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Design von Polymeren zur Untersuchung von Fluor-spezifischen Interaktionen
No full textHighly fluorinated organic compounds exhibit specific properties in various settings, e.g. they separate from aqueous and organic phases at room temperature and can form superhydrophobic surface coatings. Paired with quantum chemical calculations, this indicates the existence of attractive fluorine-specific interactions. In this thesis, polymers with polyfluoroalkyl groups of varying length and their non-fluorinated counterparts were designed to study the contribution of fluorine-specific interactions in two applications, namely the adsorption of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) onto (polyfluoro)alkylated adsorbents and the coating of polytetrafluoroethylene (PTFE) with (polyfluoro)alkylated, biomimetic polymers. The investigation of perfluorooctanoic acid (PFOA) adsorption onto side-chain (fluoro)alkylated polystyrene resins initially revealed the dominance of electrostatic interactions in the adsorption process. The length and fluorination of the hydrophobic side-chain affected the removal efficiency of PFOA and other perfluorocaboxylic acids only minorly. Highly charged, hydrophobically cross-linked polyethylenimine (cPEI)-based adsorbents were developed in a second project. The removal of PFAS with more than four perfluorinated carbon atoms by the adsorbent with fluorinated cross-linker was comparable to a commercial, state-of-the-art ion exchange resin (IX) but non-fluorinated cPEI adsorbents failed to reliably adsorb PFAS in competitive quantities. This difference in PFAS removal between the fluorinated cPEI and the non-fluorinated cPEI might arise from beneficial fluorine-specific interactions. The cPEI adsorbents removed PFAS much faster than the commercial IX. The initially high adsorption of PFAS onto the silicone-based cPEI insinuates the potential application of silicones as fluorine-free, PFAS-affine, hydrophobic groups in PFAS adsorbents if their stability can be guaranteed. The last project did not provide sound evidence for the contribution of fluorine-specific interactions on the coating of PTFE with (polyfluoro)alkylated linear polyglycerol copolymers. However, some fluorinated coatings effectively reduced the water contact angle of PTFE into a hydrophilic regime below 65°, thus, indicating a potential use as biocompatible coatings. Despite the distinctive properties of fluoroalkylated polymers in the applications studied herein, the difference to their non-fluorinated counterparts was often small and a clear link to fluorine-specific interactions could not be drawn in many cases. Paired with the high cost and negative environmental impact of fluoroalkylated materials, these results suggest that the effectiveness of fluoroalkylated materials should be thoroughly assessed and carefully evaluated prior to future application as coatings for fluoropolymers or as adsorbents for PFAS.Hochfluorierte organische Verbindungen sind für eine Reihe spezieller Eigenschaften
bekannt, wie der Separierung von wässrigen oder organischen Phasen oder der Bildung von
superhydrophoben Beschichtungen. Gestützt durch Berechnungen legen diese Eigenschaften
die Existenz attraktiver fluorspezifischer Wechselwirkungen nahe. In dieser Arbeit wurden
Polymere mit polyfluorierten Alkylgruppen variabler Länge und ihre nicht-fluorierten
Gegenstücke entwickelt, um den Beitrag fluorspezifischer Wechselwirkungen in zwei
anwendungsbezogenen Beispielen, der Adsorption per- und polyfluorierter Schadstoffe
(PFAS) auf (polyfluor)alkylierten Adsorbentien und der Beschichtung von
Polytetrafluorethylen (PTFE) mit (polyfluor)alkylierten, biomimetischen Polymeren, zu
evaluieren. Bei der Adsorption von Perfluoroktansäure (PFOA) auf Polystyrol-Harzen mit
(polyfluorierten) Seitenketten dominierten elektrostatische Wechselwirkungen. Die Länge
und Fluorierung der hydrophoben Seitengruppe beeinflusste das Adsorptionsverhalten von
PFOA und anderen Perfluorcarbonsäuren nur geringfügig. In einem weiteren Projekt wurden
mit hydrophoben Gruppen quervernetzte Polyethylenimin (cPEI)-basierte Adsorbentien
entwickelt. Die Entfernung von PFAS mit mehr als vier perfluorierten Kohlenstoffatomen
