Medizinische Fakultät - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 17/19 Archiv

Seit Einführung der endovaskulären Aneurysmareperatur in den klinischen Alltag ist die Anzahl der elektiv durchgeführten Interventionen deutlich gestiegen. Gleichzeitig ist dieses minimalinvasive Verfahren einem ständigen Fortschritt unterworfen und entwickelt sich stetig weiter. Um diesen Entwicklungen gerecht zu werden bedarf es einerseits einer guten Ausbildung endovaskulärer Chirurgen und interventioneller Radiologen. Andererseits ist es notwendig vor Anwendung am Patienten technische Neuerungen so realitätsnah und umfassend wie möglich zu evaluieren. Industriell gefertigte Modelle und Computersimulatoren bieten zwar eine realitätsnahe Simulation der endovaskulären Eingriffe, sind jedoch aufgrund der extrem hohen Anschaffungskosten kaum in medizinischen Einrichtungen verbreitet und meist auf Industrie gesponsorte Workshops beschränkt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein aortales Gefäßmodell zu entwickeln, welches ein Aortenaneurysma trägt und nach Anschluss an ein Perfusionssystem die Simulation endovaskulärer aortaler Eingriffe ermöglicht, um diese zu trainieren und neue Methoden zu erproben. Das Modell sollte kostengünstig, zugleich aber mit hoher Genauigkeit und ohne großen Aufwand reproduzierbar sein. Prinzip des Modellbaus war es aus dem CT-Datensatz eines an unserem Institut behandelten Patienten mittels gängiger Modelliermittel eine Kopie aus Silikon zu konstruieren. Dabei kamen die Techniken des modernen Formenbaus zur Anwendung um die Reproduzierbarkeit des Modells zu ermöglichen. Für die Erzeugung eines Kreislaufs im Modell wurde eine selbstansaugende Niedervolt-Durchlaufpumpe angeschlossen. Das fertiggestellte Aortenmodell wurde durch zwei erfahrene interventionelle Radiologen hinsichtlich des Realitätsbezugs bei der Simulation von endovaskulären Interventionen evaluiert. Die Bewertung fand nach dem Schulnotenprinzip statt, wobei die Note 1 einem sehr hohen, die Note 6 keinem Realitätsbezug entsprach. Es wurden mehrere Kategorien unterschieden: Die Anatomie des Modells allgemein sowie die Anatomie der Pathologien, die Visualisierung durch verschiedene radiologische Modalitäten (CTA, MRA, Fluorsokopie mit DSA und Roadmap), die Simulation des Workflows, von der Punktion über das Legen der Schleuse bis zur Kontrasmittelinjektion über einen Katheter, sowie insbesondere die Führung des Führungsdrahtes. Ein weiteres Bewertungskriterium war der Erfolg bzw. Misserfolg der Sondierungen aller Gefäßabgänge mittels eines weichen und eines steiferen Führungsdrahtes und frei wählbarer Angiografiekatheter. In diesem Zusammenhang wurde auch die Compliance der Gefäße als Realitätskriterium erfasst. Abschließend wurde der Realitätsbezug des Modells insgesamt bewertet und die Kosten kalkuliert. Zusammenfassend wurde das Modell mit einer Note 2, entsprechend einem hohen Realitätsbezug bewertet. Die Evaluation zeigte die realitätsnahe Visualisierung in allen relevanten radiologischen Modalitäten sowie die gute Simulation von Workflow und Führung des Führungsdrahtes sowie der Angiographiekatheter. Auch die anatomische Realitätsnähe des Aortenmodells wurde von den Radiologen insgesamt positiv bewertet. Allerdings zeigten die wenige Millimeter zu weiten Durchmesser der Gefäßabgänge die Grenzen der verwendeten Herstellungstechnik auf. Diese waren ein notwendiger Kompromiss bei der segmentierten Konstruktion, wodurch zu Lasten der Durchmesser die Reproduzierbarkeit des Modells gewährleistet wurde. Mit einem Bruchteil der Kosten für ein industriell gefertigtes Modell stellt dieses Aortenmodell eine ernst zu nehmende Alternative dar. Es kann sowohl im Ausbildungs- als auch im Forschungsbereich angewendet werden und ist aufgrund seiner Kostengünstigkeit für einen breiten Einsatz gut geeignet.

