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Spinal cord stimulation (SCS) is the most commonly used technique of neurostimulation. It involves the stimulation of the spinal cord and is therefore used to treat chronic pain. The existing esophageal catheters are used for temperature monitoring during an electrophysiology study with ablation and transesophageal echocardiography. The aim of the study was to model the spine and new esophageal electrodes for the transesophageal electrical pacing of the spinal cord, and to integrate them in the Offenburg heart rhythm model for the static and dynamic simulation of transesophageal neurostimulation. The modeling and simulation were both performed with the electromagnetic and thermal simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Two new esophageal catheters were modelled as well as a thoracic spine based on the dimensions of a human skeleton. The simulation of directed transesophageal neurostimulation is performed using the esophageal balloon catheter with an electric pacing potential of 5 V and a trapezoidal signal. A potential of 4.33 V can be measured directly at the electrode, 3.71 V in the myocardium at a depth of 2 mm, 2.68 V in the thoracic vertebra at a depth of 10 mm, 2.1 V in the thoracic vertebra at a depth of 50 mm and 2.09 V in the spinal cord at a depth of 70 mm. The relation between the voltage delivered to the electrodes and the voltage applied to the spinal cord is linear. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of electrical pacing fields and electrical sensing fields allow the static and dynamic simulation of directed transesophageal electrical pacing of the spinal cord. The 3D simulation of the electrical sensing and pacing fields may be used to optimize transesophageal neurostimulation.

Cast aluminum alloys are frequently used as materials for cylinder head applications in internal combustion gasoline engines. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their lifetime. Reliable computational methods allow for accurate estimation of stresses, strains, and temperature fields and lead to more realistic Thermomechanical Fatigue (TMF) lifetime predictions. With accurate numerical methods, the components could be optimized via computer simulations and the number of required bench tests could be reduced significantly. These types of alloys are normally optimized for peak hardness from a quenched state that maximizes the strength of the material. However due to high temperature exposure, in service or under test conditions, the material would experience an over-ageing effect that leads to a significant reduction in the strength of the material. To numerically account for ageing effects, the Shercliff & Ashby ageing model is combined with a Chaboche-type viscoplasticity model available in the finite-element program ABAQUS by defining field variables. The constitutive model with ageing effects is correlated with uniaxial cyclic isothermal tests in the T6 state, the overaged state, as well as thermomechanical tests. On the other hand, the mechanism-based TMF damage model (DTMF) is calibrated for both T6 and over-aged state. Both the constitutive and the damage model are applied to a cylinder head component simulating several cycles on an engine dynamometer test. The effects of including ageing for both models are shown.

Der zweite Band der Beweisaufgabensammlung richtet sich an angehende Ingenieure und Naturwissenschaftler, die die im Rahmen einer Mathematik 2-Vorlesung behandelten Formeln nicht nur anwenden, sondern selbst herleiten wollen. Bei der Zusammenstellung des Inhalts wurde großer Wert auf Vollständigkeit gelegt, weshalb sich die Beweise hinsichtlich Umfang und Schwierigkeitsgrad mitunter sehr deutlich voneinander unterscheiden. Um die Herleitung der auf Lern- und Klausur-Formelsammlung aufgeteilten mathematischen Gleichungen und Regeln zu erleichtern, wird eine Dreiteilung der Beweise in Aufgabe, Lösungshinweis und Lösung vorgenommen. Umfangreichere Herleitungen sind in Teilaufgaben zerlegt und anspruchsvollere Beweise durch Sternchen bzw. durch Sterne kenntlich gemacht.

