Erkenntnisse aus einer integrierten rechnergestützten Operationsdokumentation

Im Operativen Zentrum II des Universitätsklinikums Essen wurde 1991 ein rechnergestütztes Kommunikations- und Dokumentationssystem eingeführt. Bis zu seiner Ablösung im Januar 2002 erfolgte mit diesem in der Klinik für Allgemein- und Transplantationschirurgie eine standardisierte Dokumentation von 34642 Operationen bzw. 39284 Eingriffen. Die Daten zeigen eine Zunahme des mittleren Alters der operierten Patienten von 44,6 Jahren (Median 50 Jahre) in 1991 auf 48,5 Jahren (Median 53 Jahre) in 2001. Bundesweite Angaben zeigen einen ähnlichen Trend, jedoch ist hier der Anteil chirurgischen Patienten mit einem Lebensalter von mehr als 65 Jahren noch höher. Die Geschlechtsverteilung weist durchgehend einen männlichen Überhang auf; bundesweit überwiegt das weibliche Geschlecht mit einer 3:2-Verteilung. Das Einzugsgebiet der Klinik erstreckt sich hauptsächlich auf das westliche Ruhrgebiet, nennenswerte Zahlen finden sich noch zwischen Neckar und Nordseeküste. Die mittlere Liegedauer hat sich von 1990 bis 2001 von 27,1 Pflegetagen (Median 17 Tage) auf 16,5 Pflegetage (Median 12 Tage) verringert. Dieser Rückgang resultiert überwiegend aus einer Reduktion der Pflegetage bei Langliegern. Die bundesweiten Daten zeigen einen prozentual deutlich geringeren Rückgang, liegen jedoch auf niedrigerem Niveau. Die Operationszahlen steigen von 1991 bis 1999 kontinuierlich an. Im Jahr 2000 findet sich ein Rückgang mit nachfolgendem Anstieg in 2001. Im Jahresverlauf zeigen sich typische saisonale Schwankungen. Die Operationsdauer ist rechtsschief verteilt mit einem Maximum bei 30 Minuten Schnitt-Naht-Zeit. Die inhaltliche Analyse der Operationen zeigt einen sehr hohen Anteil von "Service"-Eingriffen (Port- und Shuntanlagen), aber auch relevante Zahlen aller chirurgischen Standarddiagnosen und -eingriffe. Daneben findet sich eine hohe Zahl spezieller Eingriffe und Diagnosen. Hierzu gehören die Transplantationen von Nieren, Lebern und Pankreata, Eingriffe bei Sarkomen, die große Malignom- und Metastasenchirurgie, Zweihöhleneingriffe sowie die Chirurgie der Nebenschilddrüse. Detaillierte Untersuchungen zu einzelnen, exemplarisch ausgewählten Bereichen zeigen in der Schilddrüsen- und Nebenschilddrüsenchirurgie ein Überwiegen ausgedehnter Resektionen entsprechend einem höheren Anteil malignitätsbedingter Eingriffe. Bei Betrachtung der Transplantationen ist festzustellen, dass zunehmend Lebendspenden für Nieren und Lebern durchgeführt werden. Die Anzahl der Lebertransplantationen in Essen steigt stetig. Es konnte mit der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass sich das Diagnose- und Maßnahmenspektrum, die Patientenstruktur und die Liegedauer der Patienten der Essener Universitätsklinik für Allgemein- und Transplantationschirurgie deutlich vom Bundesdurchschnitt abhebt

Packing Plane Spanning Trees and Paths in Complete Geometric Graphs

We consider the following question: How many edge-disjoint plane spanning trees are contained in a complete geometric graph $GK_n$ on any set $S$ of $n$ points in general position in the plane? We show that this number is in $\Omega(\sqrt{n})$. Further, we consider variants of this problem by bounding the diameter and the degree of the trees (in particular considering spanning paths).Comment: This work was presented at the 26th Canadian Conference on Computational Geometry (CCCG 2014), Halifax, Nova Scotia, Canada, 2014. The journal version appeared in Information Processing Letters, 124 (2017), 35--4

Analyseverfahren der Resting-State-fMRT-Bildgebung zur funktionellen Konnektivität am Beispiel der Friedreich-Ataxie

