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- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (251)
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- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (41)
Die zunehmende Anzahl von Transistoren mit immer kleineren Strukturgrößen führt zu einer zunehmenden Leistungsaufnahme in modernen Prozessoren. Das gilt insbesondere für High-End Prozessoren, die mit einer hohen Taktfrequenz betrieben werden. Die aufgenommene Leistung wird in Wärme umgewandelt, die in einer Temperaturerhöhung der Prozessoren resultiert. Hohe Betriebstemperaturen verursachen u.a. eine verringerte Rechenleistung, eine kürzere Lebensdauer des Prozessors und höhere Leckströme. Aus diesen Gründen wird aktives, dynamisches thermisches Management immer wichtiger. Dieser Beitrag stellt eine Erweiterung zu dem Standard- Linux-Scheduler in der Kernel-Version 3.0 für eingebettete Systeme vor: einen PID-Regler, der unter Angabe einer Solltemperatur eine dynamische Frequenz- und Spannungsskalierung durchführt. Die Experimente auf dem Freescale LMX6 Quadcore-Prozessor zeigen, dass der PID-Regler die Betriebstemperatur des Prozessors an die Solltemperatur regeln kann. Er ist die Grundlage für eine in Zukunft zu entwickelnde prädiktive Regelung.
Transcatheter aortiv valve implantation is a new safe strategy treatment for patients with symptomatic severe aortic stenosis and high operative risk. The aim of the study was to compare the pre-and post- muiscatheter aortiv valve implantation procedures to determine the atrioventricuktr conduction time as a potential predictor of permanent pacemaker therapy requirement after transcatheter aortiv valve implantation. The transcatheter aortiv valve implantation patients were divided into groups without pacemaker and with dual or single chamber pacemEtker with diffent atrioventrieular conduction time disturbance before and after transcatheter aortiv valve implantation. In heart failure, patients without permanent pacemaker therapy after transcatheter aortiv valve implantation, atrioventricular conduction time was prolonged after transcatheter aortiv valve implantation. In patients with permanent dual chamber pacemaker therapy after transcatheter aortiv valve implantation, atrioventricular conduction time was normalised with dual chaniber atrioventrieuku pacing mode. Atrioventricular conduction time may be a useful parameter to evaluate the risk of post-procedural atrioventricular conduction block and permanent pacemaker therapy in transcatheter north, valve implantation patients.
An der Fachhochschule Offenburg wird der Design-Kit FHO_MTC_CMOS_035_v1.0 erstellt. Mit Hilfe dieses Kits lassen sich Designs in der AMI O.35 Mikrometer Technologie entwerfen. Alle durchgeführten Arbeiten werden durch den Entwurf eines Lottozahlengenerator-Chips verifiziert, der gefertigt wird. Damit sind alle wesentlichen Schritte bekannt, die für die Aufbereitung eines Design-Kits für beliebige Technologien für die Mentor-Tools erforderlich sind. Der Design-Kit wird für alle MPC-Mitglieder freigegen, die eine NDA für AMI bei Europractice unterzeichnet haben.
In dieser Arbeit wurde eine USB-Schnittstelle für ein bestehendes Mikrocontroller System FHOP realisiert. Im aktuellen Stand funktioniert das Design zuverlässig in Low Speed Konfiguration. Im Full Speed gibt es noch einige Schwierigkeiten, denn die Kommunikation bricht nach einigen Paket-Transfers zusammen. Durch das Emulieren des Designs auf FPGA wurde die Funktion nachgewiesen. Die nächste Aufgabe wird sein, die Hardware zu optimieren, damit das USB-Modul auch im Full Speed zuverlässig funktioniert. Zusätzlich wird die Software auf der PC Seite optimiert, um höhere Übertragungsraten zu erzielen.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Lernanwendung für die Theorieausbildung von Gleitschirm- und Drachenfliegern. Daraus abgeleitete Ziele sind eine Überprüfung der Tätigkeit auf ihre Wirtschaftlichkeit sowie eine vollständige Analyse der Anforderungen von Nutzern und anderen Stakeholdern.
Die Analyse von Markt, Anforderungen und Technologien liefert wertvolle und hilfreiche Erkenntnisse für die Umsetzung der Lernanwendung. Die Berechnungen in der Marktanalyse zeigen, dass eine Umsetzung der Anwendung grundsätzlich wirtschaftlich möglich ist. Die bestehende und potentielle Konkurrenz wurde ermittelt und ihr Angebot detailliert verglichen und analysiert. Die Ermittlung der notwendigen Kennzahlen zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit der unternehmerischen Tätigkeit ergeben sich durch die Berechnung von Marktvolumen Marktsättigungsgrad und Marktpotential. Im Kapitel Anforderungsmanagement wird zunächst eine umfangreiche Anforderungsermittlung durchgeführt. Diese besteht aus einem Interview und der Durchführung und Auswertung einer Online-Umfrage. Die Ergebnisse der Anforderungsermittlung werden analysiert und anschließend in Form eines Lasten- und eines Pflichtenhefts dokumentiert. Es zeigt sich, dass die ermittelten und analysierten Daten eine solide Grundlage für die weiteren Arbeiten bilden. Ein Experten-Interview und die Umfrage unter Gleitschirmfliegern ergeben keine in Konflikt stehenden Anforderungen und die aus der Auswertung der Umfrage ermittelten Anforderungen bestätigen viele bereits aus dem Interview ermittelten Anforderungen. Die ausgewertete Umfrage bietet außerdem wichtige Erkenntnisse über gewünschte Funktionen und die Zahlungsbereitschaft der Ziel- gruppe. Diese Erkenntnisse sind besonders in Anbetracht der anzustrebenden Marktpositionierung hilfreich. Die Spezifikation von Anforderungen im Lastenheft ermöglicht es, ein passendes Konzept zu erstellen und den Anforderungen gerecht werdende Technologien auszuwählen. Für die Konzeption der Anwendung wurden Personas, Wireframes und Strukturdiagramme erstellt, die den Anforderungen aus dem Lastenheft gerecht werden. Der Konzeption der Anwendung wurde, verglichen mit den anderen Arbeits- schritten, weniger Platz eingeräumt, da erstens kaum restriktive Anforderungen an das Design bestehen und zweitens die Anwendungsentwicklung mit UI-Frameworks kein fotorealistisches Layout voraussetzt, um ästhetische und benutzerfreundliche Anwendungen zu konzipieren. Es zeigt sich, dass für die gegebenen Anforderungen die Erstellung von Wireframes ausreichend ist. Im Kapitel „Technologieauswahl“ wird eine umfangreiche analytische Arbeit betrieben, um eine optimale Auswahl von passenden Technologien zu erhalten. Die analytische Arbeit besteht dabei aus dem Vergleich verschiedener Systemumgebungen, App-Technologien und Frameworks. Dabei wird deutlich, dass eine Progressive Web-App in einer cloudbasierten Systemumgebung mit einem Backend-as-a-Service Modell die Anforderungen am besten erfüllt. Im Kapitel „Umsetzung“ wird dokumentiert, wie die Anwendung realisiert wurde. Für die Umsetzung der Lernanwendung und des dazugehörigen Administrationsbereiches wurden etwa 6000 Zeilen Code geschrieben. Sowohl den Administrationsbereich als auch die Lernanwendung konnte zu großen Teilen fertig gestellt werden.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Zielsetzung dieser Arbeit erfüllt wurde, indem die wichtigsten Grundlagen zur späteren vollständigen Umsetzung erarbeitet wurden. Mit Spannung zu erwarten ist, wie sich die gewählte BaaS-System-umgebung in Zukunft entwickelt und ob diese auch weiterhin den Anforderungen gerecht wird. Neben den noch ausstehenden Arbeiten bei der Umsetzung sind auch mögliche Erweiterungen denkbar. So konnte das Lernsystem noch weiter optimiert werden, zum Beispiel durch automatische Erstellung eines Lernplans, basierend auf dem Prüfungstermin oder durch Implementierung von Push-Benachrichtigungen, die den Nutzer zum Öffnen der Anwendung auffordern. Denkbar ist auch eine Übertragung des Anwendungskonzepts auf andere Sportarten oder Ausbildungen. Dabei müsste überlegt werden, ob sich die jeweilige Prüfungsform zum Lernen mit einer Lernkartei eignet oder welche Aufwände für eine Anpassung an andere Sportarten notwendig wären.
Turbinen aus der Tragetasche
(2014)
Am Karlsruher Institut für Technologie wurde der Prototyp eines Kleinwindkraftwerks zur autarken Stromversorgung entwickelt. Das "Energypack" genannte System besteht aus einem 1,10 m langen PVC-Gehäuse mit dreieckigem Querschnitt, Generator, Seilen sowie Funkgerät und kostet ab 50 Euro. Mit dem Energypack kann ein Dynamo mit 2,5 W angetrieben werden. An der Dualen Hochschule BW Heidenheim wurde das System "Anemotec" entworfen, das anstelle von Windflügeln über ein schraubenähnliches Gewinde verfügt. Der Rotor und die Windführung bestehen aus glasfaserverstärkten Werkstoffen. Die erzeugte Leistung liegt bei 365 W, die Stromgestehungskosten liegen bei 23 Cent pro kWh. Die von der Hochschule Offenburg entwickelte Windturbine "Windzip" arbeitet mit einem H-Rotor und besteht aus neun leicht gekrümmten Blechen, die wie Planeten in unterschiedlichem Abstand und in unterschiedlicher Höhe um einen vertikalen Stab kreisen. Bei einer Windgeschwindigkeit von 10 Meter pro Sekunde wurde damit eine Leistung von 40 W erzeugt.