durch das fluorierte cPEI war vergleichbar mit einem kommerziellen, für die Adsorption von
PFAS entwickelten Ionentauscher. Die schlechtere Entfernung von PFAS durch das nicht
fluorierte cPEI deutet einen positiven Einfluss fluorspezifischer Wechselwirkungen an. Der
Vorteil der cPEI-Adsorbentien gegenüber dem kommerziellen Ionentauscher bestand jedoch
in der wesentlich schnelleren Entfernung der PFAS. Die anfänglich gute Adsorption von
PFAS auf silikonhaltigem cPEI liefert einen Anhaltspunkt für eine potentielle Verwendung
von Silikonen als fluor-freie, PFAS-affine, hydrophobe Gruppe in Adsorbentien für PFAS,
sofern deren Stabilität gewährleistet werden kann. Im letzten Projekt, bei dem die
Beschichtung von PTFE durch lineare, (polyfluor)alkylierte Polyglycerol-Copolymere
untersucht wurde, zeigten sich keine stichhaltigen Anzeichen für fluorspezifische
Wechselwirkungen. Nichtsdestotrotz konnten einige fluoralkylierte Beschichtungen den
Wasserkontaktwinkel von PTFE unter 65° senken und könnten damit Anwendung als
hydrophile, biokompatible Beschichtungen finden. Aufgrund der eher geringen Evidenz für
den substanziellen Beitrag fluorspezifischer Wechselwirkungen in vielen der untersuchten
Anwendungen und den hohen Kosten und negativen Umweltauswirkungen fluoralkylierter
Verbindungen, sollte die Effizienz und Notwendigkeit fluoralkylierter Verbindungen vor
deren künftigen Einsatz zum Beschichten von Fluorpolymeren oder als Adsorbentien für
PFAS ausführlich untersucht und sorgfältig beurteilt werden
Papers by and in honor of Ilse Zimmermann
Get PDFSynopsis:
This book is dedicated to Ilse Zimmermann, who was a pioneer of Generative Grammar in Germany and made important contributions to the analysis of German and Slavic languages. It contains original articles by Zimmermann as well as newly written papers inspired by her work. Zimmermann's original articles cover a wide range of topics over a long period of research – the earliest dating from 1983 – and they make it clear that issues that are highly topical today have long been the subject of linguistic research. The newly written papers are closely related to Zimmermann's topics ranging from DP structure, verbal inflection and reciprocity to the modification of causative verbs, all from a Slavic perspective. They are rounded off by a contribution highlighting the leading role played by the Strukturelle Grammatik research group, of which Zimmermann was a member, in the development of linguistics in Germany.
Dieses Buch ist Ilse Zimmermann gewidmet, die eine Pionierin der Generativen Grammatik in Deutschland war und wichtige Beiträge zur Analyse des Deutschen und der slawischen Sprachen geleistet hat. Es enthält sowohl Originalartikel von Zimmermann als auch neu verfasste Beiträge, die durch ihre Arbeit inspiriert wurden. Zimmermanns Originalartikel decken ein breites Spektrum von Themen in einem langen Forschungszeitraum ab – der früheste datiert aus dem Jahr 1983 – und sie machen deutlich, dass Fragen, die heute hochaktuell sind, schon lange Gegenstand der linguistischen Forschung sind. Die neu verfassten Kapitel stehen in engem Zusammenhang mit Zimmermanns Themen. Sie reichen von der DP-Struktur über verbale Flexion und Reziprozität bis hin zur Modifikation kausativer Verben, alles aus slawischer Perspektive. Abgerundet werden sie durch einen Beitrag, der die führende Rolle der Forschungsgruppe Strukturelle Grammatik, deren Mitglied Zimmermann war, für die Entwicklung der Linguistik in Deutschland hervorhebt
Über das Verhalten des Cystins, Tyrosins und Leucins im Phlorhizindiabetes
Get PDFDigitalisat der Ausgabe von 1916, erschienen 202
Verwendung von Zeitreihen in der Vorhersage von Outcomes bei Intensivpatienten am Beispiel der Heparindosierung
Get PDFHeparin is a widely used anticoagulant in the management of thromboembolic disorders. However, its therapeutic efficacy depends on the correct dosing, which is challenging due to significant inter-individual variability. This necessitates close monitoring of activated partial thromboplastin time (aPTT). This study explores the potential of machine learning (ML) algorithms in predicting aPTT values during heparin therapy, under special consideration of parameters that evolve over time, with the aim to improve patient management and outcomes.
