Proefschrift Rijksuniversiteit Limburg, Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Electrical impedance tomography of soft tissue: Forward and inverse modelling The diploma thesis builds the neccesary apparatus to formulate and solve the inverse problem of Eletrical Impedance Tomography (EIT), including strategies to remedy the ill-conditioning of the problem. The problem itself lies in determining the structure of a body of interest by driving a set of electrical currents through electrodes connected to its surface. The aim of the thesis is to investigate possible utility of this method in medical applications, namely scanning for malignancies in the female breast, by studying the interaction of tissue with the electromagnetic field and by preparing a set of correspoding numerical experiments. An approximate characterization of the method's sensitivity with respect to noise is derived based on the most basic set of such numerical experiments, which were prepared by a complete software solution called prs4D developed by the author and his advisor, while some aspects of its implementation are included in the thesis.

The aim of this thesis was to develop and validate prognostic and predictive biomarkers in order to better identify among patients with metastatic colorectal cancer those at high-risk of early death or progression. The interest in developing such biomarkers is that their subsequent use in clinical practice would avoid exposing a patient for months to the toxic side effects of ineffective and expensive treatments, and thus to limit the financial impact of these treatments on our healthcare systems.The projects carried out in the framework of this thesis have shown that:The biomarker WB-MATV (metabolically active tumor volume of the whole body) measured before the start of the last line treatment has a high prognostic value, higher than the general clinical parameters commonly used. This biomarker was then validated in first line treatment and was shown to have a high prognostic value, also higher than the general clinical parameters.The biomarker cfDNA (circulating DNA) also representing the tumor load was then investigated to assess its value added to the previously validated WB-MATV. We showed that the presence of high levels of cfDNA before starting the last-line treatment is significantly associated with poor prognosis and that these two biomarkers are prognostically complementary, each providing an added value.The biomarker of early metabolic response to last line treatment has a high negative predictive value (95%). This biomarker was then validated as a predictive biomarker independent of WB-MATV and clinical factors in first-line treatment setting.In conclusion, the results of this thesis strongly support the clinical use of these prognostic and predictive biomarkers in patients with metastatic colorectal cancer. Allowing a more accurate stratification of patients, the use of the combination of these biomarkers should become an essential tool to help oncologists in tailoring therapeutic strategies according to the patients’ individual risk. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

No description available.

