Zur Therapie chronischer neuropathischer Schmerzen, die durch Schädigungen oder Erkrankungen des
Nervensystems entstehen können, besteht ein hoher Bedarf an wirksamen medizinischen
Behandlungsmöglichkeiten. Wissenschaftliche Studien zeigen das Potenzial von Binauralen Beats zur
Verringerung der benötigten Schmerzmittel während Operationen. Binaurale Beats sind ein
Hörphänomen, das im Gehirn entsteht, wenn zwei Töne mit einem bestimmten Frequenzunterschied
gleichzeitig auf jeweils einem Ohr gehört werden. Um die Wirksamkeit Binauraler Beats zur
Schmerzreduktion chronisch neuropathischer Patienten zu untersuchen und eine mögliche Therapie
zu ermöglichen, wird im Rahmen dieser Bachelorarbeit eine klinische Studie geplant. Die in der Studie
verwendete Binaural Beats Tonspur wurde zuvor vom Departement Musik der Hochschule Luzern
erstellt. Um die Machbarkeit der geplanten klinischen Studie zu beurteilen, dient eine
Machbarkeitsanalyse. Vorgeschlagen wird eine dreiarmige randomisierte kontrollierte Studie, zur
Untersuchung des klinischen Nutzens der erstellten Tonspur. Die Studienpopulation soll aus chronisch
neuropathischen Schmerzpatienten des Schweizer Paraplegiker-Zentrums bestehen. Im Rahmen der
akustischen Therapie werden regelmäßige Behandlungen durchgeführt. Die klinischen Daten der
Studie werden durch zwei Fragebögen erfasst, analysiert und bewertet. Die Machbarkeitsanalyse zeigt
die Durchführbarkeit der geplanten Studie auf und identifiziert mögliche Lücken
There is a high demand for effective medical treatment options for the therapy of chronic neuropathic
pain, which can result from damage to or diseases of the nervous system. Scientific studies show the
potential of binaural beats to reduce the amount of pain medication needed during surgery. Binaural
beats are an auditory phenomenon that occurs in the brain when two sounds with a specific difference
in frequency are heard simultaneously but separate. To investigate the efficacy of binaural beats in
reducing pain in chronic neuropathic patients and to provide a possible therapy, a clinical study is
planned as part of this bachelor thesis. The Binaural Beats soundtrack used in the study was created
by the Department of Music at the Lucerne University of Applied Sciences and Arts. To assess the
feasibility of the planned clinical trial, important aspects are examined in a feasibility analysis. A threearmed randomised controlled trial is proposed to investigate the clinical benefit of the created
soundtrack. The study population will consist of chronic neuropathic pain patients of the Swiss
Paraplegic Centre. Regular treatment sessions will be conducted as part of the acoustic therapy. The
clinical data of the study will be collected, analysed and evaluated through two questionnaires. The
feasibility analysis shows the feasibility of the planned study and identifies possible gaps.
n dieser Bachelorarbeit wird untersucht, ab welcher Scherspannung die Erythrozyten in einer
Blutströmung beschädigt werden. Verschiedene Studien untersuchten diese Thematik bereits und
kamen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Daher wird in dieser Arbeit eine Rohrströmungsvorrichtung
erstellt, mit welcher in Blutproben verschiedene Scherspannungen erzeugt werden. Mittels eines
Durchflusszytometers werden die behandelten Blutproben gemessen. Die Ergebnisse können
aufgrund der schlechten Reproduzierbarkeit der Messungen nicht sinnvoll ausgewertet werden.
This bachelor thesis investigates at what shear stress the erythrocytes in a blood flow are damaged.
Various studies have already investigated this topic and came to different results. Therefore, in this
thesis a tube flow device is created with which different shear stresses are generated in blood
samples. The treated blood samples are measured by using a flow cytometer. The results cannot be
meaningfully evaluated due to the poor reproducibility of the measurements.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit dem Thema der Zulassung für eine Schmerztherapie-Software. Die Firma SALUT-E hat die innovative Schmerztherapie-Software PAINFREE2GO entwi-ckelt, welche es Patienten erlaubt, ihre Schmerzen schnell und einfach anhand eines Avatars genau dort zu markieren, wo sie auftreten und diese anschliessend zu beschreiben. Da es sich bei PAINFREE2GO um eine Mobile Medical App handeln könnte, stellt sich die Frage, welche regulatorischen Anforderun-gen unter der Medical Device Regulation (MDR) erfüllt werden müssen und wie diese konkretisiert werden können, damit PAINFREE2GO in den Schweizer und europäischen Markt in Verkehr gebracht werden kann. In einem ersten Schritt wird die Zweckbestimmung der Applikation definiert. Anhand der Zweckbestimmung wird PAINFREE2GO als ein Medizinprodukt der Kasse IIa eingestuft. Um das Kon-formitätsbewertungsverfahren zu durchlaufen und PAINFREE2GO als Medizinprodukt in Verkehr zu bringen, gilt es eine technische Dokumentation für ein Medizinprodukt der Klasse IIa zu erstellen. Diese beinhaltet unteranderem eine Qualitätsmanagement-Dokumentation nach ISO 13485, Risikomanage-ment-Akte nach ISO 14971, Gebrauchstauglichkeits-Akte nach IEC 62366-1, Softwareentwicklungs-Akte nach IEC 62304 und klinische Bewertung nach MEDDEV 2.7/1. Zu jeder Norm oder Leitlinie und deren zu erstellenden Dokumentation oder Akte, wurde eine Checkliste erstellt. Diese Checklisten zei-gen die konkret geforderten Arbeiten, Prozessschritte und Dokumentation auf. Dementsprechend lässt sich sagen, dass die erstellten Checklisten die regulatorischen Anforderungen unter der MDR sowie die zu berücksichtigenden Normen für den Schweizer und europäischen Markt aufzeigen und SALUT-E als Grundlage und Leitfaden dienen, damit PAINFREE2GO erfolgreich in Verkehr gebracht werden kann.