In der Wertanalyse ist die Methodik TRIZ (Theorie der Lösung erfinderischer Problemstellungen) seit vielen Jahren als Werkzeug zur Kostensenkung oder zur Steigerung der Funktionalität von Produkten bekannt. Seit ihrem ersten Bekanntwerden in Westeuropa hat sich auch TRIZ weiterentwickelt. So wurden Methoden zur Modellierung von Systemen inzwischen erweitert und um Werkzeuge zur schnellen Lösungsfindung, zur Fehlervoraussage und zur Produktplanung neu entwickelt. Durch den weltweiten wissenschaftlichen Fortschritt, die Verwendung unterschiedlicher Sprachen und neue Literatur ist andererseits auch die verwendete Terminologie angewachsen und nicht mehr eindeutig. Die neue VDI-Richtlinie 4521, von deren erstem Teil nun der Gründruck vorliegt, zielt deswegen auf eine Standardisierung der Terminologie und eine vereinheitlichte Beschreibung der Methoden ab. Mit ihrer Hilfe sollen das Studium der Methodik erleichtert, die Benutzung von Literatur vereinfacht und Inhalte der TRIZ klarer darstellbar werden.
Systemic Constellations are a phenomenological approach to resolving personal, professional and organizational issues. They offer a way of mapping a present reality, working at the source of the hidden dynamics and moving to a resolution. This systemic approach often delivers surprising and unexpected insights while also offering the possibility to analyze and solve organizational problems. Rational analysis provides the whole picture of the problem which often turns out to be too complex for a decision making. Systemic constellations can help to simplify and clarify the situation and inform what has to happen next [8], [17]. The outcomes of systemic constellations as an additional resource for solving comprehensive technical problems have not yet been sufficiently investigated. In structural constellation work dealing with technical problems, the individuals who are involved in the problem situation are used to represent different system components, substances or fields. A moderator voices the feedback from the representatives concerning their feelings or intuitive movements, and points to possible solutions. For example, a moderator places the representatives somewhere in the room, develops a three-dimensional picture of the constellation of the analyzed situation and tries to expose the factors empowering or blocking the way towards constructive solutions [13]. This paper explores the theoretical background and practical outcomes of the systemic constellation method for technical problem solving. It presents some case study work which has been conducted in recent years, and then discusses its findings and implications. The research outlined in this paper demonstrates that the noteworthy contribution of structural constellation work for problem solving is typically the result of a combination of functional analysis and the feeling-as-information principle. The constellation work helps, at first, to reveal the subjective experiences, such as feelings, moods, emotions, and bodily sensations, and then to accept them as a source of objective information relevant to the decision making process. In accordance with the latest research [19], the use of feelings as a source of information follows the same principles as the use of any other information. This paper provides the structures of some standard templates and types of constellation work for technical problems, and discusses the preconditions for their application.
The effective executing innovation projects requires multiple estimation of market success of new product features in the early stages of customer-centered innovation process such as strategy formulation, evaluation of ideas and concepts and also at a stage close to the market launch. The attempts to integrate customers for estimation of the market success often result in time-consuming customer interviews or lengthy field research. For this reason, industrial companies usually try to skip customer surveys even if they risk that their innovations will fail to bring the anticipated economic outcomes. In many practical cases, the customer surveys are simply not feasible or too expensive. As a result, the internal assessments within companies are frequently the only resource available in innovation process in the industrial environment. The paper discusses the possibilities of the fast identification of promising innovation opportunities and new product features based on the internal competences of companies. It compares the results of customer surveys with the estimation of internal company-experts and analyses the accuracy and validity of the expert assessments. The presented case studies demonstrate the accuracy rate between 43% and 77% for prediction of new product features with high market potential by company-internal experts. The paper proposes the evaluation methods to increase the accuracy rate and outlines that one of the essential requirements for reliable forecasting by the experts is their profound understanding of the customer working process, the ability to estimate the importance of customer needs and to assess the level of customer satisfaction with current products on the market.
The formation of secondary phases in the porous electrodes is a severe mechanism affecting the lifetime of solid oxide fuel cells (SOFC). It can occur via various chemical mechanisms and it has a significant influence on cell performance due to pore clogging and deactivation of active surfaces and triple-phase boundary (TPB). We present a modeling and simulation study of nickel oxide formation (reoxidation) and carbon formation (coking) within the SOFC anode. We use a 2D continuum model based on a multi-phase framework [Neidhardt et al., J. Electrochem. Soc., 159, 9 (2012)] that allows the introduction of arbitrary solid phases (here: Ni, YSZ, NiO, Carbon) plus gas phase. Reactions between the bulk phases are modeled via interface-adsorbed species and are described by an elementary kinetic approach. Published experimental data are used for parameterization and validation. Simulations allow the prediction of cell performance under critical operation conditions, like (i) a non-fuel operation test, where NiO formation is taking place (Figure 1a), or (ii) an open circuit voltage (OCV) stability test under hydrocarbon atmosphere, where solid carbon is formed (Figure 1b). Results are applied for enhanced interpretation of experimental data and for prediction of safe operation conditions.
Non-fluoroscopic Imaging with MRT/CT Image Integration - Catheter Positioning with Double Precision
(2014)
Introduction: When antiarrhythmic drug therapy has failed, different approaches of pulmonary vein isolation are considered a reasonable option in the treatment of atrial fibrillation. It will be performed predominantly by radiofrequency catheter ablation. As the individual anatomy of left atrium and the pulmonary veins differs considerably, accurate visualization of these structures is essential during catheter positioning. Using non-fluoroscopic electroanatomic mapping system with image integration, electroanatomic mapping can be combined with highly detailed anatomical MRT or CT information on complex left atrial structures. This may facilitate catheter navigation during ablation for atrial fibrillation.
Methods: The CARTO XP electroanatomic system was used in a project during biomedical engineering study to practice image integration of anonymized real patients that underwent pulmonary vein isolation by CARTO XP and a MRT/CT procedure. Using the image integration software, MRT or CT images were imported into the CARTO XP system. The next process was segmentation of the acquired images. It involves dividing the images into different regions in order to select the structures of interest. In clinical routine, this segmentation has to be performed before catheter ablation. Then, the segmented images were aligned with the reconstructed electroanatomic maps. This consists of several steps, including selection of the left atrium, scaling of the reconstructed geometry, fusion of the structures using landmarks, and optimization of the integration by adjusting the reconstructed geometry of the left atrium.
Results: In the 3 months lasting period of the project, image integration was trained in 13 patients undergoing catheter ablation for atrial fibrillation. Within this period, time consumption for the process decreased from about 90 minutes at the beginning to about 35 minutes at the end for one patient.
Conclusion: Image integration into non-fluoroscopic electroanatomic map is a sophisticated tool in cardiac radiofrequency catheter ablation. Intensive training is necessary to control the procedure.
Die Energiewende ist ein elementares Thema, für Deutschland wie auch für viele andere Regionen weltweit. Bei der Bereitstellung effizienter und stabiler Verteilnetze stellen Kommunikationslösungen einen zentralen Baustein dar, um auf der Grundlage eines zeitnahen Monitorings koordinierte Regelalgorithmen zu realisieren. Dies gilt für alle Ebenen der Versorgung, wobei aus Sicht der Kommunikationstechnik die unterste Ebene der Verteilnetze am interessantesten ist: Hier sind die anspruchsvollsten Anforderungen im Hinblick auf die Kosten- und die Energieoptimierung der Kommunikationsknoten sowie die Administrierbarkeit, die Stabilität und die Skalierbarkeit der Gesamtlösung zu berücksichtigen. Das Steinbeis-Transferzentrum Embedded Design und Networking an der Hochschule Offenburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora hat in verschiedenen Projekten mit renommierten Partnern umfangreiche Lösungen für diese sogenannte Primärkommunikation entwickelt.
Automatic Meter Reading (AMR) is a major enabler for the upcoming smart grid. Potentially, it will be one of the first really large-scale M2M-communication solutions for sensor applications.
To date, the definition of the standardized communication stacks for Local Metrological Network (LMN) in AMR is still ongoing. This holds true both for ZigBee Smart Energy Profile and for Wireless M-Bus according to EN 13757. During this process, there is the necessity for flexible, albeit optimized solutions, which support the different existing and upcoming versions of the communication protocols. In the case of Wireless M-Bus, the major contender for European and possibly Asian installations, this is valid not only for the different operation modes (C-, N-, P-, Q-, R-, S-, and T-modes), which work in different frequencies (i.e. 868 MHz, 433 MHz, and 169 MHz) but also for the application layer, where additional bodies, like EN137575, Open Metering System (OMS) Group, or national bodies follow their approaches.
