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Das Ziel in dieser Arbeit ist die Programmierung von einem Mikroprozessor, der als ein Richtmikrofon verwendet wird, um unterschiedlichen Richtcharakteristiken zu erzeugen.
Dabei stellt sich die Frage: Ist es möglich ein Mikroprozessor so zu programmieren, dass er eine Stereoaufnahme so verarbeiten kann, sodass unterschiedliche Richtcharakteristiken erzeugt werden könnten?
Um die Frage zu beantworten, wurde eine technische Ausarbeitung von einem Mikroprozessor und seine Programmierung benötigt. Diese befasst sich mit der Programmierung in C++ / Arduino IDE des Mikrokontrollers und eigene Erstellung von Tests, um die Ergebnisse darzustellen.
Als weitere Basis wurden nur verbraucherorientierten Mikroprozessoren untersucht und die beste Möglichkeit wurde ausgesucht und weiterentwickelt. Zudem lag der Fokus auf der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
Hintergrund:
Die Versorgung von Patienten mit Cochleaimplantaten erfordert im Rahmen der Rehabilitation nicht nur Hörtrainings, sondern auch regelmäßige Erfassungen des Hörvermögens. Diese Tests konzentrieren sich hierbei meist auf das Vertehen von Sprache. Hierbei müssen Patienten Wörter oder Zahlen unter Vorhandensein von Störgeräuschen verstehen. Diese Störgeräusche sind in der Regel künstlicher Natur wie Rauschen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, diese künstlichen Störgeräusche durch realistischere zu ersetzen und zusätzlich einen Raumklang sowohl für die Störgeräusche als auch für die zu verstehenden Wörter oder Zahlen zu implementieren. Um die Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu verbessern, wird nicht nur eine virtuelle auditive Umgebung geschaffen, sondern auch eine visuelle Komponente integriert, die auf einem Head-Mounted Display (HMD) wiedergegeben werden kann. Das Ziel ist es, eine audiovisuelle virtuelle Realität zu schaffen, die alltagsrelevante Kommunikationssituationen widerspiegelt und somit die Validität und Relevanz von Hörtests erhöht.
Umsetzung:
Für die Umsetzung wurden Werkzeuge zur Simulation von Raumakustik und eine hochwertige visuelle Darstellung auf einem HMD benötigt. An der Technischen Universität München wurde das Tool "real-time Simulated Open Field Environment" (rtSOFE) entwickelt, das durch die Berechnung von Raumimpulsantworten Raumakustik simuliert und die direkte Wiedergabe von Schallquellen in virtuellen Klangfeldern ermöglicht. Für die visuelle Umgebung wurde die Unreal Engine 5 gewählt, die sehr realistische Darstellungen virtueller Räume ermöglicht und hauptsächlich in der Videospielindustrie verwendet wird.
Ergebnisse:
Mit den Tools rtSOFE und Unreal Engine wurden drei realistische Umgebungen geschaffen: Ein Pub, ein Wohnzimmer und eine U-Bahn-Station. Diese Umgebungen enthalten realitätsnahe Störgeräusche, die zur jeweiligen Umgebung passen. Probanden können sich dank des HMD in diesen Umgebungen frei bewegen. Zudem wurde ein Testsetup unter Verwendung von Sätzen aus dem Oldenburger Satztest innerhalb dieser audiovisuellen Umgebung umgesetzt.
Fazit:
Das entwickelte Testsetup in der audiovisuellen Umgebung ermöglicht eine realistischere und alltagsnähere Erfassung des Hörvermögens im Vergleich zu herkömmlichen Hörtests. Die visuelle Komponente trägt zur Steigerung der Realitätsnähe bei. Allerdings fehlt im aktuellen Setup die Synchronisation zwischen der auditiven und visuellen Umgebung, insbesondere in Form von Lippenbewegungen (Lip Syncing), um eine umfassende Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu ermöglichen.
