TY - JOUR A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Fuchs, Katharina A1 - Dieringer, Matthias A. A1 - Özerdem, Celal A1 - Patel, Nishan A1 - Renz, Wolfgang A1 - Greiser, Andreas A1 - Elgeti, Thomas A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Detailing the use of magnetohydrodynamic effects for synchronization of MRI with the cardiac cycle: A feasibility study JF - Journal of Magnetic Resonance Imaging N2 - Purpose: To investigate the feasibility of using magnetohydrodynamic (MHD) effects for synchronization of magnetic resonance imaging (MRI) with the cardiac cycle. Materials and Methods: The MHD effect was scrutinized using a pulsatile flow phantom at B0 = 7.0 T. MHD effects were examined in vivo in healthy volunteers (n = 10) for B0 ranging from 0.05–7.0 T. Noncontrast-enhanced MR angiography (MRA) of the carotids was performed using a gated steady-state free-precession (SSFP) imaging technique in conjunction with electrocardiogram (ECG) and MHD synchronization. Results: The MHD potential correlates with flow velocities derived from phase contrast MRI. MHD voltages depend on the orientation between B0 and the flow of a conductive fluid. An increase in the interelectrode spacing along the flow increases the MHD potential. In vivo measurement of the MHD effect provides peak voltages of 1.5 mV for surface areas close to the common carotid artery at B0 = 7.0 T. Synchronization of MRI with the cardiac cycle using MHD triggering is feasible. MHD triggered MRA of the carotids at 3.0 T showed an overall image quality and richness of anatomic detail, which is comparable to ECG-triggered MRAs. Conclusion: This feasibility study demonstrates the use of MHD effects for synchronization of MR acquisitions with the cardiac cycle. J. Magn. Reson. Imaging 2012;36:364–372. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/jmri.23634 SN - 1522-2586 VL - 36 IS - 2 SP - 364 EP - 372 PB - Wiley-Liss CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Grande, Marion A1 - Meffert, Elisabeth A1 - Schoenberger, Eva A1 - Jung, Stefanie A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Huber, Walter A1 - Hussmann, Katja A1 - Moormann, Mareike A1 - Heim, Stefan T1 - From a concept to a word in a syntactically complete sentence: An fMRI study on spontaneous language production in an overt picture description task JF - NeuroImage N2 - Spontaneous language has rarely been subjected to neuroimaging studies. This study therefore introduces a newly developed method for the analysis of linguistic phenomena observed in continuous language production during fMRI. Most neuroimaging studies investigating language have so far focussed on single word or — to a smaller extent — sentence processing, mostly due to methodological considerations. Natural language production, however, is far more than the mere combination of words to larger units. Therefore, the present study aimed at relating brain activation to linguistic phenomena like word-finding difficulties or syntactic completeness in a continuous language fMRI paradigm. A picture description task with special constraints was used to provoke hesitation phenomena and speech errors. The transcribed speech sample was segmented into events of one second and each event was assigned to one category of a complex schema especially developed for this purpose. The main results were: conceptual planning engages bilateral activation of the precuneus. Successful lexical retrieval is accompanied – particularly in comparison to unsolved word-finding difficulties – by the left middle and superior temporal gyrus. Syntactic completeness is reflected in activation of the left inferior frontal gyrus (IFG) (area 44). In sum, the method has proven to be useful for investigating the neural correlates of lexical and syntactic phenomena in an overt picture description task. This opens up new prospects for the analysis of spontaneous language production during fMRI. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2012.03.087 SN - 1522-2586 VL - 61 IS - 3 SP - 702 EP - 714 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Martin, Conrad A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Özerdem, Celal A1 - Renz, Wolfgang A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Development and evaluation of a small and mobile Magneto Alert Sensor (MALSE) to support safety requirements for magnetic resonance imaging JF - European Radiology N2 - Objective The purpose of this study is to (i) design a small and mobile Magnetic field ALert SEnsor (MALSE), (ii) to carefully evaluate its sensors to their consistency of activation/deactivation and sensitivity to magnetic fields, and (iii) to demonstrate the applicability of MALSE in 1.5 T, 3.0 T and 7.0 T MR fringe field environments. Methods MALSE comprises a set of reed sensors, which activate in response to their exposure to a magnetic field. The activation/deactivation of reed sensors was examined by moving them in/out of the fringe field generated by 7TMR. Results The consistency with which individual reed sensors would activate at the same field strength was found to be 100% for the setup used. All of the reed switches investigated required a substantial drop in ambient magnetic field strength before they deactivated. Conclusions MALSE is a simple concept for alerting MRI staff to a ferromagnetic object being brought into fringe magnetic fields which exceeds MALSEs activation magnetic field. MALSE can easily be attached to ferromagnetic objects within the vicinity of a scanner, thus creating a barrier for hazardous situations induced by ferromagnetic parts which should not enter the vicinity of an MR-system to occur. KW - MRI KW - MR safety KW - Magneto alert sensor KW - High field MRI KW - Uktrahigh field MRI Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1007/s00330-011-2153-z SN - 1432-1084 VL - 21 SP - 2187 EP - 2192 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg ER - TY - JOUR A1 - Dieringer, Matthias A. A1 - Renz, Wolfgang A1 - Lindel, Tomasz D. A1 - Seifert, Frank A1 - Frauenrath, Tobias A1 - von Knobelsdorf-Brenkenhoff, Florian A1 - Waiczies, Helmar A1 - Hoffmann, Werner A1 - Rieger, Jan A1 - Pfeiffer, Harald A1 - Ittermann, Bernd A1 - Schulz-Menger, Jeanette A1 - Niendorf, Thoralf T1 - Design and application of a four-channel transmit/receive surface coil for functional cardiac imaging at 7T JF - Journal of Magnetic Resonance Imaging N2 - Purpose To design and evaluate a four-channel cardiac transceiver coil array for functional cardiac imaging at 7T. Materials and Methods A four-element cardiac transceiver surface coil array was developed with two rectangular loops mounted on an anterior former and two rectangular loops on a posterior former. specific absorption rate (SAR) simulations were performed and a Burn:x-wiley:10531807:media:JMRI22451:tex2gif-stack-1 calibration method was applied prior to obtain 2D FLASH CINE (mSENSE, R = 2) images from nine healthy volunteers with a spatial resolution of up to 1 × 1 × 2.5 mm3. Results Tuning and matching was found to be better than 10 dB for all subjects. The decoupling (S21) was measured to be >18 dB between neighboring loops, >20 dB for opposite loops, and >30 dB for other loop combinations. SAR values were well within the limits provided by the IEC. Imaging provided clinically acceptable signal homogeneity with an excellent blood-myocardium contrast applying the Burn:x-wiley:10531807:media:JMRI22451:tex2gif-stack-2 calibration approach. Conclusion A four-channel cardiac transceiver coil array for 7T was built, allowing for cardiac imaging with clinically acceptable signal homogeneity and an excellent blood-myocardium contrast. Minor anatomic structures, such as pericardium, mitral, and tricuspid valves and their apparatus, as well as trabeculae, were accurately delineated. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1002/jmri.22451 SN - 1522-2586 VL - 33 IS - 3 SP - 736 EP - 741 PB - Wiley-Liss CY - New York ER - TY - THES A1 - Latz, Annika T1 - Konzeptentwicklung einer spielerischen Lernanwendung für Studierende N2 - Ziel der Arbeit war es eine spielerische Lernanwendung für Studierende der FH-Aachen zu entwickeln, um das individuelle Lernen zu fördern. Dabei lag der Fokus auf der Konzeptentwicklung eines Serious Games für die Fachhochschule Aachen. Abgeleitet von Motivationstheorien, Game Design Frameworks und Eigenschaften von digitalen spielerischen Konzepten wurde ein Vorgehensmodell zur Konzeptentwicklung eines Serious Games erstellt. Wichtige Punkte für die Anwendung waren