Hintergrund: Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mit Hilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenzablation (HF). Ziel dieser Studie war es, verschiedene Kryoballonkatheter, HF-Katheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mittels statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen. Methodik: Die Modellierung und Simulation erfolgte mit der elektromagnetischen und thermischen Simulationssoftware CST (CST Darmstadt). Zwei Kryoballons, ein HF-Ablationskatheter und ein Ösophaguskatheter wurden auf der Grundlage der technischen Handbücher der Hersteller Medtronic und Osypka modelliert. Der 23 mm Kryoballon und ein kreisförmiger Mappingkatheter wurden in das Offenburger Herzrhythmusmodell integriert, insbesondere die left inferior pulmonary vein (LIPV) zur Simulation der thermischen Feldausbreitung während einer PVI. Die Simulation einer PVI mit HF-Energie wurde mit dem integrierten HF-Ablationskatheter in der Nähe der LIPV durchgeführt. Der im Herzrhythmusmodell platzierte TO8 Ösophaguskatheter ermöglichte die Ableitung linksatrialer elektrischer Felder bei AF und die Analyse thermischer Felder während PVI. Ergebnisse: Elektrische Felder konnten bei Sinusrhythmus und AF mit einem AF-Fokus in der LIVP statisch und dynamisch im Herzen und Ösophagus simuliert werden. Bei einer simulierten 20 Sekunden Applikation eines Kryoballon-Katheters bei -50°C wurde eine Temperatur von -24°C in einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard gemessen. In einer Tiefe von 1 mm betrug die Temperatur -3°C, bei 2 mm Tiefe 18°C und bei 3 mm Tiefe 29°C. Unter der 15 sekündigen Anwendung eines HF-Katheters mit einer 8-mm-Elektrode und einer Leistung von 5 W bei 420 kHz betrug die Temperatur an der Spitze der Elektrode 110°C. In einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard betrug die Temperatur 75°C, in einer Tiefe von 1 mm 58°C, in einer Tiefe von 2 mm 45°C und in einer Tiefe von 3 mm 38°C. Im Ösophagus konnte bei den meisten Simulationen eine konstante Temperatur von 37°C gemessen und die Gefahr einer Ösophagus-Fistel ausgeschlossen werden. Bei Kryoablation der LIPV wurde eine Abkühlung des Ösophagus auf 30°C gemessen. Schlussfolgerungen: Die Herzrhythmussimulation elektrischer und thermaler Felder ermöglichen mit Anwendung unterschiedlicher Herzkatheter eine statische und dynamische Simulation von PVI durch Kryoablation, HF-Ablation und Temperaturanalyse im Ösophagus. Unter Einbeziehung von MRT- oder CT-Daten können elektrische und thermale Simulationen möglicherweise zur Optimierung von PVIs genutzt werden.

Background: The application of high-frequency ablation is used for the treatment of tachycardia arrhythmias and is a respected method. Ablation with high frequency current leads to the targeted heat destruction of myocardial tissue at specific sites and thus prevents the pathological propagation of excitation through these structures. Purpose: The aim of this study was to simulate heat propagation during RF ablation with modeled electrodes in different sizes and materials. The simulation was performed on atrioventricular node re-entry tachycardia (AVNRT), atrioventricular re-entry tachycardia (AVRT) and atrial flutter (AFL). Methods: Using the modeling and simulation software CST, ablation catheters with 4 mm and 8 mm tip electrodes were modeled from gold and platinum for each. The designed catheters correspond to the manufacturer"s specifications of Medtronic, Biotronik and Osypka. The catheters were integrated into the Offenburg heart rhythm model to simulate and compare the heat propagation during an ablation application, which also takes into account the blood flow in the four heart chambers. A power of 5 W - 40 W was simulated for the 4 mm electrodes and a power of 50 W - 80 W for the 8 mm electrodes. Results: During the simulated HF ablation application, the temperature at the ablation electrode was measured at different powers. This is 40.67°C at 5 W, 44.34°C at 10 W, 51.76°C at 20 W, 59.0°C at 30 W, and 66.33°C at 40 W. The measured temperature during 40 W application is 39.5°C at 0,5 mm depth in the myocardium and 37.5°C at 2 mm depth. In the simulation, the 8 mm platinum electrode reached an ablation temperature of 72.85°C at its tip during an applied power of 60 W. In contrast, the 8 mm platinum electrode reached a depth of 5 mm at 39.5 C° and at a depth of 2 mm at 37.5 °C. In contrast, the 8 mm gold electrode reached a temperature of 64.66°C with the same performance. This is due to the thermal properties of gold, which has a better thermal conductivity than platinum. Conclusions: CST offers the possibility to carry out a static and dynamic simulation of a heart model and the ablation electrodes integrated in it during an HF ablation. In variation with different electrode sizes and materials, therapy methods for the treatment of AVNRT, AVRT and AFL can be optimized