Mit dieser bundesweiten Umfrage unter niedergelassenen Allgemeinmedizinern in Deutschland wurden erstmals umfassende empirische Erkenntnisse zum Umgang von Hausärzten mit knappen Ressourcen gewonnen. Qualitative Interviews mit Hausärzten dienten im Vorfeld der Studie zur Hypothesengenerierung. Nach inhaltlicher Validierung durch kognitive Interviews mit Hausärzten und durch eine Pilottestung, wurde die Befragung in Form einer Onlineumfrage durchgeführt. Insgesamt liegen aus dieser Untersuchung Angaben von 1.921 Hausärzten (Rücklaufquote 6,8 Prozent) aus dem gesamten Bundesgebiet zu vier übergeordneten Themenbereichen vor: Im derzeitigen budgetierten Vergütungssystem in der hausärztlichen Versorgung wenden nach Einschätzung unserer Interviewpartner die Hausärzte verschiedene Strategien an, um unter den gegebenen Rahmenbedingungen erfolgreich wirtschaften zu können. Unsere Umfrageergebnisse deuten darauf hin, dass diese Strategien in der täglichen Praxis tatsächlich Anwendung finden. Die Ergebnisse bestätigen die schon in anderen Untersuchungen festgestellte Beobachtung, dass Hausärzte in Deutschland im internationalen Vergleich durchschnittlich sehr wenig Zeit für einen Patientenkontakt aufwenden. Die Gründe für den ärztlichen Zeitmangel sind vielfältig. Die Mehrheit der befragten Hausärzte bewertet ärztlichen Zeitmangel durchaus als problematisch. Regressforderungen werden in der öffentlichen Debatte sehr kontrovers diskutiert. Die Ergebnisse legen nahe, dass Wirtschaftlichkeitsprüfungen und damit gegebenenfalls verbundene Regressforderungen bislang die Besonderheiten des Patientenkollektivs eines Hausarztes zu wenig berücksichtigen. Dadurch würden Regressforderungen ihre Aufgabe als Steuerungsinstrument gegen unwirtschaftliche Arbeitsweise nicht nur verfehlen, sondern durch die potentielle Sanktionierung einer „vernünftigen“ Verordnungsweise auch das medizinisch Notwendige beschneiden. Im Allgemeinen Interesse scheint überdies dringend eine Veröffentlichung der Prüfstatistiken zu den Wirtschaftlichkeitsprüfungen geboten. Bislang ist das Prüfsystem zu intransparent. Hinsichtlich möglicher Leistungsbegrenzungen (Rationierungen) belegen unsere Ergebnisse die Annahme verschiedener Studien aus Deutschland, dass bereits heute den Patienten medizinisch nützliche Leistungen aus Kostengründen vorenthalten werden (Rationierung). In der hausärztlichen Versorgung ist dies möglicherweise sogar stärker ausgeprägt als im stationären Bereich.

Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde untersucht, inwieweit die Faktoren Tageszeit und Schichttyp (senso-)motorische Leistungen in einem 3-Schicht-System beeinflussen. Aus Voruntersuchungen ist bekannt, dass Schreib- und Trackingleistungen unter Laborbedingungen einem zirkadianen Rhythmus mit einem Leistungstief gegen 3:00-4:00 Uhr morgens folgen. Im Fokus dieser Studie stand deshalb die Frage, der zeitliche Verlauf dieser Leistungen unter Feldbedingungen verändert: Beeinflusst der Faktor Schicht maßgeblich die (senso-)motorische Leistung oder würden sich auch im Schichtbetrieb ähnliche zeitabhängige Schwankungen wie unter Laborbedingungen ergeben? Als Studienort wurden zwei Industriewerke der Firma Siemens in Berlin ausgewählt, in denen nach einem Wechselschichtsystem mit Morgen, Tag- und Nachtschichten gearbeitet wurde. Von September bis Oktober 2009 wurden Schichtarbeiter von einem Studienteam mit Beteiligung der Doktorandin betreut und während des Schichtbetriebs in 2-Stunden-Zeitintervallen getestet. Die Schreib- und Trackingaufgabe wurde aus methodischen Gründen auf Tablets (“Pocket-PCs“) implementiert. Dadurch konnte gewährleistet werden, dass die Probanden simultan in ihrem realen Arbeitsumfeld getestet wurden. Die Schreibgeschwindigkeit (n=34) war durch den Faktor Schicht und durch die Tageszeit mit einem deutlichen Leistungstief zu Beginn der Morgenschicht um 6:40 Uhr moduliert. Insgesamt war die Geschwindigkeit in der Morgen- und Nachtschicht reduziert. Analog dazu war die Schriftgröße (n=34) durch den Faktor Schicht beeinflusst mit geringster Größe in der Morgenschicht (Minimum: 6:40 Uhr). Für die Trackingaufgabe standen uns weniger Probanden (n=11) zur Verfügung. Es stellte sich heraus, dass die Trackingleistung durch die Tageszeit beeinflusst ist, mit einem Tief um 8:40 Uhr. Diese Ergebnisse zeigen, dass visuo- und feinmotorische Leistungen in einem 3-Schicht-System vor allem zu Beginn der Morgenschicht beeinträchtigt sind. Wir gehen davon aus, dass die geringe Schlafdauer vor der Morgenschicht, die auch im Rahmen dieser Untersuchung erhoben wurde, dabei eine wichtige Rolle spielt. Visuo- und Feinmotorik sind wichtige Fähigkeiten des Menschen, die im Alltag insbesondere beim Umgang mit Objekten und bei der Bedienung von Instrumenten eine Rolle spielen. Es ist naheliegend, dass unsere Daten auch hohe ökonomische Relevanz haben, da diese Leistungen in Produktionsprozessen, in denen Präzision und Effektivität gefragt sind, von potenzieller Bedeutung sind. Darüber hinaus haben Schwankungen der fein- und visuomotorischen Leistung möglicherweise auch bei der Entstehung von Arbeitsunfällen einen Anteil. Die Aufgabe zukünftiger Studien wird deshalb sein, die Zusammenhänge zwischen (Senso-)motorik und Produktionseffektivität beziehungsweise Arbeitsunfällen zu ergründen.

