Rechnergestützte Analyse kardiovaskulärer Strömungen auf Basis der Magnetresonanztomographie

Die tridirektional kodierte Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie gilt als aussichtsreichster Ansatz, klinisch verwertbare Vektorfelder der Blutströmung aufzunehmen. Diese Arbeit beschreibt Verfahren, wie sich die Daten rechnergestützt verarbeiten lassen. Zentrale Themen sind die interaktive Flussdatenanalyse, die flussbasierte Kavitätensegmentierung und die Validierung der Flussquantifizierung. Ausgewählte Beispiele demonstrieren das Potenzial des Ansatzes für die kardiovaskuläre Diagnostik

Rechnergestützte Analyse kardiovaskulärer Strömungen auf Basis der Magnetresonanztomographie

Die tridirektional kodierte Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie gilt als aussichtsreichster Ansatz, klinisch verwertbare Vektorfelder der Blutströmung aufzunehmen. Diese Arbeit beschreibt Verfahren, wie sich die Daten rechnergestützt verarbeiten lassen. Zentrale Themen sind die interaktive Flussdatenanalyse, die flussbasierte Kavitätensegmentierung und die Validierung der Flussquantifizierung. Ausgewählte Beispiele demonstrieren das Potenzial des Ansatzes für die kardiovaskuläre Diagnostik

An Introduction to Robotically Assisted Surgical Systems: Current Developments and Focus Areas of Research

Robotic assistance systems for diagnosis and therapy have become technically mature and widely available. Thus, they play an increasingly important role in patient care. This paper provides an overview of the general concepts of robotically assisted surgical systems, briefly revisiting historical and current developments in the surgical robotics market and discussing current focus areas of research. Comprehensiveness cannot be achieved in this format, but besides the general overview, references to further readings and more comprehensive reviews with regard to particular aspects are given. Therefore, the work at hand is considered as an introductory paper into the topic and especially addresses investigators, researchers, medical device manufacturers, and clinicians, who are new to this field

Rechnergestützte Analyse kardiovaskulärer Strömungen auf Basis der Magnetresonanztomographie

Die tridirektional kodierte Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie gilt als aussichtsreichster Ansatz, klinisch verwertbare Vektorfelder der Blutströmung aufzunehmen. Diese Arbeit beschreibt Verfahren, wie sich die Daten rechnergestützt verarbeiten lassen. Zentrale Themen sind die interaktive Flussdatenanalyse, die flussbasierte Kavitätensegmentierung und die Validierung der Flussquantifizierung. Ausgewählte Beispiele demonstrieren das Potenzial des Ansatzes für die kardiovaskuläre Diagnostik

Technologietransfer und Innovationen in der Medizinrobotik

Kleiner, schonender, sicherer: Robotische Innovationen in der Medizin werden immer häufiger eingesetzt und versprechen nicht nur Ärzten, sondern insbesondere Patienten hinsichtlich Behandlungsqualität und zügiger Genesung zu profitieren. Robotische Assistenzsysteme sind mittlerweile technisch ausgereift und breit verfügbar. So spielen sie im klinischen Umfeld eine immer wichtigere Rolle. Zu diesen Entwicklungen ist ein erfolgreicher Transfer robotischer Innovationen in das medizinische Umfeld essenziell. Dieser Prozess ist allerdings mit Herausforderungen verbunden. Nicht zuletzt, weil verschiedene Akteure interdisziplinär, eng und frühzeitig zusammenarbeiten müssen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den Markt der Medizinrobotik, dessen Innovationen und erläutert, welche Voraussetzungen für einen erfolgreichen Technologietransfer erfüllt werden müssen. Die Herausforderungen in diesem Prozess werden ebenfalls angesprochen und die Arbeitsweisen am Beispiel des MIRO Innovation Labs beschrieben. Neben theoretischen Grundlagen und wissenschaftlichen Erkenntnissen zum Transferverständnis vermittelt das Herausgeberwerk praktisches Handlungswissen, ausgewählte Praxisbeispiele und innovative Lösungsansätze. Das Buch richtet sich einerseits an Dienstleistende, die sich mit Transferinnovationen und dem Innovationstransfer beschäftigen, Transferbeauftragte, Projektmanager und andere Personen mit Entscheidungsbefugnis. Andererseits adressiert es WissenschaftlerInnen und Dozierende mit den Schwerpunktfächern Wissens- und Technologietransfer, Innovations- und Transfermanagement, Business Management und Entrepreneurship. Zu den weiteren Zielgruppen zählen Innovation Hubs und Labs, Transferstellen, -netzwerke und -agenturen, Beratungsunternehmen und Institutionen für Forschung und Entwicklung

Robotische Assistenzsysteme für die Chirurgie - Aktuelle Entwicklungen und Schwerpunkte der Forschung