We identified a dataset of 5742 patients and 5926 hospital admissions and extracted clinical parameters such as heparin application, demographic information, laboratory values, scores and treatments. Various ML models were trained, evaluated and compared on this data. In particular, we compared models using single values for each parameter to a model that uses entire time series of features.
Our results show that time series of parameters improve the aPTT prediction. Our results suggest that ML-based predictions, using the temporal evolution of parameters, may help to reach a target aPTT faster. Further research is required to validate these models in a larger, more diverse patient population. Especially the impact of data quality of the routine data on model predictions should be evaluated.Heparin ist ein weit verbreitetes Antikoagulans in der Vorsorge und Behandlung von
thromboembolischen Störungen. Allerdings wird seine therapeutische Wirksamkeit durch
erhebliche interindividuelle Variabilität begleitet, was eine häufige Überwachung der aktivierten partiellen Thromboplastinzeit (aPTT) erfordert und ein Erreichen eines definierten Zielkorridors innerhalb der ersten 24 Stunden erschwert. Diese Arbeit untersucht das
Potenzial von Algorithmen des Maschinellen Lernens (ML) zur Vorhersage von aPTT Werten nach einer Heparin-Therapie unter besonderer Berücksichtigung des zeitlichen
Verlaufs von klinischen Parametern, mit dem Ziel, das Patientenmanagement und die
Ergebnisse zu verbessern.
Wir haben einen Datensatz von 5742 Patienten und 5926 Fällen identifiziert und klinische
Parameter wie die Heparin Applikation, demografische Informationen, Laborwerte, intensivmedizinische Scores und Behandlungen extrahiert. Verschiedene ML-Modelle wurden
mit diesem Datensatz trainiert, evaluiert und verglichen. Insbesondere wurden Modelle
die jeweils einen Wert pro Parameter nutzen verglichen mit einem Modell welches Zeitreihen von Parametern verwendet.
Es hat sich gezeigt, dass Zeitreihen von Parametern Informationen enthalten, die die
aPTT Vorhersage verbessern. Diese Ergebnisse legen nahe, dass ML-basierte Vorhersagemodelle unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs einzelner Parameter, dabei
unterstützten können, schneller einen gewünschten aPTT Zielkorridor zu erreichen. Weitere Forschung ist notwendig, um diese Modelle in einer größeren, vielfältigeren Patientenpopulation zu validieren und insbesondere sollte der Einfluß der Qualität der Routinedaten evaluiert werden
Seroprevalence of SARS-CoV-2 in pre-school children and their families in Berlin in September 2021
Get PDFIn early 2020, the first cases of infection with coronavirus-2 (SARS-CoV-2) were con-firmed in Germany. At the time, little was known about the extent of infection in young children. Various preventive measures were introduced in the daycare centers. In March and December 2020, there were three-month lockdowns in Germany, which led to the closure of daycare centers. The aim of our study was to show the proportion of infections in children in daycare centers based on seroprevalence to gain better insights into the incidence of infection in children. Antibodies against SARS-CoV-2 were deter-mined in daycare center children, daycare center employees and their household mem-bers in September 2021. This data can help to evaluate preventive measures such as daycare closures and hygiene measures.
Mobile study teams were sent to 12 randomly selected daycare centers in Berlin. These teams collected blood samples from the participants by pricking their fingertips and fix-ing them on filter paper. In addition, oropharyngeal-nasal swabs were taken for PCR analysis for acute infections of SARS-CoV-2 and socio-demographic data was collected using questionnaires. The blood samples were analyzed via the Roche Elecsys® test kit. SARS-CoV-2 anti-S and anti-N antibodies were determined. The participants were classified as "negative", "vaccinated" and "previously infected" depending on their anti-body status. The daycare center managers completed a questionnaire on preventive measures such as mask wearing, social distancing and hygiene measures.
In September 2021, 48 day-care children, 37 employees and 192 household members were included. Of the 277 participants, no acute illnesses with SARS-CoV-2 were de-tected during the sample collection. Seropositivity for SARS-CoV-2 was found in 65%. The majority were induced by vaccinations (52.7%). 16.7% of daycare center children were classified as "previously infected", followed by employees (16.2%) and household members (10.4%). A "previously undiagnosed" infection was detected in 44.1% of the "previously infected" people, which was 5.4% of the total number of participants. Day-care center children accounted for a significantly higher proportion (75%) than house-hold members (35%). Prevention measures were introduced in all daycare centers. In three daycare centers was no evidence of previous infections, in the other nine daycare centers 1-3 people were classified as "previously infected". There was no difference between daycare centers with "previously infected" and without "previously infected" persons in terms of prevention measures.
