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Im Jahr 1504 verlor der deutsche Ritter Gottfried („Götz“) von Berlichingen seine
rechte Hand. Schon während seiner Genesung dachte er daran, die Hand zu ersetzen,
und beauftragte bald darauf die erste Handprothese, die sogenannte „Eiserne Hand“.
Jahre später wurde die aufwändigere zweite „Eiserne Hand“ gebaut. Wir haben die erste
Prothese auf der Basis früherer Literaturdaten von
Quasigroch (1982) mit Hilfe von 3-D
Computer-Aided Design (CAD) rekonstruiert. Dazu mussten einige Abmessungen angepasst
und ein paar Annahmen für das CAD-Modell gemacht werden. Die historische passive
Prothese des Götz von Berlichingen ist für die moderne Neuroprothetik interessant, da sie
eine Alternative zu komplexen invasiven Brain-Machine-Interface-Konzepten darstellen
könnte, wo diese Konzepte nicht notwendig, möglich oder vom Patienten gewünscht sind.
In this study, we tested the function of a replica of the over 500-year-old original of the
famous Franconian Imperial Knight Götz von Berlichingen’s first “iron hand”, which we
reconstructed by computer-aided design (CAD) and recently printed using a multi-material
3D printer. In different everyday tasks, the artificial hand prosthesis proved to be remarkably
helpful. Thus, the hand could hold a wine glass, some grapes, or a smartphone. With a
suitable pencil, even writing was possible without any problem. Although for all these
functions the healthy other hand was necessary to assist at the beginning, the artificial hand
is an astonishing mechanical aid with many possibilities. Therefore, in certain cases, the
non-invasive approach of a passive mechanical hand replacement, which is an individual,
quick and cheap solution due to modern 3D printing, may always be worth considering
also for today’s requirements.
Am Buffet des Lebens
(2017)
Cellular phone antennas are generally designed to have radiation patterns that are as omnidirectional as possible. Omnidirectional antennas allow a phone’s radio to work well for many orientations of the phone with respect to the cellular base station. Recent studies, however, are generating uncertainty about the health effects of prolonged exposure to electromagnetic (EM) radiation from cellular phones. In this paper, an antenna array is designed primarily to minimize users’ exposure to EM radiation. The antenna comprises a beamforming 4 by 3 array of microstrip patch antennas that is controlled by an accelerometer-only inertial navigation system. The proposed design reduces radiated power directed toward the user to below 10% of the total in the worst case.
Das normalhörende auditorische System ist in der Lage, interaurale Zeit- bzw. Phasendifferenzen zur verbesserten Signaldetektion im Störgeräusch zu nutzen. Dieses Phänomen wird häufig als binaurale Entmaskierung bezeichnet und ist sowohl bei einfachen Signalen wie Sinustönen, als auch bei Sprachsignalen im Störgeräusch wirksam. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass binaurale Entmaskierung eingeschränkt auch bei bilateralen CI-Trägern beobachtbar ist (Zirn et al., 2016).
Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die binaurale Entmaskierung sensitiv gegenüber der bilateralen CI-Anpassung ist. So lässt sich der Effekt durch tonotopen Abgleich und Herausstellen eines apikalen Feinstrukturkanals modulieren. Steigerungen der binauralen Entmaskierung um bis zu 1,5 dB sind auf diese Weise gegenüber der konventionellen CI-Anpassung möglich. Allerdings variiert der Einfluss der CI-Anpassung interindividuell erheblich.
Die Entwicklung von neuartigen Elektrodentypen und die Weiterentwicklung bestehender Produkten machen einen großen Teil der entstehenden Kosten für ein Unternehmen aus. Mithilfe geeigneter Software können Änderungen der Konstruktionen erfasst und bestimmte Simulationen, bspw. das Auftreten von Wechselwirkungen im elektrischen Feld, vor der eigentlichen Prototypenerstellung durchgeführt werden. Das Ziel der Studie besteht in der Modellierung unterschiedlicher Schrittmacher- und Ablationselektroden und deren Integration in das Offenburger Herzrhythmusmodell (HRM) zur statischen und dynamischen Simulation der biventrikulären Stimulation und HF Ablation bei Vorhofflimmern (AF).
