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Analyzing the progression of pathologies in medical images
(2025) Andresen, Julia
Medical image analysis is a key component of modern healthcare, required not only for diagnosis, but also for treatment planning and disease monitoring. The number of medical images acquired every day is constantly increasing and with it the need for automated tools to process, segment and interpret these images efficiently and reliably. Over the past decade, deep learning-based approaches, especially convolutional neural networks, have revolutionized the field providing unprecedented performances for almost all medical image analysis tasks, including semantic segmentation and image registration. However, the training of deep neural networks needs vast amounts of data, whereas most annotated medical datasets are small. The manual delineation of anatomical and pathological structures needs expert knowledge, and is both time-consuming and error-prone. These problems are even more severe in the analysis of disease progression, where not just one image but several have to be analyzed together. Furthermore, pathologies exhibit higher variability than anatomical structures and occupy comparatively small image areas, further increasing the data demands for training.
This dissertation aims to develop deep learning-based algorithms for the automatic analysis of medical time series image data, focusing on pathological progression over time, such as retinal fluid in optical coherence tomography and brain lesions in magnetic resonance imaging. The main goal is to segment pathologies across all time points in order to monitor disease progression. Expert segmentations are typically unavailable for extensive time series data, requiring weakly supervised or fully unsupervised methods. Therefore, longitudinal registration of medical images is investigated as a tool for pathology tracking and unsupervised segmentation.
To achieve the goals described, the present work follows three complementary research directions. First, unsupervised clustering is used to segment individual images. Second, registration-based approaches are developed for the joint analysis of longitudinal data with simultaneous segmentation of non-correspondences that reflect evolving or disappearing pathologies. Third, registration approaches inspired by metamorphosis models are used to model the formation of new pathologies. To improve the plausibility of the resulting deformations, these models are designed to separate displacements of anatomical structures from volumetric changes of the pathologies.
The methods presented in this thesis enable the unsupervised segmentation of pathological structures, without relying on manually generated pathology segmentations. By leveraging weak supervision through anatomical labels and exploiting temporal information in longitudinal data, the proposed approaches can identify disease-related changes in an unsupervised manner. Overall, this work provides novel, annotation-efficient strategies for the automated analysis of medical image time series data, with the potential to support clinical workflows in the assessment of disease progression.
Auswirkungen personalisierter transkranieller Gleichstromstimulation des rechten V5 auf langsame Augenfolgebewegungen
(2025) Kühn, Alexander
Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist ein nicht-invasives Gehirnstimulationsverfahren, bei dem über auf der Kopfhaut angebrachte Elektroden Gleichstrom appliziert wird (≤ 30 Minuten; ≤ 4 mA) (Nitsche et al., 2008; Paulus et al., 2013). Das so induzierte schwache elektrische Feld im Gehirn (≤ 1 V/m) moduliert das Membranpotenzial der Neurone unterschwellig (Creutzfeldt et al., 1962; Dmochowski et al., 2011; Huang et al., 2017). Es werden also keine Aktionspotenziale ausgelöst, sondern vielmehr kommt es durch die leichte Hyper- oder Depolarisation zu einer veränderten Rate an Aktionspotenzialen und einer verzögerten oder beschleunigten Aktionspotenzialgenerierung (Brunoni et al., 2012; Gebodh et al., 2019; Nitsche et al., 2008). Trotz des großen wissenschaftlichen Interesses an dieser Methode sind die Ergebnisse oft heterogen und bis zur Hälfte der Probanden sprechen auf tDCS gar nicht oder nur sehr schlecht an (Fertonani & Miniussi, 2017; Horvath et al., 2015; Wiethoff et al., 2014). Das erschwert die Etablierung von Behandlungsansätzen mit tDCS in der klinischen Versorgung. Interindividuelle Unterschiede in der Anatomie, der Leitfähigkeit und der vornehmlichen Orientierung der Neurone wurden als wichtige Gründe für das heterogene Ansprechen auf tDCS identifiziert (Dmochowski et al., 2013; Fertonani & Miniussi, 2017; Opitz et al., 2015; Radecke et al., 2023). Daher steigt das Interesse an personalisierter tDCS, bei der mit Hilfe von MRT- und kombinierten EEG/MEG-Aufnahmen für jeden Probanden individuelle tDCS-Montagen erstellt werden, sodass die individuelle Verteilung des elektrischen Feldes berücksichtigt werden kann (Dmochowski et al., 2013; Khan et al., 2023; Radecke et al., 2023).
