BSc-projekter til Medicin & Teknologi-studerende 2011

Transkript

1 BSc-projekter til Medicin & Teknologi-studerende 2011

2 Medicinsk signalbehandling Topographic brainwave analysis for a wearable epilepsy alarm unit Contact: Lektor Ph.D.Helge B.D. Sørensen (Phone) [email protected] Contact Ph.D.stud. Jonas Duun-Henriksen (Phone) [email protected] Introduction: Personer med epilepsi kan få en bedre behandling ved monitorering af anfald med et bærbart epilepsi alarmapparat. De epileptiske anfald er beskrevet som enten generaliserede, der udbreder sig over det meste af hjernen, eller fokale/partielle. Denne skelnen er baseret på det mønster som kan ses ved en visuel inspektion af EEG et (hjernebølgerne). EEG et består af simultane elektriske målinger fra flere elektroder placeret på hovedet. Dette projekt fokucerer på de såkaldte absenceanfald, som går ind under betegnelsen generaliserede epileptiske anfald, hvor flere eller alle EEG elektroder er involveret. I fremtiden ønskes at monitorere absenceanfald med et subkutant implanteret EEG epilepsi alarmapparat, som måler de elektriske signaler fra kun en lille del af hjernen. Af hensyn til patienten bør man naturligvis kun placere måleelektroder på det mindst mulige areal af hjernen. For at finde en optimal lokalisation for disse elektroder, skal der laves en beskrivelse af den topografiske og temporale fordeling af de abnorme absencemønstre på EEG et under et anfald. Objective: Med udgangspunkt i målinger af hjernesignaler (seeg) fra hele hjernen fra en epilepsipatient ønskes foretaget statistisk signalbehandling af disse signaler for automatisk at finde de topografiske områder på hjernen, der bedst udtrykker epilepsianfald. Herved kan man subkutant implementere et miniature epilepsi alarmapparat baseret på de optimale hjernesignaler. Description: Projektet initieres med et studie i hvilke avancerede metoder, der findes til topografisk analyse af Ref: EEGLAB hjernesignaler som funktion af tiden. Også etablerede software-analyse pakker som EEGLAB og SPM8 medtages i metodevurderingen samt egne ideer til analyse. Med udgangspunkt i kvalificeret valg af metode udføres der automatisk topografisk analyse af hjernesignaler fra hele hjernen med fokus på lokalisering af det mest anfaldskarakteristiske område for en række patienter. Der er allerede etableret en database med målinger fra 49 patienter med absenceepilepsi fra Rigshospitalet. Der kommer dog konstant nye patienter til, som skal inkluderes i denne database. For disse nye patienter vil alle anfaldsstarter blive identificeret i samarbejde med overlæge dr.med. Troels Kjær, Rigshospitalet, hvorefter data anonymiseres og udtrækkes til brug sammen med resten af databasen. Den biomedicinske

3 signalbehandlingsgruppe fra BME ved DTU Elektro samarbejder med virksomhed og Rigshospitalet om forskning i epilepsi, og den studerende får mulighed for at være med i dette samarbejde. Prerequisites: Avanceret digital signalbehandling, god Matlab erfaring og gode matematiske evner. Deliverables: Project report. Supervisors: Lektor Ph.D. Helge B.D. Sørensen, DTU Overlæge dr.med. Troels Kjær, Rigshospitalet Lektor Ph.D. Carsten Thomsen, KU Ph.D. studerende civ.ing. Jonas Duun-Henriksen, DTU

4 Automatisk 3D detektion af epilepsianfald Contact: Lektor Ph.D.Helge B.D. Sørensen (Phone) Contact Ph.D.studerende Isa Conradsen (Phone) Introduction: Epilepsi er efter hovedpine den neurologiske lidelse, der oftest fører patienten til læge. Ca. 1 % af befolkningen rammes af epilepsi, dvs. ca mennesker i Danmark. De sværeste tilfælde af epilepsi fører til indlæggelse og tilhørende behandling. Både nat og dag overvåger man en del af disse epilepsipatienter af hensyn til diagnosticering og patientsikkerhed. Nogle anfaldstyper kan være livstruende, hvilket indikerer vigtigheden af detektering af anfald. Hovedparten af patienter opnår anfaldsfrihed via medicin, mens ca. 25% er afhængige af andre behandlingsmetoder, så som epilepsikirurgi, nervus vagus stimulator eller ketogen diæt. Det er langt fra alle af disse patienter, der opnår anfaldsfrihed. En stor del af dem der må leve med anfaldene, lider af såkaldte tonisk-kloniske anfald. Det er derfor et højt ønske at få skabt et alarm system, der er i stand til at detekterer disse anfald og alarmere personel på hospitaler eller familie i hjemmet derom. Ydermere er det i fokus at et sådan alarm system skal være nemt at benytte og samtidig ikke være til for stor gene for patienten. Objective: Projektet går ud på at designe en signalbehandlingsmetode til automatisk detektion og alarmering af epilepsianfald med udgangspunkt i EMG signaler og 3D bevælgelsessignaler fra hele kroppen. Bevægelsesdata opsamles med et trådløst overvågningssystem bestående af et antal sensorer placeret på arme og ben, hvor hver sensor indeholder både 3D accelerometer, 3D magnetometer og 3D gyroskop. Description: På Epilepsihospitalet i Dianalund og på Rigshospitalet har man stor interesse i automatisk overvågning af epilepsipatienter med henblik på automatisk anfaldsdetektion og klassifikation af de forskellige anfaldstyper. Projektet går som nævnt ud på at designe en signalbehandlingsmetode til automatisk detektion af epilepsianfald med udgangspunkt i EMG signaler og 3D bevælgelsessignaler. I disse data detekteres hændelser, der kan skelne mellem anfald og anden aktivitet hos epilepsipatienter. Projektet vil ydermere bestå i et tæt samarbejde med Rigshopitalet og Epilepsihospitalet i Dianalund, hvor målingerne skal udføres løbende, når passende patienter indlægges. Gennem projektet opnås dermed både teknisk signalbehandlings erfaring, samt praktisk erfaring i form af samarbejdet med personale på hospitalerne under forsøgene. Hospitalerne mangler i dag et personbåret alarmsystem, der effektivt kan advare personalet, når en patient får et anfald. Ydermere ville et sådant alarmsystem også kunne hjælpe epilepsipatienter og deres pårørende i hjemmet til en tryggere hverdag. Projektet vil foregå i samarbejde med Epilepsihospitalet i Dianalund og Rigshospitalet. Forud for projektet er der visuelt og med enkle algoritmer fundet forskelle i EMG målinger under anfald sammenlignet med almindelig aktivitet. I projektet ønskes det, at der udarbejdes algoritmer,

5 der automatisk kan detektere epilepsianfald og evt. klassificere forskellige anfald. Projektet indebærer tilknytning til en tværfaglig forskergruppe. Prerequisites: Avanceret digital signalbehandling, god Matlab erfaring og gode matematiske evner. Deliverables: Project report. Supervisors: Lektor Ph.D. Helge B.D. Sørensen, DTU Overlæge dr.med. Sándor Beniczky, Epilepsihospitalet Ph.D. studerende civ.ing. Isa Conradsen, DTU

6 Discrimination between idiopathic generalized epilepsy patients Contact Lektor Ph.D.Helge B.D. Sørensen (Phone) Contact Ph.D.stud. Jonas Duun-Henriksen (Phone) Background: Idiopathic generalized epilepsy (IGE) is a group of epileptic disorders often seen in children and adolescents. Absence seizures are seen in childhood absence epilepsy (CAE), juvenile absence epilepsy (JAE), and juvenile myoclonic epilepsy (JME). The seizures in these conditions are called typical absence seizures and are usually associated with generalized 3-4 Hz spike-and-slowwave complexes on the EEG. It is important for the treating physician to give the correct diagnosis since the medical treatment and the prognosis for the child depends on the type of epilepsy. It is just not always easy to do so. We therefore want to explore the opportunity of a computer to distinguish between the different diagnoses based on patient age, and features in the EEG. Project outline: Approximately 20 patients from each of the three idiopathic generalized epilepsies with absence seizures are identified in the clinical database at the Department of Neurophysiology, Rigshospitalet. Seizure onsets are annotated in all of the files. The work contains three phases: 1) Development of features describing the seizures: This could include simple features like length of seizures, maximum amplitude, energy in different frequency bands, but could also be more complex features like recurrence rate, entropy, or Teager energy. 2) Selection of best features: By use of different methods such as principal component analysis or Fischer s discriminant it should be possible to decide which features contain the most discriminating power. 3) Classification of epilepsy type: Could e.g. be classified by use of a Naïve Bayes classifier or a Support Vector Machine. A large part of the project is to propose and discuss features/selection criterion/classification technique with the supervisor group after a comprehensive literature study. Output: M.Sc. project report or B.Sc. project report Vejledere: Lektor Ph.D. Helge B.D. Sørensen, DTU Overlæge dr.med. Troels Kjær, Rigshospitalet Lektor Ph.D. Carsten Thomsen, KU Ph.D. studerende civ.ing. Jonas Duun-Henriksen, DTU

7 Design of a narcolepsy alarm algorithm based on brain signals Contact: Lektor Ph.D.Helge B.D. Sørensen (Phone) [email protected] Contact Ph.D. stud. Jacob Kempfner (Phone) [email protected] Introduction: Narkolepsi er en sjælden søvnsygdom, hvor man pludselig får en uimodståelig trang til at sove. Folk kan falde i søvn midt i en samtale eller anden aktivitet. Søvn-anfaldet varer fra få minutter til en halv time, og kan komme flere gange om dagen. Udover søvntrangen er narkolopsi kendt for anfald, hvor alle muskler slappes, så man pludselig kan falde sammen (kataplektiske anfald). Ofte er det kun nogle få muskler, som er påvirket og man taber måske, hvad man har i hænderne. I nogle tilfælde kan slapheden dog brede sig til hele kroppen, så man synker sammen. De kataplektisk anfald varer fra få sekunder til nogle minutter og personen er helt vågen imens. Det kan derfor være et stort problem for dem at uddanne sig eller passe et arbejde. Mellem en halv og én promille af den danske befolkning lider af narkolepsi. Det svarer til et sted mellem og danskere. Narkolepsi findes lige hyppigt blandt mænd og kvinder. Sygdommen viser sig oftest omkring års alderen, men kan starte allerede i barndommen. Narkolepsi skyldes forstyrrelser i de centre i hjernestammen, som kontrollerer, hvornår vi er vågne, og hvornår vi sover. Man kender ikke den præcise mekanisme, men det er sandsynligt at problemet har at gøre med styring af REM-søvnen. Mennesker som lider af narkolepsi, går nemlig meget hurtigt fra vågen tilstand over i REM-søvn. Under REM-søvnen mister alle mennesker deres muskelkraft, på samme måde som en person med katapleksi kan gøre det, mens han er vågen. Men almindelig mennesker mærker normalt slet ikke, at deres muskler er fuldstændig slappe, mens de sover REM-søvn. Man ved ikke hvorfor nogle mennesker lider af narkolepsi. Men sygdommen er hyppig I nogle familier, og der er sandsynligvis en sammenhæng mellem visse vævstyper og risikoen for at få narkolepsi. Narkolepsi kan ikke helbredes, men medicinsk behandling kan hjælpe meget. Det er en specialist-opgave at behandle, så det er vigtigt at blive henvist til en hospitalsafdeling, hvor man kan stille den rigtige diagnose og sætte behandling igang. Objective: Projektmålet er design af en intelligent biomedicinsk signalbehandlingsalgoritme, der kan fungere som narkolepsi-alarm, se blokdiagrammet, der viser et britiskcanadisk forslag til en bærbar narkolepsi-alarm. I projektet undersøges endvidere sammenhængen mellem antallet af EEG kanaler og alarm kvalitet i form af sensitivitets- og specificitetsmål. Description: Masterprojektet tager udgangspunkt i ovennævnte problemstilling. Først udføres et litteraturstudium af status indenfor biomedicinsk signalbehandling af elektrofysiologiske signaler fra personer med narkolepsi med sigte på automatisk monitorering eller automatisk detetktion af narkolepsianfald. Førstnævnte vedrører forbedret diagnosticering og behandling, og sidstnævnte vedrører tryghed i hverdagen for personer med narkolepsi. I masterprojektet arbejdes der med en avanceret biomedicinsk metoder feature ekstraktion og

