Accuracy of navigated surgery of the pelvis after surface matching with an a-mode ultrasound probe

Computer-aided surgery (CAS) allows for real-time intraoperative feedback resulting in increased accuracy, while reducing intraoperative radiation. CAS is especially useful for the treatment of certain pelvic ring fractures, which necessitate the precise placement of screws. Flouroscopy-based CAS modules have been developed for many orthopedic applications. The integration of the isocentric flouroscope even enables navigation using intraoperatively acquired three-dimensional (3D) data, though the scan volume and imaging quality are limited. Complicated and comprehensive pathologies in regions like the pelvis can necessitate a CT-based navigation system because of its larger field of view. To be accurate, the patient's anatomy must be registered and matched with the virtual object (CT data). The actual precision within the region of interest depends on the area of the bone where surface matching is performed. Conventional surface matching with a solid pointer requires extensive soft tissue dissection. This contradicts the primary purpose of CAS as a minimally invasive alternative to conventional surgical techniques. We therefore integrated an a-mode ultrasound pointer into the process of surface matching for pelvic surgery and compared it to the conventional method. Accuracy measurements were made in two pelvic models: a foam model submerged in water and one with attached porcine muscle tissue. Three different tissue depths were selected based on CT scans of 30 human pelves. The ultrasound pointer allowed for registration of virtually any point on the pelvis. This method of surface matching could be successfully integrated into CAS of the pelvis.

AGENT BASED, DISTRIBUTED CONTROL STRATEGIES AND OPTIMIZATION OF PLUG-IN ELECTRIC VEHICLES ON SMART/MICROGRID ARCHITECTURES

This thesis will present strategies for the use of plug-in electric vehicles on smart and microgrids. MATLAB is used as the design tool for all models and simulations. First, a scenario will be explored using the dispatchable loads of electric vehicles to stabilize a microgrid with a high penetration of renewable power generation. Grid components for a microgrid with 50% photovoltaic solar production will be sized through an optimization routine to maintain storage system, load, and vehicle states over a 24-hour period. The findings of this portion are that the dispatchable loads can be used to guard against unpredictable losses in renewable generation output. Second, the use of distributed control strategies for the charging of electric vehicles utilizing an agent-based approach on a smart grid will be studied. The vehicles are regarded as additional loads to a primary forecasted load and use information transfer with the grid to make their charging decisions. Three lightweight control strategies and their effects on the power grid will be presented. The findings are that the charging behavior and peak loads on the grid can be reduced through the use of distributed control strategies.

[Navigation and robotics of the lateral skull base]

Computer-aided microscopic surgery of the lateral skull base is a rare intervention in daily practice. It is often a delicate and difficult minimally invasive intervention, since orientation between the petrous bone and the petrous bone apex is often challenging. In the case of aural atresia or tumors the normal anatomical landmarks are often absent, making orientation more difficult. Navigation support, together with imaging techniques such as CT, MR and angiography, enable the surgeon in such cases to perform the operation more accurately and, in some cases, also in a shorter time. However, there are no internationally standardised indications for navigated surgery on the lateral skull base. Miniaturised robotic systems are still in the initial validation phase.

Novel autoantigens immunogenic in COPD patients

Background Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a respiratory inflammatory condition with autoimmune features including IgG autoantibodies. In this study we analyze the complexity of the autoantibody response and reveal the nature of the antigens that are recognized by autoantibodies in COPD patients. Methods An array of 1827 gridded immunogenic peptide clones was established and screened with 17 sera of COPD patients and 60 healthy controls. Protein arrays were evaluated both by visual inspection and a recently developed computer aided image analysis technique. By this computer aided image analysis technique we computed the intensity values for each peptide clone and each serum and calculated the area under the receiver operator characteristics curve (AUC) for each clone and the separation COPD sera versus control sera. Results By visual evaluation we detected 381 peptide clones that reacted with autoantibodies of COPD patients including 17 clones that reacted with more than 60% of the COPD sera and seven clones that reacted with more than 90% of the COPD sera. The comparison of COPD sera and controls by the automated image analysis system identified 212 peptide clones with informative AUC values. By in silico sequence analysis we found an enrichment of sequence motives previously associated with immunogenicity. Conclusion The identification of a rather complex humoral immune response in COPD patients supports the idea of COPD as a disease with strong autoimmune features. The identification of novel immunogenic antigens is a first step towards a better understanding of the autoimmune component of COPD.