Langsame Augenfolgebewegungen (SPEM) ermöglichen dem Menschen das scharfe Betrachten bewegter Objekte, indem das Abbild in der Fovea, dem Ort des schärfsten Sehens, gehalten wird (Lencer et al., 2019; Lencer & Trillenberg, 2008). Patienten mit Psychose-Erkrankungen weisen häufig Defizite in SPEM auf, weshalb SPEM sich als Biomarker für Patienten mit Psychose-Erkrankungen etabliert haben (Brakemeier et al., 2020; Holzman, 2000; Lencer et al., 2010). Die Gehirnregion V5 im hinteren Teil des Temporallappens dient der Verarbeitung von visuellen Bewegungen und ist sehr wichtig für die Umwandlung dieser visuellen Signale in einen motorischen SPEM-Befehl (Kimmig et al., 2008; Leigh & Zee, 2015; Zeki, 2015).
In dieser Studie wurden für N = 19 Probanden individuelle, personalisierte tDCS-Montagen des rechten V5 erstellt, indem V5 mit fMRT-Daten lokalisiert und anhand von kombinierten EEG/MEG-Messungen die individuelle Schädelleitfähigkeit ermittelt wurde. An drei Stimulationsterminen wurde tDCS verabreicht und dabei vorher, währenddessen sowie nach tDCS-Applikation SPEM ausgeführt und aufgezeichnet. Der Stimulationserfolg wurde anhand der Auswirkungen auf verschiedene SPEM-Parameter quantifiziert.
Es zeigten sich keine über die Applikation von tDCS hinaus anhaltende Nacheffekte, jedoch fanden sich spezifische tDCS-Online-Effekte während der Applikation von tDCS. Diese betrafen zwei Parameter, die die Initiierungsfähigkeit von SPEM widerspiegeln: Akzeleration und Akzelerationslatenz während der SPEM-Initiierung. Die tDCS-Effekte äußerten sich durch einen verzögerten SPEM-Start während kathodaler tDCS, die in der Literatur klassischerweise als inhibierende Stimulation gilt (Nitsche et al., 2005). Eine Vorgängerstudie aus derselben AG Lencer untersuchte mit einem sehr ähnlichen Versuchsaufbau bereits die Auswirkungen normativer tDCS von V5 auf SPEM (Radecke et al., 2023), bei der alle Probanden mit derselben tDCS-Montage stimuliert wurden. Dort zeigten sich keine Nacheffekte und auch meine nachträgliche Auswertung zu den Online-Effekten während der normativen tDCS-Applikation ergab keine tDCS-Effekte durch normative tDCS. Unter Berücksichtigung der individuellen Anatomie und der unterschiedlichen Verteilung des elektrischen Feldes ist es also gelungen, spezifische tDCS-Effekte auf SPEM-Parameter in der für diese Parameter wichtigen Hirnregion V5 zu generieren. Diese Studie unterstreicht daher die Wichtigkeit der Berücksichtigung der individuellen Anatomie für die erfolgreiche Anwendung von tDCS.
Flowful work design
(2025) Kloep, Leonie
Modern work contexts present new kinds of changes and flexibilization, digitalization, and new dynamics confront people with novel challenges. These changes also alter opportunities to experience positive states at work, such as flow and team flow. Flow is defined as the state of being completely absorbed in an activity that is perceived as optimally demanding, and it is associated with positive effects on well-being and performance. Similar assumptions apply to team flow, which is defined as a shared experience of flow within a team during optimal team dynamics.
Different work design models propose systematically considering the characteristics of a work task to further develop and redesign it towards specific goals. However, the overarching context is often overlooked. This dissertation aims to examine flow and team flow promoting forms of work design from a context-specific perspective. The goal is to identify factors that promote or hinder flow and team flow at work, and to investigate the effect of external contextual factors in challenging work environments. To this end, three examples of modern work contexts are examined: work in a start-up, industrial manufacturing work, and virtual teamwork.
Study I employs qualitative interviews to investigate how flow and team flow are experienced during the early start-up stage, which is often characterized by high levels of autonomy and meaningfulness, yet also by uncertainty and lack of support. Some of the influencing factors and consequences discussed are known from previous research, while others appear specifically relevant to the challenges start-ups face. Overall, the importance of promoting flow and team flow in the context of start-ups becomes apparent, and the results provide some recommendations for work design.
Study II focuses on manufacturing work, which can be considered a flow-aversive context due to monotony and boredom. The study examines how gamification, a strategy for designing work to promote flow, affects both flow and performance. The study suggests that gamification could be particularly effective at the beginning of work processes; however, flow can also arise in non-gamified manufacturing work via other mechanisms.
Study III examines the context of international virtual teams and investigates team flow experiences, exploring the possibility of identifying them through communication parameters. Depending on the task type, the examined communication parameters are insufficient for identifying team flow. Nevertheless, the study makes an important contribution to the ongoing methodological debates in flow research concerning the development of interruption-free measurement approaches.
