119 research outputs found

    POSTER SESSIONS

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    [<sup>18</sup>F]fluorination of biorelevant arylboronic acid pinacol ester scaffolds synthesized by convergence techniques

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    Aim: The development of small molecules through convergent multicomponent reactions (MCR) has been boosted during the last decade due to the ability to synthesize, virtually without any side-products, numerous small drug-like molecules with several degrees of structural diversity.(1) The association of positron emission tomography (PET) labeling techniques in line with the “one-pot” development of biologically active compounds has the potential to become relevant not only for the evaluation and characterization of those MCR products through molecular imaging, but also to increase the library of radiotracers available. Therefore, since the [18F]fluorination of arylboronic acid pinacol ester derivatives tolerates electron-poor and electro-rich arenes and various functional groups,(2) the main goal of this research work was to achieve the 18F-radiolabeling of several different molecules synthesized through MCR. Materials and Methods: [18F]Fluorination of boronic acid pinacol esters was first extensively optimized using a benzaldehyde derivative in relation to the ideal amount of Cu(II) catalyst and precursor to be used, as well as the reaction solvent. Radiochemical conversion (RCC) yields were assessed by TLC-SG. The optimized radiolabeling conditions were subsequently applied to several structurally different MCR scaffolds comprising biologically relevant pharmacophores (e.g. β-lactam, morpholine, tetrazole, oxazole) that were synthesized to specifically contain a boronic acid pinacol ester group. Results: Radiolabeling with fluorine-18 was achieved with volumes (800 μl) and activities (≤ 2 GBq) compatible with most radiochemistry techniques and modules. In summary, an increase in the quantities of precursor or Cu(II) catalyst lead to higher conversion yields. An optimal amount of precursor (0.06 mmol) and Cu(OTf)2(py)4 (0.04 mmol) was defined for further reactions, with DMA being a preferential solvent over DMF. RCC yields from 15% to 76%, depending on the scaffold, were reproducibly achieved. Interestingly, it was noticed that the structure of the scaffolds, beyond the arylboronic acid, exerts some influence in the final RCC, with electron-withdrawing groups in the para position apparently enhancing the radiolabeling yield. Conclusion: The developed method with high RCC and reproducibility has the potential to be applied in line with MCR and also has a possibility to be incorporated in a later stage of this convergent “one-pot” synthesis strategy. Further studies are currently ongoing to apply this radiolabeling concept to fluorine-containing approved drugs whose boronic acid pinacol ester precursors can be synthesized through MCR (e.g. atorvastatin)

    PRELIMINARY FINDINGS OF A POTENZIATED PIEZOSURGERGICAL DEVICE AT THE RABBIT SKULL

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    The number of available ultrasonic osteotomes has remarkably increased. In vitro and in vivo studies have revealed differences between conventional osteotomes, such as rotating or sawing devices, and ultrasound-supported osteotomes (Piezosurgery®) regarding the micromorphology and roughness values of osteotomized bone surfaces. Objective: the present study compares the micro-morphologies and roughness values of osteotomized bone surfaces after the application of rotating and sawing devices, Piezosurgery Medical® and Piezosurgery Medical New Generation Powerful Handpiece. Methods: Fresh, standard-sized bony samples were taken from a rabbit skull using the following osteotomes: rotating and sawing devices, Piezosurgery Medical® and a Piezosurgery Medical New Generation Powerful Handpiece. The required duration of time for each osteotomy was recorded. Micromorphologies and roughness values to characterize the bone surfaces following the different osteotomy methods were described. The prepared surfaces were examined via light microscopy, environmental surface electron microscopy (ESEM), transmission electron microscopy (TEM), confocal laser scanning microscopy (CLSM) and atomic force microscopy. The selective cutting of mineralized tissues while preserving adjacent soft tissue (dura mater and nervous tissue) was studied. Bone necrosis of the osteotomy sites and the vitality of the osteocytes near the sectional plane were investigated, as well as the proportion of apoptosis or cell degeneration. Results and Conclusions: The potential positive effects on bone healing and reossification associated with different devices were evaluated and the comparative analysis among the different devices used was performed, in order to determine the best osteotomes to be employed during cranio-facial surgery