8 klassifikation (alarmfunktion) af nakolepsi events og non-narkolepsi-events (normal tilstand) ud fra en dialog med Glostrup Hospital om, hvad der har størst relevans for narkolepsi patientgruppen. Prerequisites: Avanceret digital signalbehandling, god Matlab erfaring og gode matematiske evner. Deliverables: Project report. Supervisors: Lektor Ph.D. Helge B.D. Sørensen, DTU Professor, overlæge dr.med. Poul Jennum, Glostrup Hospital Ph.D. studerende, civ.ing. Jacob Kempfner, DTU

9 Detection of early markers for neurodegenerative diseases Contact: Lektor Ph.D.Helge B.D. Sørensen (Phone) Contact Ph.D.stud. Jacob Kempfner (Phone) Introduction: Aldring er en uundgåelig proces som gør kroppen sårbar overfor alderdomsrelaterede sygdomme, heriblandt de neurodegenerative sygdomme Parkinson, Alzheimers og demens. En af forudsætningerne for at fremme sund aldring hos personer med anlæg for neurodegenerative sygdomme i hjernen er tidlig diagnosticering af og intervention overfor disse sygdomme, da mulighederne for behandling af sene sygdomsmanifestationer er meget beskedne. Avanceret digital signalbehandling af hjernebølger forventes at kunne resultere i detektion af tidlige biomarkører for disse sygdomme. Objective: Hovedformålet er at udforske hjernebølger og andre signaler fra Parkinson og/eller Alzheimer patienter, og anvende metoder til automatisk ekstraktion af features og klassifikation af disse med henblik på bedre og gerne tidligere diagnosticering til den kliniske hverdag. Description: Credit: istockphoto I projektet undersøges statistiske sammenhænge mellem modaliteterne EEG, EOG og EKG under søvn for henholdsvis raske personer og personer med neurodegenerative sygdomme. Modaliteterne vil blive undersøgt i sammenhæng med en manuel søvnanalyse, udført af søvn eksperter, da man herved kombinerer lægevidenskabelig ekspertviden med avanceret biomedicinsk signalbehandling. Baseret på den manuelle analyse vil det blive undersøgt, hvordan disse modaliteter kan bearbejdes og reduceres til passende kompakte features med henblik på en automatisk klassifikation af neurodegenerative sygdomme baseret på eksempelvis muskelaktivitet under især drømmesøvn (REM), der typisk er markant anderledes for disse patienter. Projektet tilknyttes forskergruppen fra DTU Elektro/Glostrup Hospital- indenfor neurodegenerative sygdomme. Prerequisites: Avanceret digital signalbehandling, god Matlab erfaring og gode matematiske evner. Deliverables: Project report. Supervisors: Lektor Ph.D. Helge B.D. Sørensen, DTU Professor, overlæge dr.med. Poul Jennum, Glostrup Hospital Ph.D. studerende, civ.ing. Jacob Kempfner, DTU

10 Brain-Computer-Interface (BCI) /Styring af computer med hjernesignaler Udbyder: DTU og Rigshospitalet Kontaktpersoner: Lektor Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro Overlæge Troels W. Kjaer, Klinisk Neurofysiologi, Rigshospitalet Max antal studerende: 2 Forudsætninger: Studiets kurser DTU/KU-vejleder: Lektor Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro Overlæge Troels W. Kjaer, Klinisk Neurofysiologi, Rigshospitalet [email protected] Lektor Carsten Eckhart Thomsen [email protected] EEG baseret Brain-Computer-Inteface (BCI) giver en ny kommunikationsmulighed mellem den menneskelige hjerne og en computer. Patienter med alvorlige bevægelseshandicap (alvorlige hjernelammelser, hovedlæsioner, rygmarvsskader, sclerose etc.) kan benytte et BCI system som en alternativ form for kommunikation udelukkende via mental aktivitet. Dette projekt går ud på at fremstille et BCI system, som muliggør at en person kan skrive et dokument på en computer ved at aktivere et tastatur på skærmen udelukkende ved at forestille sig bevægelse af for eksempel venstre hånd, højre hånd og en fod. Nedenstående figur viser, at hvis man forestiller sig, at man bevæger venstre hånd, fremkommer der et specifikt respons benævnt ERD (event relateret desynkronisering) udledt af EEG signaler. Dette respons kan man signalbehandle og omsætte til valg af bogstav gruppe. ERD for højrehåndsbevægelse kan omsættes til valg af bogstav i bogstavgruppe. Andre styringsmetoder undersøges ligeledes. Et nyt medicinsk-teknologi laboratorium på DTU Elektro til dataopsamling og bearbejdning af medicinske signaler stilles til rådighed. Plus dedikeret udstyr til Brain-Computer-Interface design.

11 Tri-training based semi-supervised adaptation in a P300 based Brain- Computer Interface Contact: S.Puthusserypady, (Phone) , [email protected] Helge B.D. Sørensen, (Phone) , [email protected] Introduction: Brain-Computer Interfacing (BCI) is an exciting new technology which enables the user to interact with the computer without the help of voluntary muscle movements. The information from the patterns in EEG (electroencephalogram the recorded electrical potentials from the scalp) is extracted to form a direct interface between the brain and a computer. Conventional classification algorithms depend on labeled data for the estimation of the surface separating the patterns. Due to variability of EEG between users and within a user with time, the classifier needs to be continuously adapted so that the incoming data can be classified reliably in course of time. Such an adaptation can reduce the training data requirement, eliminate intermittent re-calibration sessions and can increase the performance of the system. Recently, semi-supervised techniques have received a lot of attention from machine learning community. They make use of both labeled and unlabelled data for classifier design, and tries to adjust the classifier parameters (based on some model assumptions) to track variations in the data. Provided model assumptions are valid, they are proven to improve the performance in many classification problems, including BCI. Methods such as co-training /self-training use agreement of multiple classifiers/ confident predictions of the classifier in addition to the labeled data for re-leaning the classifier. Objective: To design and develop a tri-training based semi-supervised adaptation algorithm in a P300 based BCI. Description: Recently, Panicker et al. introduced a two-classifier co-training based approach, which was shown to be capable of delivering high-performance classifiers from very little training data. In this method, two classifiers Bayesian Linear Discriminant Analysis (BLDA) and Fischer s Linear Discriminant Analysis (FLDA) train each other iteratively to deliver a robust classifier. This method was shown to outperform conventional self-training based techniques. The method could be improved further by having 3 classifiers, with only those data points which when labeled by 2 different classifiers result in an agreement being used to update the third classifier. This minimizes the possibility of the new data being wrongly labeled; thereby minimizing the possibility of catastrophic error propagation (i.e. the possibility of errors reinforcing themselves). Such a method was introduced by Zhou et. al [2], and should be adapted to BCI data using appropriate classifiers. The 3 classifier combination which gives the fastest adaptation need to be found out empirically - candidate classifiers for the purpose are FLDA, BLDA, support vector machines (FLDA), logistic regression etc. The statistical significance of each 3 classifier combination needs to be evaluated through extensive validation techniques and non-parametric statistical significance tests. Prerequisites: Knowledge in signal processing and MATLAB. It is recommended to have some knowledge in BCI. Deliverables: Project report.

12 High-frequency SSVEP based control state detection for a P300 Brain- Computer Interface 1. Contact: S.Puthusserypady (Phone) [email protected] 2. Contact: Helge B.D. Sørensen (Phone) [email protected] Introduction: Brain-Computer Interfacing (BCI) is an exciting new technology which enables the user to interact with the computer without the help of voluntary muscle movements. The information from the patterns in EEG (electroencephalogram the recorded electrical potentials from the scalp) is extracted to form a direct interface between the brain and a computer. Most of the present day BCIs are synchronous (cue-based), i.e. they require the user to give inputs only at specified times. Asynchronous (non-cue based) systems allow user to give input at will, and are more convenient to use. The main challenge is that unlike synchronous systems, it is the task of the algorithm to detect whether the user is trying to give any input at all (the control state) before doing the actual classification. Objective: To design and develop a high-frequency SSVEP based control state detection scheme for a P300 BCI. Description: The additional task of control state detection imposed on normal P300 based BCI system is difficult to solve from raw data. This is due to the fact that the amount of data from several rounds of illuminations is relatively huge, and a classifier built directly for the purpose will tend to over-learn and will have very poor generalization. Panicker et al. has proposed an asynchronous hybrid brain-computer interface (BCI) system combining the P300 and steady-state visually evoked potentials (SSVEP) paradigms. A P300 base system is used for information transfer, and is augmented to include steady-state visually evoked potentials (SSVEP) for control state detection. The advantages of P300 is its suitability for a wide spectrum of users including disabled patients, relaxed requirement of visual attention and relative ease of detection, and reasonably good information transfer rates. Though SSVEP based systems are generally faster than P300 based systems, they suffer from several drawbacks such as the requirement of accurate control of eyemuscles, precise and fast hardware, and unsuitability for people with epilepsy. Hence, SSVEP is utilized only for control state detection, with P300 as the main BCI paradigm. However, in the work by Panicker et al, the flicker frequency used for control state detection is around 18Hz. While it is easier to detect, such a low frequency can cause user discomfort and fatigue. High-frequency SSVEP can be used to minimize this problem; however, it requires advanced signal processing techniques. Recently, various groups have successfully detected SSVEP using flicker of up to 85 Hz [2]. This project aims at investigating the feasibility of using high-frequency SSVEP for control state detection in a hybrid SSVEP-P300 BCI system. Also, the possibility of combining information from SSVEP with statistical information from the P300 classifier scores [3] for improved control state detection needs to be explored. References: [1]. R Panicker, S Puthusserypady, A P Pryana and Y Sun Asynchronous P300 BCI: SSVEP-based control state detection, Proceedings of the European Signal Processing Conference 2010 (EUSIPCO 2010), Aalborg, Denmark, August 2010.