While each of the studies conducted in this cumulative dissertation addresses different research questions, they all contribute to a better understanding of flow and team flow in the workplace. Furthermore, they enable the development of recommendations for work designs that promote flow and team flow. The central results of the three studies are integrated into a work design model. This model is developed as an extension of an Input-Process-Output model and is based on the Job Characteristics Model. The model systematizes the various factors influencing flow and team flow at work, as well as the consequences of these states, with an emphasis on the influence of the context. The relevance of the key contextual factors examined in the dissertation, such as playful approaches and intercultural perspectives in work design, is also addressed. Furthermore, methodological reflections on the dynamics and the measurement of flow and team flow are presented. Based on the three contexts studied, concrete work design practices and recommendations are formulated. Future research should consider additional work contexts relevant to the evolving challenges faced in today's working world and evaluate the effectiveness of specific interventions. The methodological questions raised regarding the operationalization and measurement of flow and team flow should be examined more closely in light of the results. Overall, this dissertation demonstrates that promoting flow and team flow may be possible in challenging and dynamic modern work contexts. However, this is context-dependent and should be planned in a reflective, evidence-based manner.
Etablierung eines humanen 3D Hautmodells für Pemphigus
(2025) Janusch, Edda Luise Viktoria
Pemphigus-Erkrankungen sind seltene schwerwiegende Autoimmunerkrankungen der Haut und/ oder Schleimhäute. Es kommt zur Bildung von Autoantikörpern gegen Desmoglein (DSG) 1 und/ oder DSG 3. DSG ist ein wichtiger Bestandteil von Desmosomen, welche für die Zelladhäsion innerhalb der Epidermis sorgen. Der Verlust der intraepidermalen Zell-Zellkontakte der Keratinozyten, wird als
Akantholyse bezeichnet. PX43 ist ein gut etabliertes Einzelkettenfragment, welches DSG 1 und DSG 3 im Hautorgankulturmodell (HSOC) für Pemphigus vulgaris (PV) bindet und somit eine Akantholyse verursacht. Das Ziel dieser Arbeit ist ein humanes dreidimensionales (3D) Hautmodell für Pemphigus zu etablieren. Für die Herstellung der humanen 3D Haut wurden humane Keratinozyten und Fibroblasten aus gespendeten Hautstücken, welche von elektiven plastischen Operationen stammen, isoliert, kultiviert und vermehrt.
Zu Beginn der Herstellung der 3D Haut wurde eine künstliche Dermis aus
Fibroblasten und Kollagen Typ 1 geschaffen, auf diese wurden die Keratinozyten gesät und es wurde ein Air liquid interface geschaffen. Nach weiteren acht Tagen wurde die Applikation von PX43 und von intravenösen Immunglobulin (IVIG) als Negativkontrolle durchgeführt. Wir wählten drei unterschiedliche Routen aus, um die beste Applikationsweise zu finden. Es wurden 20 µL PX43-Lösung bzw. IVIG-Lösung in das Medium der 3D Haut, auf die 3D Haut und in die 3D Haut via Injektion appliziert. Anhand der Hämatoxylin-Eosin (HE) Färbung und der indirekten Immunfluoreszenzfärbungen (IIF) wurden die 3D Häute charakterisiert und das Expressionsmuster von DSG 1 und DSG 3 sichtbar gemacht. Die Ausprägung beider DSG konnte überlappend in den basalen Schichten und DSG 3 zusätzlich im apikalen Bereich der Epidermis detektiert werden. Dass PX43 nach Applikation vor allem in den basalen Schichten der Epidermis bindet, konnte durch die direkte Immunfluoreszenzfärbung gezeigt werden. Als Resultat von PX43 in der 3D Haut sahen wir einen Adhäsionsverlust in der apikalen Epidermis. Anhand der Desmoglein-Kompensations-Theorie kann der Adhäsionsverlust apikal und das Ausbleiben der suprabasalen Spaltbildung aufgrund der überlappenden Expression beider DSG erklärt werden. Es ergab sich durch die IIF-Färbungen Anhalt dafür, dass die 3D Häute aus zu weit ausdifferenzierten Keratinozyten bestehen. Dies wird zukünftig durch die Wahl jüngerer Spender*innen modifiziert.
In Zukunft kann das humane 3D Hautmodell für Pemphigus in Kombination mit medikamentösen Therapien getestet werden.
Wir haben ein humanes 3D Hautmodell für Pemphigus etabliert, welches für ein verbessertes Verständnis der Pathogenese sorgt und viel Potential als alternatives Modell zum HSOC für PV birgt.