Daycare children and employees showed a higher seroprevalence of previous SARS-CoV-2 infection than household members. "Previously undiagnosed" infections occurred mainly in daycare children. An association with previous infections was shown for not wearing a mask. In a pandemic, data should also be collected on young children from the outset in order to better evaluate and target preventive measures.Anfang 2020 wurden in Deutschland die ersten Fälle von Infektionen mit dem Corona-virus Typ 2 (SARS-CoV-2) bestätigt. Über das Infektionsgeschehen bei Kleinkindern war damals nur wenig bekannt. Im März sowie Dezember 2020 kam es jeweils zu dreimonatigen Lockdowns in Deutschland, welche auch Schließungen von Kindertageseinrichtung-en (Kitas) mit sich brachten. Ziel unserer Studie war es, den Anteil an Infektionen bei Kindern in Kitas anhand der Seroprävalenz aufzuzeigen, um bessere Einblicke in das Infektionsgeschehen bei Kindern zu erlangen. Dafür bestimmten wir Antikörper gegen SARS-CoV-2 bei Kitakindern, Mitarbeitenden der Kitas und deren Haushaltsangehörigen im September 2021. Diese Daten können helfen, Präventionsmaßnahmen wie Kita-schließungen und Hygienemaßnahmen, besser bewerten zu können.
Mobile Studienteams wurden zur Datenerhebung in 12 randomisiert ausgewählte Kitas in Berlin entsandt. Die Kitaleitungen füllten einen Fragebogen zu Präventionsmaßnahmen wie Maskentragen, Abstandsregelungen und Hygienemaßnahmen aus. Von den Studienteilnehmenden wurden Fingerblutproben auf Filterpapier fixiert. Zudem wurden soziodemographische sowie verhaltensbezogene Daten aller Teilnehmenden durch Fragebögen erhoben. Die Blutproben wurden durch das Roche Elecsys® Test-Kit auf SARS-CoV-2 Anti-S und Anti-N Antikörper analysiert. Die Teilnehmenden wurden je nach Antikörperstatus für SARS-CoV-2 in die Gruppen „negativ“, „geimpft“ und „zuvor infiziert“ eingeteilt. Zudem wurden oropharyngeal-nasale Abstriche zur PCR-Analyse auf akute SARS-CoV-2 Infektionen gewonnen.
Es wurden 48 Kitakinder, 37 Mitarbeitende und 192 Haushaltsmitglieder eingeschlossen. Bei den 277 Teilnehmenden zeigten sich keine akuten Infektionen mit SARS-CoV-2. Bei 65,0% wurden SARS-CoV-2 Antikörper nachgewiesen. Bei 52,7% aller Teilnehmenden waren diese Antikörper durch Impfungen induziert. Kitakinder wurden zu 16,7% als „zuvor infiziert“ klassifiziert, gefolgt von Mitarbeitenden mit 16,2% und Haushaltsmitgliedern mit 10,4%. Bei 44,1% der „zuvor infizierten“ Personen, war die Infektion zuvor nicht diagnostiziert gewesen. Kitakinder hatten hier einen deutlich höheren Anteil (75%) als Haushaltsmitglieder (35%). In allen Kitas waren Präventionsmaßnahmen eingeführt. In drei Kitas gab es keine „zuvor infizierten“ Personen, in weiteren 9 Kitas waren 1-3 Personen als „zuvor infiziert“ eingestuft. Es ergab sich kein Unterschied zwischen Kitas mit „zuvor infizierten“ und ohne „zuvor infizierten“ Personen bzgl. der Präventionsmaßnahmen.
