610 Medizin, Gesundheit
- 610 Medizin und Gesundheit
- 611 Menschliche Anatomie, Zytologie, Histologie
- 612 Humanphysiologie
- 613 Persönliche Gesundheit und Sicherheit
- 614 Inzidenz und Prävention von Krankheiten
-
615 Pharmakologie, Therapeutik
(1)
- 616 Krankheiten
- 617 Chirurgie und verwandte medizinische Fachrichtungen
- 618 Gynäkologie, Geburtsmedizin, Pädiatrie, Geriatrie
Refine
Document Type
- Preprint (6)
- Bachelor Thesis (2)
- Master's Thesis (1)
Has Fulltext
- yes (9)
Keywords
- Biomedical Imaging (4)
- Optical Coherence Tomography (4)
- Optische Kohärenztomografie (4)
- Bildverarbeitung (2)
- Eye Movements (2)
- Filtering (2)
- Funduscopy (2)
- Interferometrie (2)
- LOCT (2)
- Messtechnik (2)
A fiber-based linear optical coherence tomography (LOCT) system employing a cost-effective CMOS camera has previously demonstrated high-resolution imaging suitable for retinal screening, including glaucoma monitoring. However, the system’s imaging depth was constrained to approximately 400μm, insufficient for depth imaging of the optic nerve head (ONH), due to limitations imposed by the camera’s sensor size and pixel pitch. To overcome this limitation without replacing the economical and available sensor, we present a modification to the reference arm. By optimizing the utilization of the camera sensor’s vertical dimension, the system achieves an extended imaging depth, enabling the visualization of deeper tissue structures. Validation using an artificial eye model confirms that the modified LOCT system significantly enhances imaging depth while maintaining B-Scan quality. This advancement offers a cost-effective approach to extend the measurement range of LOCT systems, broadening their applicability in retinal imaging without altering the actual imaging sensor.
This paper presents a method for dynamically controlling the gaze movement of patients during ophthalmic examinations, specifically using infrared funduscopy and Optical Coherence Tomography (OCT) to gather retinal information essential for glaucoma screenings. By using the patient's natural eye movements, this system eliminates the need for traditional precise scanning mirrors used in conventional OCT devices, which typically direct the OCT laser beam across the retina to produce A-scans. In this approach, the OCT laser beam remains fixed while the patient is guided to follow a predetermined pattern on a display with their eyes. This method effectively uses the patient’s eye movements to replace the functionality of scanning mirrors. By tracking the position of the eye in real time, the system ensures that the specific areas of the retina are captured. This technique not only provides a cost-effective alternative to traditional OCT systems but also enhances patient comfort by involving them actively in the process, reducing the need to fixate on a single point. During the examination, the system evaluates each measurement point, and the scan patterns can be adjusted if necessary to ensure comprehensive diagnostic data acquisition. The resulting positions are assigned to the OCT A-scans. This allows the optic nerve B-scans typical for glaucoma examinations to be created in the evaluation. The system is characterized by the fact that it enables flexible adjustments to the imaging patterns in real-time, based on which areas of the eye have already been captured and which still require examination. The setup mainly uses commercially available components to create a cost-effective alternative to conventional, often price-intensive diagnostic devices. This method has the potential to be important not only for the improved diagnosis and monitoring of eye diseases, including glaucoma, but also offers prospects for wider application in preventive eye health care.
This work presents a software-based approach for robust feature tracking of funduscopy images. In our specific application, it is utilized in a scannerless linear optical coherence tomography system, where both natural and directed eye movements are used to scan the retina. The approach developed includes a fast, contrast-enhancing video preprocessing step. Additional filtering highlights edges and details, enhancing the visibility of blood vessels and the optic disc. Reflections are removed, both those arising from the funduscopy setup itself and non-stationary reflections caused by the cornea or an intraocular lens. A state-of-the-art feature detector and descriptor is used to identify and characterize distinctive image regions. Subsequent feature matching and filtering include additional criteria to enhance robustness against outliers and false detections. From these final matches, homographies are calculated, allowing the derivation of relative movements and absolute positions. The results demonstrate real-time processing with high detection rates and minimal misdetections. This performance is maintained even in the presence of poor contrast and non-stationary reflections in the original video stream. While the tracking is optimized for our application, it is also applicable to other domains, such as optimizing the alignment of retinal images, generating wide-field panorama images from individual frames, or characterizing eye movements.
This project, which is funded by the German Federal Ministry of Education and Research, attempts to improve the accessibility of diagnostic instruments for glaucoma screening. The presented approach aims to realize real-time near-infrared video fundus imaging that enables the use of targeted fixation stimuli to ensure continuous imaging. The integration of near-infrared illumination with a wavelength of 780 nm not only avoids pupil constriction, but also enables mesopic imaging in darkened ambient light, ensuring optimal visualization of the retinal structure. This innovative system achieves nearly reflection-free imaging through polarized illumination with polarization-dependent beam paths. Its primary aim is to capture extensive fundus areas to facilitate correlations with linear optical coherence tomography (LOCT) measurements. In the future, the fundus setup will be integrated into the LOCT setup. In this research project, the primary aim is to generate images of the optic nerve, but it is also possible to carry out examinations of the macula. Unlike from traditional fundus cameras, this system has a controllable screen for generating individual fixation stimuli, which creates continuous eye movements and enables controlled imaging. The main objective is to capture large fundus areas and track eye positions to combine this information with the LOCT measurements A-scan positions, which enables the creation of B-scans with irregular geometries. This approach replaces the need for complex scanning systems by leveraging natural eye movements. The approach can thus be used to detect retinal pathologies in a different way and could therefore be used for more comprehensive diagnostic and scientific applications.