Das menschliche Gehirn zeigt im Zustand ruhender Wachheit (Resting-State) kohärente Muster neuronaler Aktivität, die sich als niederfrequente Signalschwankungen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) nachweisen lassen. Funktionelle Konnektivität (FC) beschreibt die Synchronität dieser Signalschwankungen in umschriebenen Hirnregionen, die dann als Ruhenetzwerke (RSNs) bezeichnet werden. Die Untersuchung dieser Netzwerke ist insbesondere im Kontext von ZNS-Erkrankungen interessant. Für die hier durchgeführte Studie konnten fMRT-Daten von 17 gesunden Probanden und 17 Patienten mit Friedreich-Ataxie erhoben werden. Bei dieser neurodegenerative Erkrankung handelt es sich um die häufigste Form einer erblichen Ataxie. Der klinische Zustand der Patienten wurde mit dem SARA-Score und PATA-Test bewertet. Für die Analyse der Resting-State-Aufnahmen wurde ein explorativer Ansatz mit der unabhängigen Komponentenanalyse (ICA) gewählt. Nach einer Vorverarbeitung zur Reduktion von Störeinflüssen wurden die fMRT-Daten in 75 unabhängigen Komponenten (ICs) zerlegt. Die Auswahl der RSNs repräsentierenden ICs erfolgte in einem mehrstufigen Prozedere, das sowohl räumliche Eigenschaften als auch Frequenz-Charakteristiken berücksichtigt. Neben dem direkten Vergleich der FC innerhalb der RSNs bei den Patienten und gesunden Probanden wurde auch die Korrelation der FC mit den klinischen Parametern (SARA- und PATA-Wert) untersucht. Es konnten alle bekannten Ruhenetzwerke (Basalganglien-, auditorisches, sensomotorisches, visuelles, Default-Mode-, Aufmerksamkeits- und frontales Netzwerk) identifiziert werden – sowie ein Sprachnetzwerk. Im Vergleich der Patienten mit den gesunden Probanden konnte eine verminderte FC der Patienten im rechten frontoinsulären Kortex (rFIC) des Salienznetzwerks (Teil des Aufmerksamkeitsnetzwerks) festgestellt werden. Eine positive Korrelation der FC mit dem PATA-Wert zeigte sich im anterioren zingulären Kortex und im Gyrus frontalis medius des Salienznetzwerks. Negative Korrelationen der FC mit dem SARA-Score fanden sich in mehreren RSNs, die die Basalganglien und Teile des auditorischen, sensomotorischen und visuellen Kortex mit einschließen. In einem Teil des Sprachnetzwerks im linken Gyrus temporalis superior, einer zuvor als „Area Spt“ bezeichneten Region, korrelierte die FC positiv mit dem SARA-Score. Die gefundenen Unterschiede in der FC und ihre Korrelationen mit dem klinischen Schweregrad lassen sich im Rahmen bestehender Kenntnisse über die betroffenen, funktionellen Hirnregionen interpretieren. So könnte bspw. die verminderte FC der Patienten im rFIC ein Hinweis auf eine gestörte Vermittlung im Informationsfluss zwischen Default-Mode- und zentralem Exekutivnetzwerk sein und sich somit auch auf die motorischen Handlungen der Patienten auswirken. Diese Arbeit demonstriert die weitreichenden Möglichkeiten einer hypothesenfreien Untersuchung des Gehirns im Ruhezustand

Aspergillus fumigatus challenged by human dendritic cells: metabolic and regulatory pathway responses testify a tight battle

Dendritic cells (DCs) are antigen presenting cells which serve as a passage between the innate and the acquired immunity. Aspergillosis is a major lethal condition in immunocompromised patients caused by the adaptable saprophytic fungus Aspergillus fumigatus. The healthy human immune system is capable to ward off A. fumigatus infections however immune-deficient patients are highly vulnerable to invasive aspergillosis. A. fumigatus can persist during infection due to its ability to survive the immune response of human DCs. Therefore, the study of the metabolism specific to the context of infection may allow us to gain insight into the adaptation strategies of both the pathogen and the immune cells. We established a metabolic model of A. fumigatus central metabolism during infection of DCs and calculated the metabolic pathway (elementary modes; EMs). Transcriptome data were used to identify pathways activated when A. fumigatus is challenged with DCs. In particular, amino acid metabolic pathways, alternative carbon metabolic pathways and stress regulating enzymes were found to be active. Metabolic flux modeling identified further active enzymes such as alcohol dehydrogenase, inositol oxygenase and GTP cyclohydrolase participating in different stress responses in A. fumigatus. These were further validated by qRT-PCR from RNA extracted under these different conditions. For DCs, we outlined the activation of metabolic pathways in response to the confrontation with A. fumigatus. We found the fatty acid metabolism plays a crucial role, along with other metabolic changes. The gene expression data and their analysis illuminate additional regulatory pathways activated in the DCs apart from interleukin regulation. In particular, Toll-like receptor signaling, NOD-like receptor signaling and RIG-I-like receptor signaling were active pathways. Moreover, we identified subnetworks and several novel key regulators such as UBC, EGFR, and CUL3 of DCs to be activated in response to A. fumigatus. In conclusion, we analyze the metabolic and regulatory responses of A. fumigatus and DCs when confronted with each other

