Strukturierte Befundung der multiparametrischen Magnetresonanztomographie der Prostata unter Anwendung Künstlicher Intelligenz

Viele KI-Algorithmen aus dem Bereich des deep learning konnten in den letzten Jahren zeigen, dass die automatisierte Segmentierung der Prostata auf MRT- Datensätzen in ihrer Gesamtheit bereits sehr gute und für den klinischen Alltag akzeptable Ergebnisse liefern kann (Bardis et al., 2021). Von großem Interesse ist das Forschungsfeld der strukturierten KI-basierten Befundung der mpMRT der Prostata hinsichtlich dreier Aspekte: der großen Zeitersparnis gegenüber einer manuellen Bearbeitung der Datensätze, einer über Anwenderinnen und Anwendern hinweg vergleichbaren Befundung und der diagnostischen Präzision, die eine KI bei zunehmenden Bilddatenmengen leisten kann. Die vorliegende Arbeit ist aus einem Projekt heraus entstanden, das eine KI- basierte Entscheidungshilfe zur Behandlung eines Prostatakarzinoms entwickelt. Eine Anwendung soll dabei prätherapeutisch valide Aussagen zur Wahrscheinlichkeit eines Nervenerhalts bei geplanter radikaler Prostatektomie sowie den postoperativen Resektionsstatus treffen. In einer retrospektiven Erhebung wurden dazu bizentrisch an den beiden Standorten Tübingen und Mannheim 185 und 255 Patientendaten, in Summe also 340, erhoben. Dazu zählen neben den Bildsequenzen der mpMRT der Prostata auch zahlreiche klinische und demographische Parameter. Vorrangiger Forschungsgegenstand dieser Studie ist es, mögliche Einflussfaktoren auf die Performanz der KI zu untersuchen. Dazu wurde der KI- Algorithmus anhand dreier Trainingsdatensätze zu je 100 Patienten beübt und auf einen Testdatensatz mit 52 Patienten angewandt. Die automatisierten Segmentierungen wurden mit den vom Doktoranden vorgenommenen manuellen Segmentierungen anhand des Sørensen-Dice Koeffizienten verglichen. Die berechneten Sørensen-Dice Koeffizienten dienten als Ausdruck der Güte der KI. Sie wurden als Antwortvariable mittels Verallgemeinernder Schätzgleichung anhand der Prädiktorvariablen Body-Mass-Index, PSA-Dichte, Prostatavolumen im MRT, extraprostatische Ausbreitung, Anzahl suspekter Läsionen, Diameter einer Indexläsion und dem PI-RADS-Score untersucht. Dabei konnte das Prostatavolumen als signifikanter Einflussfaktor identifiziert werden. Die auf Grundlage unterschiedlicher Trainingsdatensätze beübten KIs wurden mit Hilfe eines Äquivalenztests auf Unterschiedlichkeiten hinsichtlich ihrer Segmentierungen analysiert. Es stellte sich heraus, dass sich die drei KIs im Rahmen der zuvor definierten Grenzen nicht unterscheiden. Zur qualitativen Analyse wurden die KI-basierten Segmentierungen außerdem anhand von vier Kategorien klassifiziert. Uns ist keine Veröffentlichung bekannt, die Einflussfaktoren auf die Performanz automatisierter Segmentierungsalgorithmen untersucht. Künftige Studien könnten auf dieser Arbeit aufbauend weitere Einflussfaktoren analysieren. Denkbar und von sicherlich großem Interesse wäre außerdem eine Untersuchung unserer sowie anderer Einflussfaktoren auf die zonale Segmentierung der Prostata sowie der Umrandung suspekter Läsionen oder konkret eines Prostatakarzinoms. In diesem Bereich erzielen die KI-basierten Algorithmen noch keinen so durchschlagenden Erfolg wie es die Segmentierungen der Prostatagrenzen schaffen

Synthetic biology – The next phase of biotechnology and genetic engineering. Summary

For a good ten years now, the term "synthetic biology" (Synbio for short) has been used to describe research projects, methods and procedures for a "transformation" of natural organisms that goes further than was previously possible with the help of genetic engineering. The creation of (completely) artificial "biological" systems (synbio in the narrow sense) is envisaged, although their practical use is still a long way off and is therefore unlikely to have much social and political relevance in the coming years. The situation is quite different with synbio in the broader sense - understood as the next stage of biotechnology and genetic engineering, which includes in particular the recently developed methods of so-called genome editing (including CRISPR/Cas). Due to the increasingly simple and faster possibilities of targeted molecular biological modification of known organisms, a large number of applications in microorganisms, plants and animals can be expected in the coming years. As expected, the debate on the responsible use and necessary regulation of genetic engineering gained momentum in autumn 2015. The TAB report provides a comprehensive account of the state of research, development and application, safety and governance issues of synbio, as well as a detailed portrait of actors and perspectives of do-it-yourself biology. It places the debates on the potentials and perspectives of synbio in larger science, research and innovation policy contexts and elaborates central questions for the future and fields of action - including in the area of biosafety research and with a view to expanding the groups of actors in the planning and implementation of research programmes and projects