Differential diagnosis of CT focal liver lesions using texture features, feature selection and ensemble driven classifiers

The aim of the present study is to define an optimally performing computer-aided diagnosis (CAD) architecture for the classification of liver tissue from non-enhanced computed tomography (CT) images into normal liver (C1), hepatic cyst (C2), hemangioma (C3), and hepatocellular carcinoma (C4). To this end, various CAD architectures, based on texture features and ensembles of classifiers (ECs), are comparatively assessed.

Smart Foundry - Informationstechnische Unterstützung der Planung, Konstruktion und Fertigung von Formen für den Metallguss

Die Europäische Gießereiindustrie besteht zu einem großen Teil aus Klein- und Mittelständischen Unternehmen, die in Summe einen bedeutenden Anteil der produzierenden Industrie Europas bilden. Traditionell sind diese Unternehmen lediglich in einem geringen Umfang an Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beteiligt, was vielerorts den Einsatz veralteter Technologie und der damit verbundenen Prozesse zur Folge hat.

Projektbericht: VITA

In traditionellen Übungsarrangements (z.B. handkorrigierte Hausaufgaben oder vorlesungsbegleitende Übungsgruppen) erhalten Studierende ihre Ergebnisse mit Zeitverzögerung, während der Kurs inzwischen fortschreitet. Dadurch besteht die Gefahr, dass Defizite nicht wahrgenommen oder nicht korrigiert werden. Traditionelle Übungsarrangements erfordern bei sinnvollem Einsatz (v. a. kleine Übungsgruppe) eine Personalkapazität, wie sie insbesondere an Fachhochschulen nicht existiert. Ein zweites Problem, das zum Teil infolge des mangelnden Übens auftritt, besteht darin, dass viele Studierende Lehrveranstaltungen nicht nachbereiten. Viele Studierende versuchen stattdessen, sich den Vorlesungsstoff in einem kurzen Zeitraum vor der Prüfung anzueignen, was, wenn es überhaupt gelingt, nicht zu einer nachhaltigen Verankerung der Inhalte führt. In der Folge fehlen in den Nachfolgeveranstaltungen die Grundlagen, die in den vorausgegangenen Veranstaltungen hätten gelegt werden sollen.

Ansätze zur Verbesserung von Qualität und Wirtschaftlichkeit bei generativen Verfahren durch Optimierung des Pre-Processes

Mittels generativer Fertigung ist es heute möglich die, Entwicklungszeit und Ferti-gungsdauer von Prototypen, Produkten und Werkzeugen zu verkürzen. Neben dieser Zeitersparnis sind die im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren unwe-sentlichen Geometriebeschränkungen für den Anwender von besonderem Interesse. Dieses Alleinstellungsmerkmal der generativen Fertigung macht es möglich auch komplexe Geometrie wirtschaftlich herzustellen. Voraussetzung für eine wirtschaftli-che und fehlerminimierte Fertigung ist hierbei eine möglichst optimale Prozessvorbe-reitung (Pre-Processing). Dabei sind insbesondere die Schritte der Bauteilorientie-rung, der Stützkonstruktionserzeugung, der Schichtzerlegung sowie der Bauraum-ausnutzung von Interesse. Auch wenn diese Punkte wesentlich zur Qualität und Wirtschaftlichkeit beitragen, sind die Erkenntnisse für den unerfahrenen Anwender nur unzureichend dokumentiert, wodurch eine möglichst effiziente Fertigung zu-nächst ausgeschlossen werden kann. Anhand unterschiedlicher Beispiele sollen dem Anwender hier die Möglichkeiten zur Optimierung dieser Pre-Processing Schritte er-läutert werden. In diesem Rahmen werden die aktuellen Forschungsergebnisse des Lehrstuhls Rechnereinsatz in der Konstruktion, Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen in Bezug auf die Optimierung der Bauteilorientierung, der variablen Schichtzerlegung und der Optimierung der Bauraumausnutzung vorgestellt.