Advances in femtosecond laser refractive eye surgery
(2025) Freidank, Sebastian
The advent of reliable short-pulsed lasers in the 1980s and 1990s made it possible to perform refractive laser surgery that offers correction without glasses. In laser-assisted in situ keratomileusis (LASIK), argon fluoride excimer laser ablation at 193 nm wavelength was employed to ablate central corneal stroma that had been exposed by cutting a flap using a mechanical microkeratome. Later, the mechanical keratome was replaced by a femtosecond (fs) laser that can produce a corneal dissection through applying a grid of near-IR laser pulses at 1030 nm with small energy at high repetition rate. This way, flaps with flat bed and side cut can be produced that enable precise repositioning of the flap after surgery. It enables to perform wave front-guided ablation for correction of higher-order aberrations besides myopia or hyperopia. In the 2010s, small incision lenticule extraction (SmILE) was introduced, in which a lenticule is dissected out of the central stroma using only fs laser pulses and removed through a small side cut. This technique requires only one laser and optical delivery system and involves less dissection of corneal nerves and biomechanical weakening of the cornea than LASIK.
The thesis analyses the mechanisms of corneal dissection and explores novel dissection concepts for improving precision, efficacy and gentleness of refractive surgery both in LASIK and SmILE. Dissection relies on a sequence of laser-induced plasma formation, shock wave emission, and cavitation bubble dynamics. Pulse repetition rate, energy and spot separation influence the interaction of events from subsequent laser pulses and, thus, the cutting dynamics. The fundamentals of plasma formation and its dependence on laser pulse duration, wavelength, focusing angle and focus shape are described using generic equations for photo- and avalanche ionization, thermal ionization, and recombination. Laser-induced bubble formation and its interplay with shock wave emission is described using an extended Gilmore model of cavitation bubble dynamics. This analysis and previous experiments show that UVA sub-nanosecond laser pulses with stable temporal shape and a wavelength around 350 nm offer the potential of creating more precise cuts with more compact devices than conventional near-IR fs laser systems. Furthermore, the introduction of a helical phase plate can transform the Gaussian laser beam with elongated focus into a vortex beam with a ring shaped focus of similar length. Such focus shaping promises to improve the dissection efficacy in direction parallel to the corneal surface, which should reduce mechanical side effects and increase precision.
The dynamics of corneal dissection by 330 fs, 1030 nm laser pulses was investigated using stroboscopic photography with sub-micrometer spatial resolution, high-speed photography with up to 50 million frames/s and videography at 1 kHz. The cavitation bubble size was determined from stroboscopic photographs through digital image evaluation. The morphology of the cuts was investigated histologically, and the quality of the cuts evaluated through scanning electron microscopy. It turned out that the plasma extends through several corneal lamellae and its rapid expansion leads to irregularly shaped lobular cavitation bubbles. Lobes from neighboring bubbles do not always meet, which leads to tissue bridges hindering flap lifting and lenticule extraction. The cutting process is largely an addition of individual disruption/cleavage effects, which depend mainly on pulse energy and spot separation. However, it has also a dynamic component resembling crack propagation during fracture in solids, which implicates a dependence on pulse repetition rate.
The use of a vortex beam was explored for IR and UV wavelengths and found to improve dissection efficiency and quality. Scanning electron microscopy showed that the cuts are smoother than with a Gaussian beam. The force distribution during the plasma expansion from a ring focus facilitates tissue cleavage in the cutting direction parallel to the corneal surface and minimizes tissue bridges. Therefore, the volumetric energy density in the focal volume required for dissection is smaller with a vortex beam than with a Gaussian beam, which reduces plasma pressure and mechanical side effects. The smaller plasma energy density results also in less gas generation through free-electron-mediated molecular disintegration. This is advantageous because long-lived gas bubbles impair pupil tracking during clinical procedures and distort the corneal morphology during dissection of the upper lenticule cut in SmILE. Altogether, dissection using a vortex beam is more precise and gentler than with a Gaussian beam.
Experiments with fs pulses at 343 nm wavelength and sub-ns pulses at 355 nm showed that the precision of corneal dissection could be further improved by reducing the laser wavelength. However, although the damage potential of the investigated UVA wavelengths lies four orders of magnitude below the peak value around 260 nm and although no corneal damage has been observed in previous animal experiments, the radiant exposure required for flap cutting lies above the permissible dose.
The pulse duration dependence of laser pulse energy required for dissection with easy flap lifting was investigated for IR pulses between 480 fs and 8 ps duration and UV pulses between 1 ps and 400 ps duration. A strong pulse duration dependence is found even for the absorbed laser energy needed for flap cutting, which indicates that the efficiency of the cutting process drops. For durations L > 10 ps, stress and inertial confinement of energy deposition decrease, which reduces the plasma peak pressure and delays or even inhibits the formation of a shock front. For L < 3 ps, the reduced cutting energy is related to an increase of plasma energy density with decreasing pulse duration. These findings confirm the high suitability of pulse durations in the lower fs range down to about 150 fs, which are used in state-of the art clinical laser systems.