Development of a Linear Optical Coherence Tomography Low-Cost System for Ophthalmic Applications
(2024)
This publication introduces a prototype of a fiber-based linear optical coherence tomography system (LOCT) that can be used for economical retinal screening in ophthalmology. The system uses standard off-the-shelf components to reduce production costs, complexity, and adjustment efforts while providing high-quality imaging of artificial retinal structures. We present the results of A- and B-scans of technical samples and an artificial eye model that was conducted to assess the system’s performance regarding axial resolution, imaging depth, and dispersion compensation. The study’s findings suggest that LOCT is a cost-effective solution for ophthalmology and shows great potential for monitoring the progression of retina-related diseases such as glaucoma or age-related macular degeneration.
This work focuses on enhancing the quality of A- and B-scans of a novel linear optical coherence tomography system (LOCT), addressing the image degradation caused by noise and the blurring characteristics of the system’s three-dimensional point spread function. The enhancement procedure includes an initial spatial and frequency-based pre-filtering that is applied to the measured interference pattern. Subsequently, a more robust envelope detection technique based on the Hilbert transform is employed. Lastly, image structures are reconstructed using a deconvolution algorithm based on maximum likelihood estimation, tailored to meet our unique requirements by adapting it to Rician distributed intensity values and employing a sparseness regularization term. For the deconvolution, both the lateral and axial blur of the system are considered. Emphasis is placed on the optimization of signal detection in high-noise regions, while simultaneously preventing image boundary artifacts. The efficacy of this approach is demonstrated across multiple types of measurement objects, including both artificial and biological samples. All results show a significant reduction in noise as well as enhanced resolution. Structure distinguishability is also increased, which plays a crucial role in tomography applications. In summary, the proposed enhancement method substantially improves image quality. This is achieved by still using the same initial measurement data, but incorporating prior knowledge and maximizing the amount of extracted information. Although initially designed for LOCT systems, the processing steps have potential for broader application in other types of optical coherence tomography and imaging systems.
Die Häufigkeit und Intensität globaler Katastrophen nehmen deutlich zu. Vermehrt betreffen deren Auswirkungen auch die Kritische Infrastruktur und führen zu Einschränkungen in der Funktionalität wichtiger Einrichtungen. Insbesondere in Krankenhäusern gibt es viele Prozesse, die es davor zu schützen gilt. Aus diesem Grund soll perspektivisch unter anderem das KRITIS-Dachgesetz auf Grundlage der CER-Richtlinie (EU 2022/2557) bis zum 17. Oktober 2024 verabschiedet werden. Eine Anforderung des KRITIS-Dachgesetztes wird zukünftig unter anderem die Erstellung von Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz beinhalten, welche in Resilienzplänen nachgewiesen werden sollen. Die Maßnahmen aus betrieblichen Kontinuitätsstrategien (=Business Continuity Managementsystemen) können integraler Bestandteil der Resilienzpläne sein. In dieser Arbeit sollen Schnittstellen zwischen Business Continuity Managementsystemen und bereits bestehenden Krankenhausalarm- und -einsatzplänen identifiziert werden. Die Erkenntnisse sollen den von dem KRITIS-Dachgesetz betroffenen Krankenhäusern einen Einblick in die Anforderungen von Business Continuity Managementsystemen geben und dazu beitragen, Umsetzungsmöglichkeiten in Krankenhäusern aufzuzeigen. Im Bearbeitungszeitraum wurden 14 qualitative Experteninterviews mit Vertretern von Krankenhäusern, Behörden, juristischen Einrichtungen und internationalen Krisenvorsorgeexperten geführt, von denen 11 in dieser Forschungsarbeit ausgewertet werden. Die Befragungen wurden halbstrukturiert und mit einer explorativen Herangehensweise durchgeführt, um ein Meinungsbild zu den perspektivischen Anforderungen aus dem KRITIS-Dachgesetz zu erfassen, aktuelle Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz in Krankenhäusern zu identifizieren und potenzielle Herausforderungen in der Umsetzung zu ermitteln. In den Befragungen wurde eine breite Zustimmung zur Notwendigkeit der Etablierung von Business Continuity Managementsystemen als integraler Bestandteil des Resilienzmanagements von Krankenhäusern festgestellt. Die wesentlichen Erkenntnisse sind die Unterscheidung zwischen ereignisspezifischen und prozessbezogenen Vorgehensweisen bei der Identifizierung von Risiken sowie die erweiterten Anforderungen des Business Continuity Managementsystem hinsichtlich des Wiederanlaufs und der Wiederherstellung von Prozessen und Systemen. Synchronisationspotenziale bietet die Krankenhauseinsatzleitung, welche ebenfalls im Business Continuity Managementsystem mit der besonderen Aufbauorganisation als zentrales Organ zur Ereignisbewältigung beschrieben wird. Ebenfalls können bereits vorhandene Redundanzen in die Anforderungen der betrieblichen Kontinuitätsstrategien übertragen werden. Ein zentrales Hindernis für die Umsetzung in Krankenhäusern kann die branchenspezifische Personalnot und die Insolvenzgefahr darstellen. Die Erkenntnisse wurden genutzt, um konkrete Handlungsempfehlungen für die Krankenhäuser zu entwickeln. Eine frühzeitige Identifizierung von Störungen, Notfällen oder Krisen und die entsprechende Meldung an die verantwortlichen Stellen sind wesentlicher Bestandteil einer erfolgreichen Ereignisbewältigung. Darauf aufbauend wird die Etablierung eines „Leiters KAEP“ empfohlen, welcher unter anderem für die Erstellung und Aktualisierung der Krankenhausalarm- und -einsatzpläne verantwortlich ist und über einen Gesamtüberblick der relevanten Schnittstellen und Abhängigkeiten aller Abteilungen im Krankenhaus verfügt.
