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Addressing Domain Shift in CNN-based Image Segmentation: From Improving Robustness to Unsupervised and Active Learning based Domain Adaptation
Full text linkPixel-wise labeling of images is a common task in applications nowadays as it allows humans and machines to make sense of the content in an image and informs their decisions about subsequent steps to be taken. Examples of such applications include scene understanding for autonomous driving, weeding in agricultural fields, and interventional therapies for brain tumors. It is however challenging to build machine learning models that perform well on data exhibiting different characteristics to what they have seen during training, or put differently, that they are robust to domain shift.
We address this problem using different approaches. A starting point is to increase the robustness of a segmentation model by encouraging it to focus more on the shape content of images rather than textural features. We accomplish this by using TV augmentation to smooth images while emphasizing object boundaries. We compare our work to other augmentation techniques and show the benefit of our approach. Another aspect we look into is design decisions employed by a popular open-source framework that is widely used for segmentation of medical images. Concretely, we investigate the effect of optimizers and the number of training epochs on domain generalization, and show through our experiments how the performance on new domains can be improved.
If labeled images from the target domain can be acquired, then these can be used to adapt models to the unseen domains. We devise smart sampling strategies to select which data samples should be annotated for efficient active learning. We first generate pseudo-labels and choose samples based on the loss and gradients of the network. Finally, if only unlabeled images are available, we use self-supervision to leverage this data and adapt the model to the target domain. We add a second branch to the trained model and drive the optimization of the model by comparing two sets of segmentation maps on target data. Our use of probabilistic maps and limited supervision reduces the risk of propagating incorrect signals throughout the network while allowing the model to adapt itself to target data
Amtliche Bekanntmachungen, 55. Jahrgang, Nr. 14
No full textDritte Ordnung zur Änderung der Fakultätsordnung der Rechts- und Staatswissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn vom 18. Februar 202
Digital Platforms and Social Networks : Three Essays in Microeconomic Theory
Full text linkThis dissertation consists of three self-contained chapters that employ theoretical methods to shed light on the effects of personalization algorithms in social media platforms, the role of rating systems on streaming platforms and information acquisition in social networks, respectively. In an increasingly digitized society, it is crucial to theoretically understand the strategic interplay between profit-maximizing platforms and users. This understanding will eventually lead to policy recommendations. This is the spirit of the first two chapters. Specifically, the first chapter examines how a social media platform governs informational exchanges between users. Once logged out, these users interact with people in their real-life networks, discussing relevant topics and influencing others. Their decisions regarding information provision are crucial for society. The third chapter precisely analyzes how individuals acquire information based on the networks they are part of
Amtliche Bekanntmachungen, 55. Jahrgang, Nr. 10
No full textÄnderungsordnung und zugleich Neubekanntmachung der Geschäftsordnung des Senats der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn vom 12. Februar 202
Contribution of common genetic variants to disease status and symptom dimensions in affective and psychotic disorders
