Bücher veröffentlicht von Infinite Science Publishing

This volume shows how new approaches and methods in medical engineering and medical informatics can advance medicine, health, and health care. The Student Conference is an annual event at the BioMedTec Science Campus Lübeck. The Congress is organized by the Universität zu Lübeck and the University of Applied Science Lübeck. Master students of programs related to medical engineering science, medical informatics, biomedical engineering, and auditory technology present results of their recent research projects.

Die Schlafapnoe-Erkrankung ist durch sich wiederholendes, reversibles Verlegen der oberen Atemwege durch Weichteilverschiebungen während des Schlafes charakterisiert.Dies führt kurzzeitig zu einer reduzierten Sauerstoffversorgung. Betroffene leiden unter einem gestörten Schlaf mit einhergehenden Pathologien. Zum besseren Verständnis des pathophysiologischen Mechanismus sowie zur gezielten patienten-individuellen Therapieplanung ist die Kenntnis von Strömungsmustern in den oberen Atemwegen erstrebenswert. Eine experimentelle Messung vom Luftfluss innerhalb der menschlichen Atemwege in vivo ist fehleranfällig und mit einer hohen Belastung des Patienten verbunden. Die In-Silico-Simulation von Atemwegsströmungen stellt daher eine gute Möglichkeit zur Beurteilung von Strömungsmustern in Schlafapnoe-Patienten dar. In diesem Werk werden an patienten-spezifischen Atemwegsgeometrien numerische Strömungssimulationen durchgeführt und bewertet.

In this book, a functional contrast of the human neurons in the retina based on the phase information of the optical coherence tomography (OCT) signal is presented. To gain access to the phase information, data is recorded with a full-field swept-source OCT. By axial and lateral parallelization of the data acquisition, the influence of motion artifacts on the phase can be minimized, so that the phase information is available for an analysis of the physiological changes of the sample.In this book, the technical implementation of full-field imaging, the algorithms necessary for the phase analysis, such as registration, segmentation, numerical aberration and dispersion correction, and the phase analysis itself are presented. This recording technology, combined with the numerical processing, was then used to detect functional changes in the neurons of the retina. Functional changes in both the photoreceptors and the inner plexiform layer (IPL) were detected and the functional contributions of different cell types to the phase change were differentiated.

Die Additive Fertigung, oft kurz auch als 3D-Druck bezeichnet, hat längst ihre Alltagstauglichkeit unter Beweis gestellt. Dennoch verbleibt für Unternehmen immer die Frage, ob diese moderne Fertigungstechnologie nur in der Prototypen- und Musterentwicklung oder auch in der Serienfertigung - zumindest für kleine Serien - eingesetzt werden soll. Kosten und Nutzen sind dabei sehr individuell zu bewerten. Diese und weitere Fragen zum Einsatz der Additiven Fertigung im Unternehmen sollen auf dem themenoffenen Mittelstandstag der 3D Week am 11. September 2019 in Lübeck beantwortet werden.Beim schichtweisen Aufbau von Objekten aus flüssigen oder festen Grundstoffen finden komplexe Schmelz- und Härtungsprozesse statt, deren physikalisch-chemische Modellierung oft noch aussteht, so dass Themen der erreichbaren Präzision und der erwartbaren technischen Eigenschaften der so produzierten Werkstücke auf der 3D WEEK ein Diskussionsforum gegeben werden soll. Fragen nach der Präzision und der Wechselwirkung der gedruckten Werkstoffe mit ihrem späteren Einsatzbereich sind für alle Branchen wichtig. Besonderes Interesse erfahren diese Anforderungen aber im medizinischen Umfeld, bei dem zusätzlich die biologische Verträglichkeit und Langzeitstabilität von herausgehobener Bedeutung sind. Die Konferenz Additive Manufacturing Meets Medicine (AMMM) der 3D Week vom 12.-13. September 2019 in Lübeck wird diesen Fragen große Aufmerksamkeit widmen, wobei die Zulassungsproblematik einen Schwerpunkt bilden wird.Der Mittelstandstag und die Konferenz zur medizinischen Anwendung des 3D-Drucks werden durch ein vielfältiges Fortbildungsangebot zu Themen der Additiven Fertigung und weiterer wichtiger 3D-Technologien eingerahmt. Es erwartet Sie ein Kursangebot zum Praxiseinsatz von 3D-Druck in Ihrer Branche; vom STL-Format über den konkreten Druck bis hin zur Materialnachbearbeitung lernen Sie 3D-Druck-Technologien praxisnah kennen.