Autologous bone graft versus demineralized bone matrix in internal fixation of ununited long bones

Background Non-unions are severe complications in orthopaedic trauma care and occur in 10% of all fractures. The golden standard for the treatment of ununited fractures includes open reduction and internal fixation (ORIF) as well as augmentation with autologous-bone-grafting. However, there is morbidity associated with the bone-graft donor site and some patients offer limited quantity or quality of autologous-bone graft material. Since allogene bone-grafts are introduced on the market, this comparative study aims to evaluate healing characteristics of ununited bones treated with ORIF combined with either iliac-crest-autologous-bone-grafting (ICABG) or demineralized-bone-matrix (DBM). Methods and results From 2000 to 2006 out of sixty-two consecutive patients with non-unions presenting at our Level I Trauma Center, twenty patients had ununited diaphyseal fractures of long bones and were treated by ORIF combined either by ICABG- (n = 10) or DBM-augmentation (n = 10). At the time of index-operation, patients of the DBM-group had a higher level of comorbidity (ASA-value: p = 0.014). Mean duration of follow-up was 56.6 months (ICABG-group) and 41.2 months (DBM-group). All patients were clinically and radiographically assessed and adverse effects related to bone grafting were documented. The results showed that two non-unions augmented with ICABG failed osseous healing (20%) whereas all non-unions grafted by DBM showed successful consolidation during the first year after the index operation (p = 0.146). No early complications were documented in both groups but two patients of the ICABG-group suffered long-term problems at the donor site (20%) (p = 0.146). Pain intensity were comparable in both groups (p = 0.326). However, patients treated with DBM were more satisfied with the surgical procedure (p = 0.031). Conclusion With the use of DBM, the costs for augmentation of the non-union-site are more expensive compared to ICABG (calculated difference: 160 €/case). Nevertheless, this study demonstrated that the application of DBM compared to ICABG led to an advanced outcome in the treatment of non-unions and simultaneously to a decreased quantity of adverse effects. Therefore we conclude that DBM should be offered as an alternative to ICABG, in particular to patients with elevated comorbidity and those with limited availability or reduced quality of autologous-bone graft material. Introductio

Therapy of intracellular Staphylococcus aureus by tigecyclin

BACKGROUND: In the fields of traumatology and orthopaedics staphylococci are the most frequently isolated pathogens. Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis are known to be the major causative agents of osteomyelitis. The increasing number of multiresistant Staphylococcus aureus and resistant coagulase-negative staphylococci as a trigger of complicated osteomyelitis and implant-associated infections is a major problem. Antibiotic therapy fails in 20% of cases. Therefore the development of novel antibiotics becomes necessary. METHODS: This study analyses tigecyclin, the first antibiotic of the glycylines, as a potential therapy for osteomyelitis caused by multiresistant Staphylococcus aureus. Therefore its intracellular activity and the potential use in polymethylmetacrylate-bone cement are examined. The intracellular activity of tigecyclin is determined by a human osteoblast infection model. The investigation of the biomechanical characteristics is conducted concerning the ISO 5833-guidelines. RESULTS: Tigecyclin shows in vitro an intracellular activity that ranges between the antimicrobial activity of gentamicin and rifampicin. A significant negative effect on the biomechanical characteristics with an impaired stability is detected after adding tigecyclin to polymethylmetacrylate-bone cement with a percentage of 1.225% per weight. CONCLUSIONS: This study shows that tigecyclin might be a potent alternative for the systemic therapy of osteomyelitis and implant-associated infections whereas the local application has to be reconsidered individually