The improvement of dissection through use of a vortex beam instead of a Gaussian beam is the finding of this thesis with greatest clinical relevance and potential for LASIK and SmILE. It has already been demonstrated that a helical phase plate can be easily implemented into the beam delivery system of existing clinical devices and is compatible with focus scanning. The next step is the conduction of a clinical study.
Die Assoziation eines polygenen Scores mit dem Intelligenzquotienten Frühgeborener im Vergleich zu den Auswirkungen nicht-genetischer Faktoren
(2025) Burmester, Miriam Valerie
Hintergrund: Frühgeborene sind eine vulnerable Gruppe. Aufgrund der perinatalen Umstände besteht ein erhöhtes Risiko für eine ungünstige neurokognitive Entwicklung. Ein polygener Score (PGS) erklärt in der Allgemeinbevölkerung 4 % der IQ-Varianz. Der Zusammenhang mit dem IQ Frühgeborener wurde bisher nicht untersucht.
Zielsetzung: Untersuchung der Assoziation des IQ-PGS mit dem Intelligenzquotienten, des Einflusses nicht-genetischer Faktoren und Interaktionen zwischen PGS und nicht-genetischen Faktoren bei fünfjährigen VLBW-Frühgeborenen. Einschätzung der klinischen Relevanz.
Methoden: Analysiert wurden die Daten von 2.076 VLBW-Frühgeborene des GNN (prospektive Kohortenstudie), deren IQ mittels WPPSI-III erhoben und Nabelschnur-DNA SNP-genotypisiert wurde. Mittels linearer Regressionsanalyse wurde die Assoziation zwischen PGS und IQ ermittelt. Es erfolgte die multiple Regressionsanalyse der Assoziation aller untersuchten Einflussfaktoren mit dem IQ sowie die Analyse der Interaktion zwischen PGS und nicht-genetischen Faktoren.
Ergebnisse: Der PGS war signifikant mit dem IQ assoziiert (p=0,037, +0,22 IQ-Punkte/Dezil) und erklärte 0,2 % der Varianz. Die Assoziation blieb in der multiplen Regressionsanalyse signifikant. In der Subgruppenanalyse war sie bei Jungen (p = 0,005) und Kindern mit IVH (p = 0,012) signifikant. Nicht-genetische Faktoren waren stärker mit dem IQ assoziiert: negativ assoziiert waren außereuropäische Herkunft der Mutter (−9,0 IQ-Punkte), IVH (−6,1 IQ-Punkte) und SGA (−5,2 IQ-Punkte), positiv ein höheres Gestationsalter (+1,3 IQ-Punkte/Woche), höherer mütterlicher Schulabschluss (+4,9 IQ-Punkte) und weibliches Geschlecht (+1,5 IQ-Punkte). Der Mehrlingsstatus zeigte keinen Effekt.
Schlussfolgerung: Der IQ-PGS ist bei VLBW-Frühgeborenen im Alter von fünf Jahren signifikant mit dem IQ assoziiert. Die klinische Relevanz ist gering. Perinatale und soziodemografische Faktoren beeinflussen den IQ stärker. Ein routinemäßiges Bestimmen des PGS ist nicht empfehlenswert. Gezielte Fördermaßnahmen für vulnerable Gruppen sind sinnvoll.
Evaluation eines individualisierten, tabletbasierten Trainingsprogramms zur körperlichen Aktivierung von Parkinson-Patient*innen
(2025) Wagner, Lynn
Hintergrund: Regelmäßige körperliche Aktivität kann sich positiv auf motorische und nicht-motorische Symptome beim Idiopathischen Parkinson-Syndrom (IPS) auswirken. Physio-therapeutische Interventionen sind wesentlicher Bestandteil der stationären multimodalen Komplexbehandlung bei Morbus Parkinson (PKB). Im ambulanten Bereich fehlt es jedoch oft an personellen Ressourcen, um eine kontinuierliche physiotherapeutische Versorgung weiterzuführen. Das individualisierbare, tabletbasierte ParkProTrain-Trainingsprogramm zielt darauf ab, Parkinson-Patient*innen zu unterstützen und ein körperlich aktivierendes Eigentraining in der Häuslichkeit zu etablieren. Es wurde die Wirksamkeit eines neunmo-natigen Einsatzes dieses Programms bei Patient*innen mit einem IPS im Anschluss an eine dreiwöchige, stationäre PKB im Hinblick auf gesundheitsbezogene primäre und sekundäre Zielvariablen evaluiert.