This bachelor thesis deals with the topic of the approval for a pain therapy software. SALUT-E has developed the innovative pain therapy software PAINFREE2GO. The app provides an avatar which allows patients to easily mark their pain exactly where it occurs. Afterwards the patients can describe their pain. It is possible that PAINFREE2GO is a mobile medical app. This raises the question of which regulatory requirements must be considered according to the Medical Device Regulation (MDR) and
how could these requirements be specified to a approve PAINFREE2GO for the Swiss and European market. Primarily, the intended use of the application is defined. Based on the intended use, PAIN-FREE2GO is classified as a medical device of class IIa. To pass the conformity assessment procedure and to place PAINFREE2GO on the market as a medical device, a technical file must be written for a class IIa medical device. This includes a quality management documentation according to ISO 13485, a risk management file according to ISO 14971, an usability file according to IEC 62366-1, a software development file according to IEC 62304 and a clinical evaluation according to MEDDEV 2.7/1. For each standard or guideline and the required documentation or file a checklist was created. These check-lists show the specific required work, process and documentation. In conclusion, the created checklists show the regulatory requirements according to the MDR as well as the standards to be considered for the Swiss and European market. Thus, this bachelor thesis serves SALUT-E as a guideline to place PAINFREE2GO successfully on the market.
Die Hochschule Luzern Technik und Architektur besitzt seit dem Sommer 2020 ein industrielles Computer Tomographie Gerät namens LuCi (Lucerne Ct Imaging). Bei Messungen mit diesem System entsteht Streustrahlung, welche zu Artefakten führt wie unscharfen und verwaschenen Bildern. Das CT-System LuCi wurde in einer vorangegangenen Bachelorarbeit in der Simulationsumgebung GATE nachgebaut. Dieses Open Source Software basiert auf dem Toolkit GEANT4, welche vom CERN entwickelt wurde und den Durchgang von Teilchen durch Materie simuliert. Dieses bestehende Simulationsmodell von LuCi wurde verwendet und modifiziert, mit dem Ziel, den Streustrahlenanteil zu reduzieren. Dazu wurden zum einen die Innenwände der Kabine in der Simulation mit 1mm dickem Aluminium, 1mm Aluminium und 1mm Zinn oder 1mm Zinn und 2mm Blei verkleide. Weiter wurde auch der Granitblock entweder mit 1mm Aluminium, 1mm Zinn oder 1mm Blei verkleidet. Als letztes wurde noch eine Blende ins Simulationsmodell eingefügt und simuliert. Ebenfalls wurden Parameter wie SDD, ODD und Öffnungswinkel verändert und mit den Modifikationen simuliert. Die Quelle hat eine Beschleunigungsspannung von 160keV mit einem Target aus 1mm Kupfer und 0.5mm Zinn. Die Ergebnisse aus den Simulationen haben gezeigt, dass die SDD sowie der Öffnungswinkel den grössten Einfluss auf die Reduktion der Streustrahlung haben. Die Reduktion der SDD von 1000mm auf 400mm zeigt eine Reduktion des Streustrahlenanteils um rund 30%. Die Reduktion des Öffnungswinkels von 135 Grad auf 50 Grad zeigt eine Reduktion des Streustrahlenanteils von rund 40%. Auch die eingefügte Blende zeigt eine Reduktion des Streustrahlenanteils von bis zu 30%. Das Ergebnis der Simulation mit der Blende wurde mit einer realen Messung an LuCi mit einem Kollimator verglichen. Der Kollimator reduziert den Streustrahlenanteil an LuCi ebenfalls um rund 30%. Daraufhin wurde empfohlen, die Idee der Blende weiter zu verfolgen.