Full text linkAffective and psychotic disorders, such as major depressive disorder (MDD), bipolar disorder (BD), and schizophrenia spectrum disorders (SSD), represent complex psychiatric conditions with a moderate to high heritability. Throughout the last decade, genome-wide association studies (GWAS) have demonstrated the association of many common genetic variants with disease risk. However, the pathophysiological mechanisms of affective and psychotic disorders are still incompletely understood and it is expected that many more disease-associated genetic loci await identification. Moreover, while the different affective and psychotic disorders are considered distinct entities by current diagnostic systems, they exhibit notable phenotypic overlaps and substantial genetic correlations. This suggests that etiological processes may be partially shared between diagnostic groups. Against this backdrop, the three studies included in this thesis were conducted to improve our understanding of the role of common genetic variation in affective and psychotic disorders. In particular, in the first and second study, the contribution of common genetic variants to symptom dimensions of acute and lifetime psychopathology observed across MDD, BD, and SSD was examined. In the third study, the largest GWAS meta-analysis of BD to date was conducted, which revealed novel disease-associated loci and provided insights into the underlying pathobiology via a plethora of GWAS downstream analyses. Altogether, the results of this research expand our knowledge on the complex relationships of common genetic variants with disease status and symptom dimensions within and across affective and psychotic disorders
Amtliche Bekanntmachungen, 55. Jahrgang, Nr. 1
No full textBekanntmachung des Wahlvorstands der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn - Ergebnisse der Wahlen der studentischen Mitglieder zum Senat, zum Wahlgremium der zentralen Gleichstellungsbeauftragten und ihrer Stellvertreterinnen, zu den Fakultätsräten der - Katholisch-Theologischen Fakultät, - Evangelisch-Theologischen Fakultät, - Rechts- und Staatswissenschaftlichen Fakultät, - Medizinischen Fakultät, - Philosophischen Fakultät, - Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät, - Agrar-, Ernährungs- und Ingenieurwissenschaftlichen Fakultät, zum Vorstand des Bonner Zentrums für Lehrerbildung, zur Besetzung der Stelle für die Vertretung der Belange studentischer Hilfskräfte der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn vom 23. Januar 202
Umfrage zur Versorgungssituation von Patienten mit erblichen Netzhautdegenerationen an universitären und außeruniversitären Augenkliniken sowie Schwerpunktpraxen in Deutschland
Full text linkDer Terminus „Erbliche Netzhauterkrankungen“ steht für eine Gruppe seltener Erkrankungen, die sich in genetischer und symptomatischer Hinsicht unterscheiden (englisch: Inherited retinal Diseases / Degenerations, kurz IRDs). Durch die Einführung des Gentherapeutikums Voretigen Neparvovec (LuxturnaTM), dem ersten kausalen Therapeutikum für die erbliche Netzhauterkrankung aufgrund biallelischer Mutationen im RPE65-Gen, entwickelte sich ein breites Interesse an diesen Erkrankungen. Jedoch fehlen Daten zur Epidemiologie und den genetischen Ursachen. Diese sind für klinisch tätige Ärzte, Patienten und die weitere Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze jedoch von großer Relevanz. Meine Arbeit hatte zum Ziel, zum ersten Mal in Deutschland Augenärztinnen und Augenärzte eingehend zu befragen, um das klinische Management, die durchgeführten Diagnostika systematisch in einer wissenschaftlichen Arbeit zu erfassen und die Versorgungssituation von Patienten mit erblichen Netzhautdegenerationen darzustellen. Darüber hinaus wurde die Umsetzung der aktuellen augenärztlichen Weiterbildung im Bereich der Ophthalmogenetik erfragt und Angaben zu den derzeit vorhandenen Datenbanken für Patienten mit IRDs erhoben. Dazu führte ich eine anonyme Online-Umfrage an 107 deutschen universitären und extrauniversitären Einrichtungen sowie Schwerpunktpraxen durch. Ich konnte deutliche Defizite und Unterschiede bei der Versorgung von Patienten mit erblichen Netzhautdegenerationen im Vergleich zwischen universitären und kommunalen Häusern aufzeigen. So erhielten in einem Großteil der kommunalen Häuser höchstens 20 % der Betroffenen eine molekulargenetische Diagnose. Nichtsdestotrotz sind die extrauniversitären Häuser auch längerfristig Ansprechpartner dieser Patienten. Eine Steigerung der molekulargenetischen Diagnoseraten kann zukünftige Studien zum natürlichen Verlauf und zu neuen Therapieoptionen erleichtern. Ohne diese Studien sind die Chancen Betroffener für eine schnelle Translation experimenteller Studien in die klinische Anwendung wesentlich geringer. Die Befragung hat auch ergeben, dass die in der neuen Weiterbildungsordnung geforderte Weiterbildung im Bereich der Ophthalmogenetik noch nicht ausreichend umgesetzt wird. Dies ist aber für eine möglichst umfassende Betreuung und Beratung der betroffenen Patienten und deren Familien dringend notwendig