Zusammenfassend zeigten Kitakinder und Mitarbeitende eine höhere Seroprävalenz für eine vorherige SARS-CoV-2 Infektion als deren Haushaltsmitglieder. Bei Kitakindern liefen die Infektionen häufig unbemerkt ab. Für fehlendes Maskentragen konnte eine Assoziation mit vorherigen Infektionen gezeigt werden. Datenerhebungen sollten in einer Pandemie auch bei Kleinkindern von Beginn an erfolgen, um Präventionsmaßnahmen besser bewerten und gezielter einsetzen zu können
Revision of the Australian Ozestheria Schwentner & Richter, 2015 (Crustacea: Branchiopoda: Spinicaudata) fauna, with the descriptions of 27 new species
No full textWe provide an extensive and comprehensive revision of the Australian species of the genus Ozestheria based on an integrative taxonomic approach. In this integrative approach, molecular genetic analyses (COI, 16S and ITS-2) were combined with geometric morphometric analyses of carapace shape, ornamental features and traditional taxonomic assessments including head, thoracopod, telsonic and furcal features as well as carapace length. Initial species delimitation was based on genetic data. Morphometric differences in their carapace shape were then examined and overall morphological differences assessed. The genetic data yielded a high number of previously unknown and morphologically highly similar species. Deciding which of these correspond to the currently known and accepted species or to one of the previously synonymized species or varieties was challenging. Historic type specimens were thus assigned to the respective genetically delimited species with the aid of carapace shape variables as predictors of species identity. The taxonomic descriptions of all known and accepted species are updated based on the original type material (if available). Ozestheria dictyon is treated as a junior synonym of O. lutraria (the original description of O. dictyon was based on juveniles of O. lutraria), O. packardi is treated as a species inquirenda (the original description is inadequate and the types are lost), O. rufa is treated as a valid species (formerly treated as species inquirenda) and three former varieties of O. packardi are raised to full species status: O. cancellata comb. nov., O. minor comb. nov. and O. typica comb. nov. Furthermore, 27 species of Ozestheria new to science are formally described: O. barcaldinensis sp. nov., O. beleriandensis sp. nov., O. bourkensis sp. nov., O. carnegiensis sp. nov., O. christiani sp. nov., O. echidna sp. nov., O. frederikeae sp. nov., O. fuersichi sp. nov., O. gemina sp. nov., O. glabra sp. nov., O. henryae sp. nov., O. jiangi sp. nov., O. jonnae sp. nov., O. marthae sp. nov., O. matuwa sp. nov., O. ngamurru sp. nov., O. paralutraria sp. nov., O. pilbarensis sp. nov., O. quinlanae sp. nov., O. radiata sp. nov., O. richteri sp. nov., O. rincewindi sp. nov., O. selmae sp. nov., O. setifera sp. nov., O. sivesae sp. nov., O. timmsi sp. nov. and O. weeksi sp. nov. With now 38 Australian species of Ozestheria, our results further underline the exceptional diversity of the Australian spinicaudatan fauna, raising the total number of recognized spinicaudatan species to 97, nearly half of their worldwide known species diversity
Using the ICH estimand framework to improve the interpretation of treatment effects in internet interventions
Get PDFThe ICH E9(R1) Addendum on Estimands and Sensitivity Analysis provides a framework for defining the treatment effect a trial intends to estimate—the estimand. The addendum is widely adopted in pharmaceutical research. However, it remains underutilized in trials investigating internet-based interventions (IBIs). This manuscript introduces the addendum to IBI researchers. It concludes that estimands are essential to improve the interpretability, relevance, and validity of effect estimates derived in IBI trials
Essays on Immigration, Population Aging, and Labor Markets
Get PDFThis dissertation comprises four chapters that contribute to the literature on labor economics, with a particular focus on labor market challenges associated with population aging. As demographic change leads to growing labor shortages, two key strategies have emerged to mitigate its effects: increasing immigration and promoting higher labor force participation among older workers. The first two chapters focus on immigration as a potential response to workforce gaps in the elderly care sector, examining its effects on the career trajectories of native care workers, overall staffing levels, prices, and the availability of services. The third chapter examines the broader impact of immigration on worker health, with a focus on firm-level interactions between native and migrant workers. The final chapter explores how the design of unemployment insurance influences employment outcomes for older workers.
Chapter 1 examines the effect of increased foreign staffing on the labor market outcomes of native workers in Germany’s long-term care sector. Drawing on administrative social security data and employing a shift-share instrument \citep{card2001immigrant}, the chapter shows that foreign staffing helps alleviate labor shortages but has diverging effects on native workers. For those employed in the sector just before a major immigration wave, the arrival of foreign workers is associated with transitions into jobs offering better working conditions, higher wages, and non-manual tasks. In contrast, it reduces re-employment prospects for natives with prior experience in long-term care who were unemployed at the time of the inflow.