    Tracking the Temporal-Evolution of Supernova Bubbles in Numerical Simulations

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    The study of low-dimensional, noisy manifolds embedded in a higher dimensional space has been extremely useful in many applications, from the chemical analysis of multi-phase flows to simulations of galactic mergers. Building a probabilistic model of the manifolds has helped in describing their essential properties and how they vary in space. However, when the manifold is evolving through time, a joint spatio-temporal modelling is needed, in order to fully comprehend its nature. We propose a first-order Markovian process that propagates the spatial probabilistic model of a manifold at fixed time, to its adjacent temporal stages. The proposed methodology is demonstrated using a particle simulation of an interacting dwarf galaxy to describe the evolution of a cavity generated by a Supernov

    Interfaces for Modular Surgical Planning and Assistance Systems

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    Modern surgery of the 21st century relies in many aspects on computers or, in a wider sense, digital data processing. Department administration, OR scheduling, billing, and - with increasing pervasion - patient data management are performed with the aid of so called Surgical Information Systems (SIS) or, more general, Hospital Information Systems (HIS). Computer Assisted Surgery (CAS) summarizes techniques which assist a surgeon in the preparation and conduction of surgical interventions. Today still predominantly based on radiology images, these techniques include the preoperative determination of an optimal surgical strategy and intraoperative systems which aim at increasing the accuracy of surgical manipulations. CAS is a relatively young field of computer science. One of the unsolved "teething troubles" of CAS is the absence of technical standards for the interconnectivity of CAS system. Current CAS systems are usually "islands of information" with no connection to other devices within the operating room or hospital-wide information systems. Several workshop reports and individual publications point out that this situation leads to ergonomic, logistic, and economic limitations in hospital work. Perioperative processes are prolonged by the manual installation and configuration of an increasing amount of technical devices. Intraoperatively, a large amount of the surgeons'' attention is absorbed by the requirement to monitor and operate systems. The need for open infrastructures which enable the integration of CAS devices from different vendors in order to exchange information as well as commands among these devices through a network has been identified by numerous experts with backgrounds in medicine as well as engineering. This thesis contains two approaches to the integration of CAS systems: - For perioperative data exchange, the specification of new data structures as an amendment to the existing DICOM standard for radiology image management is presented. The extension of DICOM towards surgical application allows for the seamless integration of surgical planning and reporting systems into DICOM-based Picture Archiving and Communication Systems (PACS) as they are installed in most hospitals for the exchange and long-term archival of patient images and image-related patient data. - For the integration of intraoperatively used CAS devices, such as, e.g., navigation systems, video image sources, or biosensors, the concept of a surgical middleware is presented. A c++ class library, the TiCoLi, is presented which facilitates the configuration of ad-hoc networks among the modules of a distributed CAS system as well as the exchange of data streams, singular data objects, and commands between these modules. The TiCoLi is the first software library for a surgical field of application to implement all of these services. To demonstrate the suitability of the presented specifications and their implementation, two modular CAS applications are presented which utilize the proposed DICOM extensions for perioperative exchange of surgical planning data as well as the TiCoLi for establishing an intraoperative network of autonomous, yet not independent, CAS modules.Die moderne Hochleistungschirurgie des 21. Jahrhunderts ist auf vielerlei Weise abhängig von Computern oder, im weiteren Sinne, der digitalen Datenverarbeitung. Administrative Abläufe, wie die Erstellung von Nutzungsplänen für die verfügbaren technischen, räumlichen und personellen Ressourcen, die Rechnungsstellung und - in zunehmendem Maße - die Verwaltung und Archivierung von Patientendaten werden mit Hilfe von digitalen Informationssystemen rationell und effizient durchgeführt. Innerhalb der Krankenhausinformationssysteme (KIS, oder englisch HIS) stehen für die speziellen Bedürfnisse der einzelnen Fachabteilungen oft spezifische Informationssysteme