eine intensive Austauschmöglichkeiten für Studierende und das Integrieren dieser in die Lehrveranstaltungen der FH-Aachen. In der abschließenden Evaluation wurde positives Feedback der Studierenden eingeholt und damit das Ziel der Arbeit erreicht. Zusätzlich wurde für das erarbeitete Konzept die Wirtschaftlichkeit überprüft. Dafür wurde während der Bearbeitungszeit mit einem aufgestellten Team ein Business Plan für das Förderprogramm Start-Up transfer.NRW entwickelt. KW - Serious Game KW - Digitale Lehre KW - Digital Game Based Learning KW - Education KW - Gamification Y1 - 2021 ER - TY - CHAP A1 - Grund, Raphael M. A1 - Altherr, Lena ED - Reiff-Stephan, Jörg ED - Jäkel, Jens ED - Schwarz, André T1 - Development of an open source energy disaggregation tool for the home automation platform Home Assistant T2 - Tagungsband AALE 2023 : mit Automatisierung gegen den Klimawandel N2 - In order to reduce energy consumption of homes, it is important to make transparent which devices consume how much energy. However, power consumption is often only monitored aggregated at the house energy meter. Disaggregating this power consumption into the contributions of individual devices can be achieved using Machine Learning. Our work aims at making state of the art disaggregation algorithms accessibe for users of the open source home automation platform Home Assistant. KW - Home Automation Platform KW - Home Assistant KW - Open Source KW - Machine Learning KW - Energy Disaggregation Y1 - 2023 SN - 978-3-910103-01-6 U6 - https://doi.org/10.33968/2023.02 N1 - 19. AALE-Konferenz. Luxemburg, 08.03.-10.03.2023. BTS Connected Buildings & Cities Luxemburg (Tagungsband unter https://doi.org/10.33968/2023.01) SP - 11 EP - 20 PB - le-tex publishing services GmbH CY - Leipzig ER - TY - PAT A1 - Bragard, Michael A1 - Hüning, Felix A1 - Kowalewski, Paul T1 - Vorrichtung zur Relativlagenbestimmung [Offenlegungschrift] N2 - Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Relativlage zwischen einem feststehenden Teil und einem zu demselben in eine Bewegungsrichtung bewegbaren beweglichen Teil, wobei der feststehende Teil mit einem Wiegandsensor versehen ist, wobei der Wiegandsensor zwischen zwei gegenpolig zueinander ausgebildeten Permanentmagneten angeordnet ist und dass der bewegliche Teil eine Mehrzahl von beabstandet zueinander angeordneten Magnetisierungsstegen aus einem magnetisch leitenden Material aufweist, die in der Bewegungsrichtung zumindest eine gleich große Erstreckung aufweisen wie der Permanentmagnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten Magnetisierungsstegen derart gewählt ist, dass in einer ersten Relativlage ein erster Permanentmagnet von einem der Magnetisierungsstege überdeckt ist und ein zweiter Permanentmagnet nicht von einem der Magnetisierungsstege überdeckt ist. Y1 - 2023 N1 - Offenlegungschrift zu DE102022115350A1 2023.12.21 ER - TY - CHAP A1 - Wittig, M. A1 - Rütters, René A1 - Bragard, Michael ED - Reiff-Stephan, Jörg ED - Jäkel, Jens ED - Schwarz, André T1 - Application of RL in control systems using the example of a rotatory inverted pendulum T2 - Tagungsband AALE 2024 : Fit für die Zukunft: praktische Lösungen für die industrielle Automation N2 - In this paper, the use of reinforcement learning (RL) in control systems is investigated using a rotatory inverted pendulum as an example. The control behavior of an RL controller is compared to that of traditional LQR and MPC controllers. This is done by evaluating their behavior under optimal conditions, their disturbance behavior, their robustness and their development process. All the investigated controllers are developed using MATLAB and the Simulink simulation environment and later deployed to a real pendulum model powered by a Raspberry Pi. The RL algorithm used is Proximal Policy Optimization (PPO). The LQR controller exhibits an easy development process, an average to good control behavior and average to good robustness. A linear MPC controller could show excellent results under optimal operating conditions. However, when subjected to disturbances or deviations from the equilibrium point, it showed poor performance and sometimes instable behavior. Employing a nonlinear MPC Controller in real time was not possible due to the high computational