The Lucerne School of Engineering and Architecture has had an industrial computer tomography device called LuCi (Lucerne Ct Imaging) since summer 2020. Measurements with this system produce scattered radiation, which leads to artefacts such as blurry and washed-out images. The CT system LuCi was recreated in a previous bachelor thesis in the simulation environment GATE. This open source software is based on the toolkit GEANT4, which was developed by CERN and simulates the passage of particles through matter. This existing LuCi simulation model was used and modified with the aim of reducing the proportion of scattered radiation. For this purpose, the inner walls of the cabin in the simulation were clad with 1mm thick aluminium, 1mm aluminum and 1mm tin or 1mm tin and 2mm lead. The granite block was also covered with either 1mm aluminium, 1mm tin or 1mm lead. Finally, a cover was added to the simulation model and simulated. Parameters such as SDD, ODD and cone angle were also changed and simulated with the modifications. The source has an acceleration voltage of 160keV with a target made of 1mm copper and 0.5mm tin. The results from the simulations have shown that the SDD and the cone angle have the greatest influence on the reduction of the scattered radiation. Reducing the SDD from 1000mm to 400mm shows a reduction in the proportion of scattered radiation by around 30%. The reduction of the cone angle from 135 degrees to 50 degrees shows a reduction in the proportion of scattered radiation by around 40%. The inserted cover also shows a reduction in the proportion of scattered radiation of up to 30%. The result of the simulation with the cover was compared with a real measurement on LuCi with a collimator. The collimator also reduces the proportion of scattered radiation at LuCi by around 30%. It was then recommended that the idea of the cover be pursued further.
Zwischen den Wirbelkörpern der Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule sowie zwischen dem Lendenwirbelkörper 5 und dem Kreuzbein befinden sich Bandscheiben. Ihre Aufgabe besteht darin, Stösse abzudämpfen und die Spinalnerven zu schützen. Mit voranschreitendem Alter kommt es häufig zu Bandscheibendegenerationen, welche sich in Rücken- oder Nackenschmerzen äussern können. Um zukünftig die Auswirkungen verschiedener Belastungen auf die Zellpopulationen der Bandscheibe mittels qPCR untersuchen zu können, sollten für die Gene HSPH1, DNAJA4, ATF3, NR1D1 und FOSB, welche diagnostischen Wert besitzen, Primer etabliert werden. Um zu eruieren, ob bereits etablierte Primer vorhanden waren, wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, in welcher für vier der fünf Gene Primer gefunden werden konnten. Für das Gen DNAJA4 wurden zwei unterschiedliche Primer-Paare selbst erstellt. Zur Verifizierung der Primer diente eine qPCR mit anschliessender Gelelektrophorese. Dabei stellte sich heraus, dass die Primer für das FOSB-Gen aufgrund einer fehlenden Exon-Exon-Junction untauglich sind. Für die Validierung der Primer wurde eine Verdünnungsreihe durchgeführt. Dadurch konnten die Primer für die Gene HSPH1, ATF3 und NR1D1 validiert werden. Die beiden Primer für das DNAJA4-Gen konnten aufgrund von Unstimmigkeiten nicht abschliessend validiert werden. Die anschliessende Genexpressionsanalyse zwischen zwei Tieren zeigte auf, dass das Gen HSPH1, mit einem Verhältnis von 2, im Tier 1 stärker ausgeprägt ist und das Gen NR1D1, mit einem Verhältnis von 0.06, im Tier 1 schwächer ausgeprägt ist. Ebenfalls wurde bei einem der beiden Primer-Paare für das Gen DNAJA4 ein signifikant höheres Verhältnis von 5 angegeben. Das Fehlen dieser Ausprägung im anderen Primer-Paar legt nahe, dass mindestens eines der beiden Primer-Paare nicht geeignet ist.
Intervertebral discs are located between the vertebrae of the cervical, thoracic and lumbar spine and between the lumbar vertebra 5 and the sacrum. Their function is to absorb shocks and protect the spinal nerves. With advancing age, intervertebral disc degeneration often occurs, which can manifest itself in back or neck pain. In order to be able to investigate the effects of different stresses on the cell populations of the intervertebral disc by qPCR, primers should be established for the genes HSPH1, DNAJA4, ATF3, NR1D1 and FOSB, which have diagnostic value. To determine whether established primers were already available, a literature search was conducted in which primers could be found for four of the five genes. For the DNAJA4 gene, two different primer pairs were designed. A qPCR followed by gel electrophoresis was used to verify the primers. It was found that the primers for the FOSB gene were unsuitable due to a missing exon-exon junction. A dilution series was performed to validate the primers. This allowed validation of the primers for the HSPH1, ATF3, and NR1D1 genes. The two primers for the DNAJA4 gene could not be finally validated due to inconsistencies. Subsequent gene expression analysis between two animals indicated that the HSPH1 gene, with a ratio of 2, was more highly expressed in animal 1 and the NR1D1 gene, with a ratio of 0.06, was less highly expressed in animal 1. Furthermore, a significantly higher ratio of 5 was reported for the DNAJA4 gene in one of the two primer pairs. The absence of this expression in the other primer pair suggests that at least one of the two primer pairs is not suitable.