Material und Methoden: Es wurde eine monozentrische kontrollierte Längsschnittstudie mit drei Messzeitpunkten durchgeführt (PKB-Beginn, PKB-Ende, neun Monate nach PKB). Die Interventionsgruppe (IG) nutzte das Trainingsprogramm nach Entlassung aus der Klinik für neun Monate in der Häuslichkeit, während die Kontrollgruppe (KG) lediglich die üblichen Empfehlungen von der Klinik mitbekam. Als primäre Zielvariable wurde die parkinsonspe-zifische Lebensqualität mit dem PDQ-8 gemessen. Die sekundären Outcomes waren Teil-habeeinschränkungen, Sturzangst, Schlafstörungen, Ängste und Depressionen sowie Schmerzen, Leistungsfähigkeit und körperliche Aktivität.
Ergebnisse: Vollständige Datensätze lagen von N=93 IG- und N=137 KG-Teilnehmer*innen vor. Sowohl die IG als auch die KG zeigten nach der PKB deutliche Verbesserungen in allen Zielparametern. Die Werte verschlechterten sich neun Monate nach PKB für die meis-ten Variablen bis unter die Ausgangswerte. In Bezug auf die Teilhabe, Depressivität sowie Leistungsfähigkeit in Beruf und Freizeit wurden signifikante Verbesserungen im Vergleich zu PKB-Beginn zugunsten der IG beobachtet. Die IG-Patient*innen waren zu 98,8% zufrie-den mit der Intervention und den einzelnen Komponenten.
Diskussion: Auch wenn kein deutlich ausgeprägter Effekt in der IG beobachtet wurde, war die Verschlechterung einiger Zielparameter bei der IG geringer ausgeprägt als bei der KG und einige der Parameter verbesserten sich sogar. Dieser positive Trend zugunsten der IG lässt sich möglicherweise auf die Intervention zurückführen. Es wird vermutet, dass die pandemiebedingten Rahmenbedingungen, unter denen die Studie stattfand, die Intensität der messbaren Effekte beeinflusst haben. Empfehlungen für zukünftige Interventionen und den Einsatz in verschiedenen Versorgungssettings wurden diskutiert und abgeleitet.
Die Relevanz des Hepatitis-E-Virus in der Transfusionsmedizin
(2025-01) Sommer-Strunck, Nele Maxi
Stress, Copingstrategien und gesundheitsbezogene Lebensqualität während der Coronapandemie 2020/21
(2025) Peters, Elke
Anfang 2020 lag mit Ausbruch der COVID-19-Pandemie eine unzureichende Evidenz hinsichtlich Stressbelastung und Lebensqualität infolge der Pandemie in der Bevölkerung vor. Es war unklar, inwiefern die individuellen Präventionsempfehlungen zur Verbesserung des Wohlbefindens von Nutzen hinsichtlich Stressbelastung und Lebensqualität für die Bevölkerung und für vulnerable Gruppen sind. Ziel der vorliegenden explorativen Arbeit ist die Deskription der wahrgenommenen Stressbelastung, der gesundheitsbezogenen Lebensqualität und von Aktivitäten zum Erhalt des Wohlbefindens während der COVID-19-Pandemie im April 2020 und November 2020 auf Basis von Online-Befragungsdaten einer Bevölkerungsstichprobe (n = 2.078) und in ausgewählten Subgruppen. Mit Hilfe von multiplen linearen Regressionsanalysen werden darüber hinaus Assoziationen von Copingstrategien und Stressbelastung, von Stresssymptomen und Stressbelastung sowie von Aktivitäten zum Erhalt des Wohlbefindens und Lebensqualität jeweils unter Berücksichtigung bekannter Einflussfaktoren aufgezeigt.
Anders, als erwartet ist die Stressgesamtbelastung gemessen mit dem SCI bei Teilnehmen-den beider CoPa-Befragungen bei der Zweitbefragung gegenüber der Erstbefragung nicht erhöht. Die differenzierte Betrachtung der Stressgesamtbelastung zeigt jedoch, dass bei der Zweitbefragung der Wert für Stress durch Überforderung höher ist, während die Werte für Stress durch Unsicherheit und Stress durch Verlust bzw. tatsächlich eingetretene Ereignisse niedriger sind. Die Stressgesamtbelastung unterscheidet sich in den Subgruppen deutlich: Personen mit Hinweis auf eine Depression bzw. eine Angststörung sowie Personen mit einer selbstberichteten ärztlichen Depressionsdiagnose bzw. mit einer anderen psychischen Erkrankungsdiagnose im Leben weisen zu beiden Befragungszeitpunkten signifikant höhere Stressgesamtwerte auf als alle anderen untersuchten Subgruppen. Daneben äußern multi-morbide Personen und Personen mit Kindern unter 13 Jahren im Haushalt überdurchschnittlich hohe Stressgesamtwerte. Während die Stressgesamtbelastung von Frauen signifikant über dem Durchschnitt liegt, befindet sich der Stressgesamtwert von Männern signifikant darunter. Frauen geben signifikant höhere Werte für Stress durch Überforderung an, der im Verlauf noch zunimmt. Gleichzeitig äußern Männer bei der Zweitbefragung im Vergleich zur Erstbefragung einen niedrigeren Wert für Stress durch Überforderung. Personen ab 65 Jahre äußern die niedrigste Stressgesamtwerte, die signifikant niedriger sind als in allen anderen untersuchten Subgruppen.