effort involved. The RL controller exhibits by far the most versatile and robust control behavior. When operated in the simulation environment, it achieved a high control accuracy. When employed in the real system, however, it only shows average accuracy and a significantly greater performance loss compared to the simulation than the traditional controllers. With MATLAB, it is not yet possible to directly post-train the RL controller on the Raspberry Pi, which is an obstacle to the practical application of RL in a prototyping or teaching setting. Nevertheless, RL in general proves to be a flexible and powerful control method, which is well suited for complex or nonlinear systems where traditional controllers struggle. KW - Rotatory Inverted Pendulum KW - MPC KW - LQR KW - PPO KW - Reinforcement Learning Y1 - 2024 SN - 978-3-910103-02-3 U6 - https://doi.org/10.33968/2024.53 N1 - 20. AALE-Konferenz. Bielefeld, 06.03.-08.03.2024. (Tagungsband unter https://doi.org/10.33968/2024.29) SP - 241 EP - 248 PB - le-tex publishing services GmbH CY - Leipzig ER - TY - CHAP A1 - Altherr, Lena A1 - Döring, Bernd A1 - Frauenrath, Tobias A1 - Groß, Rolf A1 - Mohan, Nijanthan A1 - Oyen, Marc A1 - Schnittcher, Lukas A1 - Voß, Norbert ED - Reiff-Stephan, Jörg ED - Jäkel, Jens ED - Schwarz, André T1 - DiggiTwin: ein interdisziplinäres Projekt zur Nutzung digitaler Zwillinge auf dem Weg zu einem klimaneutralen Gebäudebestand T2 - Tagungsband AALE 2024 : Fit für die Zukunft: praktische Lösungen für die industrielle Automation N2 - Im Hinblick auf die Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland konzentriert sich das Projekt Diggi Twin auf die nachhaltige Gebäudeoptimierung. Grundlage für eine ganzheitliche Gebäudeüberwachung und -optimierung bildet dabei die Digitalisierung und Automation im Sinne eines Smart Buildings. Das interdisziplinäre Projekt der FH Aachen hat das Ziel, ein bestehendes Hochschulgebäude und einen Neubau an klimaneutrale Standards anzupassen. Im Rahmen des Projekts werden bekannte Verfahren, wie das Building Information Modeling (BIM), so erweitert, dass ein digitaler Gebäudezwilling entsteht. Dieser kann zur Optimierung des Gebäudebetriebs herangezogen werden, sowie als Basis für eine Erweiterung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) dienen. Mithilfe von Sensortechnologie und künstlicher Intelligenz kann so ein präzises Monitoring wichtiger Gebäudedaten erfolgen, um ungenutzte Energieeinsparpotenziale zu erkennen und zu nutzen. Das Projekt erforscht und setzt methodische Erkenntnisse zu BIM und digitalen Gebäudezwillingen praxisnah um, indem es spezifische Fragen zur Energie- und Ressourceneffizienz von Gebäuden untersucht und konkrete Lösungen für die Gebäudeoptimierung entwickelt. KW - Anomalieerkennung KW - IoT KW - Überwachung & Optimierung KW - DiggiTwin KW - BIM KW - Smart Building KW - Digitalisierung Y1 - 2024 SN - 978-3-910103-02-3 U6 - https://doi.org/10.33968/2024.67 N1 - 20. AALE-Konferenz. Bielefeld, 06.03.-08.03.2024 (Tagungsband unter https://doi.org/10.33968/2024.29) SP - 341 EP - 346 PB - le-tex publishing services GmbH CY - Leipzig ER - TY - PAT A1 - Hüning, Felix T1 - Positionssensorvorrichtung N2 - Die Erfindung betrifft eine Positionssensorvorrichtung zur Bestimmung einer Absolutposition eines beweglichen ersten Teils relativ zu einem ortsfesten zweiten Teil mit einem mit dem beweglichen ersten Teil gekoppelter Codekörper, der dazu eingerichtet ist, eine Codespur mit einer Mehrzahl von in Spurrichtung aufeinanderfolgenden Codeelementen zu enthalten zur Bildung eines Codewortes, mit einer magnetischen Detektionseinrichtung zur Detektion der Codespur, wobei die Detektionseinrichtung zum einen an dem Codekörper befestigte und entlang der Spurrichtung in einem solchen Abstand gegenpolig zueinander angeordnete Permanentmagneten aufweist, dass der Abstand mit einer vorgegebenen Länge der jeweiligen Codeelemente übereinstimmt, und zum anderen eine Anzahl von ortsfest und quer zu dem Codekörper versetzt angeordnete Wiegandsensoren aufweist, wobei der Abstand des Wiegandsensors zu einer Erstreckungsebene der Permanentmagneten derart gewählt ist, dass bei Überdeckung des Wiegandsensors durch den Permanentmagneten ein Wiegandpuls in dem Wiegandsensor induziert wird. Y1 - 2024 ER -