13 [2]. U Hoffmann, E. J. Fimbel, T Keller, Brain-computer interface based on high frequency steadystate visual evoked potentials: A feasibility study, 4 th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering, 2009, NER 09. [3]. H. Zhang, C. Guan, and C. Wang, Asynchronous P300-based brain-computer interfaces: A computational approach with statistical models, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 55, no. 6, pp , Prerequisites: Knowledge in signal processing and MATLAB. It is recommended to have some knowledge in BCI. Deliverables: Project report.

14 Epilepsy seizure detection Udbyder: DTU Elektro Rigshospitalet Kontakt: Lektor ph.d. Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro Overlæge, ekstern lektor, Troels Wesenberg Kjær, Ph.D., Rigshospitalet Maksimalt antal studerende: 1 KU/DTU-vejleder: Lektor ph.d. Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro, [email protected] Overlæge, ekstern lektor, ph.d., Troels Wesenberg Kjær, Rigshospitalet PhD studerende Jonas Henriksen, DTU Lektor ph.d. Carsten E. Thomsen, Københavns Universitet På Neurofysiologisk Klinik, Rigshospitalet, foretages årligt 3000 EEG registreringer. Over 100 patienter registreres under intensiv indlæggelse i 2-5 døgn med simultant EEG, audio og video. Disse undersøgelser tjener dels det formål at klargøre om patienter med anfaldsfænomener rent faktisk har epilepsi, dels at beskrive anfaldene hos epilepsipatienter, som skal opereres for epilepsi. Alle data omkring anfald bliver gemt elektronisk. Det ønskes undersøgt i hvilken grad og inden for hvilken tidsramme, det er muligt at detektere anfald (seizure detection) på basis af EEG, eventuelt med tilføjelse af information fra video og audio optagelserne. Design af effektive metoder til automatisk seizure detection vil åbne mulighed for intervention. Det forventes at projektet bibringer nye/forbedrede metoder til seizure detection. Neurofysiologisk Klinik råder over stor ekspertise i visuel vurdering af EEG og anfald samt i brug af værktøjer til registrering og analyse. Forudsigelse af anfald indgår på nuværende tidspunkt ikke i afdelingens daglige kliniske arbejde men ønskes indført på sigt. Neurofysiologisk Klinik Rigshospitalet, Epilepsihospitalet Dianalund, Mediko, DTU Elektro og KU samarbejder omkring en række neurofysiologiske projekter, der giver mulighed for projektmæssig synergi.

15 Registrering og analyse af Long Latency Auditory Evoked Potentials Udbyder: Panum og Neurofysiologisk Afd, Rigshospitalet Kontakt: Carsten Eckhart Thomsen Tlf Max antal studerende: 2 Forudsætninger: Elektrofysiologi og Anvendt signalbehandling, samt evt. KU002 Fysiologisk målinger og målemetoder DTU/KU-vejleder: Carsten Eckhart Thomsen, KU Helge B. Sørensen, DTU I projektet tænkes der specielt på det såkaldte P300 respons, der siger noget om koncentration og kognitiv funktion. Registrering af P300 respons har bla. været anvendt til undersøgelse af kognitiv funktion under hypoglykæmiske tilfælde (lavt blodsukker). Projektet kan omfatte en PC/softwarebasereet lyd-stimulator, der leverer output til et sæt hovedtlf., synkron opsamling af 2 kanaler EEG, samt on/off-line signalbehandling af de registrerede sweeps. Signalbehandlingen kan omfatte artefaktundertrykkelse, averaging, registrering af latenstid og amplitude af respons, meget gerne med on-line glidende gennemsnit, som giver mulighed for "peak-tracking". Derved kan skift i latens og/eller amplitude følges on-line i forb. med en undersøgelse. I projektet er der rig mulighed for at kombinere det eksperimentelle arbejde med udvikling og programmering. P300 data haves overlejret på baggrunds-eeg, hvis man ønsker at lægge mere vægt på signalbehandlingen og evt. kombinere det med analyse af ændringer i baggrundsaktiviteten.

16 Udbyder: Klinisk Neurofysiologisk Klinik, Rigshospitalet Kontakt: Overlæge Troels Wesenberg Kjær Tlf Maksimalt antal studerende: 2 Kildelokalisation i epileptiske hjerner Forudsætninger: Humanbiologi og sygdomslære (1+2 sem), elektrofysiologi (5. sem), tilmeldt eller gennemført anvendt signalbehandling (6. sem). KU/DTU-vejleder: Lektor Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro [email protected] På Rigshospitalet Neurofysiologiske Klinik laves rutinemæssigt kildelokalisation ud fra anfaldsoptagelser med EEG (electroencephalografi) indsamlet fra patienter indlagt til langtidsobservation i vores EMU (epilepsy monitoring unit). Formålet hermed er at guide neurokirurgen til dipolen i det syge område, så alt det syge væv kan fjernes uden unødigt at skade sundt væv under en epilepsikirurgisk operation. På nuværende tidspunkt optages EEG-signalerne på Stellate Harmonie (v6.0). Filerne indlæses i BESA (Brain electrical source analysis v5.18), hvor dipolanalysen udføres. Der anvendes en række estimationsparametre, som er mere eller mindre empirisk bestemt. Endvidere anvendes en universal flerlaget standard hovedmodel. Uafhængigt heraf råder klinikken over ANT ASA lab (v.4.5) som ligeledes indeholder de nødvendige værktøjer til kildelokalisation. Der er basis for at gennemføre en række projekter, enten med vægt på biologiske parametre som anfaldsfrihed og overensstemmelse mellem kilde-lokalisations og andre diagnostiske modaliteter (f.eks. PET, SPECT, MRI og anfaldssemiologi) eller med vægt på beregningsmæssige opgaver som signalanalyse, segmentering af patientens MR-skanninger til generering af en individuel hovedmodel frem for standard hovedmodellen. Følgende projekter foreslås: 1. Har kirurgen den rigtige del af hjernen? konsekutive epilepsikirurgiske patienter fra arkivet, som har fået foretaget grundig epilepsikirurgisk udredning, men ikke kildelokalisation analyseres med ovennævnte udstyr og graden af sammenfald mellem kildelokalisation og operationsstedet undersøges. 2. Er det nemmere at finde det syge væv i personens egen hjerne? Hvorledes påvirkes den diagnostiske sikkerhed når standardhovedmodeller erstattes med individuelle hovedmodeller.

17 3. Hvilken beregningsmåde er bedst? Værktøjerne ASA og BESA indeholder en række forskellige algoritmer til at estimere kildelokalisation. Der ønskes en vurdering af fordele og ulemper ved de forskellige metoder. 4. Hvor meget kan vi lære af EEG et uden for anfald? Mellem anfald ses ofte betydelig interiktal spike-aktivitet. Der hersker en del videnskabelig uenighed om hvorvidt placeringen af disse spikes hjælper med at forudsige hvor anfaldene starter (iktal aktivitet). Der ønskes en sammenligning af interiktalt og iktalt fokus hos en population af patienter med særlig vægt på om der er forskel på temporallapsepilepsi og ekstra-temporal epilepsi. Den studerende er omfattet af gældende regler om tavshedspligt i patientbehandling.

18 Ca 2+ nanodomæner regulerer signaltransmission i hjernen Intracellulær Ca 2+ er det vigtigste bindeled mellem nervecellers elektriske signalering og cellernes molekylærbiologiske funktioner. Dette har betydning for den dynamiske forståelse af det intracellulære molekylære "interactome" (i.e. de samlede molekylære interaktioner). Det er derfor af relevans at analysere den intracellulære opførsel af Ca 2+ for at forstå f.eks. frigørelse og virkning af hjernens signalstoffer, bl.a. i forbindelse med indlæring og hukommelse. Disse universelle neurofysiologiske problemstillinger kan analyseres eksperimentelt vha. fluoroscensmikroskopiske målinger af intracellulært Ca 2+ og ved hjælp af computersimulationer af Ca 2+ s intracellulære opførsel i submikroskopiske nanodomæner. Af speciel interesse er signaltransmissionen i sansesystemer som f.eks. ligevægtssans og lugtesans. Det konkrete projekt vil blive formuleret i et samarbejde mellem student(er) og vejledere, og kan tilpasses specifikke ønsker og forudsætninger. Ca 2+ simulationer foretages bl.a. med programpakken Comsol, hvorfor kendskab til dette vil være en fordel, men ikke nødvendig. Der vil endvidere være mulighed for at projektet kan omfatte eksperimentelt neurofysiologisk arbejde, inkl. arbejde med levende hjernevæv fra forsøgsdyr, videomikroskopi og signal/billeddataanalyse. Projekterne kan udføres individuelt og i grupper, og der er mulighed for at flere grupper samtidigt kan arbejde med problemstillingen. Faglige forudsætninger: Kendskab til Comsol og Matlab er en fordel, men ikke nødvendig. Udbyder: KU Jens Christian Brasen, Jens Christian Brings Jacobsen, Jens Midtgaard [email protected] [email protected] [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

19 EMG-task-profiles for the use of expossure assesment Projektet ønskes udført som et tillægsstudie til allerede indsamlede kinematiske data (disse kan evt. anvendes i studiet). Med fokus på maler-faget ønskes det forsøgt at lave en EMG-profil for hver af de 10 hårdeste arbejdsopgaver. Det påtænkes at lave en laboratorie-opsætning, hvor disse opgaver imiteres under standardiserede forhold. Under udførslen af opgaverne måles EMGsignaler på udvalgte muskler, unilateralt, i overekstremiteten. På de fleste muskler påtænkes en opsætning med bipolær overfladeelektrode, mens der på m. supraspinatus er planlagt at anvende FineWire elektrodeopsætning. Formålet med forsøget er også at undersøge om der forekommer kønsforskelle i de fremkomne EMG-profiler. Perspektiverne i undersøgelsen er, at de ovennævnte profiler sammen med kinematiske målinger kan anvendes til udarbejdelsen af en præcis eksponeringsbestemmelse for personer i malerfaget. Dette vil være et brugbart redskab i vurderingen af arbejdsbetingede muskuloskeletale lidelser. Udførelsen af projektet kommer til at foregå på Motor Control Laboratory, Panuminstituttet hos Erik B. Simonsen. Faglige forudsætninger: Gerne kendskab til EMG og programmering i MatLab. Dog ikke en nødvendighed Udbyder: Arbejds- og Miljømedicinsk afd. BBH. og Motor Control Laboratory, Panum Kontaktperson: Thomas Heilskov-Hansen (AMED, BBH) Tlf: [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til KU-vejleder: Erik B. Simonsen