This congress volume compiles the contributions of the Bone Innovation Summit as well as an overview of current research results in the field of orthopedics and traumatology from the last three years.The Northopedics, BONEBANK and BFCC projects, launched three years ago, focus on improving fracture treatment in northern Germany, the Danish-German border region and the Baltic Sea countries. The projects address the different perspectives of patients, physicians, clinics, researchers, industry and regulatory authorities on improving fracture care.The overall aim of the projects is to foster innovation through register research and to improve the funding conditions for research projects. In addition, a number of approaches for the harvesting of stem cells for therapies were evaluated and concepts for new medical devices were developed.

The 9th International Workshop on Magnetic Particle Imaging took place in New York, March 2019. Since the first workshop in 2010, the International Workshop on MPI (IWMPI) has been the premier forum for researchers working in the MPI field. The workshop aims at covering the status and recent developments of both the instrumentation and the tracer material, as they are equally important in designing a well performing MPI system. The main topics presented at the workshop include hardware developments, image reconstruction and systems theory, nanoparticle physics and theory, nanoparticle synthesis, spectroscopy, patient safety, and medical/research applications of MPI: www.iwmpi.org.

Dieses Werk beschäftigt sich mit der Modellierung der Progression und Radiotherapie maligner Hirntumoren. Ausgehend von der rasanten Entwicklung der Rechnerarchitekturen tritt die mathematische Modellierung seit einigen Jahrzehnten vermehrt in den Fokus der Medizin.Somit ist es zwar möglich, immer komplexere Modelle zu generieren, die Validierung dieser Modelle anhand klinischer Daten gestaltet sich aber aufgrund fehlender Informationen als schwierig. Der Fokus dieses Werkes liegt daher nicht in der Entwicklung eines weiteren, komplexen Modells, sondern darin, ein Werkzeug zu erstellen, das in einem klinischen Umfeld eingesetzt werden kann.Neben der Progression tumoröser Zellen enthält das entwickelte Tumormodell lediglich eine Beschreibung des Bestrahlungs- sowie des Tumormasseeffekts. Die zur Beschreibung des Tumorwachstums verwendeten Parameter werden mittels lokaler Sensitivitätsanalyse untersucht, um - in Hinblick auf eine patientenindividuelle Modellierung - kritische Parameter zu identifizieren. Die Ergebnisse werden genutzt, um das entwickelte Modell anhand patientenindividueller Bilddaten experimentell zu bestätigen.

Additive manufacturing, often referred to as 3D printing, has long since proven its suitability for everyday use. However, many questions remain unanswered for use in medicine. Complex melting and hardening processes take place during the layer-by-layer construction of medical devices from liquid or solid materials, the physical-chemical modelling of which is often still pending, so that a discussion forum is to be given at AMMM on topics relating to the achievable precision and the expected technical properties of the medical devices produced in this way. Questions about the precision and interaction of the printed materials with their future application matrix are important for all industries. However, these requirements are of particular interest in the medical environment, where biological compatibility and long-term stability are of particular importance. Medical technology companies are also faced with the question of whether this modern manufacturing technology should only be used in prototype and individualized sample development or also in series production. Costs and benefits have to be assessed very individually. AMMM 2019 will focus on these questions, with particular emphasis on the medical device regulation of patient-specific devices.