Das Ziel dieser Arbeit ist die technische Konstruktion eines Prototyps für einen Kopf-und Rumpfsimulator aus dem 3D-Druck mit integriertem Zwei-Kanal-System zur Freifeldmessung akustischer Signale. Die akustischen Eigenschaften sind abhängig von der anatomischen Geometrie eines menschlichen Schädels und des Gehörs, somit soll die Konstruktion des Prototyps möglichst realitätsgetreu nachgeahmt werden. Der Prototyp soll technische Anforderungen wie den Ein- und Ausbau von unterschiedlichen Mikrofonen und Pinna-Modellen gewährleisten.
In dieser Arbeit sollte eine mögliche Lösung für die Stimulation im Rahmen der auditiven Hirnstammmessung geprüft werden. Mit einer Sequenz, die rechts, links und binaural periodisch stimuliert, wird überprüft, ob somit eine verkürzte Messzeit erzielt werden kann. In Kapitel 3 ist das Vorgehen diesbezüglich genauer beschrieben. Dieses Vorgehen zieht die Generierung einer Stimuli-Sequenz, sowie die beiden verwendeten Messgeräte mit ein. Zum einen wurden Messungen mit der Eclipse und zum anderen mit dem Sentiero durchgeführt. Die MATLAB-Skripte zur Ansteuerung und die Auswertung der evozierten Potenziale sind im darauffolgenden Kapitel 4 zu finden. Die Datenanalyse in Kapitel 5 beinhaltet einerseits die Messergebnisse der Eclipse. Dabei konnte mit der Sequenz erfolgreich eine ABR-Messung durchgeführt werden. Allerdings entstanden bei der Umsetzung in eine Live-Aufzeichnung der BIC Schwierigkeiten, die ebenfalls beschrieben wurden. Des Weiteren werden in Kapitel 5 die beiden Stimulus-Arten(Toneburst und Click) verglichen. Dabei konnten Messergebnisse gesammelt werden, welche die Aussage bestätigen, dass mit dem Click-Reiz höhere Amplituden der FAEP erzielt werden können. Dafür wurde von fünf Probanden die Einzelstimulation gegenübergestellt. Zudem wurde in der Analyse mit Hilfe einer Kreuzkorrelation geprüft, ob eine Verschiebung der Amplituden der rechten und linken Stimulation eine stärkere Ausprägung der DN1 zur Folge hat. Die Ergebnisse zeigten dabei jedoch keine bedeutenden Unterschiede der Amplituden, wobei auf eine Verschiebung verzichtet werden konnte. Ein weiterer Vergleich, der gezogen werden konnte, ist die Gegenüberstellung der Einzelstimulation mit der Sequenz. Für den Vergleich wurden zwei Probanden ausgewählt, die jeweils sowohl eine hohe Reproduzierbarkeit, als auch ähnliche Wellenkomplexe aufzeigten. Der Vergleich beinhaltete das zeitliche Eintreffen der evozierten Potenziale sowie die Ausprägungen der Amplituden. Die Betrachtung beschränkte sich durchweg auf die Amplituden der Welle lll und der Welle V. Bei den Ergebnissen entstand eine Befürwortung für die Verwendung der Einzelstimulationen, da diese eine verkürzte Latenzzeit der Potenziale und höhere Amplitudenausschläge zur Folge hatten. Allerdings konnte unter der Verwendung der Sequenz-Stimulation dennoch bei manchen Probanden eine deutlichere Ausprägung des DN1-Potenzials gezeigt werden.
Ob durch Stimulation mit einer Sequenz eine zeiteffizientere ABR-Messung durchgeführt werden kann, konnte während der Arbeit nicht validiert werden. Um diesbezüglich eine genauere Aussage treffen zu können, werden weitere Messdaten benötigt.