Einfluss einer präoperativen perkutanen Koronarintervention auf den Therapieerfolg von Patienten nach koronarer Bypassoperation
Full text linkEine perkutane Koronarintervention vor koronarer Bypasschirurgie hat keinen direkten Einfluss auf das Überleben der Patienten. Patienten mit präoperativer PCI gaben einen schlechteren Gesundheitszustand im EQ-5D-Fragebogen an. Zu beobachten war außerdem, dass Patienten mit präoperativer PCI häufiger postoperativ Myokardinfarkte erlitten, sowie re-koronarangiographiert und dann auch re-interveniert werden mussten. Patienten, die zudem eine leitlinienkonformen PCI erfahren hatten vor CABG, gaben eine bessere Lebensqualität an und wurden signifikant seltener re-koronarinterveniert. Die Wichtigkeit der leitliniengerechten Therapie und vor allem die Bedeutung der Entscheidung zur Revaskularisierungsstrategie in einer gemeinsamen Herzkonferenz wird durch diese Dissertationsarbeit deutlich.Follow-up and outcome after coronary bypass surgery preceded by coronary stent implantation
Background: Guidelines on myocardial revascularization define recommendations for percutaneous coronary intervention (PCI) or coronary artery bypass graft (CABG) surgery. Only little information exists on long-term follow-up and quality of life (QoL) after CABG preceded by PCI. The aim of our study was to evaluate the impact of prior PCI on outcome and QoL in patients with stable CAD who underwent CABG.
Methods: In our retrospective study, 997 CABG-patients were divided in: CABG preceded by PCI: PCI-First (PCF)-, and CABG- only (CO)-groups. The PCF-group was further divided in guideline-conform (GCO) and guideline non-conform (GNC) sub- groups, according to the SYNTAX-Score (2014 ESC-guidelines). Thirty-days mortality, major adverse cardiac events and quality- of-life using EQ-5D were evaluated.
Results: Re-infarction (PCF: 3.8% vs. CO: 1.0%; p=0.024), re-angiography (PCF: 17.6% vs. CO: 9.0%; p=0.004), and re-PCI (PCF: 10.4% vs. CO: 3.0%; p
Conclusions: PCI preceding CABG is associated with worse health-status and higher re-hospitalization. Nevertheless, results were better when PCI was guideline-conformant. This data should impact the Heart-Team decision
Untersuchung der Beteiligung der Rho-Kinase und der reaktiven Sauerstoffspezies an der Autophagie-Regulation durch Druckbelastung in PDL-Zellen
Full text linkDie Autophagie ist ein komplexer zellulärer Selbstverdauungsmechanismus, der mit Zellstress in Zusammenhang steht. Sie kann durch Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase das Überleben von Zellen ermöglichen oder in den Zelltod führen. Ziel dieser Arbeit war es, die intrazelluläre Signalisierung in humanen parodontalen Ligamentzellen (PDL) zu untersuchen und insbesondere die Beteiligung von Rho-Kinase (ROCK) und der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu analysieren.
Humane PDL-Zellen wurden 16 Stunden mit dem ROCK-Inhibitor Y-27632 und dem ROS-Inhibitor NAC in Kombination mit mechanischen Belastungen von 2 g/cm2, 6 g/cm2 und 8 g/cm2 behandelt. Als Positivkontrolle dienten mit Rapamycin behandelte Zellen und als Kontrollgruppe wurden unbehandelte Zellen herangezogen. Die Auswertung der Versuchsergebnisse erfolgte mittels durchflusszytrometrischer Analyse und unter Verwendung des Cyto-ID® Autophagy Detection Kits. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Kurskal-Wallis-Test gefolgt vom Dunnett-Test. Die Ergebnisse zeigen, dass die druckinduzierte Autophagie durch die beiden Inhibitoren unterschiedlich beeinflusst wurde (p2 und 6 g/cm2 zu einer signifikant reduzierten Autophagie, wobei dieser Effekt bei 8 g/cm2 nicht mehr vorhanden war. In der Kontrollgruppe konnte ein konträres Ergebnis beobachtet werden, wobei die Autophagie durch Y-27632 signifikant reduziert und durch NAC signifikant inhibiert wurde.