Bei chronischen Rückenschmerzen handelt es sich um eine Volkskrankheit deren Usrachen teils unbekannt
sind. In vorangegangenen Arbeiten konnte nachgewiesen werden, dass Stimulationen in bestimmten
Frequenz- und Amplitudenspektren die Muskelspindeln stimulieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein
Produkt entwickelt, welches diesen Effekt auslösen kann. Hierfür wurde be stehend auf dem
existierenden Prototypen ein neues Haltersystem konzipiert. Durch diese Optimierung kann es
geschlechtsunspezifisch verwendet werden. Durch Anpassung des GUIs konnten die zugehörigen
Anforderungen grösstenteils erfüllt werden. Durch neue Verkabelung und Haltesysteme der
Vibrationseinheiten wurde es möglich die Vibrationseinheiten mittels zwei Anschlüssen an der Anschlussbox
anzuschliessen und an den geforderten Orten zu befestigen. Das Gesamtsystem kann über den integrierten
Display in der Anschussbox angestuert werden.
Chronic back pain is a widespread disease whose causes are partly unknown. Previous work has shown that
stimulation in certain frequency and amplitude spectra stimulates the muscle spindles. In the context of this
work, a product was developed that can trigger this effect. For this purpose, a new holder system was
designed based on the existing prototype. Through this optimisation, it can be used in a gender-unspecific
way. By adapting the GUI, the associated requirements could be largely fulfilled. New cabling and holding
systems for the vibration units made it possible to connect the vibration units to the connection box using two
connectors and to fix them in the required places. The entire system can be controlled via the integrated
display in the connection box.
Die vorliegende Bachelor-Thesis beschäftigt sich mit der Genexpressionsanalyse von kaudalen Rinderbandscheiben, die verschiedenen Belastungsbedingungen ausgesetzt wurden. Zum einen wurden dazu die Rinderschwänze je in proximale und distale Abschnitte eingeteilt (1g-Zellen). Zum anderen wurden Zellen simulierter Schwerelosigkeit ausgesetzt (0g-Zellen). Das Ziel der Arbeit war es, die Genexpressionsanalyse von 1g-Zellen und 0g-Zellen mit der quantitativen Polymerasen-Ketten-Reaktionsmethode durchzuführen und zu vergleichen. Aus dem Ergebnis der definierten Gene TAF1D, RBM23, DDX21 und ZNF576 geht hervor, dass bei weniger als der Hälfte der Messungen die Genexpression in proximalen Bandscheiben höher war als in distalen, bei einem Viertel niedriger und bei einem Drittel konnte kein Unterschied beobachtet werden. Aufgrund von fehlerhafter Soft- und Hardware des Schwerelosigkeitssimulators wurde die Priorität auf die Genexpressionsanalyse von 1g-Zellen gelegt. Deshalb liegen keine Ergebnisse von 0g-Zellen vor.
This bachelor thesis deals with gene expression analysis of bovine caudal discs exposed to different loading conditions. On the one hand, bovine tails were divided into proximal and distal sections (1g-cells). Secondly, (0g) cells were exposed to simulated weightlessness. This work aimed to perform and compare gene expression analysis of 1g cells and 0g cells using the quantitative polymerase chain reaction method. From the results of the defined genes TAF1D, RBM23, DDX21, and ZNF576, gene expression was higher in proximal discs than distal discs in less than half of the measurements, lower in a quarter, and no difference was observed in a third. Due to malfunctioning software and hardware of the microgravity simulator, priority was given to gene expression analysis of 1g cells. Therefore, results from the 0g cells are not available.
Die Degeneration der Bandscheibe (IVD) und ihre medizinischen Folgen sind nach wie vor ein Thema in der
heutigen Gesellschaft. Mangelnde Kenntnisse über die zelluläre Zusammensetzung der IVD behindern
Fortschritte bei regenerativen Therapien. Um hier Abhilfe zu schaffen, bestimmten Calió et al. (2021) die
zelluläre Zusammensetzung des Nucleus Pulposus (NP) und des Annulus Fibrosus (AF). Fünf eindeutig
exprimierte Gene, die ausschliesslich in Zellcluster zwei der identifizierten NP-Zellen exprimiert werden,
wurden zur Validierung durch Genexpressionsanalyse mittels quantitative polymerase chain reaction (qPCR)
ausgewählt. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung von qPCR-Primern für die fünf eindeutig exprimierten
Gene: SFRP5, ADIRF, S100A2, ACTG1 und TUBB. Anschliessend wurden die Primer an RNA getestet, die
extrahiert und in komplementäre DNA umgeschrieben worden war. Zur Validierung der Gene wurden eine
Spezifitätsanalyse mittels Schmelzkurvenanalyse und Gelelektrophorese sowie eine Effizienzanalyse anhand
einer Standardkurve durchgeführt. Schliesslich wurde eine relative Quantifizierung durchgeführt, um den
Unterschied in der Expression der Gene in der distalen IVD im Vergleich zur proximalen IVD zu bestimmen.