Hintergrund: Das elektrische interventrikuläre Delay (IVD) ist bei Patienten (P) mit Herzinsuffizienz (HF), reduzierter linksventrikulärer (LV) Funktion und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Die transösophageale LV Elektrokardiographie (EKG) ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und linksventrikulären Delays (LVD). Das Ziel der Studie besteht in der Untersuchung des transösophagealen elektrischen IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer bei rechtsventrikulärer (RV) Stimulation vor Aufrüstung auf eine biventrikuläre (BV) Stimulation.
Methoden: Bei 11 HF P (Alter 69,0 ± 7,9 Jahre; 10 Männer und 1 Frau) mit DDD Schrittmacher (n=10), DDD Defibrillator (n=1) und RV Stimulation, New York Heart Association (NYHA) Klasse 3,0 ± 0,2, LV Ejektionsfraktion 24,5 ± 4,9 % und QRS-Dauer 228,2 ± 44,8 ms wurden das elektrische IVD als Intervall zwischen Beginn des QRS-Komplexes im Oberflächen EKG und Beginn des LV Signals im transösophagealen LV EKG und das elektrische LVD als Intervall zwischen Beginn und Ende des LV Signals im transösophagealen LV EKG präoperativ vor Aufrüstung auf CRT Defibrillator (n=8) und CRT Schrittmacher (n=3) bestimmt. Der Anstieg des arteriellen Pulse Pressure (PP) wurde zwischen RV Stimulation und transösophagealer LV Stimulation mit unterschiedlichem AV-Delay (n=5) vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation getestet.
Ergebnisse: Bei RV Stimulation betrugen IVD 86,54 ± 32,80 ms, LVD 94,45 ± 23,80 ms, QRS-IVD-Verhältnis 2,63 ± 0,81 mit negativer Korrelation zwischen IVD und QRS-IVD-Verhältnis (r=-0,668 P=0,0248) (Fig.) und QRS-LVD-Verhältnis 2,33 ± 0,73. Vorhofsynchrone ventrikuläre Stimulation führte zu 63,6 ± 27,7 mmHg PP bei RV Stimulation und 80,6 ± 38,5 mmHg PP bei LV Stimulation und der PP erhöhte sich bei LV Stimulation mit optimalem AV Delay um 17 ± 11,2 mmHg gegenüber RV Stimulation (P<0,001). Nach Aufrüstung von RV Stimulation auf BV Stimulation verbesserten sich die NYHA Klasse von 3,1 ± 0,2 auf 2,2 ± 0,3 während 30,4 ± 29,6 Monaten CRT.
Schlussfolgerungen: Das transösophageale LV EKG ermöglicht die Bestimmung des elektrischen IVD und LVD bei RV Stimulation zur Evaluierung der interventrikulären und linksventrikulären elektrischen Desynchronisation. IVD, LVD und deren Verhältnis zur QRS Dauer können möglicherweise zur Vorhersage einer CRT Response vor Aufrüstung von RV auf BV Stimulation genutzt werden.
Die drei großen Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen ermöglichen es klinischen Audiologen, die Mikrofoneigenschaften der meisten CI-Sprachprozessoren zu prüfen. Dazu können bei diesen Sprachprozessoren Monitorkopfhörer angeschlossen und das/die Mikrofon(e) inklusive eines Teils der Signalvorverarbeitung abgehört werden. Präzise Angaben dazu, mit welchen Stimuli, bei welchem Pegel und nach welchem Kriterium diese Prüfung stattfinden soll, machen die CI-Hersteller nicht. Auf Basis dieser Prüfung soll der Audiologe dann über die Funktion der Mikrofone und damit darüber entscheiden, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht.
Zur Objektivierung der CI-Sprachprozessor-Mikrofon-Prüfung haben wir eine Testbox entwickelt, mit der alle abhörbaren aktuellen CI-Sprachprozessoren der drei großen Hersteller geprüft werden können. Die Box wurde im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen darin verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustöne unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Mikrofonsignal wird über das Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting- and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die AD-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten DA-Wandler die Ausgabe der Sinustöne über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgen mit jeweils 38,5 kHz Samplingrate. Der für jede Frequenz über mehrere Perioden des Prüfsignals ermittelte Effektivwert wird mit dem Effektivwert, der mit einem neuwertigen Referenzprozessor für diese Frequenz gemessen wurde, verglichen. Die Messergebnisse werden graphisch auf einem Display ausgegeben.
Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. So sollen realistische Schwellen für kritische Abweichungen von den Referenz-Effektivwerten ermittelt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann Hit und False Alarm-Raten der subjektiven Prüfung bestimmt werden.
