Fully automatic segmentation of glottis and vocal folds in endoscopic laryngeal high-speed videos using a deep Convolutional LSTM Network

The objective investigation of the dynamic properties of vocal fold vibrations demands the recording and further quantitative analysis of laryngeal high-speed video (HSV). Quantification of the vocal fold vibration patterns requires as a first step the segmentation of the glottal area within each video frame from which the vibrating edges of the vocal folds are usually derived. Consequently, the outcome of any further vibration analysis depends on the quality of this initial segmentation process. In this work we propose for the first time a procedure to fully automatically segment not only the time-varying glottal area but also the vocal fold tissue directly from laryngeal high-speed video (HSV) using a deep Convolutional Neural Network (CNN) approach. Eighteen different Convolutional Neural Network (CNN) network configurations were trained and evaluated on totally 13,000 high-speed video (HSV) frames obtained from 56 healthy and 74 pathologic subjects. The segmentation quality of the best performing Convolutional Neural Network (CNN) model, which uses Long Short-Term Memory (LSTM) cells to take also the temporal context into account, was intensely investigated on 15 test video sequences comprising 100 consecutive images each. As performance measures the Dice Coefficient (DC) as well as the precisions of four anatomical landmark positions were used. Over all test data a mean Dice Coefficient (DC) of 0.85 was obtained for the glottis and 0.91 and 0.90 for the right and left vocal fold (VF) respectively. The grand average precision of the identified landmarks amounts 2.2 pixels and is in the same range as comparable manual expert segmentations which can be regarded as Gold Standard. The method proposed here requires no user interaction and overcomes the limitations of current semiautomatic or computational expensive approaches. Thus, it allows also for the analysis of long high-speed video (HSV)-sequences and holds the promise to facilitate the objective analysis of vocal fold vibrations in clinical routine. The here used dataset including the ground truth will be provided freely for all scientific groups to allow a quantitative benchmarking of segmentation approaches in future

Vascular endothelial growth factor (VEGF) induced downstream responses to transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) and 3-lodothyronamine (3-T1AM) in human corneal keratocytes

This study was undertaken to determine if crosstalk among the transient receptor potential (TRP) melastatin 8 (TRPM8), TRP vanilloid 1 (TRPV1), and vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor triad modulates VEGF-induced Ca2+ signaling in human corneal keratocytes. Using RT-PCR, qPCR and immunohistochemistry, we determined TRPV1 and TRPM8 gene and protein coexpression in a human corneal keratocyte cell line (HCK) and human corneal cross sections. Fluorescence Ca2+ imaging using both a photomultiplier and a single cell digital imaging system as well as planar patch-clamping measured relative intracellular Ca2+ levels and underlying whole-cell currents. The TRPV1 agonist capsaicin increased both intracellular Ca2+ levels and whole-cell currents, while the antagonist capsazepine (CPZ) inhibited them. VEGF-induced Ca2+ transients and rises in whole-cell currents were suppressed by CPZ, whereas a selective TRPM8 antagonist, AMTB, increased VEGF signaling. In contrast, an endogenous thyroid hormone-derived metabolite 3-lodothyronamine (3-T(1)AM) suppressed increases in the VEGF-induced current. The TRPM8 agonist menthol increased the currents, while AMTB suppressed this response. The VEGF-induced increases in Ca2+ influx and their underlying ionic currents stem from crosstalk between VEGFR and TRPV1, which can be impeded by 3-T(1)AM-induced TRPM8 activation. Such suppression in turn blocks VEGF-induced TRPV1 activation. Therefore, crosstalk between TRPM8 and TRPV1 inhibits VEGFR-induced activation of TRPV1