The X-Ray phase-contrast techniques are innovative imaging methods allowing overtaking the limitations of classic radiology. In addition to the differential X-ray absorption on which standard radiology relies, in phase-contrast imaging the contrast is given by the effects of the refraction of X-rays inside the tissues. The combination of phase-contrast with quantitative computer tomography (CT) allows for a highly accurate reconstruction of the tissues’ index of refraction. Thanks to the high sensitivity of the method, tomographic images can be obtained at clinically compatible dose. For all these reasons phase-contrast imaging is a very promising approach, which can potentially revolutionize diagnostic X-Ray imaging. Several techniques are classified under the name of X-Ray phase-contrast imaging. This Thesis focused on the so-called analyzer-based imaging (ABI) method. ABI uses a perfect crystal, placed between the sample and the detector, to visualize the phase effects occurred within the sample. The quantitative reconstruction of the refraction index from CT data is not trivial and before this Thesis work it was documented only for small size objects. This Thesis has focused on two main scientific problems: (1) the development of theoretical and calculation strategies to determine the quantitative map of the refraction index of large biological tissues/organs (>10 cm) using the ABI technique; and (2) the preparation of accurate and efficient tools to estimate and simulate the dose deposited in CT imaging of large samples. For the determination of the refraction index, two CT geometries were considered and studied: the out-of-plane and the in-plane configurations. The first one, the most used in the works reported in the literature, foresees that the rotation axis of the sample occurs in a plane parallel to that of the sensitivity of the analyzer crystal; while, in the second CT geometry, the rotation axis is perpendicular to that plane. The theoretical study, technical design and experimental implementation of the in-plane geometry have been main tasks of this Thesis. A first experiment has been performed in order to compare the results obtained with in-plane quantitative phase contrast CT with the absorption-based CT ones. An improved accuracy and a better agreement with the theoretical density values have been obtained by exploiting the refraction effect while keeping the dose to sample low. A second campaign of experiments has been performed on large human breasts to investigate the efficiency of the in-plane and out-of-plane CT geometries and the performances of the associated image reconstruction procedures. The same experimental conditions were also studied by numerical simulations and the results were compared. This analysis shows that the in-plane geometry allows producing more accurate quantitative three dimensional maps of the index of refraction, while the out-of-plane case is preferable for qualitative investigations. A study for developing advanced procedures for improving the quality of the obtained CT images has been also conducted. As a result, a two-step procedure has been tested and identified: first the noise level of the experimental images is reduced by applying a wavelet decomposition algorithm and then a deconvolution procedure. The obtained images show an enhanced sharpness of the interfaces and of the object edges and high signal to noise ratio values are preserved. The second problem of this Thesis was to find strategies to calculate, in a fast way, the delivered dose in CT imaging of complex biological samples. For this purpose an acceleration method to speed-up the convergence of Monte Carlo simulations based on the Track Length Estimator method has been computed and included in the open-source software GATE. Results show that this method can lead to the same accuracy of conventional Monte Carlo methods while reducing the required computation time of up to two orders of magnitude, with the respect to the considered geometry. A database of dose curves for the case of monochromatic breast CT has been produced: it allows for a quick estimation of the delivered dose. A way to choose the best energy and the optimal photon flux was also proposed, which leads to a significant reduction of the delivered dose without any loss in terms of image quality. Most of the experimental and data reconstruction methods developed within this Thesis work can be applied also to other phase-contrast techniques. This Thesis shows that high resolution three dimensional diagnostic imaging of large and complex biological organs can, in principle, be performed at clinical compatible doses; this is the most significant contribution of the Thesis towards the clinical implementation of phase-contrast CT.