Für die genaue Positionsbestimmung in Innenräumen, beispielsweise in Bahnhöfen oder Einkaufszentren, soll in dem beschriebenen Projekt untersucht werden, inwiefern lokale Magnetfelder genutzt werden können, um Genauigkeit und Robustheit zu erhöhen. Hierzu wird untersucht, ob und wie kostengünstige Magnetfeldsensoren und mobile Roboterplattformen genutzt werden können, um Karten zu erstellen, die eine spätere Navigation, beispielsweise mit Smartphones oder mit anderen mobilen Geräten.
Die Simulation komplexer kardialer Strukturen und kardialer Elektroden ist von Bedeutung für die Optimierung langatmiger und kostspieliger klinischer Studien. Das Risiko der Patientengefährdung wird durch diese Methode auf ein Minimum reduziert. Das Ziel der Studie besteht im Entwurf eines anatomisch korrekten 3D CAD Herzrhythmusmodells (HRM) zur Simulation von elektrophysiologischen Untersuchungen (EPU) und Hochfrequenz-(HF-)Ablationen.
Dieses Buch beschreibt die regelungstechnische Modellbildung und die darauf basierende Regelung der gebräuchlichsten, in industriellen Anwendungen eingesetzten elektrischen Maschinen.
Hinsichtlich des Reglerentwurfs wird eine sehr leistungsfähige Methodik angewendet, mit der alle analysierten Beispiele einheitlich behandelt werden können. Sie basiert auf der zeitdiskreten Zustandsraumbeschreibung stromrichtergespeister elektrischer Antriebe. Durch die leicht verständliche einführende Beschreibung der Methodik wird es auch Lesern, denen die Zustandsraummethodik nicht geläufig ist, möglich, dynamisch sehr hochwertige Regelungen zu implementieren.
Eine weitere Besonderheit ist die Einbeziehung von rückspeisefähigen Netzstromrichtern in die Betrachtungen.
Neben einigen Umgestaltungen und Erweiterungen wurden für die Neuauflage auch zahlreiche interessante Ergänzungen vorgenommen, etwa hinsichtlich Rückschlussmöglichkeiten aus Typenschildangaben einer Drehstrommaschine auf die in den zugehörigen Differentialgleichungen verwendeten Maschinenparameter sowie auf Möglichkeiten zu deren Identifikation im Betrieb.
Musik und Neurophysiologie
(2017)
Nicht-invasives, nicht-ionisierendes funktionelles Neuroimaging mit räumlich und zeitlich hochauflösender Elektroenzephalographie oder Echtzeit-Naheinfrarotspektroskopie in Kombination mit modernen Robotorsystemen ist ein entscheidender Entwicklungsschritt auf dem Gebiet der Neuroprothetik und Brain-Machine-Interfaces. In der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg wird hierzu geforscht.
In den vergangenen Jahren ist das technische Gas Schwefelhexafluorid (SF6) immer wieder Gegenstand von Diskussionen des Klimaschutzes und der technischen Notwendigkeit für den Betrieb von Schaltanlagen gewesen und wird dies wohl auch noch für längere Zeit bleiben. Das Gas, welches sich aus einem Schwefelatom und sechs Fluoratomen zusammensetzt, wird seit Ende der sechziger 1960er Jahre in Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannung eingesetzt. So günstig dessen Eigenschaften im technischen Einsatz auch sind, so klimaschädlich ist es beim Entweichen in die Atmosphäre. SF6 ist das Klimagas mit dem größten bekannten Treibhauspotenzial, es weist ein CO2-Äquivalent (GWP) von 23.900 und eine atmosphärische Lebensdauer von ca. 3.200 Jahren auf. Neben nur wenig verbliebenen Anwendungen in Industrie, Militär und Medizin kommt es heute hauptsächlich bei der elektrischen Energieversorgung als Isolier- und Lichtbogenlöschgas in Schaltanlagen von Übertragungs- und Verteilnetzen zum Einsatz. Grund genug die technische Notwendigkeit, mögliche Alternativen und Konsequenzen drohender Verbote zu diskutieren. In diesem Artikel werden zunächst die Grundlagen moderner SF6- Hochspannungsschaltanlagen vorgestellt, die Klimabelastung durch entweichendes SF6 evaluiert, ein Überblick über den Stand der Forschung gegeben und mögliche Konsequenzen eines Verbotes von Schwefelhexafluorid in der Energieversorgung diskutiert.