This contribution describes requirements, design techniques and experiences from the development of highly efficient Wireless M-Bus protocol stacks with support of good flexibility and portability between microcontroller platforms and RF-transceivers. The presented approach is not limited to the use of modern software engineering design processes, as such, but also includes essential additional features like testing or simulation, as well as tools for commissioning and monitoring.
The communication technologies for automatic me-ter reading (smart metering) and for energy production and distribution networks (smart grid) have the potential to be one of the first really highly scaled machine-to-machine-(M2M)-applications. During the last years two very promising devel-opments around the wireless part of smart grid communication were initialized, which possibly have an impact on the markets far beyond Europe and far beyond energy automation. Besides the specifications of the Open Metering System (OMS) Group, the German Federal Office for Information Security (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, BSI) has designed a protection profile (PP) and a technical directive (TR) for the communication unit of an intelligent measurement sys-tem (smart meter gateway), which were released in March 2013. This design uses state-of-the-art technologies and prescribes their implementation in real-life systems. At first sight the expenditures for the prescribed solutions seem to be significant. But in the long run, this path is inevitable and comes with strategic advantages.
Virtual-Reality hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die Verfügbarkeit günstiger (End-)Geräte (z. B. Samsung Gear, Google Cardboard) haben diesen Trend weiter verstärkt. Dabei bietet Virtual-Reality für Unternehmen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. So lassen sich etwa erklärungsbedürftige Produkte oder Dienstleistungen wesentlich besser präsentieren als mit klassischen Formen der Produktpräsentation. Virtual-Reality und die hiermit verbundenen Eigenschaften, wie etwa die Immersion (das Gefühl des Nutzers, sich an einem anderen Ort zu befinden), bietet nicht nur für Unternehmen aus der Gaming- oder Entertainmentbranche zahlreiche Möglichkeiten, sondern wird in Zukunft auch im (Online-)Handel immer wichtiger.
Allerdings zeigt sich auch, das die Konzeption von Virtual-Reality-Produktionen durchaus komplex ist. Neben den technischen Herausforderungen bei der Aufnahme von geeignetem Bildmaterial und dessen digitaler Weiterverarbeitung müssen auch die Herausforderungen des VR-spezifischen Storytelling berücksichtigt werden.
Die Autoren der vorliegenden Veröffentlichung geben einen Überblick über einige zentrale Aspekte dieser neuen Technologie.
Die Veröffentlichung richtet sich an Unternehmer, die planen Virtual-Reality einzusetzen und sich einen ersten Überblick über zentrale Aspekte machen möchten.
Multi-agent systems are a subject of continuously increasing interest in applied technical sciences. Smart grids are one evolving field of application. Numerous smart grid projects with various interpretations of multi-agent systems as new control concept arose in the last decade. Although several theoretical definitions of the term ‘agent’ exist, there is a lack of practical understanding that might be improved by clearly distinguishing the agent technologies from other state-of-the-art control technologies. In this paper we clarify the differences between controllers, optimizers, learning systems, and agents. Further, we review most recent smart grid projects, and contrast their interpretations with our understanding of agents and multi-agent systems. We point out that multi-agent systems applied in the smart grid can add value when they are understood as fully distributed networks of control entities embedded in dynamic grid environments; able to operate in a cooperative manner and to automatically (re-)configure themselves.
Components of rocket engines as actively cooled combustion chambers must withstand high pressure as well as severe and complex thermal transients. While the thermal transients result in temperature gradients and, thus, in constraint thermal strains, the pressure load induces mean stresses. To assess the mechanical behaviour of such components during design via finite-element calculations, constitutive models are necessary that describe the time- and temperature-dependent plasticity of the material appropriately.
Advanced models account for viscoplastic deformations including isotropic and kinematic hardening, recovery and ratcheting. However, the models contain a relatively large number of temperature-dependent material properties that must be determined on the basis of data of material tests. The determination of the properties is a non-trivial task because it is not clear which loading history must be applied in the tests for a certain material to obtain stable and robust (i.e. objective) material properties. Consequently, the determined properties are depending on the underlying loading history in the tests as well as on the experience and valuation of the person that determined the properties. This results in uncertainties during the assessment of the components that must be faced with conservative designs leading to negative consequences in terms of mass and costs.
It is the aim of this work funded by the European Space Agency ESA to derive a procedure to determine stable and robust material properties of an advanced viscoplastic constitutive model for aerospace materials. To this end, a special loading history is applied in isothermal material tests conducted with copper at different temperatures in the temperature range from 300 to 700 K. To determine the material properties and to assess stability and robustness methods for numerical optimization as well as analytical and statistical methods are used. The determined material properties are validated on the basis of results of thermomechanical material tests also conducted in the temperature range from 300 to 700 K.
Transösophageales interventrikuläres Delay bei Vorhofflimmern und kardialer Resynchronisation
(2013)
Die transösophageale linksventrikuläre Elektrokardiographie ermöglicht die Evaluierung der elektrischen ventrikulären Desynchronisation im Rahmen der kardialen Resynchronisationstherapie der Herzinsuffizienz. Das Ziel der Untersuchung besteht in der präoperativen Abschätzung des transösophagealen interventrikulären Delays bei Vorhofflimmern und kardialer Resynchronisationstherapie. Bei Patienten mit Vorhofflimmern, Herzinsuffizienz New York Heart Association Klasse 3,0 ± 0,2 und QRS-Dauer 159,6 ± 23,9 ms wurde das fokusierte transösophageale linksventrikuläre EKG abgeleitet. Die kardiale Resynchronisationstherapie Responder QRS-Dauer korrelierte mit dem transösophagealen interventrikulären Delay bei Vorhofflimmern.
Cardiac resynchronization therapy is an established therapy for heart failure patients with sinus rhythm, reduced left ventricular ejection fraction and prolongation of QRS duration. The aim of the study was to evaluate ventricular desynchronization with electrical interventricular delay (IVD) to left ventricular delay (LVD) ratio in atrial fibrillation heart failure patients. IVD and LVD were measured by transesophageal posterior left ventricular ECG recording. In atrial fibrillation heart failure patients with prolonged QRS duration, the mean IVD-to-LVD-ratio was 0.84 +/- 0.42 with a range from 0.17 to 2.2 IVD-to-LVD-ratio. IVD-to-LVD-ratio correlated with QRS duration. IVD-to-LVD-ratio may be a useful parameter to evaluate electrical ventricular desynchronization in atrial fibrillation heart failure patients.
Cardiac resynchronization therapy with atrioventricular and interventricular pacing delay optimized biventricular pacing is an established therapy for heart failure patients with sinus rhythm and reduced left ventricular ejection fraction. The aim of the study was to evaluate atrioventricular and interventricular pacing delay optimization in cardiac resynchroniza-tion therapy by transthoracic impedance cardiography in biventricular pacing with different left ventricular electrode po-sition. In biventricular pacing heart failure patients with lateral, posterolateral and anterolateral left ventricular electrode position, the mean optimal atrioventricular sening delay was 108.6 ± 20.3 ms and the mean optimal interventricular pac-ing delay -12.3 ± 25.9 ms. Transthoracic impedance cardiography may be a useful technique to optimize atrioventricular and interventricular pacing delay in biventricular pacing with different left ventricular electrode position.
Das Ausmaß der elektrischen ventrikulären Desynchronisation bei reduzierter linksventrikulärer Funktion ist von Bedeutung für den Erfolg der Resynchronisationstherapie der Herzinsuffizienz mit biventrikulärer Stimulation. Das Ziel der Untersuchung besteht in der nichtinvasiven Messung der elektrischen inter-ventrikulären Desynchronisation mit und ohne ischämische Herzerkrankung bei kardialen Resynchronisationstherapie Respondern. Bei Patienten mit 25,3 ± 7,3 % reduzierter linksventrikulärer Ejektionsfraktion und 166,9 ± 38,5 ms QRS-Dauer wurde das transösophageale linksventrikuläre EKG abgeleitet. Die QRS-Dauer korrelierte mit dem interventrikulären und links-ventrikulären Delay bei Resynchronisationstherapie Respondern mit nicht-ischämischer Herzerkrankung.
Cardiac resynchronization therapy with atrioventricular and interventricular delay optimized biventricular pacing is an established therapy for symptomatic heart failure patients with prolongation of QRS duration, left bundle branch block and reduced left ventricular ejection fraction. The aim of the investigation was to evaluate right atrial, right ventricular and left ventricular electrical signals of implantable electronic cardiac devices with and without signal averaging technique with novel LabVIEW software. Electrical interatrial conduction delay and inter-ventricular conduction delay may be useful parameters to evaluate electrical atrial and ventricular desynchronization in heart failure patients.
Decrease of non-responder rate is the main chal-lenge in cardiac resynchronization therapy. The problem could be solved, partly, in the follow-up by consequent indi-vidualization of hemodynamic pacing parameters. The eso-phageal electrogram feature of the Biotronik ICS 3000 programmer was used in the follow-up of 20 heart failure patients carrying implants for cardiac resynchronization therapy. Adverse hemodynamic programming of the sensed and paced AV delay could be easily observed and replaced by the individual optimal duration in 3 patients (15%) VDD and DDD operation.This result proves the value of esophageal electrogram recording CRT follow-up.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Sensor-Netzwerks für die Anwendung im Smart-Gardening-Bereich. Dabei geht es im Wesentlichen darum, durch Messung verschiedener Parameter den aktuellen Status der Pflanzen im Garten bewerten zu können. So soll dem Anwender des Systems die Gartenarbeit erleichtert werden.