Erwartungsgemäß korreliert die Anzahl der Stresssymptome positiv mit der Stressgesamtbelastung und negativ mit der gesundheitsbezogenen Lebensqualität. Im Mittel geben studien-teilnehmende Personen mehr als drei Stresssymptome an. Mehr als die Hälfte äußern Schlafschwierigkeiten, knapp die Hälfte Grübeln sowie jeweils ein Drittel Libidoverlust bzw. Kopfschmerzen. Die gesundheitsbezogene Lebensqualität aller Teilnehmenden beider Befragung ist im November 2020 niedriger als im April 2020, insbesondere Frauen, Personen ohne Kind/er unter 13 Jahre im Haushalt und Personen unter 65 Jahre äußern bei der Wiederholungsbefragung eine schlechtere Lebensqualität. Während diese von Personen mit eingangs positiven PHQ-2 und / oder GAD-2 im November 2020 besser eingeschätzt wird.
In den multivariaten Analysen zeigt sich, dass die Anwendung der Copingstrategien „positiv denken“, „aktive Stressbewältigung“ und „soziale Unterstützung“, unter Kontrolle der Stressgesamtbelastung, psychische Beeinträchtigungen, Multimorbidität und personenbezogene Parametern mit einer Abnahme der wahrgenommenen Stressgesamtbelastung zum zweiten Befragungszeitpunkt assoziiert sind. Dieser Zusammenhang ist für die „soziale Unterstützung“ signifikant. Von den Aktivitäten zur Steigerung des Wohlbefindens, die von der WHO, dem IASC und dem IFRC in Quarantäne empfohlen werden, sind die zwei Aktivitäten „körperlich aktiv bleiben“ und „Humor behalten und lachen“ signifikant positiv mit der gesundheitsbezogenen Lebensqualität zu beiden Befragungszeitpunkten assoziiert. Personen mit psychischen Beeinträchtigungen geben im Vergleich zu nicht betroffenen Personen eine signifikant größere OR für die Ausführung der meisten hier untersuchten Aktivitäten zum Erhalt des Wohlbefindens an und nutzten gleichzeitiger seltener hier berücksichtigter adaptive Copingstrategien zum Abbau von Stress. Dabei nahm bei Personen mit Hinweis auf eine Depression und/oder eine Angststörung die wahrgenommene gesundheitsbezogene Lebensqualität im Verlauf zu, während sie bei den anderen Personen abnahm.
Die deutlichen Gruppenunterschiede bei der Stressbelastung und der gesundheitsbezogenen Lebensqualität machen deutlich, dass Unterschiede vorhanden sind und sowohl gruppenspezifische Betrachtungen als auch differenzierte Maßnahmen erforderlich sind. Aktivitäten zum Erhalt des Wohlbefindens sollten in der Bevölkerung bekannt sein und könnten in ähnlicher Situation empfohlen und ermöglicht werden. Insbesondere für psychisch beeinträchtigte Personen, multimorbide Personen, Frauen und für Personen mit Kindern könnten gezielt Unterstützungsangebote in vergleichbaren Situationen, wie in der Anfangsphase der Coronapandemie, hilfreich und wünschenswert sein.
Die Regulation des G-Protein-gekoppelten Rezeptors GPR15 durch Toll-like-Rezeptor-Agonisten
(2025) Kempen, Linda Marieke
Ambient Serious Games
(2025) Brandl, Lea Christine
Force sensitive robotic ultrasound for diagnostics and therapy of peripheral arterial disease
(2025) Osburg, Jonas
Peripheral arterial disease (PAD) is one of the most common cardiovascular diseases,
affecting more than 230 million people worldwide. It is a form of peripheral
atherosclerosis involving the narrowing or blockage of arteries, most commonly in
the legs, due to plaque buildup. This reduces blood flow and can lead to tissue
damage. The early diagnosis of PAD is crucial to prevent the progression of the disease,
maintain the quality of life of patients, and avoid serious complications. The
prevalence of PAD increases sharply with age, resulting in an increasing demand for
pre- and post-examination of PAD, particularly in industrialized countries with an
aging population. Ultrasound imaging (US) is most commonly used as a diagnostic
tool, as it enables a fast, non-invasive, radiation-free, and painless examination of
vessels. However, the time-consuming and complex nature of US, combined with the
growing shortage of clinical staff, is expected to create a gap in its availability in the
future. Thus, a force sensitive robotic US system was developed in this thesis, which
will enable automatic vascular US examinations for diagnostic purposes, ensuring
reliable patient care in the future. Several challenges in the development of such a
system have been addressed. This included the investigation of preparatory aspects
prior to the examination, such as optimal robot-patient positioning, as well as the
safe guidance of the probe during the robotic scanning process.