Das Ergebnis zeigt, dass es möglich war, Primer für SFRP5, ADIRF und S100A2 zu etablieren, nicht aber für
ACTG1 und TUBB. SFRP5 amplifizierte unspezifische Produkte und wurde als nicht funktionierender
Primer ausser Acht gelassen. Darüber hinaus ist ADIRF von den fünf eindeutig exprimierten Genen das
einzige, das die Validierungskriterien erfüllt. Ausserdem zeigt die relative Quantifizierung, dass ADIRF und
S100A2 in der distalen IVD in geringerem Masse exprimiert werden als in der proximalen IVD. Schliesslich
zeigen die Gesamtergebnisse, dass ADIRF und S100A2 während der Genexpressionsanalyse vorhanden und
aktiv waren. Somit kann das Vorhandensein von ADIRF und S100A2 in der RNA der Rinder-IVD bestätigt
werden.
Degeneration of the intervertebral disc (IVD) and its medical repercussions remains an issue in today’s
society. A lack of knowledge of the cellular composition of the IVD hinders advances in regenerative
therapies. To assist in this matter, Calió et al. (2021) determined the cellular composition of the Nucleus
Pulposus (NP) and Annulus Fibrosus (AF). Five uniquely expressed genes that are exclusively expressed in
cell cluster two of the identified NP cells, were selected for validation through gene expression analysis using
quantitative polymerase chain reaction (qPCR). This project aimed to design qPCR primers for the five
uniquely expressed genes: SFRP5, ADIRF, S100A2, ACTG1 and TUBB. Following that, the primers were tested on RNA that had been extracted and reverse transcribed into complementary DNA. Specificity analysis via melt curve analysis and gel electrophoresis and efficiency analysis using a standard curve were used to validate the genes. Lastly, relative quantification was performed to determine the difference in expression of the genes in distal IVD compared to proximal IVD. The outcome indicates that it was feasible to establish primers for SFRP5, ADIRF and S100A2 but not for ACTG1 and TUBB. SFRP5 amplified non-specific products and was disregarded as a non-working primer. Furthermore, of the five uniquely expressed genes, ADIRF is the only one that passes validation criteria. Additionally, relative quantification shows that ADIRF and S100A2 are expressed at lower levels in the distal IVD than in the proximal IVD. Lastly, the overall findings show that ADIRF and S100A2 were present and active during the gene expression analysis. Hence, the presence of ADIRF and S100A2 in bovine IVD RNA may be validated.
Zusammen mit der Universitätsklinik Balgrist hat die Hochschule Luzern ein pneumatisches Vibrationssystem entwickelt, welches während Messungen im Bewegungslabor eingesetzt wird. Mit diesen Messungen wird die propriozeptive Wahrnehmung von Versuchspersonen untersucht, um daraus Erkenntnisse zu unspezifischen chronischen Rückenschmerzen zu erlangen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der vorhandene Messaufbau (Vibrationssystem mit Force Plate) optimiert und anschliessend werden damit Messungen mit Versuchspersonen durchgeführt. Dabei werden die Versuchspersonen an den Waden (Ansatz Musculus soleus) mit unterschiedlichen Parametereinstellungen (Frequenz, Luftdruck und Stimulationsamplitude) stimuliert. Der Messaufbau konnte in dieser Arbeit durch Anpassung der Hard- und Software optimiert werden. Mit dem optimierten Messaufbau konnten anschliessend Messungen mit Versuchspersonen durchgeführt werden. Die Auswertungen der Messdaten von 15 Versuchspersonen haben gezeigt, dass das Vibrationssystem mit einer Stimulationsfrequenz von 80 Hz und einer Stimulationsamplitude von 0.7 mm die Balance-Kontrolle der Versuchsperson am stärksten beeinflusst. Dank diesen Erkenntnissen kann sichergestellt werden, dass das Vibrationssystem für weitere Studien und Untersuchungen der unspezifischen chronischen Rückenschmerzen eingesetzt werden kann (z. B. in der Magnetresonanztomographie).
In collaboration with the Balgrist University Hospital, the Lucerne University of Applied Sciences and Arts has developed a pneumatic vibration system which is used for measurements in the movement laboratory. These measurements are used to investigate the proprioceptive perception of test subjects to gain insights into non-specific chronic back pain. Within the scope of this work, the existing measurement setup (vibration system with force plate) is optimized and then measurements are carried out with test subjects. The test subjects are stimulated on the calf base (Musculus soleus) with different parameter settings (frequency, air pressure and stimulation amplitude).
In this bachelor thesis, the measurement setup was optimized by adapting the hardware and software. After enhancing the measurement setup, measurements were carried out with test subjects. The analysis of the measurement data of 15 test subjects indicated that the vibration system with a stimulation frequency of 80 Hz and a stimulation amplitude of 0.7 mm has the strongest influence on the balance control of the test subject. With these findings, it can be ensured that the vibration system can be used for further studies and investigations of non-specific chronic back pain (e.g. in magnetic resonance imaging).