20 Billeddannelse Ultrasound Elasticity Imaging Manual palpation has been used for centuries in diagnosing diseases. An example is the manual inspection for breast lumps. The basic procedure is to press the tissue and feel how it gives-in. Small tumors cannot be detected reliably and the position and size of the bigger ones cannot be determined. Recently ultrasound elasticity imaging has become useful in detection of cancer. There are still a number of issues to be investigated and optimized to improve the diagnostic use of ultrasound The goal of the project is to implement and compare (benchmark) two or more algorithms for characterizing the elasticity of tissue Free-hand elasticity imaging mimics the palpation procedure. The doctor presses the tissue, and the tissue displacement is recorded using ultrasound imaging. There are number of processing steps - estimation of tissue motion, estimation of strain, compensation for spreading force, estimation of quality of estimates, temporal filtration and image display (incl. choice of color maps etc). Presently BK Medical works on implementing elasticity imaging in the scanners, and the student(s) will participate in the development and optimization of algorithms. This means that you will be working on 1 or 2 stages in the signal processing chain and implement two or more alternative algorithms and benchmark their performance. Faglige forudsætninger: Matlab; Signal Processing Udbyder: BK Medical Aps. Kontaktperson: Svetoslav Nikolov (Phone) [email protected] Henrik Jensen (Phone) [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til DTU-vejleder: Jørgen Arendt Jensen

21 Speckle reduction in ultrasound images Contacts: Martin Christian Hemmsen Phone Peter Møller Hansen Phone Introduction: Ultrasound imaging is a popular non invasive and low cost technique to observe the dynamical behavior of organs. The produced images are degraded by an intrinsic artifact called speckle, which is the result of the constructive and destructive coherent summation of ultrasound echoes. The speckle artifact can be described as multiplicative noise, which leads to granular appearance, degrades the contrast of the images and reduces the ability to detect details within the images. The objective of this project is to perform a survey of existing speckle suppression methods and develop and evaluate methods for speckle suppression. In medical ultrasound imaging, speckle should be filtered out without affecting important features in the image. Two main denoising techniques are currently applied: Compounding, this combines images of the same region to form a single specklereduced image. Filtering. In the literature, numerous methods for speckle suppression are proposed. Some examples of filtering methods are based on adaptive filters, order statistic, anisotropic diffusion and wavelet filters. The project aims at evaluating current state-of-the-art speckle suppression methods and developing a new method based on this evaluation (in Matlab, or another programming environment), which will be able to run on offline images. The evaluations of the methods should be perform through a quantitative analysis of its performance. Prerequisites: Knowledge of Matlab or another programming language and courses in signal or image processing Deliverables: Report and a set of Matlab scripts/functions Ultrasound image of a 23 week old fetus

22 Compound imaging using Synthetic Aperture Sequential Beamforming Contacts: Martin Christian Hemmsen Phone Peter Møller Hansen Phone Introduction: Ultrasound imaging is a popular non invasive and low cost technique to observe the dynamical behavior of organs. The produced images are degraded by an intrinsic artifact called speckle, which is the result of the constructive and destructive coherent summation of ultrasound echoes. The speckle artifact can be described as multiplicative noise, which leads to granular appearance, degrades the contrast of the images and reduces the ability to detect details within the images. The objective of this project is to perform a survey of existing speckle suppression methods and continue the development of compound imaging using Synthetic Aperture Sequential Beamforming. The focus of the project is to perform a phase 2 clinical evaluation in co-operation with medical staff at Rigshospitalet. In medical ultrasound imaging, speckle should be filtered out without affecting important features in the image. Two main denoising techniques are currently applied: Compounding, this combines images of the same region to form a single speckle-reduced image Filtering The project aims at optimizing and continuing the development of compound imaging using Synthetic Aperture Sequential Beamforming, a state-of-theart speckle suppression method. The student will be involved in implementation tasks using Matlab, clinical data acquisition, and evaluation. Ultrasound image of a 23 week old fetus Prerequisites: Knowledge of Matlab, and courses in signal or image processing. Deliverables: Report and a set of Matlab scripts/functions

23 Implementation of flow models in 3D MRI geometries of the human abdominal aorta Contact: Marie Sand Enevoldsen, Phone: , Introduction: Using computer-based simulation models for blood flow quantification is valuable for better understanding the progres-sion of vascular disease. Advances in medical imaging techniques, such as MRI, combined with powerful numerical solution methods provide the tools for construction of detailed patient-specific flow models. In addition, clinical data from systemic arteries reveal that the rheology of the blood is non-newtonian, curves and branches affect the flow conditions significantly, and that the arterial walls are viscoelastic. This contradicts the general assumptions in hemodynamic simulation of vascular disease, where the blood is considered a Newtonian fluid flowing in an inelastic tube. Objective: To investigate different non-newtonian flow models in a subjectspecific geometry of the human abdominal aorta, and benchmark these against the assumption of Newtonian flow. Description: The project includes: 1. Scanning of the abdominal aorta with MRI at the Department of Radiology at Rigshospitalet. Subjects to be scanned are healthy volunteers. 2. Segmentation of the aqcuired 3D MRI data to construct the flow model geometry. 3. Implementation of several non-newtonian flow models (e.g. Carreau, Casson, Power law) in COMSOL Multiphysics and comparison with the Newtonian fluid description. The project outcome should be: 1. Documentation of the MRI scanning and segmentation process. 2. Description of the model implementation in COMSOL Multiphysics. 3. A comparative study of the different flow models. Prerequisites: Fundamental topics in biomechanics and biotransport (bachelor project) Physiological transport phenomena (master project) Experience with model construction in COMSOL Multiphysics Deliverables: Project report

24 Implementation of Blood Velocity Estimator using Parallel Hardware Contact: Jørgen Arendt Jensen Phone: Introduction: A unique ultrasound system is being built at Center for Fast Ultrasound. It has the computational power to produce realtime images and accompanying blood flow maps at high update rate using state-of-the-art methods. The design of the imaging logic is done and the blood flow estimation logic is about to be be developed, based on the best algorithms available to date. Objective: Implementing a blood velocity estimator using parallel hardware. Description: In this project, you will have the chance to experiment with implementing state-of-the-art signal-processing algorithms in context of on-going research projects. You are expected to familiarize yourself with the blood velocity estimator using Matlab simulations, and to make a parallel implementation on one of two target platforms: FPGA or GPU. VHDL project: In this project, you will design a logic block that implements one of two blood velocity estimators, to be realized on an FPGA. A non-parallel and synthesizable VHDL implementation already exists for one of the methods, and can be used as a base for further development. The logic block designed in this project will most likely end up being used in our FPGA-based, research ultrasound scanner SARUS. GPU project: In recent years, GPUs have increasingly been used for non-graphics related parallel computations. In a project targeting GPU implementation, the blood flow estimation will be implemented using the OpenCL programming language. No experience with OpenCL is required, but previous knowledge of C is mandatory. Given sufficient demand, both VHDL and GPU projects can be made. Prerequisites: DL programming and digital design, or C programming Deliverables: Project report

25 Impact of PET reconstruction algorithm on tumour volume and homogeneity in head and neck cancer patients Background: in radiation therapy, information from PET/CT images is used to outline the target volume. Areas of high tracer uptake (such as FDG) are thought to correlate with highly aggressive tumour cells. In present day radiation therapy, a uniform dose of radiation is delivered to the whole tumour. However a new paradigm is emerging suggesting that potentially aggressive subvolumes of the tumour should received an increased dose of radiation based on their tracer uptake (PET activity). This approach is called dose painting. Methods: We propose to investigate the influence of several PET image reconstruction algorithms (iterative, Point spread funtion) on semi-quantitative parameters of the tumour in a dataset from 20 head-and-neck cancer patients. Parameters will include SUVmax and associated ratios (such as 50% of SUV max). Quantitative measures of reproducibility of auto-contouring defined volumes and expert delineations between reconstruction algorithms will be derived. Also, the influence of reconstruction algorithm on the apparent homogeneity of tracer uptake within the tumour will be assessed. Faglige forudsætninger: Matlab el. tilsvarende Udbyder: Rigshospitalet, (Klinik for Klinisk Fysiologi, Nuklearmedicin og PET, Radioterapiklinikken) Kontaktperson: Marianne Aznar Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til KU-vejleder: Søren Holm Forslag til DTU-vejleder: Rasmus Larsen

26 Imaging of Nano-Bio Interfaces The Nano-Bio Integrated Systems group utilizes micro- and nanostructures as tools for biological sciences. Through microfabrication technology, our research group helps carrying out medical and biological studies at the single-cell level by creating micro- and nanosized electrodes and needles for analysis or drug delivery. This project aims at finding suitable imaging techniques to visualize the adherence and possible penetration of mammalian cells to and by nanostructured surfaces. Several kinds of micro- and nanostructures are available in the group, ranging from self-assembled peptide nanowires to 3-dimensional micro-electrodes for cellular penetration. These structures can be utilized by the student in order to find the best structural parameters optimal for cellular penetration, which is a common goal in the research group. Different methods can be used to characterize the way that cells come into contact with the surfaces, including scanning electron microscopy, confocal micriscopy and various staining techniques. Faglige forudsætninger: Basic knowledge about cell culturing and microscope imaging would be desirable but not mandatory. Udbyder: Nano-Bio Integrated Systems (NaBIS) group, DTU-Nanotech Kontaktperson: Maria Dimaki Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Evt. forslag til DTU-vejleder: Maria Dimaki, Asocc. Prof. at DTU-Nanotech Luigi Sasso, PhD student at DTU-Nanotech Winnie E. Svendsen, Associate Professor at DTU-Nanotech

