Towards an Efficient Gas Exchange Monitoring with Electrical Impedance Tomography - Optimization and validation of methods to investigate and understand pulmonary blood flow with indicator dilution

In vielen Fällen sind bei Patienten, die unter stark gestörtem Gasaustausch der Lunge leiden, die regionale Lungenventilation und die Perfusion nicht aufeinander abgestimmt. Besonders bei Patienten mit akutem Lungenversagen sind sehr heterogene räumliche Verteilungen von Belüftung und Perfusion der Lunge zu beobachten. Diese Patienten müssen auf der Intensivstation künstlich beatmet und überwacht werden, um einen ausreichenden Gasaustausch sicherzustellen. Bei schweren Lungenverletzungen ist es schwierig, durch die Anwendung hoher Beatmungsdrücke und -volumina eine optimale Balance zwischen dem Rekrutieren kollabierter Regionen zu finden, und gleichzeitig die Lunge vor weiterem Schaden durch die von außen angelegten Drücke zu schützen. Das Interesse für eine bettseitige Messung und Darstellung der regionalen Belüftungs- und Perfusionsverteilung für den Einsatz auf der Intensivstation ist in den letzten Jahren stark gestiegen, um eine lungenprotektive Beatmung zu ermöglichen und klinische Diagnosen zu vereinfachen. Die Elektrische-Impedanztomographie (EIT) ist ein nicht-invasives, strahlungsfreies und sehr mobil einsetzbares System. Es bietet eine hohe zeitliche Abtastung und eine funktionelle räumliche Auflösung, die es ermöglicht, dynamische (patho-) physiologische Prozesse zu visualisieren und zu überwachen. Die medizinische Forschung an EIT hat sich dabei hauptsächlich auf die Schätzung der räumlichen Belüftung konzentriert. Kommerziell erhältliche Systeme haben gezeigt, dass die EIT eine wertvolle Entscheidungshilfe während der mechanischen Beatmung darstellt. Allerdings ist die Abschätzung der pulmonalen Perfusion mit EIT noch nicht etabliert. Dies könnte das fehlende Glied sein, um die Analyse des pulmonalen Gasaustauschs am Krankenbett zu ermöglichen. Obwohl einige Publikationen die prinzipielle Machbarkeit der indikatorgestützten EIT zur Schätzung der räumlichen Verteilung des pulmonalen Blutflusses gezeigt haben, müssen diese Methoden optimiert und durch Vergleich mit dem Goldstandard des Lungenperfusions-Monitorings validiert werden. Darüber hinaus ist weitere Forschung notwendig, um zu verstehen welche physiologischen Informationen der EIT-Perfusionsschätzung zugrunde liegen. Mit der vorliegenden Arbeit soll die Frage beantwortet werden, ob bei der klinischen Anwendung von EIT neben der regionalen Belüftung auch räumliche Informationen des pulmonalen Blutflusses geschätzt werden können, um damit potenziell den pulmonalen Gasaustausch am Krankenbett beurteilen zu können. Die räumliche Verteilung der Perfusion wurde durch Bolusinjektion einer leitfähigen Kochsalzlösung als Indikator geschätzt, um die Verteilung des Indikators während seines Durchgangs durch das Gefäßsystem der Lunge zu verfolgen. Verschiedene dynamische EIT-Rekonstruktionsmethoden und Perfusionsparameter Schätzmethoden wurden entwickelt und verglichen, um den pulmonalen Blutfluss robust beurteilen zu können. Die geschätzten regionalen EIT-Perfusionsverteilungen wurden gegen Goldstandard Messverfahren der Lungenperfusion validiert. Eine erste Validierung wurde anhand von Daten einer tierexperimentellen Studie durchgeführt, bei der die Multidetektor-Computertomographie als vergleichende Lungenperfusionsmessung verwendet wurde. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Arbeit eine umfassende präklinische Tierstudie durchgeführt, um die Lungenperfusion mit indikatorverstärkter EIT und Positronen-Emissions-Tomographie während mehrerer verschiedener experimenteller Zustände zu untersuchen. Neben einem gründlichen Methodenvergleich sollte die klinische Anwendbarkeit der indikatorgestützten EIT-Perfusionsmessung untersucht werden, indem wir vor allem die minimale Indikatorkonzentration analysierten, die eine robuste Perfusionsschätzung erlaubte und den geringsten Einfluss für den Patienten darstellt. Neben den experimentellen Validierungsstudien wurden zwei in-silico-Untersuchungen durchgeführt, um erstens die Sensitivität von EIT gegenüber des Durchgangs eines leitfähigen Indikators durch die Lunge vor stark heterogenem pulmonalen Hintergrund zu bewerten. Zweitens untersuchten wir die physiologischen Einflüsse, die zu den rekonstruierten EITPerfusionsbildern beitragen, um die Limitationen der Methode besser zu verstehen. Die Analysen zeigten, dass die Schätzung der Lungenperfusion auf der Basis der indikatorverstärkten EIT ein großes Potenzial für die Anwendung in der klinischen Praxis aufweist, da wir sie mit zwei Goldstandard-Perfusionsmesstechniken validieren konnten. Zudem konnten wertvolle Schlüsse über die physiologischen Einflüsse auf die geschätzten EIT Perfusionsverteilungen gezogen werden