Agentenbasiertes Planungsmodell für die Grobplanung von Kommissioniersystemen

Rechnergestützte Modellansätze, die Logistiksysteme gestalten und generieren, sind eine hochkomplexe Aufgabenstellung. Die bisher in der Praxis existierenden Planungs- und Steuerungsmodelle für Intralogistiksysteme weisen für die aktuellen und zukünftigen Anforderungen wie der Komplexitätsbewältigung, Reaktionsschnelligkeit und Anpassungsfähigkeit Schwachstellen auf. – Ein innovativer Ansatz, diesen Ansprüchen gerecht zu werden, stellen Multiagentensysteme dar. Mit ihrem dezentralen und modularen Charakter sind sie für ein komplexes Problem mit einem geringen Grad an Strukturiertheit geeignet. Außerdem ermöglichen diese computergestützten intelligenten Systeme den Anwendern eine einfache und aufwandsarme Handhabung.

E-Portfolios als Instrument zur Professionalisierung in der Lehrer- und Lehrerinnenausbildung

E-Portfolios haben in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit in der aktuellen pädagogischen Fachdiskussion erfahren und können als einer der wesentlichen Trends bezeichnet werden. Mit der Bologna-konformen Überarbeitung der Lehrpläne an Hochschulen und Universitäten und der Ausrichtung de Studien an Kompetenzen (Outcome- statt Input-Orientierung) bzw. Lernerzentrierung haben immer mehr E-Portfolios den Eingang in die Curricula verschiendenster Aus- und Weiterbildungsstudien gefunden. Dieses Buch beschreibt die Arbeit mit E-Portfolios in der schulpraktischen Hochschulausbildung von Lehrerinnen und Lehrern mit dem Ziel, motivationale und technologische Faktoren der Nutzung von E-Portfolios durch Studierende zu bewerten und E-Portfolios sowohl als Werkzeug als auch als Methode in der Pädagogen- und Pädagoginnenbildung weiterzuentwickeln.

Fully Automatic Segmentation of AP Pelvis X-rays via Random Forest Regression and Hierarchical Sparse Shape Composition

Knowledge of landmarks and contours in anteroposterior (AP) pelvis X-rays is invaluable for computer aided diagnosis, hip surgery planning and image-guided interventions. This paper presents a fully automatic and robust approach for landmarking and segmentation of both pelvis and femur in a conventional AP X-ray. Our approach is based on random forest regression and hierarchical sparse shape composition. Experiments conducted on 436 clinical AP pelvis x-rays show that our approach achieves an average point-to-curve error around 1.3 mm for femur and 2.2 mm for pelvis, both with success rates around 98%. Compared to existing methods, our approach exhibits better performance in both the robustness and the accuracy.

Do mature pulmonary lobes grow after transplantation into an immature recipient?

BACKGROUND The use of reduced-size adult lung transplants could help solve the profound pediatric donor lung shortage. However, adequate long-term function of the mature grafts requires growth in proportion to the recipient's development. METHODS Mature left lower lobes from adult mini-pigs (age: 7 months; mean body weight: 30 kg) were transplanted into 14-week-old piglets (mean body weight: 15 kg). By the end of the 14-week holding period, lungs of the recipients (n = 4) were harvested. After volumetric measurements, the lung morphology was studied using light microscopy, scanning, and transmission electron microscopy. Changes of alveolar airspace volume were determined using a computer aided image analysis system. Comparisons were made to age- and weight-matched controls. RESULTS Volumetric studies showed no significant differences (p = 0.49) between the specific volume (mL/kg body weight) of lobar grafts and left lower lobes of adult controls. Morphologic studies showed marked structural differences between the grafts and the right native lungs of the recipients, with increased average alveolar diameter of the grafts. On light microscopy and scanning electron microscopy, alveoli appeared dilated and rounded compared to the normal polygonal shape in the controls. The computer generated semi-quantitative data of relative alveolar airspace volume tended to be higher in transplanted lobes. CONCLUSIONS The mature pulmonary lobar grafts have filled the growing left hemithorax of the developing recipient. Emphysema-like alterations of the grafts were observed without evidence of alveolar growth in the mature lobar transplants. Thus, it can be questioned whether mature pulmonary grafts can guarantee sufficient long-term gas exchange in growing recipients.