27 Simulering af effekten af vands diffusion i cellulære miljøer i MRmålinger Diffusionsvægtet MR-billeddannelse er en MR-baseret metode hvor vi kan måle vandmolekylers tilfældige bevægelser, dvs. diffusion, i hjernevæv. Denne metode bliver hyppigt brugt i hjerneforskning, hvor blandt andet nervebaners retning og forløb kan estimeres. Til diffusionsmålinger anvendes som oftest PGSE-sekvensen (Pulsed Gradient Spin-Echo), hvor diffusionen måles over et tidsrum af typisk ms. I løbet af denne tid diffunderer et vandmolekyle i gennemsnit en afstand på ca. 10 μm som er længere end dimensionerne af de fleste celler på ca. 2-5 μm. Vandmolekylernes ellers å sf rie bevægelse begrænses dermed af cellevægge og dermed forvrænges unik information om det intracellulære miljø. En alternativ metode er at bruge oscillerende gradienter, OGSE (Oscillating Gradient Spin-Echo), hvor den effektive diffusionstid kan forkortes til under 1 ms hvorved vi mindsker sandsynligheden for at molekyler oplever en restriktion. PGSE-sekvenser bruges allerede i dag klinisk for tidligt at detektere tumorer og læsioner fra f.eks. stroke eller multipel sklerose, hvor mere konventionel MR-billeddannelse ikke er i stand til at detektere forandringer. Vi håber at vi ved hjælp af OGSE-sekvenser vil være i stand til bedre at forstå baggrunden for disse forandringer og måske give mere præcise diagnoser og bedre behandling til individuelle patienter i fremtiden. Vi har i dag OGSE-sekvenser implementerede på vores eksperimentelle 4.7 tesla dyreskanner. For bedre at forstå eksperimentelle resultater er simuleringer af vandmolekylers bevægelse i hjernevæv et brugbart værktøj hvor vi præcist kan efterligne cellers geometri og afprøve effekten af forandringer i en kendt mikrostruktur. Formålet med dette projekt er at opstille et simuleringsværktøj for OGSE-sekvensen og afprøve dette på realistiske modeller af hjernevæv. Dette arbejde vil hovedsageligt udføres i MATLAB. Projektet vil udover dette give indblik i MR-baserede målemetoder og det vil være muligt at komplementere simuleringer med målinger på vores skanner. Projektets deltagere vil blive en del af Diffusion Imaging Group på DRCMR (dig.drcmr.dk) og få indblik i en række spændende projekter hvor hjernen er i fokus. Faglige forudsætninger: Medical MRI, Kendskab til programmering i Matlab Udbyder: Danish Research Centre for Magnetic Resonance (DRCMR), Hvidovre Hospital (Lise Vejby Søgaard, Tim B. Dyrby, Henrik Lundell, Lars G. Hanson) Kontaktperson: Henrik Lundell Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 1 (evt. 2) Forslag til DTU-vejleder: Lars G. Hanson

28 Simulation of ultrasound (US) images from CT images Contact: An Hoai Pham Phone: Introduction: Can we generate realistic simulated US images from CT images? Realistic simulated US images can be used as a training tool for medical US doctors. In addition to training with real patients, the medical US doctors can do the self-training with a machine that generates realistic US images. The CT data set are used because CT scanner is a common standard instrument in every hospital. From the same CT data set, simulated US images of the same object can be generated from many different positions and angles of transducer and the surface of the object. Objective: Direct simulation from the CT images to the US images could not capture the shadow and the enhancement effects in the measured US images. The shadow effect in the measured US images appeared when US travel from one medium that have low density to another one that have high density. The shadowing in US images has previously been simulated by some scientific groups with different approaches. But they do not look realistic. The aim of this work is to perfect the simulation of shadowing effects and if possible, enhancement effects to generate more realistic US images from CT images. (An example is present in Figure 1) 35 a) 0 35 b) 0 35 c) Axial distance [mm] Axial distance [mm] Axial distance [mm] Lateral distance [mm] -60 [db] Lateral distance [mm] -60 [db] Lateral distance [mm] [db] -60 Figure 1. Cross section of a 220 mm long cod at 130 mm from the nose tip. Measured ultrasound image (a), direct simulated US image from CT image (b), simulated ultrasound image using the new method (c)

29 Description: There are experimental works as well as simulation in this project. An object will be chosen to be scanned with both US and CT scanner. The measured US images will be used as a reference for assessment by visual inspection of the simulated US images. The CT images will be used to generate the simulated US images using Field II and/or beamformation toolbox (BFT2 or BFT3). The CT scan will be done at Righospitalet, Copenhagen University. The US scan will be done at the Center for Fast Ultrasound imaging (CFU) in Kgs. Lyngby. Prerequisites: Matlab, basic linux, image processing Deliverables: Project report

30 Optimering af In-111 SPECT med og uden høj baggrunds-aktivitet af Tc- 99m For at kunne lave en såkaldt kombineret knogle- og leukocytscintigrafi optages der først en Technetium-99m knoglescintigrafi, hvorefter patienten injiceres med en relativt lav mængde Indium-111 mærkede leukocytter for at optage en leukocytscintigrafi. Fordelen er, at patienten ikke behøver at komme tilbage nogle dage efter for at få lavet den anden undersøgelse. Ulempen er, at optagelsen og rekonstruktionen er mere kompliceret. Indium-111 har to fotonenergier (171 og 245 kev), som kan bruges til optagelse af SPECT-billeder. For at begrænse støj sammenlægges de registrerede hændelser ved de to fotonenergier, men det skaber problemer i forhold til spredning af især 245 kev-fotoner og attenuationkorrektion. Hvis en anden isotop med lavere fotonenergi er tilstede, fx Technetium-99m med 140 kev, så kan det pga. kameraets begrænsede energiopløsning give kontaminering af Indiums energivinduer. Opgaven består i at optimere optagelses-protokol til In-111 SPECT og In-111 SPECT med høj baggrund af Tc- 99m. Der skal undersøges billedkvalitet, hvis kun 245 kev vinduet bruges, hvis det summerede vindue bruges med begge Indiums energivinduer med en bredde på 10%, og hvis der bruges det summerede vindue med standardindstillingerne (bredde på 20%). Dette skal kvantitativt undersøges med optagelser af et cylinderfantom med In-111 med og uden Tc-99m. Målingerne bruges til at undersøge hvor godt attenuationskorrektionen udføres og billedkvalitet generelt. Målet er at optimere protokollen således, at billedkvaliteten af den kombinerede scintigrafi er sammenlignelig med to separate scintigrafier. Dette vil medføre større patientkomfort uden at det går på omkostning af billedkvaliteten og diagnostikkens kvalitet. Faglige forudsætninger: Erfaring med Matlab, viden om billed- og signalbehandling, basiskendskab til kernefysik Udbyder: Afdeling for Klinisk Fysiologi, Nuklear Medicin og PET, Rigshospitalet Kontaktperson: Robin de Nijs, hospitalsfysiker Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

31 Graphical User Interface for Display of 3D Ultrasound Data with OpenGL Contact: Jørgen Arendt Jensen Phone: Introduction: Ultrasound imaging is a safe and fast diagnostic tool for medical doctors in examination and diagnostics of patients. Traditionally 2D images are used, but advances in ultrasound equipment allow acquisition of 3D ultrasound data. Objective: The objective of the project is to implement visualization of 3D ultrasound data images in real time using QT and OpenGL. Description: A unique ultrasound system is being built at Center for Fast Ultrasound Imaging. It has the computational power to produce real-time images and accompanying blood flow maps at high update rate using state-of-the-art methods. The system has 1024 independent channels, which allows 3D ultrasound data to be acquired and processed. Currently, a library for doing scan conversion and display of 2D ultrasound data exists together with a first implementation of displaying surfaces from 3D ultrasound data. In this project, various visualization modes of 3D ultrasound data are to be implemented. The developed library will be used with the experimental research scanner built at Center for Fast Ultrasound Imaging in the research conducted in the group, including clinical studies on patients. Prerequisites: C-programming Knowledge of ultrasound imaging an advantage, but not required Deliverables: Project report

32 Ultrasound scanner user interface using OpenGL acceleration Contact: Matthias Stuart Phone Introduction: A unique ultrasound system is being built at Center for Fast Ultrasound. It has the computational power to produce real-time images and accompanying blood flow maps at high update rate using state-of-the-art methods. Objective: For the purpose of displaying the ultrasound images in real time, a hardware-accelerated graphical user interface must be made. It will be implemented in Linux and Windows using the software library Qt by Nokia. The development of the user interface will rely on already developed partial implementations of the GUI/ implementations using other libraries. Description: The candidate will have the opportunity to work and develop his/her skills in a group with extensive experience and expertise in the fields of ultrasound imaging and programming. Prerequisites: C++ programming

33 Coil development for Magnetic Resonance Imaging and spectroscopy The aim of the project is to develop a receiving and/or transmitting coil (near-field antenna) for Magnetic Resonance Imaging (MRI) used extensively for medical diagnosis. The project builds on the experience gained in an earlier master project (thesis: and will be adapted to the recruited student. The DRCMR 4.7T experimental MR scanner for small animals will be employed for the project. The gained experience, however, will also be of relevance for human MRI, e.g. for the coming 7T whole-body scanner to be installed at Hvidovre Hospital within the next 2 years (a national collaboration involving DTU). The project is to be carried out in collaboration with the Danish Research Centre for Magnetic Resonance (DRCMR) at Hvidovre Hospital. Faglige forudsætninger: Knowledge of radio frequency electronics and fields (eg , 31430, 31415, 31420). Udbyder: Johan Mohr/Vitaliy Zhurbenko (DTU Elektro), Jan Ardenkjær-Larsen (DTU Elektro og GE Healthcare) and Lise Vejby Søgaard, Peter Magnusson, Lars G. Hanson, Danish Research Centre for Magnetic Resonance ( at Hvidovre Hospital. Kontaktperson: Johan Mohr Tlf [email protected] Vitaliy Zhurbenko Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til DTU-vejleder: Johan Mohr, Vitaliy Zhurbenko, Jan Ardenkjær-Larsen

34 Characterization of cerebral myelination by magnetization transfer In biological tissues there is an ongoing exchange of protons bound to water and protons bound to macromolecules. This exchange can be probed in MRI using so-called magnetization transfer (MT) techniques. The simplest use of MT employs an off-resonance RF pulse to saturate macromolecular magnetization, thereby reducing the MR signal in regions where macromolecules are present. The technique can be made quantitative by applying specially designed sampling schemes and subsequent modelling of the data. Maps of e.g. the bound pool fraction (i.e. protons bound to macromolecules) can be reconstructed in this way. The white matter of the brain mainly consists of axons that like cables connect different regions in the cerebral cortex where processing of our daily impressions takes place. To speed up the communication between brain regions (especially over longer distances) most axons are wrapped with sheaths of myelin. Myelin consists mainly of fat and thus has a high macromolecular fraction. In neurodegenerative diseases like multiple sclerosis (MS) the myelination is slowly destroyed. The objective of the present project is to use quantitative MT to characterize the myelination in the white matter of the brain. The project involves implementation of protocols for acquisition of MT data on DRCMR s preclinical scanner as well as data acquisition and analysis. The protocol will be validated on suitable phantoms and fixed brain tissue with the goal of using the method in vivo on rodent models. Faglige forudsætninger: Medical MRI, Matlab knowledge Udbyder: Danish Research Centre for Magnetic Resonance (DRCMR), Hvidovre Hospital (Lise Vejby Søgaard, Tim B. Dyrby, Henrik Lundell, Lars G. Hanson) Kontaktperson: Lise Vejby Søgaard Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 1 (evt. 2) Forslag til DTU-vejleder: Lars G. Hanson