In der Schweiz und in Deutschland ist die Weiterbildung zum Facharzt oder zur Fachärztin für Urologie unstrukturiert und je nach Vorgesetzte oder Vorgesetzten und Ausbildungsort muss länger praktisch trainiert oder darf schneller bei Operationen Verantwortung übernommen werden. Trainingsmöglichkeiten variieren ebenfalls stark. Vom Max-Planck-Institut entwickelte realistische Organphantome sollen neu in der Aus- und Weiterbildung in der Chirurgie verwendet werden. In dieser Arbeit wird die Usability der Organphantome eingeschätzt und es wird erarbeitet, wie sie in der Aus- und Weiterbildung von Chirurgen und Chirurginnen einsetzt werden können.
Dazu wird eine umfangreiche Umfrage an (angehende) Urologen und Urologinnen verschickt. Diese Umfrage unterscheidet sich je nach Ausbildungsstand leicht. Der erste Teil der Umfrage bezieht sich auf die aktuelle Weiterbildungssituation, der zweite Teil auf den möglichen Einsatz der Modelle und der dritte Teil auf das effektiv vorhandene Interesse am Training mit Organphantomen. Mit drei Fach- und drei Assistenzärzten und -ärztinnen werden Interviews geführt, um die Antworten der Umfrage zu bestärken. Schliesslich entsteht ein dreiteiliges Konzept, abgeleitet aus den Umfragen und den Interviews, wie die Phantome zukünftig ins Curriculum integriert werden könnten. Dieses Konzept gilt es fortführend noch zu evaluieren.
13 Assistenzärzte und -ärztinnen sowie 17 Fachärzte und -ärztinnen haben die Umfrage beantwortet. Die Resultate zeigen den Wunsch nach einem strukturierteren Curriculum sowie den Einsatz von Organphantomen vor allem zu Beginn der Facharztweiterbildung für das Erlernen der Grundlagen.
In Switzerland an Germany advanced training to specialize in urology is largely unstructured. Depending on the supervisor and training location, practical training varies in length and responsibility for operations may be assumed at different times. Training opportunities also vary greatly. Realistic organ phantoms developed by the Max Planck Institute are to be used for the first time in the education and training of surgeons. In this work, the usability of the organ phantoms is assessed and a concept of how they can be used in the education and training of surgeons is developed. For this purpose, a comprehensive survey is sent to (prospective) urologists. This survey differs slightly depending on the level of training of the professional. The first part of the survey refers to the current training situation, the second part to the possible use of the models and the third part to the genuine interest in training with organ phantoms. Interviews are conducted with three specialists and three residents to corroborate the answers of the survey. Finally, a three-part concept is developed, derived from the surveys and the interviews, on how the phantoms could be integrated into the curriculum in the future. This concept still needs to be evaluated.
13 assistant doctors and 17 specialists answered the survey. The results show the desire for a more structured curriculum and the use of organ phantoms, especially at the beginning of specialist training, when learning the basics.
Bei der Röntgencomputertomographie (XCT) werden aus den Bildern der Absorption von Röntgen-strahlen durch das Objekt virtuelle Schnitte mit Grauwerten, die der spezifischen Absorption entspre-chen berechnet. Die spezifische Absorption ist eine Überlagerung von Material und Dichte. Soll nur die Dichte einer Materialprobe gemessen werden, um beispielsweise die Knochendichte zu bestimmen, muss die Materialinformation von der Dichteinformation getrennt werden. Ein Verfahren, um nur die Dichte bestimmen zu können, ist Dual-Energie-XCT. Bei der Dual-Energie-XCT werden Messungen mit zwei unterschiedlichen Energien durchgeführt. Das Ziel der Bachelorarbeit ist es, ein Verfahren zu im-plementieren, das aus zwei Messungen mit unterschiedlichen Spannungen und Filtern ein Dual-Ener-gie-CT berechnet. Des Weiteren ist es das Ziel, über die Graustufenmessung die Dichte eines Objekts mit einem oder mehreren Materialien zu bestimmen. Die Graustufen werden über die rekonstruierten Bilder der Röntgen-Computertomographie (XCT) gemessen. Es gibt bereits einige Verfahren die Dichte eines Objektes zu bestimmen, das einfachste ist wohl, indem die Masse des Objekts durch das Volu-men des Objekts dividiert wird. Ein weiteres Verfahren ist, das Archimedische Prinzip, welches sich die Auftriebskraft zu Nutze macht. Die Densitometrie, die Dichtemessung findet ihre Anwendung unter anderem in der Medizin, z.B. der Osteodensitometrie. Die Osteodensitometrie, wird für die Diagnose von Osteoporose verwendet. Bei der Osteoporose handelt es sich um eine Erkrankung des Knochens, bei dem Knochenschwund auftritt. Um die Diagnose feststellen zu können gibt es zwei Verfahren: die Doppel-Energie-Röntgen-Absorptiometrie und die quantitative Computertomographie. Um das Dual-Energie-XCT zu implementieren, werden die zwei Studien «Methodology for attainment of density and effective atomic number through dual energy technique using microtomographic images» und «Mine-ralogy evaluation and segmentation using dual-energy microtomography» gelesen und weitestge-hend, reproduziert. Beim ersten Messdurchlauf werden acht Materialstäbe Aluminium, Eisen und Kup-fer verwendet und eine Spannung von 80 kV und 120 kV. Der zweite Messdurchlauf gleicht dem ersten Durchlauf, jedoch werden dabei mehrere Materialien verwendet. Der dritte Messdurchlauf beinhaltet dieselben Materialien wie der zweite Durchlauf, dabei beträgt die Spannung 120 kV und 180 kV. Die erste und zweite Graustufenmessung entsteht durch die rekonstruierten Bilder des ersten Messdurch-laufs. Dabei unterscheiden sich die Graustufen, obwohl es sich um dieselben rekonstruierten Bilder handeln sollte. Die dritte und vierte Graustufenmessung entsteht durch die rekonstruierten Bilder des zweiten Messdurchlaufs. Für die dritte Graustufenmessung werden die Bilder mit anderen Rekonstruk-tionsparameter rekonstruiert, ebenso