National und international ausgewiesene Expertinnen und Experten auf dem Gebiet der Vaskulitisforschung, Diagnostik und Behandlung werden zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen, aktuellen Therapieansätzen, neuen Studien und Behandlungsansätzen berichten. Die 17. bundesweite Vaskulitis-Tagung wird in zwei Jahren im Sommer 2021 wieder in Lübeck stattfinden.Alle Informationen zur Tagung werden im Internet dargestellt:www.tagung.vaskulitiszentrum.org

Patient-specific finite element analysis of bone is a promising method for surgical planning, implant design and the prediction of bone remodelling or fracture risks, yet the assignment of material properties is challenging. Bone is a complicated structure with direction-dependent, inhomogeneous material properties, influenced by compositional, geometrical and architectural aspects. This volume focuses on a density-based assignment of orthotropic bone properties. Elasticity-density relationships in homogenized femoral zones were examined to evaluate the orthotropic density-dependence of the nine elastic material constants locally. Cortical bone samples were tested in compression and torsion tests using videoextensometry to determine the elastic constants. The elastic properties of cancellous bone were predicted by micro finite element analysis. All determined constants were correlated to the radiological bone mineral density of each sample, which was determined by quantitative computed tomography. The trabecular eigensystem was investigated for each cancellous zone to assign the mean directionality of trabecular fabric. The results can be beneficial for density-based orthotropic material assignment in femoral patient-specific finite element models.

Magnetic fluid hyperthermia (MFH) uses magnetic nanoparticles (MNP) to transform the energy of an alternating magnetic field into heat via magnetic relaxation. This enables organ-confined cancer treatment by delivering cell-damaging temperatures higher than 43°C inside tumors. However, MNP-cell interaction restricts MNP mobility and causes MNP agglomeration, severely limiting the MNP heating behavior. Based on in vitro experiments, this book addresses the applicability of MFH to pancreatic tumor cells and discusses optimizations of intracellular MNP heating for clinical application. The impact of MNP-cell interaction on heating efficiency is quantified and compared to MNP systems mimicking intracellular conditions. Besides, Monte-Carlo simulation of MNP magnetic relaxation is used to predict optimal field parameters and MNP properties to maximize MFH efficiency under medical constraints.

Röntgenbeugung und die damit einhergehende Streuung von Röntgenphotonen wird genutzt, um Strukturen und Zusammensetzungen von Testproben bis auf eine atomare Ebene detailliert zu untersuchen und voneinander zu unterscheiden. Häufig findet die Röntgenbeugung der hoch-energetischen Photonen Anwendung in der Materialanalyse und Kristallographie, neuerdings auch in der zerstörungsfreien Prüfung und der Sicherheitstechnik. Hier ermöglichen solche Verfahren eine Erweiterung der bisher gängigen Transmissionsbildgebung, um zum Beispiel Passagiergepäck und dessen Inhalt in Bezug auf die Sicherheit im Personenverkehr zu identifizieren. In diesem Werk wird beschrieben, wie das klassische Verfahren der Röntgenbeugung (X-ray Diffraction, XRD) durch ein ortsaufgelöstes Messverfahren (X-ray-Diffraction-Imaging, XDI) erweitert und mit der Transmissionsbildgebung kombiniert werden kann, um Sprengstoffe und deren Ausgangssubstanzen im öffentlichen Personenverkehr fehlerfrei detektieren zu können. Zusätzlich zur Vorstellung des Bildgebungsverfahrens werden Ansätze und Verwendungsmöglichkeiten zur Prävention und Diagnostik in der Medizin beschrieben. Dabei kann durch die Nutzung der neuartigen Technik die Strahlenbelastung für den Patienten deutlich reduziert werden.