Determination of the NOx Loading of an Automotive Lean NOx Trap by Directly Monitoring the Electrical Properties of the Catalyst Material Itself

Recently, it has been shown that the degree of loading of several types of automotive exhaust aftertreatment devices can be directly monitored in situ and in a contactless way by a microwave-based method. The goal of this study was to clarify whether this method can also be applied to NOx storage and reduction catalysts (lean NOx traps) in order to obtain further knowledge about the reactions occurring in the catalyst and to compare the results with those obtained by wirebound NOx loading sensors. It is shown that both methods are able to detect the different catalyst loading states. However, the sensitivity of the microwave-based method turned out to be small compared to that previously observed for other exhaust aftertreatment devices. This may limit the practical applicability of the microwave-based NOx loading detection in lean NOx traps

Planar Zeolite Film-Based Potentiometric Gas Sensors Manufactured by a Combined Thick-Film and Electroplating Technique

Zeolites are promising materials in the field of gas sensors. In this technology-oriented paper, a planar setup for potentiometric hydrocarbon and hydrogen gas sensors using zeolites as ionic sodium conductors is presented, in which the Pt-loaded Na-ZSM-5 zeolite is applied using a thick-film technique between two interdigitated gold electrodes and one of them is selectively covered for the first time by an electroplated chromium oxide film. The influence of the sensor temperature, the type of hydrocarbons, the zeolite film thickness, and the chromium oxide film thickness is investigated. The influence of the zeolite on the sensor response is briefly discussed in the light of studies dealing with zeolites as selectivity-enhancing cover layers

Resistive Oxygen Gas Sensors for Harsh Environments

Resistive oxygen sensors are an inexpensive alternative to the classical potentiometric zirconia oxygen sensor, especially for use in harsh environments and at temperatures of several hundred °C or even higher. This device-oriented paper gives a historical overview on the development of these sensor materials. It focuses especially on approaches to obtain a temperature independent behavior. It is shown that although in the past 40 years there have always been several research groups working concurrently with resistive oxygen sensors, novel ideas continue to emerge today with respect to improvements of the sensor response time, the temperature dependence, the long-term stability or the manufacture of the devices themselves using novel techniques for the sensitive films. Materials that are the focus of this review are metal oxides; especially titania, titanates, and ceria-based formulations

Spektroskopische Untersuchungen verschiedener molekularer Adsorbate auf der Titandioxid(110)-Oberfläche

Thema der Arbeit ist die Untersuchung der Adsorptionsmechanismen verschiedener Modellmoleküle (Benzol, Naphthalin, Anthracen, Benzoesäure, Pyridin, Oktan, $N_{2}$, CO) auf der (110)-Oberfläche von Titandioxid (Rutil). Einen besonderen Schwerpunkt bilden die Messungen an Benzol, die durch ab initio-Rechnungen ergänzt werden. Zur Untersuchung der Wechselwirkungen von Adsorbat und Substrat werden die Techniken NEXAFS, XPS und TDS verwendet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Röntgenabsorptionsspektroskopie NEXAFS. Anhand der Spektren können Rückschlüsse über die elektronische Struktur des Systems Adsorbat-Substrat sowie über die Adsorptionsgeometrie (Verkippungswinkel des Adsorbatmoleküls gegen die Substratoberfläche) gewonnen werden

Zeolite-based Impedimetric Gas Sensor Device in Low-cost Technology for Hydrocarbon Gas Detection

Due to increasing environmental concerns the need for inexpensive selective gas sensors is increasing. This work deals with transferring a novel zeolite-based impedimetric hydrocarbon gas sensor principle, which has been originally manufactured in a costly combination of photolithography, thin-film processes, and thick-film processes to a lowcost technology comprising only thick-film processes and one electroplating step. The sensing effect is based on a thin chromium oxide layer between the interdigital electrodes and a Pt-loaded ZSM-5 zeolite film. When hydrocarbons are present in the sensor ambient, the electrical sensor impedance increases strongly and selectively. In the present work, the chromium oxide film is electroplated on Au screen-printed interdigital electrodes and then oxidized to Cr2O3. The electrode area is covered with the screen-printed zeolite. The sensor device is self-heated utilizing a planar platinum heater on the backside. The best sensor performance is obtained at a frequency of 3 Hz at around 350 °C. The good selectivity of the original sensor setup could be confirmed, but a strong cross-sensitivity to ammonia occurs, which might prohibit its original intention for use in automotive exhausts