die Bilder für die vierte Graustufenmessung. Bei der fünften Graustufenmessung werden die Bilder auf dieselbeweise rekonstruiert wie die Bilder für die vierte Graustufenmessung. Jedoch stammen die Messdaten für die fünfte Graustufenmessung aus dem drit-ten Messdurchlauf. Für die bisherigen Rekonstruktionen der Bilder wird das Rekonstruktionspro-gramm «Cera» verwendet. Bei der sechsten Graustufenmessung wird das Rekonstruktionsprogramm «X-AID» verwendet dabei stammen die Messdaten aus dem zweiten Messdurchlauf. Anhand der Grau-stufen wird der Massenschwächungskoeffizient errechnet. Mit dem Massenschwächungskoeffizient und der Ordnungszahl3.8 der jeweiligen Materialien, werden über die lineare Regression die Winkel-konstante und die Linearkonstante für die jeweiligen Energien ermittelt. Anhand der beiden Konstan-ten wird die Dichte und Ordnungszahl mittels zweier Gleichungen ermittelt und mit der theoretischen Dichte und Ordnungszahl verglichen. Die Dichte und Ordnungszahl für die erste und zweite Graustu-fenmessung sind innerhalbe der ±5 % Toleranz, jedoch liegt die Ordnungszahl von Aluminium aus-serhalb der Toleranz. Bei der dritten Graustufenmessung sind die meisten Werte ausserhalb der Tole-ranz. Wenn jedoch bei der Kalibrierung nur die drei Materialien Al, Fe und Cu verwendet werden und die Dichte und Ordnungszahl bestimmt werden, ist das Resultat dasselbe wie bei der ersten und zwei-ten Graustufenmessung. Die Resultate für die vierte und fünfte Graustufenmessung sind nicht doku-mentiert, da während der Graustufenmessung bereits aufgefallen ist, dass diese nicht korrekt sind. Da im Moment mit keinem Verfahren die Dichte und Ordnungszahl ermittelt werden kann, müssen wei-tere Versuche mit unterschiedlichen Rekonstruktionsparametern durchgeführt werden.
In X-ray computed tomography (XCT), virtual sections with grey values corresponding to the specific absorption are calculated from the images of the absorption of X-rays by the object. The specific ab-sorption is a superposition of material and density. If only the density of a material sample has to be measured, for example, to determine the bone density, the material information must be separated from the density information. One method to be able to determine only the density is dual-energy XCT. In dual-energy XCT, measurements are performed with two different energies. The bachelor thesis aims to implement a method that calculates a dual-energy CT from two measurements with different voltages and filters. Furthermore, the aim is to determine the density of an object with one or more materials via the greyscale measurement. The grey levels are measured via the recon-structed X-ray computed tomography (XCT) images. There are already a few methods to determine the density of an object, the simplest is probably by dividing the mass of the object by the volume of the object. Another method is Archimedes' principle, which makes use of the buoyancy force.
4
Densitometry, the measurement of density, is used in medicine, for example in osteodensitometry. Osteodensitometry is used for the diagnosis of osteoporosis. Osteoporosis is a disease of the bone in which bone loss occurs. There are two methods to determine the diagnosis: dual-energy X-ray ab-sorptiometry and quantitative computed tomography. To implement the dual-energy XCT, the two studies "Methodology for attainment of density and effective atomic number through dual energy technique using microtomographic images" and "Mineralogy evaluation and segmentation using dual-energy microtomography" are read and reproduced as far as possible. The first measurement run uses eight material rods of aluminium, iron and copper and a voltage of 80 kV and 120 kV. The second measurement run is similar to the first run, but several materials are used. The third meas-urement run contains the same materials as the second run, but the voltage is 120 kV and 180 kV. The first and second greyscale measurements are created from the reconstructed images of the first measurement run. Thereby the grey levels differ, although they should be the same reconstructed images. The third and fourth greyscale measurements are taken from the reconstructed images of the second measurement run. For the third greyscale measurement, the images are reconstructed with different reconstruction parameters, as are the images for the fourth greyscale measurement. For the fifth greyscale measurement, the images are reconstructed in the same way as the images for the fourth greyscale measurement. However, the measurement data for the fifth greyscale measure-ment comes from the third measurement run. For the previous reconstructions of the images, the reconstruction programme "Cera" is used. For the sixth greyscale measurement, the reconstruction programme "X-AID" is used, and the measurement data originate from the second measurement run. The mass attenuation coefficient is calculated based on the grey levels. Using the mass attenua-tion coefficient and the atomic number3.8 of the respective materials, the angular constant and the linear constant for the respective energies are determined via linear regression. Using the two con-stants, the density and atomic number are determined utilizing two equations and compared with the theoretical density and atomic number. The density and atomic number for the first and second greyscale measurements are within the ±5 % tolerance, but the atomic number of aluminium is out-side the tolerance. For the third greyscale measurement, most of the values are out of tolerance. However, if only the three materials Al, Fe and Cu are used in the calibration and the density and atomic number are determined, the result is the same as in the first and second greyscale measure-ment. The results for the fourth and fifth greyscale measurement are not documented. Since the density and atomic number cannot be determined with any method, further experiments with differ-ent reconstruction parameters must be carried out.