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein innovatives tomographisches Bildgebungs­verfahren, mit dem Tracerpartikel äußerst sensitiv und schnell mehrdimensional abgebildet werden können. Die Methode basiert auf der nichtlinearen Magnetisierungs­antwort superparamagnetischer Eisenoxidnanopartikel (SPION) in einem Messpunkt, welcher ein Messvolumen rastert. In vorliegender Arbeit wurde das sog. Traveling Wave MPI (TWMPI) Verfahren eingesetzt, wodurch im Vergleich zu konventionellen MPI-Scannern ein größeres Field of View (FOV) und eine geringere Latenz bis zur Bildanzeige erreicht werden konnte. TWMPI weist einige für medizinische Zwecke vielversprechende Eigenschaften auf: Es liefert zwei- und dreidimensionale Bildrekonstruktionen in Echtzeit mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Dabei ist die Bildgebung von Grund auf hintergrundfrei und erfordert keinerlei ionisierende Strahlung. Zudem ist die Technik äußerst sensitiv und kann SPION-Tracer noch in mikromolaren Konzentrationen detektieren. Ziel dieser Arbeit war es daher zu untersuchen, inwiefern es mittels TWMPI möglich ist, künstliche Stenosen im Gefäßmodell visuell in Echtzeit darzustellen und quantitativ zu beurteilen sowie überdies eine perkutane transluminale Angioplastie (PTA) im Gefäßmodell unter TWMPI-Echtzeit-Bildgebung durchzuführen. Alle Experimente wurden in einem speziell angefertigten TWMPI-Scanner durchgeführt (JMU Würzburg, Experimentelle Physik V (Biophysik), FOV: 65 x 29 x 29 mm³, Auflösung: ca. 1.5 - 2 mm). Die Lumen-Darstellungen erfolgten mittels des SPION-Tracers Ferucarbotran in einer Verdünnung von 1 : 50 (entspr. 10 mmol [Fe]/l). Das PTA-Instrumentarium wurde mit eigens hergestelltem ferucarbotran­haltigem Lack (100 mmol [Fe]/l) markiert. Für die verschiedenen Teilexperimente wurden den jeweiligen speziellen Anforderungen entsprechend mehrere Gefäßmodelle handgefertigt. Für die visuelle Stenosequantifizierung wurden fünf starre Stenosephantome unterschiedlicher Stenosierung (0%, 25%, 50%, 75%, 100%) aus Polyoxymethylen her­gestellt (l: 40 mm, ID: 8 mm). Die Gefäßmodelle wurden mehrfach zentral im FOV platz­iert und das stenosierte Lumen mittels sog. Slice-Scanning Modus (SSM, Einzel­aufnahme inkl. 10 Mittelungen: 200 ms, Bildfrequenz: 5 Bilder pro Sekunde, Latenz: ca. 100 ms) als zweidimensionale Quasi-Projektionen abgebildet. Diese Aufnahmen (n = 80, 16 je Phantom) wurden mit einer ein­heitlichen Grauskalierung versehen und anschließend entsprechend den NASCET-Kriterien visuell ausgewertet. Alle achtzig Aufnahmen waren unabhängig vom Stenosegrad aufgrund einheitlicher Fensterung sowie konstanter Scannerparameter untereinander gut vergleichbar. Niedrig­gradige Stenosen konnten insgesamt genauer abgebildet werden als höhergradige, was sich neben der subjektiven Bildqualität auch in geringeren Standardabweichungen zeigte (0%: 3.70 % ± 2.71, 25%: 18.64 % ± 1.84, 50%: 52.82 % ± 3.66, 75%: 77.84 % ± 14.77, 100%: 100 % ± 0). Mit zunehmendem Stenosegrad kam es vermehrt zu geometrischen Ver­zerrungen im Zentrum, sodass bei den 75%-Stenosen eine breitere Streuung der Messwerte mit einer höheren Standardabweichung von 14.77% einherging. Leichte, randständige Artefakte konnten bei allen Datensätzen beobachtet werden. Für die PTA wurden drei interaktive Gefäßmodelle aus Polyvinylchlorid (l: 100 mm, ID: 8 mm) mit zu- und abführendem Schlauchsystem entwickelt, welche mittels Kabelband von außen hochgradig eingeengt werden konnten. Analog zu einer konventionellen PTA mittels röntgenbasierter digitaler Subtraktionsangiographie (DSA), wurden alle erforder­lichen Arbeitsschritte (Gefäßdarstellung, Drahtpassage, Ballonplatzierung, Angioplastie, Erfolgskontrolle) unter (TW)MPI-Echtzeit-Bildgebung (Framerate: 2 - 4 FPS, Latenz: ca. 100 ms) abgebildet bzw. durchgeführt. Im Rahmen der PTA war eine Echtzeit-Visualisierung der Stenose im Gefäßmodell durch Tracer-Bolusgabe sowie die Führung des markierten Instrumentariums zum Zielort möglich. Die Markierung der Instrumente hielt der Beanspruchung während der Prozedur stand und ermöglichte eine genaue Platzierung des Ballonkatheters. Die Stenose konnte mittels Angioplastie-Ballons unter Echtzeit-Darstellung gesprengt werden und der Interventionserfolg im Anschluss durch erneute Visualisierung des Lumens validiert werden. Insgesamt zeigt sich MPI somit als adäquate Bildgebungstechnik für die beiden in der Fragestellung bzw. Zielsetzung definierten experimentellen Anwendungen. Stenosen im Gefäßmodell konnten erfolgreich in Echtzeit visualisiert und bildmorphologisch nach NASCET-Kriterien quantifiziert werden. Ebenso war eine PTA im Gefäßmodell unter TWMPI-Echtzeit-Bildgebung machbar. Diese Ergebnisse unter­streichen das grundlegende Potenzial von MPI für medizinische Zwecke. Um zu den bereits etablierten Bildgebungsmethoden aufzuschließen, ist jedoch weitere Forschung im Bereich der Scanner-Hard- und -Software sowie bezüglich SPION-Tracern nötig. / Magnetic Particle Imaging (MPI) is an innovative tomographic imaging method with which tracer particles can be depicted multidimensionally quickly and extremely sensitively. The method is based on the nonlinear magnetization response of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) in a measuring point that runs through a measurement volume. In the present work, the so-called Traveling Wave MPI (TWMPI) method was used, whereby a larger Field of View (FOV) and a lower latency from measurement to image display could be achieved compared to conventional MPI scanners. TWMPI has some promising properties for medical purposes: it delivers two- and three-dimensional image reconstructions in real time with high temporal and spatial resolution. The imaging is background-free by default and does not require any ionizing radiation. In addition, the technology is extremely sensitive and can detect SPION tracers in micromolar concentrations. The aim of this work was therefore to investigate to what extent it is possible to use TWMPI to graphically visualize and quantitatively assess artificial stenoses in a phantom model in real time and furthermore to perform a percutaneous transluminal angioplasty (PTA) in a phantom model under TWMPI real-time imaging. All experiments were carried out in a specially manufactured TWMPI scanner (JMU Würzburg, Experimental Physics V (Biophysics), FOV: 65 x 29 x 29 mm³, resolution: approx. 1.5 - 2 mm). Lumen visualization was achieved by use of the SPION tracer Ferucarbotran in a dilution of 1 : 50 (corresponding to 10 mmol [Fe] / l). The PTA instruments were marked with specially produced ferucarbotran-containing lacquer (100 mmol [Fe]/l). For the different sub-experiments, several vessel phantoms were custom-made according to the respective specific requirements. For visual stenosis quantification, five rigid stenosis phantoms of different grade of stenosis (0%, 25%, 50%, 75%, 100%) were built from polyoxymethylene (l: 40 mm, ID: 8 mm). The vessel phantoms were placed centrally in the FOV several times and the stenotic lumen was depicted as two-dimensional quasi-projections using a so-called slice scanning mode (SSM, single recording incl. averaging 10‑fold: 200 ms, frame rate: 5 frames per second, latency: approx. 100 ms). A uniform gray scaling was applied to these images (n = 80, 16 per phantom) before they were visually evaluated according to the NASCET criteria. Due to the uniform gray scaling, display settings and constant scanner parameters, all eighty images were well comparable with each other, regardless of the degree of stenosis. Overall, low-grade stenoses could be depicted more accurately than higher-grade ones, which, in addition to the subjective image quality, was also reflected in lower standard deviations (0%: 3.70 % ± 2.71, 25%: 18.64 % ± 1.84, 50%: 52.82 % ± 3.66, 75%: 77.84 % ± 14.77, 100%: 100 % ± 0). With increasing­ degree of stenosis, geometric distortions in the center increased, so that within the 75% stenoses a wider spread of the measured values led to a higher standard deviation of 14.77%. Faint, marginal artifacts could be observed over all data sets. For PTA, three interactive vessel phantoms made of polyvinyl chloride (l: 100 mm, ID: 8 mm) were developed with additional tubing to and from the phantom. These vessel phantoms could be highly constricted from the outside by use of cable ties. Analogous to a conventional PTA using X-ray-based digital subtraction angiography (DSA), all necessary steps (vascular visualization, wire passage, balloon placement, angioplasty, control imaging) were depicted by resp. carried out under (TW)MPI real-time imaging (frame rate: 2 – 4 FPS, latency: approx. 100 ms). During the PTA, real-time visualization of the stenosis in the vascular phantom by tracer bolus administration as well as guidance of the marked instruments to the destination was possible. The marking of the instruments withstood the stress during the procedure and allowed an accurate placement of the balloon catheter. The stenosis could be dilated with an angioplasty balloon under real-time imaging and the intervention success could then be validated by re-visualization of the lumen. Overall, MPI thus proves to be an adequate imaging technique in regard of the two experimental applications defined in the questions and aims of this study. Stenoses in a vascular phantom could be successfully visualized in real time and quantified visually according to NASCET criteria. Furthermore, a PTA in a vascular phantom guided by TWMPI real-time imaging was feasible. These findings underscore the fundamental potential of MPI for medical purposes. In order to catch up with the already established imaging methods, however, further research is needed in the field of scanner hard- and software as well as regarding SPION tracers.