Da robotische Systeme mittlerweile technisch ausgereift und breit verfügbar sind, spielen sie auch im klinischen Umfeld eine immer wichtigere Rolle. So zeigen zahlreiche robotische Assistenzsysteme für Diagnose und Therapie ihr Potenzial zur Unterstützung der Patientenversorgung. Dieser Artikel beschreibt, nach einer kurzen Betrachtung der Historie, derzeit verfügbare robotische Assistenzsysteme für die Chirurgie, insbesondere mit Ursprung in Deutschland und Europa, sowie aktuelle Forschungsschwerpunkte. Darüber hinaus werden Herausforderungen in diesem Bereich sowie auch Möglichkeiten zu einer engen, aktiven und interdisziplinären Zusammenarbeit der Stakeholder aus Klinik, Industrie und Wissenschaft zur Bewältigung dergleichen vorgestellt

Estimation of aortic pressure waveforms from 4D phase-contrast MRI

Several approaches for the non-invasive MRI-based measurement of the aortic pressure waveform over the heart cycle have been proposed in the last years. These methods are normally based on time-resolved, two-dimensional phase-contrast sequences with uni-directionally encoded velocities (2D PC-MRI). In contrast, three-dimensional acquisitions with tridirectional velocity encoding (4D PC-MRI) have been shown to be a suitable data source for detailed investigations of blood flow and spatial blood pressure maps. In order to avoid additional MR acquisitions, it would be advantageous if the aortic pressure waveform could also be computed from this particular form of MRI. Therefore, we propose an approach for the computation of the aortic pressure waveform which can be completely performed using 4D PC-MRI. After the application of a segmentation algorithm, the approach automatically computes the aortic pressure waveform without any manual steps. We show that our method agrees well with catheter measurements in an experimental phantom setup and produces physiologically realistic results in three healthy volunteers

Noninvasive 4D pressure difference mapping derived from 4D flow MRI in patients with repaired aortic coarctation: comparison with young healthy volunteers

To assess spatial and temporal pressure characteristics in patients with repaired aortic coarctation compared to young healthy volunteers using time-resolved velocity-encoded three-dimensional phase-contrast magnetic resonance imaging (4D flow MRI) and derived 4D pressure difference maps. After in vitro validation against invasive catheterization as gold standard, 4D flow MRI of the thoracic aorta was performed at 1.5T in 13 consecutive patients after aortic coarctation repair without recoarctation and 13 healthy volunteers. Using in-house developed processing software, 4D pressure difference maps were computed based on the Navier-Stokes equation. Pressure difference amplitudes, maximum slope of pressure amplitudes and spatial pressure range at mid systole were retrospectively measured by three readers, and twice by one reader to assess inter- and intraobserver agreement. In vitro, pressure differences derived from 4D flow MRI showed excellent agreement to invasive catheter measurements. In vivo, pressure difference amplitudes, maximum slope of pressure difference amplitudes and spatial pressure range at mid systole were significantly increased in patients compared to volunteers in the aortic arch, the proximal descending and the distal descending thoracic aorta (p < 0.05). Greatest differences occurred in the proximal descending aorta with values of the three parameters for patients versus volunteers being 19.7 ± 7.5 versus 10.0 ± 2.0 (p < 0.001), 10.9 ± 10.4 versus 1.9 ± 0.4 (p = 0.002), and 8.7 ± 6.3 versus 1.6 ± 0.9 (p < 0.001). Inter- and intraobserver agreements were excellent (p < 0.001). Noninvasive 4D pressure difference mapping derived from 4D flow MRI enables detection of altered intraluminal aortic pressures and showed significant spatial and temporal changes in patients with repaired aortic coarctation

Noninvasive pressure difference mapping derived from 4D flow MRI in patients with unrepaired and repaired aortic coarctation.

PURPOSE To develop a method for computing and visualizing pressure differences derived from time-resolved velocity-encoded three-dimensional phase-contrast magnetic resonance imaging (4D flow MRI) and to compare pressure difference maps of patients with unrepaired and repaired aortic coarctation to young healthy volunteers. METHODS 4D flow MRI data of four patients with aortic coarctation either before or after repair (mean age 17 years, age range 3-28, one female, three males) and four young healthy volunteers without history of cardiovascular disease (mean age 24 years, age range 20-27, one female, three males) was acquired using a 1.5-T clinical MR scanner. Image analysis was performed with in-house developed image processing software. Relative pressures were computed based on the Navier-Stokes equation. RESULTS A standardized method for intuitive visualization of pressure difference maps was developed and successfully applied to all included patients and volunteers. Young healthy volunteers exhibited smooth and regular distribution of relative pressures in the thoracic aorta at mid systole with very similar distribution in all analyzed volunteers. Patients demonstrated disturbed pressures compared to volunteers. Changes included a pressure drop at the aortic isthmus in all patients, increased relative pressures in the aortic arch in patients with residual narrowing after repair, and increased relative pressures in the descending aorta in a patient after patch aortoplasty. CONCLUSIONS Pressure difference maps derived from 4D flow MRI can depict alterations of spatial pressure distribution in patients with repaired and unrepaired aortic coarctation. The technique might allow identifying pathophysiological conditions underlying complications after aortic coarctation repair