Chapter 2 analyzes how an increase in the inflow of working migrants affects prices and service provision in the long-term care sector. The identification strategy leverages a sharp rise in the number of foreign-born female residents in Germany by combining a shift-share instrument with a difference-in-differences design. Drawing on administrative data covering the universe of long-term care facilities, the chapter shows that immigration reduces the price of care across all levels of need, increases staffing levels, and expands the number of available places in nursing homes. This expansion in capacity is matched by a corresponding rise in take-up. The results can be plausibly attributed to a growing share of foreign workers in elderly care facilities and a reduction in average labor costs driven by lower wages.
Chapter 3 evaluates the impact of immigration on the incidence of severe health shocks at the workplace level. Using rich linked employer-employee data from Germany, the chapter develops a firm-level instrumental variable based on policy variation to identify the causal effect of the relative size of the foreign workforce on rates of long-term sick leave. The analysis reveals that firms with a higher share of foreign workers exhibit lower rates of long-term sickness among employees. A decomposition by gender and worker origin reveals that these health improvements are concentrated entirely among native men, particularly in blue-collar sectors. In these firms, the share of native workers performing manual tasks declines, pointing to shifts in the allocation of physically demanding roles within the workforce.
Chapter 4 investigates how the generosity of unemployment insurance (UI) affects labor market outcomes for older workers in Poland. Using administrative data covering the universe of unemployment benefit recipients and exploiting policy thresholds that create quasi-random variation in benefit levels and durations, the chapter applies regression discontinuity and difference-in-differences designs to estimate causal effects. Among the newly unemployed, more generous benefits lead to longer periods of benefit receipt and extended unemployment duration. For those still employed, increased generosity raises the likelihood of UI take-up, both through strategic re-timing of layoffs and through a sustained increase in unemployment entries over time
Late Cenozoic Rise in Seawater δ11B Not Driven by Increasing Boron Adsorption
Get PDFThe boron isotopic value of ancient seawater (δ11Bsw) is a prerequisite for the reconstruction of seawater pH and atmospheric CO2 concentrations. Available models and some proxy records suggest that δ11Bsw underwent a large increase during the last 45 million years. This increase has been attributed to an acceleration in sediment discharge into the ocean and the enhanced adsorption of boron on particle surfaces. However, whether global sedimentation rates have increased in the late Cenozoic is contested. Additionally, adsorption efficiency was likely modulated by secondary factors related to seawater chemistry and the sedimentary mineral content, that could have counteracted changes in sedimentation rates. Here we revisit the controls on boron adsorption over the last 100 million years. We found that changes in the seawater concentration of dissolved inorganic carbon (HCO3−, CO32−) and major ions (Ca2+, Mg2+, SO42−) had a negligible impact on boron adsorption. Instead, the sedimentary mineral assemblage and the acidity of seawater were important subordinate factors. By considering several possible sediment production scenarios, we propose that the ability of sediment to adsorb boron was lower in the Cretaceous but has remained similar to the present‐day since the Eocene. When these results are incorporated into a seawater model, δ11Bsw exhibits a step‐wise enrichment over the Cenozoic, that is, at times, 2‰ above previous model results. Our analysis precludes a dominant role of adsorption in the boron isotope cycle of the late Cenozoic, but nevertheless supports the view that δ11Bsw was lower than today for the last 60 million years
Die nTMS gestützte Traktographie bei Patient:innen mit Tumoren des Hirnstamms
Get PDFObjective: Surgery on the brainstem level is associated with a high-risk postoperative morbidity due to the close spatial relation and density of vital neuronal structures. Recently, we have introduced the combination of navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS) and diffusion tensor imaging (DTI) tractography as a new tool to define functionally relevant fiber tracts on the brainstem level to support operative planning and risk stratification in brainstem cavernomas. In this study we now aim to evaluate this method and prove its clinical impact for the surgery of intrinsic brainstem tumor and metastasis.
Methods: Patients with brainstem tumors were examined preoperatively with nTMS and DTI tractography. The nTMS stimulation spots that elicited EMG responses on the cortical level were used as seed points for the DTI tractography. A fractional anisotropy (FA) value of 75% of the individual FA threshold (FAT) was used to track descending corticospinal (CST) and -bulbar tracts (CBT). The distance between the tumor and the somatotopic tracts (hand, leg, face) was defined and diffusion parameters (fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficient (ADC)) were correlated to the patients’ outcome.