zur Verfügung. Chirurgieinformationssysteme (CIS, oder englisch SIS) decken hierbei vor allen Dingen die Bereiche Operationsplanung sowie Materialwirtschaft für spezifisch chirurgische Verbrauchsmaterialien ab. Während die genannten HIS und SIS vornehmlich der Optimierung administrativer Aufgaben dienen, stehen die Systeme der Computerassistierten Chirugie (CAS) wesentlich direkter im Dienste der eigentlichen chirugischen Behandlungsplanung und Therapie. Die CAS verwendet Methoden der Robotik, digitalen Bild- und Signalverarbeitung, künstlichen Intelligenz, numerischen Simulation, um nur einige zu nennen, zur patientenspezifischen Behandlungsplanung und zur intraoperativen Unterstützung des OP-Teams, allen voran des Chirurgen. Vor allen Dingen Fortschritte in der räumlichen Verfolgung von Werkzeugen und Patienten ("Tracking"), die Verfügbarkeit dreidimensionaler radiologischer Aufnahmen (CT, MRT, ...) und der Einsatz verschiedener Robotersysteme haben in den vergangenen Jahrzehnten den Einzug des Computers in den Operationssaal - medienwirksam - ermöglicht. Weniger prominent, jedoch keinesfalls von untergeordnetem praktischen Nutzen, sind Beispiele zur automatisierten Überwachung klinischer Messwerte, wie etwa Blutdruck oder Sauerstoffsättigung. Im Gegensatz zu den meist hochgradig verteilten und gut miteinander verwobenen Informationssystemen für die Krankenhausadministration und Patientendatenverwaltung, sind die Systeme der CAS heutzutage meist wenig oder überhaupt nicht miteinander und mit Hintergrundsdatenspeichern vernetzt. Eine Reihe wissenschaftlicher Publikationen und interdisziplinärer Workshops hat sich in den vergangen ein bis zwei Jahrzehnten mit den Problemen des Alltagseinsatzes von CAS Systemen befasst. Mit steigender Intensität wurde hierbei auf den Mangel an infrastrukturiellen Grundlagen für die Vernetzung intraoperativ eingesetzter CAS Systeme miteinander und mit den perioperativ eingesetzten Planungs-, Dokumentations- und Archivierungssystemen hingewiesen. Die sich daraus ergebenden negativen Einflüsse auf die Effizienz perioperativer Abläufe - jedes Gerät muss manuell in Betrieb genommen und mit den spezifischen Daten des nächsten Patienten gefüttert werden - sowie die zunehmende Aufmerksamkeit, welche der Operateur und sein Team auf die Überwachung und dem Betrieb der einzelnen Geräte verwenden muss, werden als eine der "Kinderkrankheiten" dieser relativ jungen Technologie betrachtet und stehen einer Verbreitung über die Grenzen einer engagierten technophilen Nutzergruppe hinaus im Wege. Die vorliegende Arbeit zeigt zwei parallel von einander (jedoch, im Sinne der Schnittstellenkompatibilität, nicht gänzlich unabhängig voneinander) zu betreibende Ansätze zur Integration von CAS Systemen. - Für den perioperativen Datenaustausch wird die Spezifikation zusätzlicher Datenstrukturen zum Transfer chirurgischer Planungsdaten im Rahmen des in radiologischen Bildverarbeitungssystemen weit verbreiteten DICOM Standards vorgeschlagen und an zwei Beispielen vorgeführt. Die Erweiterung des DICOM Standards für den perioperativen Einsatz ermöglicht hierbei die nahtlose Integration chirurgischer Planungssysteme in existierende "Picture Archiving and Communication Systems" (PACS), welche in den meisten Fällen auf dem DICOM Standard basieren oder zumindest damit kompatibel sind. Dadurch ist einerseits der Tatsache Rechnung getragen, dass die patientenspezifische OP-Planung in hohem Masse auf radiologischen Bildern basiert und andererseits sicher gestellt, dass die Planungsergebnisse entsprechend der geltenden Bestimmungen langfristig archiviert und gegen unbefugten Zugriff geschützt sind - PACS Server liefern hier bereits wohlerprobte Lösungen. - Für die integration intraoperativer CAS Systeme, wie etwa Navigationssysteme, Videobildquellen oder Sensoren zur Überwachung der Vitalparameter, wird das Konzept einer "chirurgischen Middleware" vorgestellt. Unter dem Namen TiCoLi wurde eine c++ Klassenbibliothek entwickelt, auf deren Grundlage die Konfiguration von ad-hoc Netzwerken während der OP-Vorbereitung mittels plug-and-play Mechanismen erleichtert wird. Nach erfolgter Konfiguration ermöglicht die TiCoLi den Austausch kontinuierlicher Datenströme sowie einzelner Datenpakete und Kommandos zwischen den Modulen einer verteilten CAS Anwendung durch ein Ethernet-basiertes Netzwerk. Die TiCoLi ist die erste frei verfügbare Klassenbibliothek welche diese Funktionalitäten dediziert für einen Einsatz im chirurgischen Umfeld vereinigt. Zum Nachweis der Tauglichkeit der gezeigten Spezifikationen und deren Implementierungen, werden zwei modulare CAS Anwendungen präsentiert, welche die vorgeschlagenen DICOM Erweiterungen zum perioperativen Austausch von Planungsergebnissen sowie die TiCoLi zum intraoperativen Datenaustausch von Messdaten unter echzeitnahen Anforderungen verwenden
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    corecore