Zunächst wurden verschiedene Smart-Gardening-Systeme bezüglich Messparametern, Kommunikation und Energieversorgung untersucht. Anhand dieser Ergebnisse wurden Anforderungen an ein eigenes System gestellt. Dieses eigene System verwendet eine an der Hochschule Offenburg entwickelte, energieautarke und drahtlose Sensor-Netzwerk-Plattform. Für das Sensor-Netzwerk wurde ein Konzept entwickelt, indem mehrere Topologien und Zugriffsverfahren untersucht wurden. Ausgewählt wurde schließlich die Verwendung einer Stern-Topologie und die Umsetzung eines Kommunikationsprotokolls auf Grundlage eines zeitbasierten Zugriffsverfahrens. Die erforderliche Basisstation wurde konzipiert und auf Basis eines Raspberry Pi 3 realisiert. Das Kommunikationsprotokoll wurde in die Software von Basisstation und Sensorgeräten integriert. Die Sensor-Plattform wurde um einen kapazitiven Sensor für die Messung der Bodenfeuchte erweitert. Dieser Sensor wurde mit Gartenerde getestet und vermessen. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modell für die Berechnung des Wassergehalts der Erde erstellt. Zuletzt wurde das Sensor-Netzwerk getestet.
Das Sensor-Netzwerk kann einige Dutzend Sensorgeräte verknüpfen. Die Sensorgeräte werden im Garten platziert und sind durch Verwendung von Energy-Harvesting energieautark. Sie senden die gesammelten Messwerte mehrmals täglich an die Basisstation, welche die Messwerte empfängt und abspeichert. Eine Android-App kann via Bluetooth auf die Daten zugreifen und sie dem Anwender anzeigen. Die Funktionalität des Systems wurde im Test nachgewiesen. Das System wird in einer erweiterten Form bei der Landesgartenschau 2018 in Lahr zum Einsatz kommen.
Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit der Thematik, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe induktiv resonanter Kopplung zu simulieren und aufzubauen. Durch die in den letzten Jahren immer größer werdende Elektromobilität steigt auch das Interesse an einem drahtlosen Transfer von elektrischem Strom. Doch auch in kleineren Leistungsbereichen ist ein drahtloses Aufladen, wie z.B. bei Laptops und Handys, ein angesagtes Thema. Mit Hilfe von zwei resonanten Schwingkreisen wird ein Austausch an Energie zwischen Sender- und Empfängerschwingkreis demonstriert. Die Grundlagen der magnetischen Induktion wie auch die Grundlagen von elektrischen Schwingkreisen sind hierfür essentiell und werden in dem ersten Kapitel aufgegriffen. Durch das Aufstellen eines mathematischen Modells, im zweiten Kapitel, wird das Prinzip der magnetischen Kopplung und das Phänomen der Frequenzspaltung von gekoppelten Systemen ausführlich behandelt und aufgestellt. Spider-Web Spulen, welche schon in niedrigen Frequenzbereichen hohe Güten aufweisen können, werden für den folgenden Aufbau verwendet. In den darauf folgenden Kapiteln wird das über das Magnetfeld gekoppelte System ausführlich untersucht. Das System erzielt eine Leistungsübertragung von 20W über 30 cm mit einer Effizienz von ungefähr 52%. Des Weiteren konnte der Punkt der kritischen Kopplung, durch eine Verminderung der ohmschen Last im Sendeschwingkreis, auf 50 cm gelegt werden.
Compact solid discharge products enable energy storage devices with high gravimetric and volumetric energy densities, but solid deposits on active surfaces can disturb charge transport and induce mechanical stress. In this Letter, we develop a nanoscale continuum model for the growth of Li2O2 crystals in lithium–oxygen batteries with organic electrolytes, based on a theory of electrochemical nonequilibrium thermodynamics originally applied to Li-ion batteries. As in the case of lithium insertion in phase-separating LiFePO4 nanoparticles, the theory predicts a transition from complex to uniform morphologies of Li2O2 with increasing current. Discrete particle growth at low discharge rates becomes suppressed at high rates, resulting in a film of electronically insulating Li2O2 that limits cell performance. We predict that the transition between these surface growth modes occurs at current densities close to the exchange current density of the cathode reaction, consistent with experimental observations.
Transcatheter aortic valve implantation is a therapy for patients with reduced left ventricular ejection fraction and symptomatic aortic stenosis. The aim of the study was to compare the pre-and post- transcatheter aortic valve implantation procedures to determine the QRS and QT ventricular conduction times as a potential predictor of permanent pacemaker therapy requirement after transcatheter aortic valve implantation. QRS and QT ventricular conduction times were prolonged after transcatheter aortic valve implantation in heart failure patients with permanent dual chamber pacemaker therapy after transcatheter aortic valve implantation. QRS and QT ventricular conduction times may be useful parameters to evaluate the risk of post-procedural ventricular conduction block and permanent pacemaker therapy in transcatheter aortic valve implantation.
Smoothie: a solution for device and content independent applications including 3D imaging as content
(2014)
Network landscape of recent time contains many different network technologies, a wide range of end-devices with a large scale of capabilities and power, and an immense quantity of information represented in different data formats. Research on 3D imaging, virtual reality and holographic techniques will result in new user interfaces (UI) for mobile devices and will increase their diversity and variety. A lot of effort is being made in order to establish open, scalable and seamless integration of various technologies and content presentation for different devices including those that are mobile, considering the individual situation of the end user. Till today the research is going on in different parts of the world but the task is not completed yet. The goal of this research work is to find a way to solve the above stated problems by investigating system architectures to provide unconstrained, continuous and personalized access to the content and interactive applications everywhere and at anytime with different devices. As a Solution of the problem considered, a new architecture named “Smoothie” is proposed.
Im Projekt bwLehrpool wurde ein verteiltes System für die flexible Nutzung von Rechnerpools durch Desktop-Virtualisierung entwickelt. Auf Basis eines zentral gebooteten Linux- Grundsystems können beliebige virtualisierbare Betriebssysteme für Lehrund Prüfungszwecke zentral bereitgestellt und lokal auf den Maschinen aus-gewählt werden. Die verschiedenen Ar- beitsumgebungen müssen nicht mehr auf den PCs installiert werden und erlauben so eine multifunktionale Nutzung von PCs und Räumen für vielfältige Lehrund Lernszenarien sowie für elektronische Prüfungen. bwLehrpool abstrahiert von der PC-Hardware vor Ort und ermöglicht den Dozenten die eigene Gestaltung und Verwaltung ihrer Softwareumgebungen als Self-Service. Darüber hinaus fördert bwLehrpool den hochschulübergreifenden Austausch von Kursumgebungen.
Cardiac resynchronization therapy (CRT) is an established therapy for heart failure patients and improves quality of life in patients with sinus rhythm, reduced left ventricular ejection fraction (LVEF), left bundle branch block and wide QRS duration. Since approximately sixty percent of heart failure patients have a normal QRS duration they do not benefit or respond to the CRT. Cardiac contractility modulation (CCM) releases nonexcitatoy impulses during the absolute refractory period in order to enhance the strength of the left ventricular contraction. The aim of the investigation was to evaluate differences in cardiac index between optimized and nonoptimized CRT and CCM devices versus standard values. Impedance cardiography, a noninvasive method was used to measure cardiac index (CI), a useful parameter which describes the blood volume during one minutes heart pumps related to the body surface. CRT patients indicate an increase of 39.74 percent and CCM patients an improvement of 21.89 percent more cardiac index with an optimized device.
Monitors are in the center of media productions and hold an important function as the main visual interface. Tablets and smartphones are becoming more and more important work tools in the media industry. As an extension to our lecture contents an intensive discussion of different display technologies and its applications is taking place now. The established LCD (Liquid Crystal Display) technology and the promising OLED (Organic Light Emitting Diode) technology are in the focus.
The classic LCD is currently the most important display technology. The paper will present how the students should develop sense for display technologies besides the theoretical scientific basics. The workshop focuses increasingly on the technical aspects of the display technology and has the goal of deepening the students understanding of the functionality by building simple Liquid Crystal Displays by themselves.
The authors will present their experience in the field of display technologies. A mixture of theoretical and practical lectures has the goal of a deeper understanding in the field of digital color representation and display technologies. The design and development of a suitable learning environment with the required infrastructure is crucial. The main focus of this paper is on the hands-on optics workshop “Liquid Crystal Display in the do-it-yourself”.
We herein present a topology design method based on local optimality criteria which has been implemented in an open source Navier-Stokes solver for turbulent flows. Our method aims for the fast generation of geometry proposals in the early conceptual phase. To the best of our knowledge, this is the first local criteria approach utilizing a wall function turbulence model in order to consider turbulent flows. In order to allow for the growth as well as the shrinkage, or even the formation or disappearance of structural features, a topological approach is chosen. By introducing a volume fraction parameter, we distinguish between fluid and solid properties in each control volume. The fluid-solid interface is represented by an immersed boundary method using a piecewise linear surface reconstruction.