35 Software Ultrasound Scanner Contacts: Jørgen Arendt Jensen Phone: Borislav Tomov Phone: Introduction: A unique ultrasound system SARUS has been built at Center for Fast Ultrasound. It has the computational power to produce real-time images and accompanying blood flow maps at high update rate using state-of-the-art methods. Currently, it has well-developed control and data retrieving libraries, but no support for real-time display of the hardware-generated ultrasound images. Objective: To create a software ultrasound scanner that accepts real-time images from SARUS, processes them using relatively simple software processing modules and displays the processed images on a PC display. Description: The project has a strong engineering side, as almost all of the necessary software modules exist, and the task is to modify and adapt them for the creation of the software scanner. In the course of the project, the student(s) will become familiar with the image processing steps that are performed in an ultrasound scanner, and will implement these using open source computational libraries (Intel Math Kernel Library implementation exists as a base for further work). An OpenGL display library has been created during previous projects, which will need to be connected to the image processing chain. The end result of the project will be a software scanner that behaves very similarly to the commercial scanners (depending on the richness of the controls in the graphical user interface), while allowing at a touch of a button the execution of

36 experimental data acquisition sequences and storing the data from these. Prerequisites: C programming Deliverables: Project report

37 GABA detection using Magnetic Resonance Spectroscopy The aim of the project is to establish detection of the neuro-transmitter GABA in humans using Magnetic Resonance (MR) spectroscopy. GABA is important for brain function, and there is strong interest at Rigshospitalet (RH) and at Hvidovre Hospital (HH) in quantifying this substance in vivo. This is quite challenging, however. An MR measurement sequence was recently acquired (MEGA- PRESS). It remains to be tested how well it works with the available MR scanners. In particular, a field drift problem associated with lengthy measurements (~10min) is expected, but if so, a solution will be sought as part of the project. Establishment of GABA quantitation, tests in phantoms and humans, comparison of results between scanner models, and test of reproducibility are other tasks that may be part of the project, depending on the student background and project duration (BSc/MSc). The project is to be carried out in collaboration between the Radiological Department at Rigshospitalet and the MR department (DRCMR) at Hvidovre Hospital. Faglige forudsætninger: Courses 31540, or Udbyder: Else R. Danielsen, Rigshospitalet, and Lars G. Hanson, DTU and DRCMR, Hvidovre Hospital Kontaktperson: Lars G. Hanson Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til KU-vejleder: Prof. Carsten Thomsen, Forslag til DTU-vejleder: Lars G. Hanson

38 Magnetic Resonance Spectroscopy of the Hippocampus The hippocampi are important brain structures for memory formation, and they are affected by a number of diseases such as depression and epilepy. Since they are small, and located close to the tissue interfaces it is technically challenging to measure metabolic profiles (MR spectra) in the hippocampi. Such profiles, are of great clinical and scientific interest, however. Hippocampal spectroscopy is performed at the Danish Research Centre for MR at Hvidovre Hospital ( The data quality is largely as expected considering the problematic location, but there is potential and ideas for improving the techniques. The project contains both an experimental and an analysis part. Faglige forudsætninger: Courses 31540, or Programming experience (Matlab or similar). Udbyder: Lars G. Hanson, DTU/DRCMR, Hvidovre Hospital. Kontaktperson: Lars G. Hanson Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til DTU-vejleder: Lars G. Hanson

39 Evaluation of quantitative Magnetic Resonance Imaging New MR methods are constantly being developed and shared between sites. Recently the Danish Research Centre for MR at Hvidovre Hospital ( got access to new sequences and analysis tools for quantitative MRI providing a number of MR parameters simultaneously. Such techniques are traditionally seldom used due to long duration of the measurements. Improved quality and accellerated measurements will likely change that, however. It is hypothesized that the new methods can advantageously replace a range of the ones used traditionally, and provide more specifik information in similar time. This needs to be verified, however, and a partial test is the aim of the project. It contains both an experimental and an analysis part. Faglige forudsætninger: Courses or similar. Udbyder: Arnold Skimminge (DRCMR, Hvidovre Hospital) Lars G. Hanson (DRCMR, DTU) Kontaktperson: Lars G. Hanson Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til DTU-vejleder: Lars G. Hanson

40 Biomekanik og biomaterialer Automation of Vertebral Correction Design of pneumatic/electrical/mechanical device for clinic or in home treatment of vertebral displacement. Faglige forudsætninger: Anatomy and neurology Udbyder: Kiropraktisk Klinik Skansevej Hillerød Kontaktperson: Kurt Rasmussen Tlf Maksimalt antal studerende per rapport: 2

41 Billedbehandling og data analyse for optisk manipulation af celler og vesikler I projektet bruges en optisk fælde, en såkaldt optisk stretcher til at indfange og udstrække celler og/eller vesikler, og derved måle deres elastiske moduli. Data er således billeder af celler/vesikler, optaget vha. CCD eller CMOS kamera monteret på et almindeligt lysmikroskop, i hhv. rund og ustrakt form. I forbindelse med en kvantitativ bestemmelse af elastiske moduli får de projektstuderende til opgave at identificere en god måde at udføre billedbehandlingen på, og at programmere denne. Billedbehandlingen kobles om muligt direkte til det program (i LabView) der styrer laserne til den optiske fælde. Faglige forudsætninger: Mekanik (Fysik 1), MatLab og/eller ImageJ og gerne LabView. Udbyder: DTU Fysik Kontaktperson: Kirstine Berg-Sørensen Telefon: Mail: [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: x 1 (2 er muligt, i parallelle projektforløb tilpasset de studerendes interesse) Forslag til DTU-vejleder: Kirstine Berg-Sørensen

42 Bacterial communication Udbyder: Biomedical Engineering, DTU Elektro Department of International Health, Immunology and Microbiology, KU Kontakt: Lektor, PhD Thomas Sams Tlf Lektor, PhD, Thomas Bjarnsholt Tlf.: Maksimalt antal studerende: 2 Forudsætninger: Signal processing/differential equations, matlab, interest in bio lab work. Forslag til DTU-vejleder: Lektor, PhD, Thomas Sams Forslag til KU-vejleder: Lektor, PhD, Thomas Bjarnsholt How do bacteria know when it is time to initiate an attack on their host? The bacterium Pseudomonas aeruginosa is found in two states. In one state it multiplies in small colonies inside a biofilm, the structure of which offers protection against the host defense system. Meanwhile it produces signal molecules used by the individual bacteria to monitor the size of the colony. When the colony is sufficiently large the bacteria change behavior and attack the host. This feed-back mechanism, which includes signaling and sensing, is denoted quorum sensing (QS). Many details in the QS process remain to be clarified. A series of experiments which allows us to isolate the processes involved and model them mathematically is carried out in monitor strains. By means of genetic engineering, we deactivate either the production of the signal molecules or the sensing in the QS process. Furthermore, it is possible to insert a fluorescence reporter gene near selected QS controlled virulence genes of the bacterium. This enables us to measure and model the signal emission and reception processes and test hypothesis on the orders of the individual underlying chemical reactions. As a result we can measure the response of isolated steps in the communication loop to sudden changes in the input (step response). It is possible to make experimental as well as theoretical work.

43 Elasticitetsmålinger i vesikler og/eller rotteblod vha. optisk manipulation I projektet bruges en optisk fælde, en såkaldt optisk stretcher til at indfange og udstrække røde blodceller eller vesikler, og derved måle deres elastiske moduli. Til formålet undersøges blodceller fra rotter med forskellig diæt, og/eller unilamellare vesikler med forskellig lipid-sammensætning i lipidlaget. Hypotesen er at elasticiteten i cellen/vesiklen afhænger af antallet af dobbelt-bindinger i membranens dobbelt-lipid-lag. Faglige forudsætninger: Mekanik (Fysik 1) og grundlæggende cellebiologi, MatLab og/eller ImageJ og gerne LabView. Udbyder: DTU Fysik Kontaktperson: Kirstine Berg-Sørensen Telefon: Mail: [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 1 Forslag til DTU-vejleder: Kirstine Berg-Sørensen

44 Simulation of skull fracture using finite element Based on finite element models of specific suspicious skull fracture cases, a dynamic finite element simulation of the fracture process will be performed. The finite element model will be extracted from a CT-scan of the specific case and the simulation can e.g. focused on the influence on the spongius layer in the skull and the influence of a detailed dynamic cohesive element model on the subsequently crack predictions. An important issue in forensic medicine is to determine how a certain skull fracture arose. This information can be critical in establishing if a criminal offense has taken place. Today, however, the medical examiner chiefly relies on his experience since only a few scientific methods are known, and these are not considered sufficiently reliable. Nevertheless, during the latest decade commercial finite element codes and computers have reached a stage where accurate numerical finite element predictions of the skull fracture cases are possible. Faglige forudsætninger: Mechanics of materials and continuum mechanics, finite element modeling and some programming experience Udbyder: Risø Kontaktperson: Lars Pilgaard Mikkelsen, Materials Research Division, DTU Risø [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til KU-vejleder: Niels Lynnerup, Head, Asc. Professor, MD, PhD, Panum Institute [email protected] Forslag til DTU-vejleder: Lars Pilgaard Mikkelsen, Materials Research Division, DTU Risø

45 Akut virkning af orthoser på gangfunktionen hos patienter med dropfod I et tidligere medtek-projekt så vi på, hvorledes en dropfod ændrede det normale gangmønster. Bla steg knæbelastningen til det dobbelte i både det syge og det rakske ben. En orthose er en skinne eller snor/elastik, som har til fomål, at holde foden dorsalflekteret i ankelledet, således at man kan sætte hælen i jorden først under gang på trods af en lammelse af m. tibialis anterior på forsiden af skinnebenet. Formålet med nærværende projekt er, at undersøge den akutte funktion af 2-3 typer orthoser på dropfods patienter, som ikke tidligere har anvendt en orthose. Udbyder: Erik B. Simonsen, KU Kontakt: Erik B. Simonsen Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende: 2 Forslag til KU-vejleder: Erik B. Simonsen

46 Virkningen af en kunstig fremkaldt dropfod på gangfunktionen hos raske personer I et tidligere medtek-projekt så vi på, hvorledes en dropfod ændrede det normale gangmønster. Bla steg knæbelastningen til det dobbelte i både det syge og det raske ben. Formålet med nærværende projekt er, at undersøge effekten af en kunstig fremkaldt dropfod ved at bedøve n. peroneus communis lige under knæet. Det kan herved belyses, hvorledes en dropfod vil påvirke en persons gangfunktion akut, mens det vi har set hos patienter er resultatet af en tilvænning til dropfoden. Udbyder: Erik B. Simonsen Kontakt: Erik B. Simonsen Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende: 2 Forslag til KU-vejleder: Erik B. Simonsen

47 Virkning af en orthose på gangfunktionen hos patienter med dropfod efter 4 ugers tilvænning I et tidligere medtek-projekt så vi på, hvorledes en dropfod ændrede det normale gangmønster. Bla steg knæbelastningen til det dobbelte i både det syge og det rakske ben. En orthose er en skinne eller snor/elastik, som har til fomål, at holde foden dorsalflekteret i ankelledet, således at man kan sætte hælen i jorden først under gang på trods af en lammelse af m. tibialis anterior på forsiden af skinnebenet. Formålet med nærværende projekt er, at undersøge funktionen af en orthose på dropfods patienter efter en 4 ugers tilvænningsperiode. Foreløbige data tyder på, at den akutte effekt af en orthose ikke er signifikant, så det er sandsynligt, at en tilvænningsperiode er nødvendig for om muligt at genskabe normal gangfunktion. Udbyder: Erik B. Simonsen, KU Kontakt: Erik B. Simonsen Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende: 2 Forslag til KU-vejleder: Erik B. Simonsen