Firstly, the relationship between the geometry of the probe holder and the positioning
of the robot’s base in relation to the patient was investigated. By determining
adapted use-case specific probe holder geometries, optimal reachability of the
anatomical region to be examined (e.g. the femoral artery) was ensured. The use
of an appropriate probe holder geometry strongly increased the number of potential
base placements with high reachability, especially in scenarios where obstacles
restricted a part of the available space.
Subsequently, a volunteer study was conducted to validate the feasibility of robotic
US scans of leg arteries. An adapted interaction control scheme that also accounts
for probe contact force was implemented to ensure patient safety. During the scan
along the leg, the artery was automatically kept in the center of the US image for
optimized image quality. Doppler ultrasound proved to be an effective solution for
arterial tracking in this context, allowing for reliable differentiation between arteries
and veins based on blood flow visualization. Moreover, additional specific features
have been developed to further enhance the system. An approach to automatically
adjust the orientation of the probe has been developed to enable automatic scanning
of highly curved surfaces. Furthermore, the US gel application, which is essential
for US examinations, was automated.
Finally, the accuracy of the robot’s wrench estimation was investigated. Accurate
wrench estimation of the robot is essential to ensure the safety of the system, especially
in contact with the patient. Thus, a learning approach was proposed in which
a neural network was trained on the dependencies between the joint torques in the
robot’s axes and the forces and moments acting on the end effector. This strongly
increased the accuracy and robustness of the wrench estimation model of the robot,
in particular by reducing extreme outliers that occurred in the manufacturer’s model
when the robot moved close to singularities.
In summary, this thesis presents novel methods for the development of a robotic US
system. The findings of this work represent a step towards future fully automated
US examinations. Especially in the context of PAD diagnosis and monitoring, the
system has the potential to considerably improve patient care through standardized
and automated imaging.
Unravel principles of pemphigus vulgaris pathogenesis
(2025) Hartmann, Veronika
Pemphigus vulgaris (PV) is an autoimmune disease affecting the mucosa and the skin. The autoantibodies which are produced in this disease, target desmoglein (Dsg) 3 and Dsg1. These two are adhesion molecules providing intercellular connection between epidermal, hair follicle and mucosal keratinocytes. Once the autoantibodies have bound to these structures, the keratinocytes separate from each other, leading to the formation of blisters in the skin and erosions in the mucosa. The exact molecular mechanism of the pathogenesis is not fully understood yet. This project has the aim to investigate and identify the clinically relevant communication code in the affected tissues.
The human skin organ culture (HSOC) model for PV was used to uncover the early events in basal keratinocytes which were incubated with either the single chain variable fragment PX43 (directed against Dsg3/1) or the murine antibody AK23 (directed against Dsg3). The skin samples were prepared 5, 10, and 24 hours after injection for the quantification of split formation, proliferation, and the basal keratinocytes were isolated for bulk RNA-sequencing. Similarly, further analysis of the proteome was conducted 24 hours after injection and a qualitative staining for the binding of PX43 to Dsg3/1 was done. As another quality control, the distribution of Dsg3/1 in the human skin was visualized by immunofluorescence. As controls, human and murine immunoglobulin G were used, respectively.
As it is evident from hematoxylin and eosin-stained sections, PX43 induced a split in the skin which was increasing with prolonged incubation time. However, AK23 was not able to induce split formation. Further analysis of the proliferation after incubation with PX43 and AK23 shows that the binding of them does not lead to a significant increase in proliferation at the site of basal and suprabasal keratinocytes.
The analysis of the transcriptome used a multi-variate linear model including nuisance factors and reveals prominent upregulation of IFNγ and TNF𝜶 pathways in the basal keratinocytes. This coincides with the upregulation of NFkB and JAK-STAT-mediated circuits and increased keratinocyte detachment. In contrast, basal keratinocytes from AK23-injected HSOC models do not show significant differentially regulated genes. These two observations lead to the conclusion that the inflammatory response induced in the basal keratinocytes, does not originate from the binding of PX43 to Dsg3/1 but is a secondary response to the increasing cell detachment.
Analysis of the proteome of basal keratinocytes after 24 hours confirmed the described transcriptomic results showing differentially regulated proteins and pathways of inflammation.
All-together, the cell-wide and long-lasting changes on the transcriptomic and proteomic level originate from the loss of cell-cell adhesion and mechanical stress but are not caused by the binding of PX43 or AK23 to their targets.
Identifizierung und Charakterisierung von Biomarkern beim Fibromyalgie-Syndrom
(2025) Strobach, Johanna