Prediction of spatial orientation and morphology of calcaneonavicular coalitions

BACKGROUND: Calcaneonavicular coalitions (CNC) have been reported to be associated with anatomical aberrations of either the calcaneus and/or navicular bones. These morphological abnormalities may complicate accurate surgical resection. Three-dimensional analysis of spatial orientation and morphological characteristics may help in preoperative planning of resection. MATERIALS AND METHODS: Sixteen feet with a diagnosis of CNC were evaluated by means of 3-D CT modeling. Three angles were defined that were expressed in relation to one reproducible landmark (lateral border of the calcaneus): the dorsoplantar inclination, anteroposterior inclination, and socket angle. The depth and width of the coalitions were measured and calculated to obtain the estimated contact surface. Three-dimensional reconstructions of the calcanei served to evaluate the presence, distortion or absence of the anterior calcaneal facet and presence of a navicular beak. The interrater correlations were assessed in order to obtain values for the accuracy of the measurement methods. Sixteen normal feet were used as controls for comparison of the socket angle; anatomy of the anterior calcaneal facet and navicular beak as well. RESULTS: The dorsoplantar inclination angle averaged 50 degrees (+/-17), the anteroposterior inclination angle 64 degrees (+/-15), and the pathologic socket angle 98 degrees (+/-11). The average contact area was 156 mm(2). Ninety-four percent of all patients in the CNC group revealed a plantar navicular beak. In 50% of those patients the anterior calcaneal facet was replaced by the navicular portion and in 44% the facet was totally missing. In contrast, the socket angle in the control group averaged 77 degrees (+/-18), which was found to be statistically different than the CNC group (p = 0.0004). Only 25% of the patients in the control group had a plantar navicular beak. High, statistically significant interrater correlations were found for all measured angles. CONCLUSION: Computer-aided CT analysis and reconstructions help to determine the spatial orientations of CNC in space and provide useful information in order to anticipate morphological abnormalities of the calcaneus and navicular.

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.

[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.

Rechnergestützte Analyse von mehrfach eingescherten Seiltrieben

Die Bestimmung der Anzahl der Biegewechsel von laufenden Drahtseilen ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Betriebsdaueranalyse von Seiltrieben. Auf Seilabschnitte, die während der Betriebszeit die meisten Biegewechsel erfahren, sollte bei einer Seilprüfung besonderes Augenmerk gelegt werden. Gerade bei mehrfacher Einscherung ist jedoch nicht immer von vorn herein ersichtlich, um welche Seilabschnitte es sich dabei handelt. Auf der Basis der Geometrie des mehrfach eingescherten Seiltriebs wird ein rechnergestütztes Analyseverfahren zur Ermittlung der Anzahl der Biegewechsel entlang des Drahtseils bei einem Arbeitsspiel vorgestellt.

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.