48 Udvikling af nye formler til beregning af ledcenter placering på baggrund af CT-scanning Når vi udfører tre-dimensionale bevægelsesanalyser beregner vi ledcenter placeringen udfra de markører, som vi anbringer på personen. Hertil anvendes nogle formler fra Vaughan et al., som kun baserer sig på røntgen data fra én enkelt person. Formålet med nærværende projekt er at rekonstruere skelettet udfra en masse tynde ct-snit ved hjælp sotwaresystemet Mimics. På retsmedicinsk Institut har man scanninger af et større antal personer. Herefter er det formålet at opstille nye formler til beregning af ledcentrene i ankel-, knæog hofteled. Biomekanikere over hele verden vil blive lykkelige over dette arbejde. Udbyder: Erik B. Simonsen, KU Niels Lynnerup, KU Kontaktperson: Erik B. Simonsen [email protected] Maksimalt antal studerende: 2 Forslag til KU-vejleder: Erik B. Simonsen

49 Generel medicoteknik Chemical vapour deposition for conductive polymer coatings The PolyMeDiag group at DTU Nanotech are researching and developing small portable all polymer systems for different diagnostic purposes such as influenza, other viruses and Alzheimer s disease. When designing in all polymer we keep the cost very low. We use electrical measurements using an conductive polymer called PEDOT. The electrically conductive polymer PEDOT (poly(3,4-ethlyenedioxythiophene)) provides very advanced properties regarding conductivity and biocompatibility. It is therefore a very good electrode material for biosensors. One of the ways to produce PEDOT is chemical oxidation of the monomer on a surface. This can either be done by spin coating or chemical vapour deposition (CVD). As spin coating is limited to flat surfaces and produces rather thick layers, CVD has also been reported to give a higher conductivity, a number of advantages can, therefore, be found in using CVD. During the project a process should be developed to coat different polymeric surfaces with PEDOT layers of various properties. These coatings should then be characterized and used to improve our existing biosensor technology to higher diversity and better sensitivity. Come by and talk to us, then we can try and make a project description, that fits your interests and requirements. Udbyder: DTU Nanotech Kontaktperson: Nikolaj Christiansen, Ph.D. studerende, DTU Nanotech [email protected] Noemi Rozlosni, Lektor, DTU Nanotech [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

50 Circulating H-filter for Alzheimer s Disease (AD) Detection Direct, rapid and sensitive detection of biological and chemical species is essential in numerous applications within healthcare and life science. A lot of effort has been put into creating cheap, portable and quick systems utilizing the microfluidic Lab-on-a-Chip principle. One of the most interesting and the first commercial microfluidic system is the H-filter. The H-filter allows continuous extraction of molecular analytes from fluids containing interfering particles (e.g., blood cells, bacteria, microorganisms, dust, and viruses) without the need for a membrane filter or similar component that requires cleaning or replacement. The H-filter utilizes diffusion of particles in fluid to move them from one stream to another. However, this can only sort up to 50%, due to equilibrium. Being able to circulate the sample stream allows for multiple cleanups purifying the sample. As of now it is not possible to diagnose AD. However, studies have shown that the concentration of Aβ 1-42 peptide can act as a biomarker for AD. The goal of this project is to design, fabricate and test a polymer microchip containing a circulating H-filter for up concentrating Aβ 1-42 fibrils thereby making it possible to measure the concentration. Come by and talk to us, then we can try and make a project description, that fits your interests and requirements. Udbyder: DTU Nanotech Kontaktperson: Nikolaj Christiansen, Ph.D. studerende, DTU Nanotech [email protected] Noemi Rozlosnik, Lektor, DTU Nanotech [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

51 Aβ peptide fibrilization for early detection of Alzheimer's disease Alzheimer s disease (AD) is a protein misfolding disease, caused by accumulation of abnormally folded β-amyloid and tau protein in the brain. Although a century of research has passed since the discovery and clinical description of Alzheimer s disease, the currently available diagnostic tools are not sufficient for reliable early discovery of the disease which is necessary for the proper symptomatic treatment. It is believed that the key indication of AD is a change in concentration of Aβ 1-42 peptide in the cerebrospinal fluid (CSF). The misfolding amyloids are fibrils with a diameter around 10 nm and lengths up to several microns. Currently used immunoassays for detection of specific biomarkers in cerebrospinal fluid are not well suited for the reliable identification of patients with early disease. The Aβ 1-42 peptide is difficult to detect with high specificity. In this project we will utilize a selfseeding formation of large protein fibres (amyloid fibrils) that due to their size it will be easier to detect and quantify. The seeds will be fabricated using chromatography for ensuring absolutely pure starting population. The formation of fibrils will be verified using AFM, ThT flourescence and capillary electrophoresis. The later part of the project can lead to implementing the seeding into an all polymer lab-on-a-chip system developed in PolyMeDiag for a small, cheap and portable instrument for Alzheimer s diagnostics. Udbyder: DTU Nanotech Kontaktperson: Nikolaj Christiansen, Ph.D. studerende, DTU Nanotech [email protected] Noemi Rozlosnik, Lektor, DTU Nanotech [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

52 Støjfri pumpe til brug ved Acoustic Reflectometri målinger Acoustic Reflectometri bruges til simultan måling af tryk og tværsnit i urinrøret (Urethral Pressure reflectometry). En tynd polyurethane pose ligger i urinrøret som er forbundet til måleudstyret med en plastic-slange. Systemet er luftfyldt og trykket i systemet øges og sænkes med en 10 ml. sprøjte. Sprøjten styres manuelt da støjen fra motorstyret sprøjter og pumper påvirker målingerne. Der ønskes derfor udviklet et system hvor motorstøjen kan isoleres fra måleudstyret. Udbyder: Gynækologisk-Obstetrisk afd. Herlev Hospital Kontaktperson: Professor Gunnar Lose Tlf [email protected]

53 Statistical shape analysis of the human nose for the optimal design of nose inserts Faglige forudsætninger: Matlab programming and statistics Udbyder: DTU Informatics og Spirare Aps Kontaktperson: Associate Professor Rasmus R. Paulsen, DTU Informatics Tlf Peter T. Kenney Hansen, Spirare Aps Tlf Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Forslag til DTU-vejleder: Rasmus R. Paulsen Respiratory allergy is a major problem for a significant group of people. Medications exist but it would be desirable to prevent the allergic outbreak. A novel idea is to use a intranasal filter to block the allergens from entering the nose. The shape of the human nose and the nose cavity exhibit large variations over a populations and it is therefore not realistic to produce one shape of filter that will fit everyone. The goal of this project is to quantify the amount of shape variation of the nose over a standard population and thereby suggest optimal designs of filters that can fit as many as possible. A common and efficient method to do this is to create a statistical shape model. This has been done on human faces, ears, hearts, and many other anatomical entities. A statistical shape model requires a good quality training set of shapes. For this study a large sets of 3D scanned human faces are available. They are captured using a state-of-the art surface scanner and contains both the geometry and the texture of the face. The project is done in collaboration with a small start up company (Spirare) and it is possible that some confidentially issues will need to be addressed before the project start.

54 Label-free Multiplexed Protein Measurements in a Microfluidic Device In this project, Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) will be developed for clinical use. The objective is to build compact microfluidic devices with integrated micro-electrodes for the detection of small amounts of protein in solution. Using EIS for measuring very small amounts of proteins is revolutionary in several aspects. First, impedance measurements require no markers, for example, fluorescent antibodies, as e.g. ELISA method that is used today in hospitals for immunoassays. The use of fluorescent markers complicates measurements by increasing the time from sample to results and the costs of sample preparation. Additionally, the direct electrical readout does not need bulky instruments to analyze and process the data. This allows us to conduct our analysis on small microchips, which also can be used to build compact devices for high-throughput pharmaceutical drug screening or point-of-care diagnostics. Furthermore, since each protein has a unique electrical fingerprint, it is possible to multiplex screening of different proteins in the same sample, which again saves time and costs. Faglige forudsætninger: Basic knowledge in COMSOL and MATLAB would be helpful but not mandatory. Udbyder: Nano-Bio Integrated Systems (NaBIS) group, DTU-Nanotech Kontaktperson: Romen Rodriguez-Trujillo Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2 Evt. forslag til KU-vejleder: Evt. forslag til DTU-vejleder: Romen Rodriguez-Trujillo, Postdoc at DTU-Nanotech; Winnie E. Svendsen, Associate Professor at DTU-Nanotech

55 Forslag til bedre rengøring af medikoteknisk apparatur Problemformulering: BBH er blevet kritiseret for dårlig rengøring. Derfor er der naturligt nok blevet sat ekstra fokus på hvordan de medikotekniske apparatur bliver gjort bedre rent. I dag er der ingen som gør det medikotekniske apparatur rent, fordi alle siger, at det er en anden faggruppe som skal gøre det. Resultatet er, at udstyret ofte er groet til i støvkager og nullermænd, selv på operationsstuer. På operationsstuer er det medikotekniske udstyr ofte stablet tæt oven på hinanden på enten hængesøjler, mobile søjler eller rullevogne. Dette udstyr er derfor ganske svært at rengøre, fordi der kun er små smalle spalter mellem de enkelte apparater. Opgaveformulering: - Undersøge om der findes enkle metoder til at se skidtet f.eks. med en speciel farve lys, særlige kemikalier eller andre metoder. - Undersøge om der findes simple måder at gøre rent så udstyret ikke skal adskilles og skidtet ikke blot spredes på et større område. - Undersøge om det f.eks. er muligt at klodse udstyret op eller der er andre mekaniske måder at gøre rengøringen nemmere. - Undersøge om der findes remedier (f.eks. specielle klude, spyd el. lign.) som vil gøre en rengøring af medikotekniske apparater lettere. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

56 Studie af mobiltelefoners påvirkning af medikoteknisk udstyr Problemformulering: Det diskuteres meget, hvor følsomt medikoteknisk udstyr er for påvirkninger fra mobiltefoner, samt hvilken sikkerhedsafstand der skal holdes for, at der ikke kan ske noget som kan bringe patientens sikkerhed i fare. Opgaveformulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende publikationer om evt. farer ved mobiltelefoner på et hospital og i særdeleshed i appararturtunge afdelinger. - Udføre et litteraturstudie af hvilke internationale standarder og krav der gælder for brug af mobiltelefoner på hospitaler. - Undersøge hvilke krav der stilles på andre hospitaler i Danmark. - Udføre en funktionsmæssig afprøvning af et repræsentativt udsnit af forskellige mobiltelefoner sammen med forskellige medikotekniske apparater hvis fejlfunktion vil kunne bringe patientens sikkerhed i fare. - Fremkomme med et forslag til BBH. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