Un des défis de la radiothérapie externe est d’adapter la planification de traitement à l’anatomie du patient tout au long de son traitement. Il est possible de faire de la thérapie adaptative grâce à l’imagerie de repositionnement en utilisant des algorithmes de recalage d’image. Les contours et la planification peuvent être conformes à l’anatomie du jour des patients au moment de leur fraction quotidienne. Il faut s’assurer préalablement de l’efficacité et la constance de ces algorithmes. Il est plus simple d’isoler des déformations spécifiques avec un fantôme anthropomorphique tridimensionnel que sur des images de patients. Le fantôme construit dans cette étude a permis de construire une banque d’images montrant 7 déformations différentes en intra et intermodalité Cette étude montre l’utilité du fantôme dans la validation et ainsi que l’efficacité de deux algorithmes de recalage d’image. Cette validation permet de cerner les lacunes de cette technologie pour éventuellement l’utiliser en clinique.

Like other branches, the health sector is also searching for new organisational forms in view of competitiveness. More and more, hospitals see themselves as integrated health care and service centres. This new view calls for structural and organisational consequences. This paper is to demonstrate how an architect can find systematic answers to these new requirements through his planning work. This paper presents a systematic strategy for the development of a concept for a hospital extension and also of the design of an integrated private practice for radiology and radiotherapy carrying out a fictitious conceptual study using the example of St. Elizabeth Hospital in Lörrach, Germany.

Einleitung: Experimentelle Daten zu Designparametern von Cages fehlen weitgehend. Ziel dieser Untersuchung war es, am Modell der Schafshalswirbelsäule den Effekt von Designparametern (Auflagefläche/Porengröße) auf das Einheilungsverhalten von Cages radiologisch zu untersuchen. Material und Methode: Bei 24 Merino-Schafen wurde eine intervertebrale zervikale Fusion C3/C4 mit 3 verschiedenen Stabilisierungsverfahren (n=8) durchgeführt. Gruppe1: autologer Beckenkammspan; Gruppe2: Syncage-C + autologe Spongiosa; Gruppe3: Harmscage + autologe Spongiosa. Während der Standzeit wurden radiologische Verlaufsuntersuchungen durchgeführt. Nach der 12-wöchigen Standzeit erfolgten funktionsradiologische Untersuchungen sowie computertomographische Untersuchungen am Präparat. Der Status der Fusion wurde anhand eines Fusionsscores bestimmt. Ergebnisse: Im Vergleich zum Beckenkammspan waren beide Cages in der Lage, die Höhe des Bandscheibenraums und den Intervertebralwinkel signifikant besser zu erhalten. Bezüglich der Sinterungsparameter, der radiologischen Funktionsuntersuchungen und des Fusionsscores waren bis auf den Zeitpunkt Woche 1 (Cage im Box-Design mit geringster Sinterung) keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Cages nachweisbar. Bei der Evaluation des Kallusvolumens zeigte sich für den Cage im Zylinder-Design eine größere Kallusformation, als für den Cage im Box-Design. Schlussfolgerung: Innerhalb der ersten 12 Wochen lassen sich nur in der frühen postoperativen Phase designspezifische Unterschiede zwischen beiden Cages nachweisen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Auflagefläche für das Sinterungsverhalten eines Cage in vivo nur von untergeordneter Bedeutung ist. Ein signifikanter Einfluss der Porengröße der Cages auf das Einheilungsverhalten konnte radiologisch nicht nachgewiesen werden. Ein Einfluss der Primärstabilität des Implantats auf die Kallusformation kann postuliert werden. / Introduction: Experimental data of design parameters of cages are lacking. The purpose of this study was to compare the effect of design parameters (endplate-implant contact area/maximum contiguous pore) on interbody fusion in a sheep cervical spine model by radiological methods. Material and Method: Twenty-four sheep underwent C3-4 discectomy and fusion in which the following were used: Group 1, autologous tricortical iliac crest bone graft (n=8); Group 2, titanium cylinder-design cage + autologous bone graft (n=8); and Group 3, titanium box-design cage filled with autologous bone graft (n=8). During the evaluation period radiography was performed. After the 12 weeks' evaluation period, functional radiographs and quantitative computerized tomography scans were acquired. Status of fusion has been evaluated by means of a fusion score. Results: Over a 12 weeks' period significantly higher values for disc space height and intervertebral angle were shown in cage-treated sheep than in those that received bone graft. Comparing the cage-groups no significant difference could be found in disk-space height, functional radiographic assessment and fusion score except week one. At this time the box-design cage showed significantly better distractive properties. The cylinder-design cage showed significantly higher values for bone callus volume in comparison to the box-design cage. Conclusion: In the 12 weeks' period, no significant design specific differences between both cages could be stated except during the early post-operative period. This study shows that the parameter endplate-implant contact-area was not able to determine subsidence of cages. An influence of maximum contiguous pore on the fusion's result could not be shown by radiological data. Primary stiffness must have an influence on bone callus formation.

No description available.

Like other branches, the health sector is also searching for new organisational forms in view of competitiveness. More and more, hospitals see themselves as integrated health care and service centres. This new view calls for structural and organisational consequences. This paper is to demonstrate how an architect can find systematic answers to these new requirements through his planning work. This paper presents a systematic strategy for the development of a concept for a hospital extension and also of the design of an integrated private practice for radiology and radiotherapy carrying out a fictitious conceptual study using the example of St. Elizabeth Hospital in Lörrach, Germany.