Agile Business Intelligence als Beispiel für ein domänenspezifisch angepasstes Vorgehensmodell
(2016)
Business-Intelligence-Systeme stellen durch ihre Unterstützung bei der Entscheidungsfindung für Unternehmen eine wichtige Rolle dar. Mit einer stetig dynamischeren Unternehmensumwelt geht daher die Anforderung nach der agilen Entwicklung dieser Systeme einher, so dass in der BI-Domäne zunehmend erfolgreich agile Methoden und Vorgehensmodelle eingesetzt werden. Die Weiterentwicklung und Anpassung von BI-Systemen ist dahingehend besonders, dass diese in der Regel langjährig gewachsenen Systemen und Strukturen betreffen, die strengen regulatorischen Rahmenbedingungen unterliegen, was eine Herausforderung für agile Vorgehensweisen darstellt. Wurden die Werte und Prinzipien des agilen Manifests [AM01] und die daraus abgeleiteten Methoden zu Beginn meist eins zu eins auf den Bereich BI übertragen, so hat sich das Verständnis von BI- Agilität als ganzheitliche Eigenschaft der BI im deutschsprachigen Raum etabliert, und agile Me- thoden wurden auf die Besonderheiten der BI-Domäne adaptiert. In diesem Beitrag werden BI-Agilität und Agile BI erläutert, ein Ordnungsrahmen für Maßnahmen zur Steigerung der BI-Agilität eingeführt sowie Herausforderungen bei Agile BI erläutert.
Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von E-Prüfungen an Hochschulen und Universitäten werden Lösungen benötigt, die eine einfache, schnelle und sichere Nutzung von bestehenden Poolräumen für verschiedene Prüfungsszenarien ermöglichen. Das Projekt bwLehrpool hat in der Vergangenheit gezeigt, dass mit Hilfe von Virtualisierung eine große Anzahl an unterschiedlichen, individualisierten Lehrumgebungen flexibel und räumlich unabhängig verteilt werden kann. Im nächsten Schritt sollen nun Erweiterungen entwickelt werden, die diese Flexibilität auch für elektronische Prüfungen nutzbar macht. Dabei gilt es vor allem, die Vorteile, wie z.B. die Nutzung von Softwareunterstützung für realitätsnahe Aufgabenstellungen, mit der Notwendigkeit nach größtmöglicher Sicherheit und schneller Umrüstzeit der Infrastruktur in Einklang zu bringen. Um den aktuellen Entwicklungsstand zu testen, wurde im Wintersemester 2015/2016 an der Hochschule Offenburg eine E-Prüfung unter bwLehrpool durch über 140 Studierende durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anforderungen bisher erfolgreich umgesetzt werden konnten, allerdings noch mehr manueller Aufwand nötig ist, als gewünscht. Der Ablauf soll in Zukunft weiter vereinfacht und verstetigt werden.
In the age data digitalization, important applications of optics and photonics based sensors and technology lie in the field of biometrics and image processing. Protecting user data in a safe and secure way is an essential task in this area. However, traditional cryptographic protocols rely heavily on computer aided computation. Secure protocols which rely only on human interactions are usually simpler to understand. In many scenarios development of such protocols are also important for ease of implementation and deployment. Visual cryptography (VC) is an encryption technique on images (or text) in which decryption is done by human visual system. In this technique, an image is encrypted into number of pieces (known as shares). When the printed shares are physically superimposed together, the image can be decrypted with human vision. Modern digital watermarking technologies can be combined with VC for image copyright protection where the shares can be watermarks (small identification) embedded in the image. Similarly, VC can be used for improving security of biometric authentication. This paper presents about design and implementation of a practical laboratory experiment based on the concept of VC for a course in media engineering. Specifically, our contribution deals with integration of VC in different schemes for applications like digital watermarking and biometric authentication in the field of optics and photonics. We describe theoretical concepts and propose our infrastructure for the experiment. Finally, we will evaluate the learning outcome of the experiment, performed by the students. © (2016) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.
High mobility, electrolyte-gated transistors (EGTs) show high DC performance at low voltages (< 2 V). To model those EGTs, we have used different models for the below and the above threshold regime with appropriate interpolation to ensure continuity and smoothness over all regimes. This empirical model matches very well with our measured results obtained by the electrical characterization of EGTs.
Der Einbau von Smart Metern und deren intelligente Vernetzung in Richtung eines Smart Grid wird Stromverbrauchsmuster bis in die Haushalte hinein verändern. Über die technisch geprägte Diskussion um die Komponenten dafür darf deshalb keinesfalls die Einbeziehung der Gesellschaft in den anstehenden Wandel vergessen werden. Transparenz bei den Kosten, die Förderung von Vertrauen insbesondere in die Datenschutzstandards und eine verständliche Aufklärungsarbeit sind Schlüssel für den notwendigen Dialog zwischen Energieversorgern, Politik und Bürgern.
Institute of Reliable Embedded Systems and Communication Electronics, Offenburg University of Applied Sciences, Germany has developed an automated testing environment, Automated Physical TestBeds (APTB), for analyzing the performance of wireless systems and its supporting protocols. Wireless physical networking nodes can connect to this APTB and the antenna output of this attaches with the RF waveguides. To model the RF environment this RF waveguides then establish wired connection among RF elements like splitters, attenuators and switches. In such kind of set up it’s well possible to vary the path characteristics by altering the attenuators and switches. The major advantage of using APTB is the possibility of isolated, well controlled, repeatable test environment in various conditions to run statistical analysis and even to execute regression tests. This paper provides an overview of the design and implementation of APTB, demonstrates its ability to automate test cases, and its efficiency.
Critical theory and philosophy across many fields in the humanities has become awash with what has been characterised as ‘the material turn’. This material turn, which seems to involve varying combinations of what is known as Object Orientated Ontology (Harman), Actor-Network Theory (Latour), process philosophy (Whitehead), speculative realism (Bryant), or agential realism (Barad), emphasises some move toward a posthuman understanding of what the world is, and our relation to it.
The Advanced Innovation Design Approach is a holistic methodology for enhancing innovative and competitive capability of industrial companies. AIDA can be considered as an open mindset, an individually adaptable range of strongest innovation techniques such as comprehensive front-end innovation process, advanced innovation methods, best tools and methods of the TRIZ methodology, organizational measures for accelerating innovation, IT-solutions for Computer-Aided Innovation, and other innovation methods, elaborated in the recent decade in the industry and academia
The European TRIZ Association ETRIA acts as a connecting link between scientific institutions, universities and other educational organizations, industrial companies and individuals concerned with conceptual and practical questions relating to organization of innovation process, invention methods, and innovation knowledge. In the meantime, more than TFC 1000 papers or presentation of scientists, educators, and practitioners from all over the world are available at the official ETRIA website. Numerous research projects were supported or funded by the European Commission.
This paper focuses on the microstructure-dependent inelastic behavior of lamellar gray cast iron. It comprises the reconstruction of three dimensional volume elements by use of the serial sectioning method for the materials GJL-150, GJL-250 and GJL-350. The obtained volume elements are prepared for the numerical analyses by means of finite-element method. In the finite-element analysis, the metallic matrix is modeled with an elastic–plastic deformation law. The graphite inclusions are modeled nonlinear elastic with a decreasing value of Young’s modulus for increasing tensile loading. Thus, the typical tension–compression asymmetry of this material class can be described. The stress–strain curves obtained with the microstructure-based finite-element models agree well with experimental curves of tension and compression tests. Besides the analysis of the whole volume element, the scatter of the stress–strain response in smaller statistical volume elements is investigated. Furthermore, numerical studies are performed to reduce computational costs.
Process engineering focuses on the design, operation, control and optimization of chemical, physical and biological processes and has applications in many industries. Process Intensification is the key development approach in the modern process engineering. The proposed Advanced Innovation Design Approach (AIDA) combines the holistic innovation process with the systematic analytical and problem solving tools of the theory of inventive problem solving TRIZ. The present paper conceptualizes the AIDA application in the field of process engineering and especially in combination with the Process Intensification. It defines the AIDA innovation algorithm for process engineering and describes process mapping, problem ranking, and concept design techniques. The approach has been validated in several industrial case studies. The presented research work is a part of the European project “Intensified by Design® platform for the intensification of processes involving solids handling”.
The collection of selected papers of the TRIZ Future Conference 2017 is in open access and is included to the Innovator, the journal of the European TRIZ Assocation.
The paper is addressing the needs of the universities regarding qualification of students as future R&D specialists in efficient techniques for successfully running innovation process. In comparison with the engineers, the students often demonstrate lower motivation in learning systematic inventive techniques, like for example TRIZ methodology, and prefer random brainstorming for idea generation. The quality of obtained solutions also depends on the level of completeness of the problem analysis, which is more complex and time consuming in the case of interdisciplinary systems. The paper briefly describes one-semester-course of 60 hours in new product development with the Advanced Innovation Design Approach and TRIZ methodology, in which a typical industrial innovation process for one selected interdisciplinary mechatronic product is modelled.