Results: 17 patients were enrolled in this study, of which 10 patients underwent surgi-cal resection, 6 patients received a stereotactic biopsy and 1 patient received con-servative treatment. The tumor entities were mainly glioma (WHO I-II° 35.3%, III-IV°: 35.3%) followed by meningioma (17.7%) and metastasis (11.7%). In all patients nTMS mapping and somatotopic tractography were performed successfully. The FA values revealed a tract alteration by the tumor (p=0.049) and correlated with clinical symp-toms. This effect was even higher in infiltrative tumors (p=0.009). A tumor-tract distance (TTD) above 2mm was the critical limit to achieve a complete tumor resection.
Conclusion: nTMS based DTI tractography combined with local diffusion analysis has a great potential to stratify the risk for postoperative morbidity and might therefore improve the outcome in patients with brainstem tumors. Our technique allows for an individually customized treatment strategy in these patients.Hintergrund: Aufgrund der hohen Dichte lebensnotwendiger neuronaler Strukturen be-
steht bei neurochirurgischen Interventionen im Bereich des Hirnstammes ein erhöhtes
Risiko für ein neues postoperatives Defizit. Die Faserbahndarstellung basierend auf der
navigierten transkraniellen Magnetstimulation (nTMS) nimmt bereits eine wichtige Rolle in der präoperativen Planung bei Hirnstammkavernomen ein. Jedoch wurde diese Me-
thode noch nicht bei Menschen mit Hirnstammtumoren untersucht. Unser Ziel war es, bei diesen Fällen mittels nTMS basierter Traktographie, basierend auf Diffusionstensor Bild-
gebungen (DTI), eine verlässliche Darstellung der absteigenden motorischen Faserbah-
nen des Hirnstammes zu generieren. Zusätzlich sollten die segmentalen Diffusionspara-
meter und das klinische Potential der Methoden evaluiert werden.
Methodik: Die Patient:innen wurden präoperativ mittels nTMS und DTI untersucht. Die Stimulationspunkte mit richtig-positiven EMG-Antworten wurden als Ausgangspunkte des
standardisierten DTI Fiber Trackings verwendet. Zur Generierung wurde jeweils ein spe-
zifischer Wert der fraktionellen Anisotropie (FA) errechnet. Diesen setzten wir bei 75% des individuellen FA Grenzwerts (FAT). Distanzberechnungen zwischen den Corticospi-
nalen Faserbahnen (CST), den Corticobulbären Faserbahnen (CBT) und dem Tumor
wurden durchgeführt. Die Diffusionsparameter, FA und der apparent diffusion coefficient (ADC) wurden mit dem Outcome der Patient:innen verglichen.
Ergebnisse: 17 Fälle konnten in die Studie eingeschlossen werden, 10 erhielten eine chirurgische Resektion und 6 erhielten eine stereotaktische Biopsie. Die Diagnosen un-
terteilten sich in Gliome (WHO I-II° 35,3%, III-IV°: 35,3%), Meningiome (17,7%) und Me-
tastasen (11,7%). Das nTMS Mapping sowie die somatotopische Traktographie konnten bei allen Patient:innen erfolgreich durchgeführt werden. Die FA Werte des Hirnstamms
zeigten eine Affektion durch den Tumor (p=0,049) und gingen mit den jeweiligen Symp-
tomen einher. Infiltrativ wachsende Tumore wiesen eine höhere Affektion (p=0,009) und einen verschlechterten postoperativen Outcome auf. Bei Patient:innen mit einer Tumor-
Trakt Distanz von unter 2mm konnte lediglich eine subtotale Resektion erzielt werden. Postoperativ zeigten sich keine neuaufgetretenen motorischen Defizite der Extremitäten.
Conclusio: Die nTMS basierte DTI Traktographie kombiniert mit der lokalen Analyse der
Diffusionsparameter hat ein großes Potential, die postoperative Morbidität und Outcomes
bei Hirnstammtumoren zu stratifizieren. Unsere Technik spiegelt strukturelle Veränderun-
gen wider und verbessert die chirurgische Planung bei Hirnstammtumoren und gewähr-
leistet somit eine individuell zugeschnittene Therapiestrategie für diese Patient:innen