Effizienz von Disease Management Programmen

Ist der Versicherte, der in einem Disease Management Programm (DMP) für Diabetes mellitus (DM) Typ II eingeschrieben ist, besser versorgt ist als ein nicht eingeschriebener Versicherter? Anreize, Vorteile und Nachteile einer Teilnahme an einem DMP für die Krankenkassen, den Versicherten mit Diabetes mellitus Typ II und für die Ärzte wurden untersucht. Die Datengrundlange bildeten Routinedaten aller Versicherten der Wieland BKK (01.07.2008-31.12.2013) mit Diabetes mellitus Typ II oder in diesem Zeitraum erkrankt und im DMP DM Typ II eingeschrieben oder nicht eingeschrieben waren. Anhand der Versichertennummer wurden zufällig 113 anonyme DMP Teilnehmer ausgewählt. Als Nicht-DMP Teilnehmer wurden 103 anonyme Versicherte mit dokumentiertem DM Typ II ohne Programmteilnahme zufällig ausgewählt. Neben deskriptiver Statistik wurde induktive Statistik (Chi² Test, U-Test von Mann und Whitney) angewandt. Der Mittelwert der Altersverteilung unterschied sich signifikant zwischen den Gruppen (Nicht-DMP 69,3J SD 13,2J; DMP 49,1J, SD 16,0, p 0,000). Hausärzte, Diabetologen und Ophthalmologen wurden von der Gruppe der DMP Teilnehmer signifikant häufiger besucht. Untersuchungen (HbA1c Wert, Kreatinin, Urinalbumin) wurden in der Gruppe der DMP Teilnehmer signifikant häufiger durchgeführt. Die relative Häufigkeit einer Fettstoffwechselstörung, diabetischer Retino- und Polyneuropathie war in der Gruppe der DMP-Teilnehmer bei häufigeren Arztbesuchen statistisch signifikant erhöht. Die relative Häufigkeit einer Herzinsuffizienz, Asthma bronchiale und einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) war in der Gruppe der Nicht-DMP Teilnehmer bei höherem Alter statistisch signifikant erhöht. Versicherte im DMP wurden häufiger medikamentös antihyperglykämisch therapiert, in der medikamentösen Therapie selbst bestand kein statistisch signifikanter Unterschied. Hinsichtlich der Kosten bestand ein signifikanter Unterschied nur für ambulant ärztliche Leistungen zu Gunsten der DMP Teilnehmer bei trotzdem häufigeren ambulant ärztlichen Leistungen. DMP-Teilnehmer müssen aber regelmäßige Untersuchungstermine bei Ärzten wahrnehmen, die teilweise extrabudgetär finanziert werden. Der Versicherte muss bei Teilnahme am Programm, neben der Inanspruchnahme von gebotenen Anreizen durch die Krankenkasse, aktiv mitwirken und seine Lebensgewohnheiten anpassen. Krankenkassen erhalten neben dem Zugang zu patientenspezifischen Daten eine Programmkostenpauschale aus dem Gesundheitsfond. Ärzte vereinbaren mit den DMP Teilnehmern gemeinsam Therapieziele, dokumentieren Ergebnisse und erhalten zusätzliche Vergütungen durch die Krankenkassen. Bei den DMP Teilnehmern lag neben der Versichertenauskunft auch das DMP Dokumentationsformular vor. Es fehlen so Untersuchungsergebnisse der Nicht-DMP Teilnehmer für einen direkten Vergleich zwischen den Gruppen. Der Altersunterschied zwischen den Gruppen könnte durch die niedrige Fallzahl oder einen Selektionsprozess bedingt sein, wenn sich vor allem gesündere, gesundheitsbewusste und aktivere Versicherte für die Teilnahme am DMP entscheiden (healthy screnee bias). Auch durch finanzielle Anreize kommt es zu Selektion. Häufigkeitsunterschiede der Begleit-erkrankungen sind mit durch den Altersunterschied bedingt. Durch häufigere Arztbesuche und Untersuchungen bei den DMP Teilnehmern könnten Erkrankungen aber auch früher diagnostiziert und behandelt werden und so weniger Kosten verursacht werden. Z.B. wird die höhere Prävalenz der diabetischen Retinopathie in der Gruppe der DMP Teilnehmer durch die signifikant häufigeren ophthalmologischen Kontrollen mit beeinflusst werden. Bei möglicherweise durch Selektionseffekte und signifikantem Altersunterschied bedingten Unterschieden zwischen den Gruppen und fehlenden Daten kann keine eindeutige Aussage getroffen werden. Es müsste eine große Zahl von Versicherten mit DM Typ II zufällig in eine DMP und eine Nicht-DMP Gruppe eingeteilt, Daten für alle Versicherten bei den Hausärzten erhoben und untersucht werden. Ein klarer Vorteil des DMP ist, dass der Versicherte in einem DMP öfter einen Arzt besucht, öfter Untersuchungen erhält und so Folgeerkrankungen früher entdeckt werden können. Für Versicherte, Krankenkassen und Ärzte dürfte der Anreiz zur Teilnahme an einem DMP auch finanzieller Natur sein. Für den Versicherten spielen dazu der gesundheitliche Aspekt und die Lebensqualität eine Rolle, für den Arzt die bestmögliche Versorgung des Patienten. Aus finanzieller Sicht bestand in dieser Untersuchung kein Bedarf das DMP zu beenden. Selbst wenn DMPs in ihrer aktuellen Form nicht ökonomisch sein sollten, sie aber einen medizinischen Vorteil bringen könnten sie für die medizinische Versorgung von Nutzen sein. Der primäre Endpunkt eines DMP sollte eine bessere Versorgung der Versicherten sicherstellen und nicht der Maximierung des Gewinns und der Einsparung von Kosten dienen