Cardiac resynchronization therapy is an established therapy for heart failure patients. The aim of the study was to evaluate electrical left cardiac atrioventricular delay and interventricular desynchronization in sinus rhythm cardiac resynchronization therapy responder and non-responder. Cardiac electrical desynchronization were measured by surface ECG and focused transesophageal bipolar left atrial and left ventricular ECG before implantation of cardiac resynchronization therapy defibrillators. Preoperative electrical cardiac desynchronization was 195.7 ± 46.7 ms left cardiac atrioventricular delay and 74.8 ± 24.5 ms interventricular delay in cardiac resynchronization therapy responder. Cardiac resynchronization therapy responder New York Heart Association class improved during long term biventricular pacing. Transesophageal left cardiac atrioventricular delay and interventricular delay may be additional useful parameters to improve patient selection for cardiac resynchronization therapy.
eLetter zum Artikel "How hair can reveal a history" von Hanae Armitage & Nala Rogers, veröffentlicht in Science, Vol. 351, Issue 6278, Seite 1134 (doi.org/10.1126/science.351.6278.1134)
Viele hochbeanspruchte Bauteile müssen zur Erfüllung ihres konstruktiven Zwecks mit Durchdringungskerben versehen werden. Infolge der gegenseitigen Wechselwirkung gelten für die Kerbwirkung dieser Art von Mehrfachkerben andere Gesetzmäßigkeiten als bei Einzelkerben. Die Weiterentwicklung der Lehre von der Tragfähigkeitsberechnung höchstbeanspruchter Maschinenelemente macht es notwendig, sich mit der Durchdringungskerbwirkung eingehend zu befassen. Thum und Svenson [1] entwickelten im Jahr 1949 ein Näherungsverfahren zur Abschätzung der Formzahl an einem zugbelasteten Stab mit Durchdringungskerben. In vielen Lehrbüchern findet dieses Verfahren Anwendung. Aus heutiger Sicht erscheint die Eignung der aus diesem Ansatz erzielten Ergebnisse als dringend überprüfungswürdig. Das thum’sche Verfahren wird unter die Lupe genommen. Der hier vorliegende Beitrag präsentiert mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) neue Untersuchungsergebnisse an zugbeanspruchten Stäben mit Halbkreisnut und überlagerter Querbohrung. Diese ergaben, dass die Berechnung nach [1] Lücken aufweist. Ihr Ansatz stellt für den heutigen Entwicklungsstand eine mit zu großen Abweichungen behaftete Näherungshypothese dar.
The Paper presents the design and development of a blended learning concept for an engineering course in the field of color representation and display technologies. A suitable learning environment is crucial for the success of the teaching scenario. A mixture of theoretical lectures and hands-on activities with practical applications and experiments, combined with the advantages of modern digital media is the main topic of the paper. Blended learning describes the didactical change of attendance periods and online periods. The e-learning environment for the online period is designed toward an easy access and interaction. Present digital media extends the established teaching scenarios and enables the presentation of videos, animations and augmented reality (AR). Visualizations are effective tools to impart learning contents with lasting effect. The preparation and evaluation of the theoretical lectures and the hands-on activities are stimulated and affects positively the attendance periods. The tasks and experiments require the students to work independently and to develop individual solution strategies. This engages and motivates the students, deepens the knowledge. The authors will present their experience with the implemented blended learning scenario in this field of optics and photonics. All aspects of the learning environment will be introduced.
Background: The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex. The 3D modeling allows the simulation of CRT and high frequency (HF) ablation.
Purpose: The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of atrial and BV stimulation and high frequency (HF) ablation in atrial fibrillation (AF).
Methods: The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST (CST Darmstadt). Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, one epicardial LV electrode, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modeled. Selected electrodes were integrated into the Offenburg heart rhythm model for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
Results: The right atrial stimulation was performed with an amplitude of 1.5 V with a pulse width of 0.5. The far-field potentials generated by the atrial stimulation were perceived by the right and left ventricular electrode. The far-field potential at a distance of 1 mm from the right ventricular electrode tip was 36.1 mV. The far-field potential at a distance of 1 mm from the left ventricular electrode tip was measured with 37.1 mV. The RV and LV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potentials generated by the BV stimulations could be perceived by the RA electrode. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz and 10 W at 500 kHz at the distal 8 mm ablation electrode.
Conclusions: Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF. The 3D simulation of the electrical field and temperature profile may be used to optimize the CRT and AF ablation.
eLetter zum Artikel "How hair can reveal a history" von Hanae Armitage & Nala Rogers, veröffentlicht in Science, Vol. 351, Issue 6278, Seite 1134 (doi.org/10.1126/science.351.6278.1134)
eLetter zum Artikel "Hybrid EEG/EOG-based brain/neural hand exoskeleton restores fully independent daily living activities after quadriplegia" von Surjo R. Soekadar et al., veröffentlicht in Science Robotics, Vol. 1, No. 1 (DOI: 10.1126/scirobotics.aag3296)
The electrical field (E-field) of the biventricular (BV) stimulation is important for the success of cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with cardiac insufficiency and widened QRS complex.
The aim of the study was to model different pacing and ablation electrodes and to integrate them into a heart model for the static and dynamic simulation of BV stimulation and HF ablation in atrial fibrillation (AF).
The modeling and simulation was carried out using the electromagnetic simulation software CST. Five multipolar left ventricular (LV) electrodes, four bipolar right atrial (RA) electrodes, two right ventricular (RV) electrodes and one HF ablation catheter were modelled. A selection were integrated into the heart rhythm model (Schalk, Offenburg) for the electrical field simulation. The simulation of an AV node ablation at CRT was performed with RA, RV and LV electrodes and integrated ablation catheter with an 8 mm gold tip.
The BV stimulation were performed simultaneously at amplitude of 3 V at the LV electrode and 1 V at the RV electrode with a pulse width of 0.5 ms each. The far-field potential at the RA electrode tip was 32.86 mV and 185.97 mV at a distance of 1 mm from the RA electrode tip. AV node ablation was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal ablation electrode. The temperature at the catheter tip was 103.87 °C after 5 s ablation time and 37.61 °C at a distance of 2 mm inside the myocardium. After 15 s, the temperature was 118.42 °C and 42.13 °C.
Virtual heart and electrode models as well as the simulations of electrical fields and temperature profiles allow the static and dynamic simulation of atrial synchronous BV stimulation and HF ablation at AF and could be used to optimize the CRT and AF ablation.
Spectral analysis of signal averaging electrocardiography in atrial and ventricular tachyarrhythmias
(2017)
Background: Targeting complex fractionated atrial electrograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardiography (ECG) allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm uses automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intracardiac ECG signals with novel LabVIEW software (National Instruments, Austin, Texas, USA). For spectral analysis we used fast fourier transformation in combination with spectro-temporal mapping and wavelet transformation for evaluation of detailed information about the frequency and intensity of high frequency atrial and ventricular signals.
Results: Spectral-temporal mapping and wavelet transformation of the signal averaged ECG allowed the evaluation of high frequency fractionated atrial signals in patients with atrial fibrillation and high frequency ventricular signals in patients with ventricular tachycardia. The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex. The combination of analysis in the time and frequency domain allowed the evaluation of fractionated signals during atrial and ventricular conduction.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial electrograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac arrhythmogenic signals in atrial fibrillation ablation.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: Target of the study was to create an accurate anatomic CAD heart rhythm model, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies and high-frequency ablations. The method is more careful for the patients’ health and has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter. Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
Entwicklung und Evaluierung eines adaptiv-prädiktiven Algorithmus für thermoaktive Bauteilsysteme
(2017)
Der Gebäudesektor ist einer der Hauptverbraucher von Energie und somit mitverantwortlich für einen wesentlichen Anteil an CO2-Emissionen. Heiz- und Kühlkonzepte, die erneuerbare Energiequellen nutzen können, gewinnen daher immer mehr an Bedeutung. Hierfür besonders geeignet sind Niedertemperatursysteme, wie beispielsweise Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS). Die große thermische Trägheit und die geringe Leistung dieser Systeme verhindern eine schnelle Reaktion auf Raumtemperaturänderungen. Bisherige Steuer- und Regelstrategien für TABS können nur sehr schlecht mit der thermischen Trägheit umgehen, da diese in der Regel keine Prädiktionen verwenden. Hinzu kommt eine aufwändige Parametrierung dieser TABS-Strategien, was in der Praxis zu Inbetriebnahmephasen von oft mehreren Jahren führt. Die Möglichkeit TABS als einen Kurzzeitenergiespeicher für das durch die wachsende Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen belastete Stromnetz nutzbar zu machen, spielt bei diesen Standard-TABS-Strategien bisher keine Rolle.