Towards reproducible research of event detection techniques for Twitter

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Integrated documentation for software modules

Ein umfangreiches und komplexes Software-System muss in mehrere Module unterteilt werden, damit dieses verständlich bleibt. Dabei hilft eine Moduldokumentation, welche die Details eines einzelnen Moduls beschreibt. Existierende Werkzeuge zur integrierten Software-Dokumentation unterstützen die Dokumentation auf Modulebene nur unzureichend. So wird oftmals keine Integration in gängige Entwicklungsumgebungen geboten oder die Dokumentation eines Moduls wird zusammen mit der Dokumentation von Klassen und Methoden vermischt. Ziel dieser Diplomarbeit war es daher J-PaD, ein Werkzeug zur integrierten Dokumentation von Software-Modulen, zu entwickeln. Es erlaubt eine Dokumentation von Java-Paketen über eine flexibel anpassbare, grafische Oberfläche. J-PaD wurde als Plugin für die Entwicklungsumgebung Eclipse konzipiert, wodurch Entwickler dieses Werkzeug in einer gewohnten Umgebung verwenden können. Die Dokumentation eines Moduls wird dabei in einer separaten Datei gespeichert, welche sich jedoch in direkter Nähe zum Code befindet

Peculiarities of structural-phase state of multi-layer coatings based on Zr-Y-O

Using high-resolution transmission electron microscopy it was established that the Zr-Y-O-based coating layers have a ZrO[2] phase in the tetragonal and monoclinic modifications in the initial state. When it is heated up to 900°C, the ZrO[2] phase in the cubic modification appears in the layer of the coating. With an annealing time of 20 minutes, the grains are crushed to a size of about 15-20 nm. The microdiffraction pattern is modified, the number of reflexes of the tetragonal and monoclinic phases first increases, and then changes without systemic

In Silico Study of Local Electrical Impedance Measurements in the Atria - Towards Understanding and Quantifying Dependencies in Human

Background: Electrical impedance measurements have become an accepted tool for monitoring intracardiac radio frequency ablation. Recently, the long-established generator impedance was joined by novel local impedance measurement capabilities with all electrical circuit terminals being accommodated within the catheter. Objective: This work aims at in silico quantification of distinct influencing factors that have remained challenges due to the lack of ground truth knowledge and the superposition of effects in clinical settings. Methods: We introduced a highly detailed in silico model of two local impedance enabled catheters, namely IntellaNav MiFi™ OI and IntellaNav Stablepoint™, embedded in a series of clinically relevant environments. Assigning material and frequency specific conductivities and subsequently calculating the spread of the electrical field with the finite element method yielded in silico local impedances. The in silico model was validated by comparison to in vitro measurements of standardized sodium chloride solutions. We then investigated the effect of the withdrawal of the catheter into the transseptal sheath, catheter-tissue interaction, insertion of the catheter into pulmonary veins, and catheter irrigation. Results: All simulated setups were in line with in vitro experiments and in human measurements and gave detailed insight into determinants of local impedance changes as well as the relation between values measured with two different devices. Conclusion: The in silico environment proved to be capable of resembling clinical scenarios and quantifying local impedance changes. Significance: The tool can assists the interpretation of measurements in humans and has the potential to support future catheter development

Rational Design of a Chalcogenopyrylium-Based Surface-Enhanced Resonance Raman Scattering-Nanoprobe with Attomolar Sensitivity

High sensitivity and specificity are two desirable features in biomedical imaging. Raman imaging has surfaced as a promising optical modality that offers both. Here, we report the design and synthesis of a group of near infrared absorbing 2-thienyl-substituted chalcogenopyrylium dyes tailored to have high affinity for gold. When adsorbed onto gold nanoparticles, these dyes produce biocompatible SERRS-nanoprobes with attomolar limits of detection amenable to ultrasensitive in vivo multiplexed tumor and disease marker detection

A rating scale for the assessment of objective and subjective formal thought and language disorder (TALD)

Formal thought disorder (FTD) is a core syndrome of schizophrenia. However, patients with other diagnoses, such as mania and depression amongst others, also present with FTD. We introduce a novel, comprehensive clinical rating scale, capturing the full variety of FTD phenomenology including subjective experiences. The 30-item Thought and Language Disorder (TALD) scale is based on a detailed review of the literature, encompassing all formal thought disorder symptoms reported from the early 20th century onwards. Objectively observable symptoms as well as subjective phenomena were included. Two hundred and ten participants (146 patients ICD-10 diagnoses: depression n. = 63, schizophrenia n. = 63, mania n. = 20; 64 healthy control subjects) were interviewed and symptoms rated with the TALD, TLC, HAMD, YMRS and SAPS/SANS. A principal component analyses was performed for the TALD to differentiate sub-syndromes. The principal component analysis revealed four FTD factors; objective and subjective as well as positive and negative factor dimensions. The correlation analyses with the TLC and the SAPS/SANS FTD sub-scores demonstrated the factor validity for the objective factors. The different diagnoses showed a distinct pattern of symptom severity in each of the factors, with mania patients exhibiting the highest value in the positive, objective dimension. The scale showed good psychometric results, which makes it a practicable, nosologically-open instrument for the detailed assessment of all FTD dimensions. The results strengthen the importance of subjective symptom assessment reported by the patient.DFG (project no. Ki 588/6-1)Scopu