Seit dem Sommer 2020 hat die Hochschule Luzern für Technik und Architektur (HSLU T&A) ein CT-System namens LuCi (Lucerne Ct Imaging) für Forschungszwecke zur Verfügung. Die Streustrahlung innerhalb eines solchen Systems ist einer der Hauptstörfaktoren, welcher die Genauigkeit der Rekonstruktion eines gemessenen Objekts beeinträchtigt. Daher werden eine Analyse und Quantifizierung des Streustrahlungsbeitrags in LuCi benötigt, welche das Ziel dieser Bachelor-Thesis sind. Eine Literaturrecherche hat ergeben, dass die Monte Carlo Methode ein zuverlässiges Werkzeug für die Simulation von Streustrahlung ist. Ein Simulationswerkzeug, welches diese Methode implementiert ist GATE, eine Open-Source Software basierend auf GEANT4, einem Toolkit, das für die Simulation des Durchgangs von Teilchen durch Materie benutzt wird. Ein Simulationsaufbau eines virtuellen Nachbaus von LuCi wurde entwickelt und der Streustrahlungsbeitrag für verschiedene Konfigurationen simuliert. Die verwendete Röntgenquelle war ein Kegelstrahl mit einem Quellenspektrum für eine Beschleunigungsspannung von 160 kV und einem 6.5 μm dickem Wolframtarget. Aus den Simulationsergebnissen der Konfigurationen wurde der Streustrahlungsbeitrag der Einzelteile berechnet. Der grösste Beitrag von 1.89% wurde für die Granitblöcke berechnet, beim Gehäuse liegt der Beitrag bei 0.60% und der kleinste Streustrahlungsbeitrag von 0.56% wurde für die Detektor- und Objekthalterung berechnet. Für den gesamten Simulationsaufbau, bestehend aus Phantom, Gehäuse, Granitblöcken, Detektor- und Objekthalterung, wurde eine Streustrahlung von 6.25±0.40% berechnet. Zur gleichen Zeit wurden experimentelle Messungen der Streustrahlung an LuCi an der HSLU vom Team von CC TES (Competence Centre Thermische Energiespeicher) durchgeführt, welche ein Ergebnis von 12.57±0.34% ergaben. Verglichen mit den Simulationsergebnissen ergibt sich ein Unterschied von 6.32%. Aufgrund des grossen Unterschieds zwischen experimentell erhobenen und simulierten Ergebnissen sind weitere Untersuchungen des Simulationsaufbaus erforderlich.
Since summer 2020, a CT system called LuCi (LUcerne Ct Imaging) is available for research purposes at Lucerne University of Applied Sciences and Arts (LUASA). Scattered radiation within such a system is an important deteriorating factor impacting the accuracy of reconstruction of a measured object. Therefore, the analysis and quantification of scattered radiation contribution in LuCi is required, which is the aim of this bachelor thesis. Research has shown that the Monte Carlo method is a reliable tool for the simulation of scattered radiation. A simulation tool implementing this method is GATE, an open-source software based on GEANT4, which is a toolkit used for the simulation of the passage of particles through matter. A simulation setup representing LuCi virtually was developed, and the scattered radiation simulated for different configurations. The implemented source was a cone beam with a source spectrum for a 160 kV acceleration voltage and a 6.5 μm thick tungsten target. From the simulation results of the configurations, the scattered radiation contribution of individual parts was calculated. The biggest contributors are the granite blocks, with a contribution of 1.89%; a value of 0.60% was calculated for the cabinet, and the smallest contributor to the scattered radiation, at 0.56%, are the detector holder and object holder. For the full simulation setup, including phantom, cabinet, granite blocks, detector holder and object holder, a scattered radiation of 6.25±0.40% was calculated. Simultaneously, experimental measurements of the scattered radiation within LuCi were carried out at LUASA by the Competence Centre Thermal Energy Storage (CC TES) team, showing a result of 12.57±0.34%, resulting in a difference of 6.32% in comparison to the simulation results. Given the large difference between the experimentally measured and simulated results, further research into the simulation setup is needed.