzeuge für den Datenzugriff schnell an die Grenzen ihre Leistungsfähigkeit und der Performance-Gewinn wird auch zum zentralen Thema. Aus diesen Gründen wird das Unternehmen T-Mobile den Analysewerkzeuge, den sogenannten OLAP (Online Analytical Processing)-Tools, einsetzen, um die Daten in sogenannten mehrdimensionalen Tabellenstrukturen flexibel und schnell analysieren bzw. auswerten zu können. Ein weiterer Punkt warum das Analysieren der Call Daten interessant sein könnte ist das Überwachen von Fehlern. Durch diese Technologie kann die Lösungsqualität hinsichtlich der zu verarbeitenden Komplexität erhöht werden. Als Grundlage für die OLAP Anfragen wurde zunächst ein Data Warehouse aufgebaut, in dem die Daten aus dem Quellsystem integriert und strukturiert bereitgestellt werden. Des weiteren ist zu erstellen, in wie weit der Einsatz von Reporting-Tools und zusätzlicher OLAP-Werkzeuge, um die gewünschten Berichtsfunktionalitäten zu ermöglichen. Diese Funktionalitäten sollen Schließlich in geeigneter Weise umgesetzt und bereitgestellt werden. Dabei sind die Anforderungen der Mitarbeiter und damit der Benutzer des Systems und die Rahmenbedingungen der Firma T-Mobile, z.B. bezüglich Auswahl der Software, zu berücksichtigen.
Implementierung des "Bresenhams-Algorithmus" für die Benutzung in einem Rekonstruktionsalgorithmus
(2011)
In der Medizin nimmt die medizinische Bildgebung eine wichtige Rolle ein. Die Reaktionszeit chemischer Reaktionen im menschlichen Körper kann sehr kurz sein, so dass man diese Reaktionen nur schwer beobachten kann. Somit kann die Geschwindigkeit der bildgebender Verfahren in der Diagnostik eine ausschlaggebende Funktion haben. Des Weiteren sind bei der Bildgebung eingesetzte Strahlen potentiell gefährlich. Je länger die Aufnahme dauert, desto mehr Schaden kann angerichtet werden. Im Hinblick auf die Geschwindigkeit der bildgebenden Verfahren haben die unterschiedlichen Bildrekonstruktionsmethoden eine zentrale Bedeutung. Für die Benutzung in einem tomographischen Rekonstruktionsalgorithmus und somit für die Verbesserung der Geschwindigkeit und die Verringerung der eingesetzte Strahlen der Bildgebung, soll in dieser Arbeit der Bresenham-‐Algorithmus in Matlab implementiert werden. Mit Hilfe des Algorithmus werden alle Voxel eines Objektes ermittelt, die innerhalb des bestrahlten Bereichs liegen. Das Ergebnis des Algorithmus, sprich die Menge und die Koordinaten der bestrahlten Voxel, kann dann als Input für die Berechnung des relativen Volumenanteils oder für die Berechnung der Strahllänge im Voxel verwendet werden.
Medication reconciliation is defined by the American Society of Health- System Pharmacists (ASHP) and the American Pharmacists Association (AphA) as “the comprehensive evaluation of a patient’s medication regimen any time there is a change in therapy in an effort to avoid medication errors such as omissions, duplications, dosing errors or drug interactions, as well as to observe compliance and adherence patterns “. Medication reconciliation is very important to avoid medication errors but it is also a complex and time-consuming process. Medication histories, i.e. records of prescription, purchase, and refill sequences are considered to be a resource from which conclusions about medication reconciliation can be drawn. However, medication histories spread across diverse paper and electronic media may lack the required accuracy. By employing multiple electronic sources this thesis will evaluate if more accurate medication histories can be collected.
Die Langlebigkeit eines zementierten Implantats ist abhängig von einem starken Knochen-Zementinterface, sowie Implantat-Zementinterface, welches die Verbindung zwischen Knochenzement und Implantatmaterialien beschreibt. In einer Studie von Sebastian Jäger et al. [19], wurde die Verteilung des Zements in den Knochen untersucht, anhand von Schnittpräparaten, hergestellt aus zementierten Implantaten. Von den Schnittpräparaten wurden endoprothetische Schnittbilder erstellt, die für eine spätere Auswertung am PC dienen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein möglichst automatisches Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht Zement-, Knochen- und Prothesenstrukturen in den endoprothetischen Schichtbildern zu segmentieren. Diese Segmentierung gelingt jedoch nur durch eine Klassifikation der einzelnen Pixel.