Die optische Kohärenztomographie ist eine kohärente Bildgebungsmodalität. Die Aufzeichnung der Phasen des zurückgestreuten Lichtwellenfeldes ermöglicht dabei faszinierende Anwendungen. Beispielsweise kann das Lichtwellenfeld in der Aperturebene rekonstruiert und dort numerisch manipuliert werden, um neuartige Kontrastmechanismen einzuführen oder Aberrationen der Abbildungsoptik nachträglich zu korrigieren. Außerdem ermöglicht eine Auswertung der Phasensignale die interferometrische Detektion von kleinsten Veränderungen des untersuchten Objektes.Derartige Methoden werden entwickelt, um lokale Bewegungen der Retina in allen drei Dimensionen detektieren zu können, selbst wenn sich diese lediglich im Mikro- oder Nanometerbereich abspielen. Klinische Anwendungen der vorgestellten Technologien und Algorithmen werden anhand von zwei Beispielen evaluiert: Zunächst wird die thermisch induzierte lokale Expansion der Retina während der Photokoagulation gemessen. Anschließend wird die Ausbreitung von Pulswellen durch das retinale Gefäßnetzwerk über eine Detektion der lokalen Gefäßexpansion visualisiert.

This book concludes the results of the 2nd symposium on functional or regulatory autoantibodies targeting G-protein-coupled receptors (GPCRs) in Lübeck in 2018. GPCRs are involved in a variety of physiological and pathophysiological processes. So far, much effort has been made on anti-GPCR drug discovery with a focus on the development of small molecules for the treatment of cancer, infection, metabolic disorders or inflammatory diseases. Recently, functional autoantibodies against GPCRs were identified in healthy donors and were found to be dysregulated in various diseases. They are associated with pathogenesis, uncovering a potential new field of therapeutic intervention. Thus, the aim of the symposium in 2018 was to combine the current knowledge about the role of anti-GPCR ab in different pathologies, their mode of action and state-of-the-art research techniques to identify common fundamental pathways that can be transferred to other disease entities with similar manifestations.

In the context of individualized medicine and in the age of 4D imaging, current research covers the plausible personalized, visuo-haptic Virtual Reality (VR) immersion for training and planning of puncture interventions. In this book, this subject is first overviewed and presented regarding the technical details by selected English scientific publications.The patient model results from a mostly automatic procedure for the segmentation of puncture-relevant organs and structures. For increased realism, the influence of simulated respiratory movement extracted and modeled from 4D-CT images was also taken into account. Based on these modeling steps, innovative, efficient GPU algorithms for volume-based visuo-haptic simulation and the direct volume rendering of physiological processes of the patient model were proposed. For a time-invariant patient model, the local consideration of space bending mathematically introduced by an inverted movement model leads to efficient visuo-haptic rendering methods: Simulated imaging of ultrasound, fluoroscopy, the stereoscopic two-eye perspective and haptics are elaborated. This approach eventually allowed the immersive interaction of the ultrasound probe and puncture needle with breathing virtual patients.The methods were developed in cooperation with clinical partners and successfully applied and evaluated in a user study. The medical potential of the methods presented in this work lies in the future in the pre-operative and personalized preparation of interventions. Specifically, for the described application of liver punctures, the number of needle repositionings could be significantly reduced, relieving the patient and saving treatment costs.

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein bildgebendes Verfahren, das auf Basis hochfrequent-variierender Magnetfelder eine Visualisierung von magnetischen Tracer-Materialien ermöglicht. Aufgrund einer einzigartigen Kombination aus hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung bei gleichzeitigem Vorliegen einer hohen Sensitivität bietet MPI ein hohes Potenzial im Hinblick auf die Weiterentwicklung medizinischer Diagnose- und Therapieansätze. In dem vorliegenden Werk werden neuartige Konzepte vorgestellt, die sich sowohl einer effizienten Nutzung als auch einer Erweiterung des Messfeldes in MPI widmen. Neben einer leistungseffizienten Erzeugung von Magnetfeldern zur Erweiterung des Abtastbereiches wird sich mit der Charakterisierung der Bildgebungstrajektorie befasst. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse können anschließend in die MPI-Systemkalibrierung überführt und zur Datenreduktion genutzt werden. Bezüglich der Strategien zur Erweiterung des Messfeldes wird sich in diesem Werk auf Ansätze in axialer Richtung fokussiert und ein Verfahren vorgestellt, das es in Anlehnung an die Computertomographie erlaubt, eine theoretisch unbeschränkte axiale Messfeldvergrößerung zu erreichen.