In dieser Arbeit wurde ein neuartiger Algorithmus für die Steuerung von TABS entwickelt, der hier durch die Abkürzung AMLR gekennzeichnet wird. Die AMLR nutzt Vorhersagen der Hauptstörgrößen einer TABS-Zone zur Berechnung eines innerhalb des nächsten Tages zuzuführenden Energiepaketes. Zu den Hauptstörgrößen zählen die tagesgemittelte Außentemperatur, die tagesgemittelte globale Einstrahlung sowie ein Belegungsplan jeder TABS-Zone. Die AMLR verwendet ein dynamisches und ein stationäres Widerstands-Kapazitäten(RC)-Modell mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung (PT1). Das stationäre TABS- und Raummodell wird für eine Adaptionsfähigkeit und das dynamische Modell für die zeitdiskrete Berechnung von Leistungen genutzt. Es wird gezeigt, dass die Genauigkeit eines Modells mit PT1-Glied für die Steuerung von TABS ausreichend ist. Durch die Adaptionfähigkeit kann sich der Algorithmus automatisiert an unterschiedliche Gebäude, Standorte und Nutzungsprofile anpassen. Auf die Erstellung eines Gebäudemodells inklusive dessen technischer Gebäudeausrüstung (TGA), der Wärmelasten sowie der Wettereinflüsse kann somit verzichtet werden. Weiterhin können mit der AMLR mittlere Soll-Raumtemperaturen pro TABS-Zone vorgegeben werden, was bei Standard-TABS-Strategien nicht möglich ist. Dem Autor stehen als Testumgebungen zur Evaluierung der AMLR die Triple-Klimakammer des Instituts für Energiesystemtechnik (INES) der Hochschule Offenburg sowie zwei reale Gebäude und deren Simulationsmodelle zur Verfügung. Bei den Gebäuden handelt es sich um das in Basel befindliche IWB CityCenter sowie das Seminargebäude der Hochschule Offenburg.
Mit Hilfe der Triple-Klimakammer werden die verwendeten RC-Modelle sowie das TRNSYS-Simulationsmodell der Kammer selbst validiert. Durch den direkten Vergleich der AMLR zu Standard-TABS-Strategien kann in Model-in-the-Loop (MiL) Simulationen, Laborversuchen und Pilotanlagen gezeigt werden, dass die AMLR insbesondere dann thermische Energie einsparen kann, wenn es bei der Standardstrategie zu Überhitzungen im Heizfall und Unterkühlungen im Kühlfall kommt. Des Weiteren zeigen sich Energieeinsparpotenziale durch die Möglichkeit der zonenspezifischen Beladung der TABS. Anhand von Messdaten einer Pilotanlage kann eine Reduktion des thermischen TABS-Energiebedarfs von über 41 % belegt werden. In allen Testumgebungen kann eine Einsparung an Hilfsenergie von bis zu 86 % für die TABS-Pumpen bei gleichzeitiger Verbesserung des thermischen Komforts nachgewiesen werden. Neben Energieeinsparungen sind durch den Einsatz der AMLR Investitionseinsparungen durch eine vereinfachte TABS-Hydraulik möglich, da keine konstanten Vorlauftemperaturen notwendig sind. Weiterhin kann gezeigt werden, dass die Leistung eines Zusatzkühlsystems durch den Einsatz der AMLR im Vergleich zur Standard-TABS-Strategie reduziert werden kann, ohne den thermischen Komfort zu beeinträchtigen. Anhand von Simulationsrechnungen wird das Potenzial von TABS für Lastverschiebemaßnahmen quantifiziert. Durch die Verwendung der AMLR mit dynamischen Strompreisen ist im gezeigten Beispiel eine Einsparung an monetären Kosten von 38 % möglich. Weiterhin konnten Anfragen zur Abschaltung der Beladung der TABS zum Ausgleich fluktuierender erneuerbarer Energieerzeuger durch die AMLR unter Einhaltung des thermischen Komforts durchgeführt werden.
Der Bankensektor vollzieht eine digitale Transformation. Welche exakten Auswir-kungen diese Transformation auf den Bankensektor und die einzelnen Banken haben wird ist noch nicht abzusehen. Doch schon jetzt zeichnet sich ab, dass Banken sich von ihren starren Öffnungszeiten lösen und flexibler auf die Kunden zugehen müssen. Servicequalität durch maßgeschneiderte Angebote und permanente Verfügbarkeit sind zu kritischen Erfolgsfaktoren im Rennen um die Gunst des Kunden geworden.
Um in diesem Wettstreit einen Wettbewerbsvorteil zu erhalten muss die Verfügbarkeit kritischer Geschäftsprozesse und Ressourcen stets gewährleistet sein. An dieser Stelle setzt Business Continuity Management (BCM) an. In der vorliegen-den Arbeit wird anhand eines Modells einer bereits vollständig digitalisierten Bank, ein Geschäftsprozess ausgewählt um anhand dessen die Auswirkungen des Ausfalls von digitalen Vertriebswegen und Abhängigkeit von IT-Ressourcen aufzuzeigen.
Micro gas turbines (MGTs) are regarded as combined heat and power (CHP) units which offer high fuel utilization and low emissions. They are applied in decentralized energy neration.
To facilitate the planning process of energy systems, namely in the context of the increasing application of optimization techniques, there is a need for easy-to-parametrize component models with sufficient accuracy which allow a fast computation. In this paper, a model is proposed where the non-linear part load characteristics of the MGT are linearized by means of physical insight of the working principles of turbomachinery. Further, it is shown that the model can be parametrized by the data usually available in spec sheets. With this model a uniform description of MGTs from several manufacturers
covering an electrical power range from 30kW to 333kW can be obtained. The MGT model was
implemented by means of Modelica/Dymola. The resulting MGT system model, comprising further heat exchangers and hydraulic components, was validated using the experimental data of a 65kW MGT from a trigeneration energy system.
Schriftliche Stellungnahme Lankau zu:
a) Dringlicher Antrag der Fraktion der FDP betreffend Hessen 4.0 – Agenda Digitales Hessen (Drucksache 19/4111)
b) Großen Anfrage der Abg. Eckert, Barth, Decker, Degen, Faeser, Frankenberger, Geis, Gremmels, Grüger, Lotz, Dr. Sommer, Weiß (SPD) und Fraktion betreffend Auswirkungen der Digitalisierung auf Arbeit und Wirtschaft in Hessen (Drucksache 19/2896) und
c) Antwort der Landesregierung auf die Große Anfrage der Abg. Eckert, Barth, Decker, Degen, Faeser, Frankenberger, Geis, Gremmels, Grüger, Lotz, Dr. Sommer, Weiß (SPD) und Fraktion betreffend Auswirkungen der Digitalisierung auf Arbeit und Wirtschaft in Hessen (Drucksache 19/4357)
Das Thema des Forschungsprojekts ist Digitaltechnik im Spannungsfeld von Freiheitsversprechen und Totalüberwachung. Das Projekt „futur iii“ ist nicht nur der Name, sondern zugleich der Logo und URL für Publikationen.
Dieses Projekt wird im intensiven Dialog und z.T. in Kooperationen mit Kolleginnen und Kollegen verschiedener Hochschulen und Bildungseinrichtungen realisiert. Das übergreifende Thema ist bereits seit dem letzten Forschungssemester 2010 die Veränderung des Web durch Kommerzialisierung und Monopolisierung sowie die kritisch-reflektierende Auseinandersetzung mit Digitaltechnik bzw. Geräten und Diensten unter besonderer Berücksichtigung der konkreten Technikfolgeabschätzung (TA) für den Einsatz digitaler Bildschirmmedien und -dienste im Kontext von Lehre und Lernen.
Musik und Neurophysiologie
(2017)
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.
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.
The Thread protocol is a recent development based on 6LoWPAN (IPv6 over IEEE 802.15.4), but with extensions regarding a more media independent approach, which – additionally – also promises true interoperability. To evaluate and analyse the operation of a Thread network a given open source 6LoWPAN stack for embedded devices (emb::6) has been extended in order to comply with the Thread specification. The implementation covers Mesh Link Establishment (MLE) and network layer functionality as well as 6LoWPAN mesh under routing mechanism based on MAC short addresses. The development has been verified on a virtualization platform and allows dynamical establishment of network topologies based on Thread's partitioning algorithm.
OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) is already a well-known concept used widely in the automation industry. In the area of factory automation, OPC UA models the underlying field devices such as sensors and actuators in an OPC UA server to allow connecting OPC UA clients to access device-specific information via a standardized information model. One of the requirements of the OPC UA server to represent field device data using its information model is to have advanced knowledge about the properties of the field devices in the form of device descriptions. The international standard IEC 61804 specifies EDDL (Electronic Device Description Language) as a generic language for describing the properties of field devices. In this paper, the authors describe a possibility to dynamically map and integrate field device descriptions based on EDDL into OPCUA.
Legacy industrial communication protocols are proved robust and functional. During the last decades, the industry has invented completely new or advanced versions of the legacy communication solutions. However, even with the high adoption rate of these new solutions, still the majority industry applications run on legacy, mostly fieldbus related technologies. Profibus is one of those technologies that still keep on growing in the market, albeit a slow in market growth in recent years. A retrofit technology that would enable these technologies to connect to the Internet of Things, utilize the ever growing potential of data analysis, predictive maintenance or cloud-based application, while at the same time not changing a running system is fundamental.