In den letzten Jahrzehnten ist der demographische Wandel in Deutschland immer deutlicher geworden. Die Zahl der pflegebedürftigen Menschen nimmt immer weiter zu und damit auch der Bedarf an Pflegepersonal. Die Anzahl der Pflegekräfte in Deutschland ist derzeit jedoch nicht ausreichend. Aus diesem Grund haben die Pflegekräfte für jeden Bewohner der Pflegeeinrichtung nur einen sehr begrenzten Zeitrahmen zur Verfügung. Da der geistige und körperliche Zustand der Bewohner sehr unterschiedlich ist, muss für jeden Bewohner ein individueller Pflegeplan angeboten werden. Es ist natürlich nicht möglich, sich von jedem Bewohner diese Informationen bzw. Pflegemaßnahmen zu merken, daher ist Dokumentation in einer Pflegeeinrichtung ebenso wichtig, wie eine qualitativ hochwertige Pflege. Die eben erwähnte Dokumentation ist sehr zeitaufwendig, jedoch unabdingbar. Um den Zeitaufwand der Dokumentation zu verkürzen, ist die Verwendung von IT in den letzten Jahren immer wichtiger geworden. Es ist natürlich nur dann eine Zeitersparnis möglich, wenn die Benutzer der Software gut mit selbiger umgehen können und die Verwendung möglichst intuitiv ist.
Das deutsche Gesundheitswesen ist ein dichtes Netzwerk bestehend aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Akteuren im komplexen Zusammenspiel. Ständige Gesundheitsreformen aufgrund steigender Ausgaben im Gesundheitswesen sowie Fortschritte in der Medizin nehmen Einfluss auf die Informationsverarbeitung in diesem Netzwerk. Das hat zur Folge, dass immer mehr Anwendungssysteme zum Einsatz kommen, die hinsichtlich ihrer Zusammenarbeit besondere Herausforderungen stellen. Häufig können die komplexen Abläufe bei der Zusammenarbeit der Anwendungssysteme erst durch ein Modell, welches die Realität abstrahiert, verstanden werden. In diesem Zusammenhang wird das deutsche Gesundheitswesen durch ein virtuelles Gesundheitssystem modelliert, welches die Akteure des deutschen Gesundheitswesens nachbildet. Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wird die Population durch einen Generator abgebildet. Der Generator generiert anhand der Patientendaten der Population ereignisbasierte Nachrichtenprofile, die dem virtuellen Gesundheitssystem zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.
Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahre 1895 begründete Wilhelm Conrad Röntgen die medizinische Bildgebung. Diese ermöglichte erstmals, zu diagnostischen oder therapeutischen Zwecken einen Blick in das Innere des Menschen zu werfen, ohne dass sich dieser einer unter Umständen riskanten Operation unterziehen musste. Die Röntgentechnik gestattet allerdings nur die Projektion anatomischer Strukturen auf ein zweidimensionales Bild. Erst die Erweiterung der Bildgebung auf tomographische Verfahren, wie der Computer und Magnetresonanztomographie, erlaubte es, kontrastreiche, überlagerungsfreie 3D Schichtbilder zu erzeugen [13, S. 1]. Weitere Unterstützung hat die medizinische Bildgebung durch die Computertechnik erfahren, die eine digitale Nachbearbeitung der Bilder oder oft auch eine umfassende Bildanalyse ermöglicht. Im Zuge der technischen Weiterentwicklung kommen immer leistungsfähigere Computer zum Einsatz. Daher ist es nicht verwunderlich, dass medizinische Bilder heute hauptsächlich digital gespeichert, verschickt und bearbeitet werden. Auch entwickeln sich die bildgebenden Modalitäten weiter, was zu immer höher aufgelösten Bildern führt, in denen immer feinere Strukturen erkennbar sind. Simultan bedeutet das, dass für immer größere Datenmengen eine digitale Bearbeitung am Computer bewerkstelligt werden muss. Es ist deshalb ein zentrales Anliegen, effziente bildverarbeitende Algorithmen zu entwickeln.