The Student Conference on Medical Engineering Science, Medical Informatics and Biomedical Engineering is an annual event at the BioMedTec Science Campus Lübeck. The Congress is organized by the Universität zu Lübeck and the University of Applied Science Lübeck. Master students of programs related to medical engineering science, medical informatics and biomedical engineering present results of their recent research projects.Chapters:1. Biomedical Engineering2. Biomedical Optics3. Biochemical Physics4. Signal Processing5. Image Processing6. Medical Imaging7. Safety and Quality8. E-Health

Mit Hilfe von statischen und hochfrequenten Magnetfeldern ist Magnetic Particle Imaging (MPI) in der Lage, die räumliche Verteilung magnetischer Nanopartikel tomographisch abzubilden. Mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung bei hoher Sensitivität verspricht die Methode, in der Medizin breite Anwendung zu finden.Das vorliegende Werk gibt einen Einblick in die Pionierarbeit im Bereich MPI am Institut für Medizintechnik der Universität zu Lübeck. Neben der Vorstellung verschiedener Scannertopologien werden zentrale Verfahren für eine erfolgreiche Entwicklung von Scannergeometrien sowie für eine Untersuchung bestehender Systeme auf ihre Bildgebungseigenschaften eingeführt. Des Weiteren werden Methoden zur Optimierung von Magnetfeldsequenzen und elektromagnetischen Spulenanordnungen vorgestellt. Die Konzeptionierung und der Aufbau eines MPI-Bildgebungssystems wird am Beispiel der einseitigen Scannertopologie zur 3D-Bildgebung durchgeführt.

The 8th International Workshop on Magnetic Particle Imaging took place in Hamburg, March 2018. Since the first workshop in 2010, the International Workshop on MPI (IWMPI) has been the premier forum for researchers working in the MPI field. The workshop aims at covering the status and recent developments of both the instrumentation and the tracer material, as they are equally important in designing a well performing MPI system. The main topics presented at the workshop include hardware developments, image reconstruction and systems theory, nanoparticle physics and theory, nanoparticle synthesis, spectroscopy, patient safety, and medical/research applications of MPI: www.iwmpi.org.

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neuartiges Bildgebungsverfahren, das es erlaubt, eine dreidimensionale Verteilung von superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln in Echtzeit zu visualisieren.Das vorliegende Werk stellt drei neuartige Instrumentierungen für MPI-Systeme vor, die auf einer feldfreien Linie (FFL) basieren. Anhand der Systeme wird gezeigt, dass es mit Hilfe der FFL-Technologie möglich ist, Echtzeitfähigkeit, geringe Systemkomplexität und hohe räumliche Auflösung zu realisieren. Mittels einer elektronisch rotierenden FFL wird zunächst gezeigt, dass eine Partikelverteilung in Echtzeit (50 Bilder pro Sekunde) untersucht werden kann. Anschließend wird ein Konzept vorgestellt, das die Bildgebung mit Hilfe einer mechanisch rotierenden FFL realisiert. Schlüsseleigenschaft dieses Systems sind eine äußerst geringe Komplexität und geringe infrastrukturelle Anforderungen. Schließlich wird eine neuartige Magnetanordnung eingeführt. Dieses Konzept vereint hohe räumliche Auflösung, geringe Komplexität und Echtzeitbildgebung.