For the RoboCup Soccer AdultSize League the humanoid robot Sweaty uses a single fully convolutional neural network to detect and localize the ball, opponents and other features on the field of play. This neural network can be trained from scratch in a few hours and is able to perform in real-time within the constraints of computational resources available on the robot. The time it takes to precess an image is approximately 11 ms. Balls and goal posts are recalled in 99 % of all cases (94.5 % for all objects) accompanied by a false detection rate of 1.2 % (5.2 % for all). The object detection and localization helped Sweaty to become finalist for the RoboCup 2017 in Nagoya.
One of the challenges in humanoid robotics is motion control. Interacting with humans requires impedance control algorithms, as well as tackling the problem of the closed kinematic chains which occur when both feet touch the ground. However, pure impedance control for totally autonomous robots is difficult to realize, as this algorithm needs very precise sensors for force and speed of the actuated parts, as well as very high sampling rates for the controller input signals. Both requirements lead to a complex and heavy weight design, which makes up for heavy machines unusable in RoboCup Soccer competitions.
A lightweight motor controller was developed that can be used for admittance and impedance control as well as for model predictive control algorithms to further improve the gait of the robot.
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).
Simulation-based degradation assessment of lithium-ion batteries in a hybrid electric vehicle
(2017)
The insufficient lifetime of lithium-ion batteries is one of the major cost driver for mobile applications. The battery pack in vehicles is one of the most expensive single components that practically must be excluded from premature replacement (i.e., before the life span of the other components end). Battery degradation is a complex physicochemical process that strongly depends on operating condition and environment. We present a simulation-based analysis of lithium-ion battery degradation during operation with a standard PHEV test cycle. We use detailed multiphysics (extended Newman-type) cell models that allow the assessment of local electrochemical potential, species and temperature distributions as driving forces for degradation, including solid electrolyte interphase (SEI) formation [1]. Fig. 1 shows an exemplary test cycle and the predicted resulting spatially-averaged SEI formation rate. We apply a time-upscaling approach to extrapolate the degradation analysis over long time scales, keeping physical accuracy while allowing end-of-life assessment [2]. Results are presented for lithium-ion battery cells with graphite/LFP chemistry. The behavior of these cells in terms of degradation propensity, performance, state of charge and other internal states is predicted during long-term cycling. State of health (SOH) is quantified as capacity fade and internal resistance increase as function of operation time.
Practical bottlenecks associated with commercialization of Lithium-air cells include capacity limitation and low cycling efficiency. The origin of such losses can be traced to complex electrochemical side reactions and reactant mass transport losses[1]. The efforts to minimize such losses include exploration of various electrolytes with additives[2], and cell component geometry and material design. Given the wide range of options for such materials, it is almost impractical to experimentally setup and characterize all those cells. Consequently, modeling and simulation studies are efficient alternatives to analyze spatially and temporally resolved cell behavior for various combinations of materials[3]. In this study, with the help of a two-dimensional multi physics model, we have focused on the effect of electrode and electrolyte interaction (electrochemistry), choice of electrolyte (species transport), and electrode geometry (electrode design) on the performance of a lithium-air button cell. Figure1a shows the schematics of the 2D axisymmetric computational domain. A comparative analysis of five different electrolytes was performed while focusing on the 2D distribution of local current density and the concentration of electro-chemically active species in the cell, that is, O2and Li+. Using two different cathode configurations, namely, flooded electrode and gas diffusion electrode (GDE)[4] at different cathode thickness, the effect of cell geometry and electrolyte saturation on cell performance was explored. Further, a detailed discussion on electrode volume utilization (cf. Figure1b) is presented via changes in the active volume of cathode that produces 90% of the total current with the cell current density for different combinations of electrolyte saturations and cathode thickness.
Simulation-based degradation assessment of lithium-ion batteries in a hybrid electric vehicle
(2017)
Muli-scale thermos-electrochemical modelling of aging mechanisms in an LFP/graphite lithium-ion cell
(2017)
Passive hybridization of battery cell and photovoltaic cell: modeling and experimental validation
(2017)
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.
Heart rhythm model and simulation of electrophysiological studies and high-frequency ablations
(2017)
Background: The simulation of complex cardiologic structures has the potential to replace clinical studies due to its high efficiency regarding time and costs. Furthermore, the method is more careful for the patients’ health than the conventional ways. The aim of the study was to create an anatomic CAD heart rhythm model (HRM) as accurate as possible, and to show its usefulness for cardiac electrophysiological studies (EPS) and high-frequency (HF) ablations.
Methods: All natural heart components of the new HRM were based on MRI records, which guaranteed electronic functionality. The software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) was used for the construction, while CST’s material library assured genuine tissue properties. It should be applicable to simulate different heart rhythm diseases as well as various diffusions of electromagnetic fields, caused by electrophysiological conduction, inside the heart tissue.
Results: It was achievable to simulate normal sinus rhythm and fourteen different heart rhythm disturbance with different atrial and ventricular conduction delays. The simulated biological excitation of healthy and sick HRM were plotted by simulated electrodes of four polar right atrial catheter, six polar His bundle catheter, ten polar coronary sinus catheter, four polar ablation catheter and eight polar transesophageal left cardiac catheter (Fig.). Accordingly, six variables were rebuilt and inserted into the anatomic HRM in order to establish heart catheters for ECG monitoring and HF ablation. The HF ablation catheters made it possible to simulate various types of heart rhythm disturbance ablations with different HF ablation catheters and also showed a functional visualisation of tissue heating. The use of tetrahedral meshing HRM made it attainable to store the results faster accompanied by a higher degree of space saving. The smart meshing function reduced unnecessary high resolutions for coarse structures.
Conclusions: The new HRM for EPS simulation may be additional useful for simulation of heart rhythm disturbance, cardiac pacing, HF ablation and for locating and identification of complex fractioned signals within the atrium during atrial fibrillation HF ablation.
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.
Background: Cardiac resynchronization therapy (CRT) with biventricular (BV) pacing is an established therapy for heart failure (HF) patients (P) with sinus rhythm, reduced left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and electrical ventricular desynchronization. The aim of the study was to evaluate electrical interventricular delay (IVD) and left ventricular delay (LVD) in right ventricular (RV) pacemaker pacing before upgrading to CRT BV pacing.
Methods: HF P (n=11, age 69.0 ± 7.9 years, 1 female, 10 males) with DDD pacemaker (n=10), DDD defibrillator (n=1), RV pacing, New York Heart Association (NYHA) class 3.0 ± 0.2 and 24.5 ± 4.9 % LVEF were measured by surface ECG and transesophageal bipolar LV ECG before upgrading to CRT defibrillator (n=8) and CRT pacemaker (n=3). IVD was measured between onset of QRS in the surface ECG and onset of LV signal in the transesophageal ECG. LVD was measured between onset and offset of LV signal in the transesophageal ECG. CRT atrioventricular (AV) and BV pacing delay were optimized by impedance cardiography.
Results: Interventricular and intraventricular desynchronization in RV pacemaker pacing were 228.2 ± 44.8 ms QRS duration, 86.5 ± 32.8ms IVD, 94.4 ± 23.8ms LVD, 2.6 ± 0.8 QRS-IVD-ratio with correlation between IVD and QRS-IVD-ratio (r=-0.668 P=0.0248) and 2.3 ± 0.7 QRS-LVD-ratio. The LVEF-IVD-ratio was 0.3 ± 0.1 with correlation between IVD and LVEF-IVD-ratio (r=-0.8063 P=0.00272) and with correlation between QRS duration and LVEF-IVD-ratio (r=-0.7251 P=0.01157). Optimal sensing and pacing AV delay were 128.3 ± 24.8 ms AV delay after atrial sensing (n=6) and 173.3 ± 40.4 ms AV delay after atrial pacing (n=3). Optimal BV pacing delay was -4.3 ± 11.3 ms between LV and RV pacing (n=7). During 30.4 ± 29.6 month CRT follow-up, the NYHA class improved from 3.1 ± 0.2 to 2.2 ± 0.3.
Conclusions: Transesophageal electrical IVD and LVD in RV pacemaker pacing may be additional useful ventricular desynchronization parameters to improve P selection for upgrading RV pacemaker pacing to CRT BV pacing.
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a widely-used diagnostic technique to characterize electrochemical processes. It is based on the dynamic analysis of two electrical observables, that is, current and voltage. Electrochemical cells with gaseous reactants or products (e.g., fuel cells, metal/air cells, electrolyzers) offer an additional observable, that is, the gas pressure. The dynamic coupling of current and/or voltage with gas pressure gives rise to a number of additional impedance definitions, for which we have introduced the term electrochemical pressure impedance spectroscopy (EPIS) [1,2]. EPIS shows a particular sensitivity towards transport processes of gas-phase or dissolved species, in particular, diffusion coefficients and transport pathway lengths. It is as such complementary to standard EIS, which is mainly sensitive towards electrochemical processes. This sensitivity can be exploited for model parameterization and validation. A general analysis of EPIS is presented, which shows the necessity of model-based interpretation of the complex EPIS shapes in the Nyquist plot (cf. Figure). We then present EPIS simulations for two different electrochemical cells: (1) a sodium/oxygen battery cell and (2) a hydrogen/air fuel cell. We use 1D or 2D electrochemical and transport models to simulate current excitation/pressure detection or pressure excitation/voltage detection. The results are compared to first EPIS experimental data available in literature [2,3].