Die Versuchsergebnisse legen nahe, dass sowohl Rho-Kinase als auch die reaktiven Sauerstoffspezies die druckinduzierte Autophagieregulierung in PDL-Zellen beeinflussen können
Deep-Learning-basierte Rekonstruktion zur Rauschunterdrückung und Auflösungsskalierung T2-gewichteter Sequenzen in der multiparametrischen Magnetresonanztomographie der Prostata
Full text linkDie multiparametrische Magnetresonanztomographie (mpMRT) der Prostata ist die wichtigste nicht-invasive Diagnostik zur Abklärung des Prostatakarzinoms. Die Untersuchungsprotokolle sind jedoch zeitintensiv, was die Anzahl an untersuchten Patienten limitiert. Zur Reduktion der Akquisitionszeit wurden bereits in mehreren Studien verschiedene „Deep Learning“ (DL) basierte Algorithmen in die Bildrekonstruktion integriert. Diese hatten durch Reduktion des Hintergrundrauschens und Hochskalierung der Bildauflösung initial niedrig aufgelöster und schnell akquirierter Sequenzen eine vergleichbare Qualität zu Standardaufnahmen. Jedoch wurde diese Methodik bisher nicht prospektiv in einem klinischen Umfeld bei Patienten mit Prostatakarzinom untersucht. Das Ziel dieser Studie war deshalb die qualitative und quantitative Evaluation eines neuen DL-Algorithmus zur Rekonstruktion T2-gewichteter Aufnahmen in der mpMRT der Prostata, die neben diffusionsgewichteten Sequenzen die Basis dieser Untersuchung bilden. Dieser kombiniert traditionelles „Compressed Sensing“ mit der DL-basierten Entfernung von Hintergrundrauschen und einer Hochskalierung der Bildauflösung. Wir konnten in dieser Studie zeigen, dass initial niedrig aufgelöste axiale T2-gewichtete Sequenzen, die nachträglich mittels dieses DL-Algorithmus rekonstruiert wurden, eine durchweg höhere Bildqualität als T2-gewichtete Sequenzen mit Standardauflösung hatten. Dies konnte einerseits qualitativ mittels höherer Bewertung auf einer Likert-Skala von 1 bis 5 in den sechs Kategorien Artefakte, Bildschärfe, Abgrenzbarkeit von Läsionen, Kapselschärfe, allgemeine Bildqualität und diagnostische Sicherheit gezeigt werden. Andererseits hatte die DL-rekonstruierte Sequenz partiell ein höheres scheinbares Signal- und Kontrast-Rausch-Verhältnis sowie eine reduzierte „Edge-Rise-Distance“ als quantitatives Korrelat einer höheren Bildschärfe. Die Akquisitionszeit hingegen konnte um bis zu 36 % gegenüber den Standardsequenzen reduziert werden. Die PI-RADS-Scores, die auf Basis entweder der DL-rekonstruierten Sequenz oder der Standardsequenz vergeben wurden, unterschieden sich nur in wenigen Fällen. Zusammenfassend führte die DL-Rekonstruktion somit zu einer stark verkürzten Akquisitionszeit bei gleichzeitig gesteigerter Bildqualität mit nur marginalem Einfluss auf die vergebenen PI-RADS Scores. Eine Übernahme dieser Technik in die klinische Routine könnte somit zu einer effizienteren Bildgebung von Patienten mit Verdacht auf ein Prostatakarzinom führen