The new input method was developed for research acoustic localization, including real and virtual sound sources. For these types of research, the input method plays an important role in the investigation of the auditory localization of sound sources in the collection of valid and meaningful data. The input method using LED array is based on the localization test, which is already used in the acoustics laboratory of the Peter-Osypka-Institute. The current input method via tablet with continuous input surface generates a high inaccuracy and error variance compared to the usual discontinuous input. To minimize this type of error for future measurements, an alternative method will be implemented as part of this bachelor thesis. The methodology of the alternative input method is based on the use of a controllable LED array with rotary encoder and push button. For this, an angular range from -90° to 90° with a 1° angular resolution shall be realized. The LED-array enables a visual representation while localizing sound sources.
In der vorliegenden Arbeit wird die Auswirkung der biomechanischen Stimulation (BMS) der Beinmuskulatur auf die Herzfrequenzvariabilität (HRV) untersucht. Die HRV charakterisiert die Variabilität der Intervalle aufeinanderfolgender Herzaktionen (beeinflusst durch das vegetative Nervensystem) und liefert Aussagen über die Qualität der Herz-Kreislaufregulation. Eine erhöhte körperliche Aktivität führt zu einer höheren HRV und einem besseren Gesundheitszustand. Die BMS ermöglicht das Hervorrufen einer natürlichen Muskelarbeit, die viel effektiver als ein konventionelles Training ist. Bei 8 Probanden im Alter zwischen 21 und 32 Jahren und mit Sinusrhythmus wurde der Einfluss der BMS (durchgeführt mit 12 Hz oder 16 Hz) auf die HRV analysiert. In der Arbeit werden 16 verschiedene HRV-Parameter (zeitbezogen, frequenzbezogen und nicht linear) auf Veränderungen hin untersucht.
Bei der Auswertung ergab sich eine signifikante Reduktion der mittleren Herzfrequenz nach der Stimulation bei 7 von 8 Testpersonen (p: 0,00687 < 0,5) und zeigte somit eine positive hämodynamische Wirksamkeit der BMS. Die LF-Power (Spektralleistung im niederfrequenten Bereich) mittels FFT reduzierte sich bei 7 von 8 Probanden (p: 0,3181 < 0,5), mittels AR sogar bei 8 von 8 Testpersonen (p: 0,03082 < 0,5). Anhand beider Parameter konnte somit eine Reduktion der sympathischen und parasympathischen Aktivität beobachtet werden. Eine Erhöhung der Tätigkeit des Parasympathikus konnte bei dem VLF% (prozentualer Anteil des sehr niederfrequenten Bereichs bezogen auf das Gesamtspektrum) beider Berechnungsmethoden nachgewiesen werden. Dort hat sich der Wert in beiden Fällen bei 7 von 8 Personen vergrößert. Der SD1-Wert (Standardabweichung der Punktabstände im Poincaré Plot - Querdurchmesser) hat sich bei 2 von 8 Testpersonen erhöht und dementsprechend auch die parasympathische Aktivität (p: 0,1292 < 0,5).
Die Impedanzkardiografie ist ein nicht-invasives Verfahren zur Messung der Funktion des Herzens, welche wiederum auf der Erfassung von elektrischen Impedanzänderungen im Thorax basiert. Die Verbindung der Impedanzkardiografie mit der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur hat das Potenzial, die kardiale Ausgangsleistung zu verbessern und somit die körperliche Leistungsfähigkeit zu steigern. In dieser Bachelorarbeit wurden die Auswirkungen der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur und der Stimulationsfrequenz auf die Impedanzkardiografie untersucht. Zu diesem Zweck wurden Messungen an überwiegend gesunden Probanden durchgeführt, bei denen die Impedanzkardiografie in Ruhe vor und in Ruhe nach der biomechanischen Stimulation der Wade, der Fußsohlen, der Taille und des Gesäßes durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die biomechanische Stimulation der Beinmuskulatur vor allem die Arbeitsparameter und somit die Leistungsfähigkeit verbessert hat. Der mittlere arterielle Blutdruck zeigt einen signifikanten Unterschied, mit Werten von 94,53 ± 6,52 mmHg vor der Stimulation bis 86,46 ± 6,98mmHg nach der Stimulation. Die mittlere linksventrikuläre Arbeitszeit zeigt ebenfalls einen großen Unterschied von 7,95 ± 1,06 kg*m vor der Stimulation zu 7,17 ± 1,04 kg*m nach der Stimulation. Diese Ergebnisse können in der zukünftigen Forschung zur Entwicklung von Trainingsprogrammen zur Leistungssteigerung genutzt werden. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse bei der Schmerzbehandlung eingesetzt werden, da es Hinweise darauf gibt, dass die biomechanische Stimulation die Mikrozirkulation fördert.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Testung eines an der TU München entwickelten Biosignalverstärkers zur Registrierung von auditorisch evozierten Potentialen. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung dieses Verstärkers. Dabei soll geprüft werden, ob der Verstärker AEPs registrieren und um verstellbare Faktoren verstärken kann. Dafür wurde eine MATLAB – Software implementiert, die es erlaubt über eine Soundkarte akustische Signale mittels Kopfhörer auszugeben und zeitgleich die vom Verstärker registrierten Potentiale einzulesen, zu Mitteln und sie grafisch darzustellen.