Die Funktionsfähigkeit der öffentlichen Verwaltung ist auch und gerade bei einem Ausfall oder einer Beeinträchtigung Kritischer Infrastrukturen notwendig für die Aufrechterhaltung der Gesellschaft und des Staates. Ausgehend von dieser These wird zwischen Dezember 2018 und Februar 2019 eine Umfrage in den Landkreisen, Städten und Gemeinden des Regierungsbezirks Stuttgart durchgeführt. In ihr wird der Vorbereitungsgrad der öffentlichen Verwaltung hinsichtlich einer Versorgungsmangellage erfasst. Dabei wird ausschließlich die Versorgung des Personals innerhalb der Verwaltungseinrichtung betrachtet. Es wird untersucht, ob Vorsorgemaßnahmen für die Bereiche Trinkwasser, Nahrungsmittel, beheizte und beleuchte Räumlichkeiten, Sanitäranlagen, Ruhe- und Schlafmöglichkeit sowie Bargeld für die Gehälter der Mitarbeitenden getroffen sind. Als Vorsorgemaßnahmen werden generelle Planungen, Vorräte und Rahmenverträge mit Privatunternehmen betrachtet. Die Antworten werden von den Umfrageteilnehmenden hinsichtlich ihrer zeitlichen Auslegung eingeordnet. Zusätzlich werden die Teilnehmenden zu Planungsgrundlagen, Verbesserungspotenzial und einer Einschätzung der eigenen Vorbereitungen befragt. Diese Bachelorarbeit wertet die Umfrageergebnisse aus. Die Antworten zeigen, dass rund die Hälfte der Befragten eine Notstromversorgung besitzt und rund jede fünfte Einrichtung Planungen für die Trinkwasserversorgung der Mitarbeitenden vorhält. Darüber hinaus sind Vorbereitungen zur Versorgung des Personals nur vereinzelt vorhanden. Spezifische Vorräte für einen Ausfall der Versorgungsleistungen sind nur bei wenigen Befragten in geringem Maße vorhanden. Dennoch zeigt sich durch Alltagsvorhaltungen eine Latenzzeit bis zum Funktionsausfall. Rahmenverträge zur redundanten Sicherstellung der Versorgung sind nur selten abgeschlossen. Die Befragten geben an, dass sie für die Bearbeitung der Thematik Bedarf an weiteren Hilfestellungen haben. Die bekannten Schutzniveaus 72 Stunden (Notstromversorgung) und 14 Tage (Notvorräte der Bevölkerung) sind nicht oder nur sehr bedingt auf den Sektor Staat und Verwaltung zu übertragen. In der Auswertung der Ergebnisse werden drei Möglichkeiten identifiziert, um den Vorbereitungsgrad zu optimieren: Die Erhöhung der Vorhaltungen, das Optimieren der Planungen und das Abschließen von Rahmenverträgen. Darüber hinaus sind langfristig und einrichtungsunabhängig die derzeitigen Zuständigkeiten zu prüfen, einheitliche Schutzniveaus zu etablieren sowie eine gesellschaftliche und politische Kommunikationskultur hinsichtlich der Risiken eines Ausfalls oder einer Beeinträchtigung Kritischer Infrastrukturen aufzubauen.
Grundlegend wird in dieser Masterarbeit der Frage nachgegangen, welche Anspruchsvoraussetzungen Versicherte nach der Integration des Gesetzes zur Verbesserung der Hospiz- und Palliativversorgung (HPG) erfüllen müssen, um eine Palliativversorgung zu erhalten. Über die definitorische Unschärfe des Beginns und weiteren Verlaufs des Sterbens werden das Risiko der Ungleichbehandlung aufgezeigt und die Konsequenzen für die Soziale Arbeit abgeleitet.