57 Studie af farvet lys til endoskopiske undersøgelses-/operationsstuer Problemformulering: Ved endoskopiske undersøgelser og operationer har det vist sig, at forskelligt ikke hvidt farvet baggrundslys kan forbedre lægens muligheder for at se flere kliniske detaljer på billederne på de loftshængte endoskopiske betragtningsskærme. Både på K-endoskopisk afdeling og på KOA operationsgangen findes stuer med mulighed for zoneinddeling af loftslyset i forskellige farver lys. Flere af disse stuers farvede lys fungerer ikke efter hensigten, bl.a. fordi man under projekteringen ikke har gjort sig klart hvordan principperne for det farvede lys virker. Det er meget dyrt at etablere farvet lys fordi det kræver at loftet nedtages og lysinstallationen ændres fuldstændigt. Opgaveformulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende principper for farvet/hvidt loftlys fordele og ulemper og hvilke krav der er til at de fungerer efter hensigten. - Undersøge om det er muligt at etablere simplere måder at opnå fordelene ved farvet baggrundslys end en total ombygning af stuen. - Undersøge om det er muligt at etablere mobile farvede lysenheder, således at det farvede lys nemt kan etableres hvor behovet er uden store indgreb i stuens eksisterende installationer. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

58 Forslag til bedre ergonomi for EKG vogne og blodprøvetagningsvogne Problemformulering: De rullevogne som bioanalytikerne på Klinisk Biokemisk Afdeling (KBA) bruger, når de skal rundt på BBH for at tage 12 afledningsekg eller blodprøver, er alle vogne som er beregnet til at køre på et helt plant indendørs hospitalsgulv. Virkeligheden på BBH er, at personalet skal køre vognene over dørtrin, kantsten, rabatter, hullet astfalt, gange med ujævn flisebelægning og nogle gange gennem sne. Disse vogne er alle forsynede med 4 relativt små hjul med faste gummiringe hvor alle 4 hjul kan dreje som på en indkøbsvogn i et supermarked. Indkøbsvogne kører oftest ganske fint inde i supermarkedet men man kæmper med dem udenfor på parkeringspladsen og det samme gælder KBA s vogne som personalet kæmper med, med risiko for at pådrage sig arbejdskader. Yderligere betyder vognenes hårde gummihjul, at det elektroniske udstyr som bliver transporteret rundt på dem (primært 12 aflednings EKGskrivere) bliver udsat for hårde rystelser som kan nedsætte udstyrets levetid. Stor set alle KBA s 12 aflednings EKGskrivere har været på langvarige værkstedsophold. Det antyder, at de enten ikke driftsikre eller også kan de ikke tåle G-påvirkningerne når de bliver transporteret rundt på BBH. Opgaveformulering: - Undersøge om der findes bedre alternativer til de eksisterende hjul. - Udføre forsøg med eksisterende vogne med forskellige hjultyper med forskellig montageform. - Kan der etableres en slags flydende ophæng af 12 aflednings EKGskriver så de bedre kan tåle transporten. - Fremkomme med forslag til hvordan man kan formindske ovennævnte ulemper. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

59 Studie af elektroniske termometre Problemformulering: Der findes efterhånden en del forskellige måder at måle patientens kropstemperatur på, som alternativ til at benytte et gammeldags kviksølvtermometer. Elektroniske temperaturmålere kan opdeles i 3 kategorier: - Oral/anal digitalt termometer. - Øre termometre. - Infrarødt termometer. Det diskuteres ivrigt blandt det kliniske personale hvad der er bedst. Opgave formulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende undersøgelser af og afprøvninger af elektroniske temperatur målere i de forskellige kategori. - Udføre en markedsundersøgelse af hvilke produkter der findes på markedet. - Udvælge at passende antal elektroniske temperaturmålere og udføre en klinisk test af dem, som gerne skulle ende med en anbefaling af en proforma standard for BBH. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

60 Studie af elektroniske SpO2 ilt saturationsmålere Problem formulering: SpO2 målere er efterhånden blevet en integreret del af patientbehandlingen på danske hospitaler. SpO2 målere kan inddeles i 3 kategorier: - Fritstående billige (150, ,-) SpO2 målere. - Fritstående dyre (1.000, ,-) SpO2 målere. - SpO2 målere indbygget EKG monitorer. De fritstående billige/dyre SpO2 målere kan så yderligere inddeles i: - Stationære 230V forsynede apparater. - Batteriforsynede apparater hvor transducer og displayenhed er forbundet med en ledning. - Batteriforsynede apparater hvor transducer og displayenhed sidder på patientens finger helt uden ledning. Måleprincipperne kan opdeles i: - Masimo måleprincip. - Nellcore måleprincip. - Andre måleprincipper. Det diskuteres altid, om de dyre SpO2 er mere pålidelige end de billige, samt hvor billig en SpO2 måler kan være uden, at det går ud over pålideligheden. Det diskuteres også, hvilket måleprincip der er bedste Masimo, Nellcore eller nogen af de mere mere ukendte principper. Det diskuteres om de nye apparater hvor transducer og displayenhed er bygget sammen høres hjemme i legetøjsafdelingen, eller om de er et reelt alternativ til eksisterende apparater. Opgave formulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende undersøgelser af og afprøvninger af SpO2 målere i de forskellige kategori. - Udføre en markedsundersøgelse af hvilke produkter der findes på markedet. - Udvælge et passende antal SpO2 målere og udføre en klinisk test af dem, som gerne skulle ende med en anbefaling af en proforma standard for BBH. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion, Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg, Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

61 Studie af elektroniske blodtryksmålere Problem formulering: Blodtryksmålere kan groft set inddeles i 4 kategorier: - Manuelle blodtryksmålere. - Fritstående billige (100, ,-) elektroniske blodtryksmålere. - Fritstående dyre (2.000, ,-) elektroniske blodtryksmålere. - Elektroniske blodtryksmålere indbygget i EKG monitorer. Det diskuteres altid, om de dyre elektroniske blodtryksmålere er mere pålidelige end de billige, samt hvor billig en elektronisk blodtryksmåler kan være uden, at det går ud over pålideligheden. Opgave formulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende undersøgelser af og afprøvninger af elektroniske blodtryksmålere i den dyre og billige kategori. - Udføre en markedsundersøgelse af hvilke produkter i de 2 kategorier der findes på markedet. - Udvælge et passende antal blodtryksmålere fra de 2 kategorier og udføre en klinisk test af dem, som gerne skulle ende med en anbefaling af en proforma standard for BBH. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

62 Studie af elektroniske blæreskannere Problemformulering: Det forøger patientens livskvalitet under indlæggelsen ikke at skulle have kateter-tømt sin blære mere end højst nødvendigt eller skulle ligge med en unødvendigt fyldt blære. Derfor anskaffer flere og flere kliniske afdelinger elektroniske blæreskannere i forskellige designs og prisklasser. Blæreskannere kan indeles i 2 kategorier: - Håndholdte blæreskanner hvor transducer og display er sammenbygget i et apparat. - Vogn baserede blæreskannere hvor transduceren er forbundet til displayenheden med en ledning. Det diskuteres ivrigt blandt det kliniske personale hvad der er bedst. Opgave formulering: - Udføre et litteraturstudie af eksisterende undersøgelser af og afprøvninger af elektroniske blæreskannere i de 2 kategorier. - Udføre en markedsundersøgelse af hvilke produkter der findes på markedet. - Udvælge at passende antal elektroniske blæreskannere og udføre en klinisk test af dem, som gerne skulle ende med en anbefaling af en proforma standard for BBH. Udbyder: MIT - Medikoteknisk sektion Bispebjerg Hospital Kontaktperson: Lektor Kaj-Åge Henneberg Studieleder for Medicin og Teknologi/DTU Tlf [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

63 Udvikling shuntsystem til dræning af hjernevæske Sygdommen hydrocephelus (vand i hovedet) opstår, når den væske som dannes i hjernens hulrum ikke kan få et naturligt afløb til venesystemet i hjernen. Det tryk som opstår i den forbindelsen giver anledning til hovedpine, men kan være dødeligt. Der lægges derfor dræn ind i hjernen, som ledes til bughulen. 2C arbejder med en teknologi, hvor drænet føres udenpå hjerneskallen til en vene. Det giver betydelig livskvalitet, da trykforholdene er konstante. Faglige forudsætninger: Ingeniørmæssige og medicinske kompetencer, specielt indenfor finmekanik, materialeteknologi og medicinsk validering. Udbyder: Produktudviklingsvirksomheden 2C A/S Kontaktperson: Chr. Caspersen Tlf / [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

64 Udvikling af instrument til detektion og isolering af sjældne celler (og andre biologiske objekter), specielt i forbindelse med cirkulerende cancerceller. Produktudviklingsvirksomheden 2C har gennem nogle år udviklet instrumentet CytoTrack, som er i stand til at detektere og isolere cirkulerende cancerceller i blodet. Området har stor bevågenhed idet de cirkulerende celler er årsagen til at cancers fatalitet. Produktet er på markedet, men dels er der behov for udvikling af en del hjælpeudstyr, dels skal koncepterne for næste generation udvikles. Faglige forudsætninger: Udviklingsopgaverne fordrer medicinske, biologiske og ingeniørmæssige kompetencer. Opgaverne vil blive løst i et team, så den enkelte studerende behøver ikke at besidde alle kompetencerne. Udbyder: Ingeniørvirksomheden 2C leverer løsninger til CytoTrack ApS, som er selskabet der varetager markedsføring og salg. Kontaktperson: Chr. Caspersen Tlf / [email protected] Maksimalt antal studerende per rapport: 2

65 Point of Care Devices Using Silicon Nanowire Sensors to detect Infection Udbyder: Institut for Mikro og Nanoteknologi, DTU Kontaktperson: Winnie E. Svendsen Tlf: Maksimalt antal studerende: 1 Forudsætninger: Interest in Surface Chemistry and Biology Forslag til KU-vejleder: Lektor Søren Skov, KU LIFE Forslag til DTU-vejleder: Lektor Winnie E. Svendsen, DTU-Nanotech Point of care devices for detection of infection are valuable tools for a quick diagnosis the patient or animal. Here we want to develop a new point of care sensor based on a silicon nanowire chip. Project Goal: The goal of the project will be to develop a device based on silicon nanowires that is able to detect an increase in the amount of Classical Swine Fever Virus (CSFV) antibodies in serum samples from pigs. Project Description: The nanowires that will form the base sensing unit have already fabricated in a previous master project. Therefore the focus in this project will be on developing the unit into a sensor that can detect a biological interaction between the silicon nanowire and the specific antibodies generated during an infection. As a model system we use serum from pigs infected with CSFV and it will be your task to make the Silicon nanowire able to sense the anti-csfv antibodies in the serum from infected pigs.