Erste Versuche wurden mit der Loop Back Box von Interacoustics, einem Schwingkreis, der einen künstlichen Patienten simuliert, durchgeführt. Diese Versuchsreihen zeigten, dass reale Signale gemessen werden. Anschließend konnten Probandenmessungen mit dem Verstärker und Referenzmessungen mit der Eclipse von Interacoustics durchgeführt werden. Bei sämtlichen Messreihen zeigte sich im Vergleich der beiden Systeme hohe Ähnlichkeit der Kurvenverläufe. Insbesondere das zeitliche Auftreten der Jewett V, der größten gemessenen Amplitude, war nahezu identisch. Allerdings stimmen die Amplitudenwerte nicht überein. Während die Amplitude der Jewett V bei Messungen mit der Eclipse um die 1µV erreichte, war die Amplitude beim Verstärker nur ein bis zwei Nanovolt groß. Damit ist die Verstärkung um ein tausendfaches geringer als bei der Eclipse.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Hardware technische Optimierungen evaluiert und diskutiert werden.
Ein Testsystem zum Prüfen neuer Komponenten elektromagnetischer Positionsmesssysteme soll durch eine Eigenkalibrierung des gesamten Systems stetig auf seine Genauigkeit geprüft werden, sodass nur noch eine periodische Rekalibrierung des Referenzgerätes erforderlich ist. Mittels Signal-Routing Software soll über die nationale Instrumentenkarte PCIe-6509 des Computers Spannungssignale an eine Hardware Under Test geleitet werden. Über diese Signale können Transistoren auf der Hardware angesteuert werden, die jeweils einem Relais Spannung übergeben können. Je nachdem welches Relais durchgeschalten werden soll, kann der Messwiderstand des gesamten Testsystems oder das Testsystems kalibriert werden. Um tatsächlich Kalibrierungen durchzuführen, wird eine Software erstellt. Mit der Software können die zu benutzenden Gerätschaften eingelesen und über eine Benutzeroberfläche eine Toleranzprüfung der Komponenten vollzogen werden. Hier gilt es eine Toleranzprüfung für den Messwiderstand zu erstellen und den Code dann auf Komponenten des Testsystems zu erweitern. Dafür wird ein kalibriertes Referenzmessgerät benötigt. Dabei wird ein Digitalmultimeter DAQ6510 verwendet, das über ein Multiplex Modul 7708 mit der Hardware verbunden wird. Um später Komponenten des Testsystems wie Frequenz kalibrieren zu können, wird ebenfalls ein Funktionsgenerator integriert und die Software-Codes darauf erweitert. Besteht das Grundkonzept, werden Funktionstests mit einer Messsystemanalyse erbracht und die Leistungsfähigkeit des Konstruktes beurteilt. Anschließend können neue Entwicklungsansätze und Optimierungskonzepte für weitere Abschlussarbeiten erstellt werden.