Die in dieser Arbeit vorgestellte Vorgehensweise erlaubt die Ortung von Schienenfahrzeugen in topologischen Karten allein mit Hilfe eines Wirbelstromsensorsystems (WSS). Zur Ortung primär erforderlich ist die Identifizierung des befahrenen Gleises selbst, wofür unterschiedliche in einer Karte gespeicherte Merkmale herangezogen werden sowie der zurückgelegte Weg, der durch Zählen der passierten Schwellen ermittelt wird. Diese Merkmale werden mittels eigens definierter, virtueller Sensoren aus dem Signal des WSS gewonnen und mittels einem Bayes’schen Formalismus mit den Referenzdaten aus der vorliegenden topologischen Karte abgeglichen. Diese auf virtuellen Sensoren basierende Vorgehensweise erlaubt eine Parallelisierung der Sensorsignalverarbeitung und eine flexible Einbindung von Sensoren in das Ortungssystem. Die Möglichkeit, Weichen mit einer Trefferquote von 99% zu detektieren, erlaubt die Verfolgung der Fahrzeugposition über die gesamte Fahrstrecke hinweg, unter alleiniger Verwendung der vom WSS gelieferten Messdaten.
Nachweise für die Stabilität von Regelkreisen, deren Stellgrößen an ihre Begrenzungen gelangen können und bei denen die Regler Integratoren oder andere dynamische Glieder sowie Anti-Windup-Maßnahmen enthalten, sind gewöhnlich sehr aufwändig zu führen. Bei PI-Zustandsreglern, die mittels der in [1] vorgestellten Methode in einem mehrstufigen Verfahren für Regelstrecken entworfen wurden, die bis auf die Stellgrößenbegrenzungen linear sind, lassen sich jedoch äußerst hilfreiche allgemeine Stabilitätsaussagen treffen, die den konkreten Stabilitätsnachweis für das Gesamtsystem– selbst unter Einbeziehung von Beobachtern – erheblich vereinfachen. Im vorliegenden Beitrag werden die diesbezüglichen, auf Steuerbarkeitsbetrachtungen beruhenden, Zusammenhänge für zeitdiskrete Regelkreise aufgezeigt sowie daraus exemplarisch mittels Ljapunow-Funktionen eine einfache Reglerformel für Zustandsregler abgeleitet, die auch im Begrenzungsfall stabil arbeiten. Ein Beispielaus der elektrischen Antriebstechnik illustriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode.
Wie in Ausgabe 44 bereits angekündigt startet bwLehrpool im März 2017 offiziell als Landesdienst. Neben der originären Aufgabe der Bereitstellung virtueller Lehrumgebungen in PC-Räumen wurde der Dienst nun
um die Möglichkeit der einfachen und sicheren Durchführung von E-Prüfungen sowie des Pool Video Switch (PVS)-Systems erweitert. bwLehrpool wird bereits an zahlreichen Hochschulen und Universitäten in den unterschiedlichsten Fachberei-
chen erfolgreich eingesetzt.
Streustrahlung in der Ultraschall-Computertomographie zur Verifizierung der Echtheit von Perlen
(2017)
This paper describes a new analysis method developed to distinguish real from fake
pearls using non-ionizing, non-destructive ultrasound computed tomography (USCT): In the USCT Shepp-Logan-filtered time-of-flight image, a fake pearl shows irregular, asymmetric
scattering of ultrasound, whereas the pattern in a natural pearl is regular and symmetric.
We strongly assume that pattern recognition of the scattering of ultrasound cannot only
play an important role in verifying pearls, but also in testing other materials and tissues in
(bio-)medical engineering. Furthermore, and most importantly, this new approach could
be helpful for a variety of clinical diagnoses using high-resolution 3D-USCT, such as the
detection of X-ray-negative micro-calcifications in early breast cancer. Moreover looking
at scattering patterns in dedicated positron emission tomography systems may promote
new developments in nuclear medicine diagnostics.
Gelingt den Studienanfängern eine strukturierte Ergebnissicherung der Lehrveranstaltungen? Oder sind viele allein schon mit einem vollständigen Mitschrieb überfordert? Laufen aktivierende Methoden, Medienwechsel und der Wunsch nach strukturierter Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs teilweise sogar auseinander? Immer mehr Studierende (möchten) auch per Tablet mitschreiben. Wie könnte man in der Lehre auf diese Aspekte stärker eingehen?
Es wird ein praktischer Ansatz gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.