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Die Bereitstellung von nachhaltig erzeugtem Wasserstoff als Energieträger und Rohstoff ist eine wichtige Schlüsseltechnologie sowohl als Ersatz für fossile Energieträger, aber auch als Produkt im Zusammenhang mit Kreislaufprozessen. In der Abwasserbehandlung bestehen verschiedene Möglichkeiten Wasserstoff herzustellen. Mehrere Wege, mögliche Synergien, aber auch deren Nachteile werden vorgestellt.
Schlafspindeln – Funktion, Detektion und Nutzung als Biomarker für die psychiatrische Diagnostik
(2022)
Hintergrund:
Die Schlafspindel ist ein Graphoelement des Elektroenzephalogramms
(EEG), das im Leicht- und Tiefschlaf beobachtet werden kann. Veränderungen der
Spindelaktivität wurden für verschiedene psychiatrische Erkrankungen beschrieben. Schlafspindeln zeigen aufgrund ihrer relativ konstanten Eigenschaften Potenzial als Biomarker in der psychiatrischen Diagnostik.
Methode:
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über den Stand der Wissenschaft
zu Eigenschaften und Funktionen der Schlafspindeln sowie über beschriebene
Veränderungen der Spindelaktivität bei psychiatrischen Erkrankungen. Verschiedene methodische Ansätze und Ausblicke zur Spindeldetektion werden hinsichtlich deren Anwendungspotenzial in der psychiatrischen Diagnostik erläutert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung:
Während Veränderungen der Spindelaktivität
bei psychiatrischen Erkrankungen beschrieben wurden, ist deren exaktes Potenzial für die psychiatrische Diagnostik noch nicht ausreichend erforscht. Diesbezüglicher Erkenntnisgewinn wird in der Forschung gegenwärtig durch ressourcenintensive und fehleranfällige Methoden zur manuellen oder automatisierten Spindeldetektion ausgebremst. Neuere Detektionsansätze, die auf Deep-Learning-Verfahren basieren, könnten die Schwierigkeiten bisheriger Detektionsmethoden überwinden und damit neue Möglichkeiten für die praktisch
Kinematics and kinetics of handcycling propulsion at increasing workloads in able-bodied subjects
(2018)
In Paralympic sports, biomechanical optimisation of movements and equipment seems to be promising for improving performance. In handcycling, information about the biomechanics of this sport is mainly provided by case studies. The aim of the current study was (1) to examine changes in handcycling propulsion kinematics and kinetics due to increasing workloads and (2) identify parameters that are associated with peak aerobic performance. Twelve non-disabled male competitive triathletes without handcycling experience voluntarily participated in the study. They performed an initial familiarisation protocol and incremental step test until exhaustion in a recumbent racing handcycle that was attached to an ergometer. During the incremental test, tangential crank kinetics, 3D joint kinematics, blood lactate and ratings of perceived exertion (local and global) were identified. As a performance criterion, the maximal power output during the step test (Pmax) was calculated and correlated with biomechanical parameters. For higher workloads, an increase in crank torque was observed that was even more pronounced in the pull phase than in the push phase. Furthermore, participants showed an increase in shoulder internal rotation and abduction and a decrease in elbow flexion and retroversion. These changes were negatively correlated with performance. At high workloads, it seems that power output is more limited by the transition from pull to push phase than at low workloads. It is suggested that successful athletes demonstrate small alterations of their kinematic profile due to increasing workloads. Future studies should replicate and expand the test spectrum (sprint and continuous loads) as well as use methods like surface electromyography (sEMG) with elite handcyclists.
Mit modernen nicht invasiven bildgebenden Verfahren lassen sich anhand der Fundusfotografie bzw. der optischen Verfilmung Aspekte der funktionellen und strukturellen retinalen Gefäßveränderungen objektiv untersuchen. Der Zustand und das Verhalten retinaler Gefäße beeinflussen im prä-, post- und kapillaren Bereich den Blutfluss und strömungsbedingte Stoffwechselverhältnisse passiv und aktiv über den Gefäßdurchmesser. Retinale Gefäße gleichen von Aufbau und Funktion den zerebralen Gefäßen und spiegeln den Zustand der Mikrozirkulation wider. Mithilfe von aus den Gefäßweiten berechneten Biomarkern soll eine Aussage über die Prognose von systemischen vaskulär bedingten Erkrankungen getroffen werden. Die statische retinale Gefäßanalyse befasst sich mit der Untersuchung des Zustandes der prä- und postkapillaren Gefäßdurchmesser der retinalen Mikrozirkulation anhand einer optischen Fundusaufnahme. Bei der dynamischen retinalen Gefäßanalyse wird der Längsschnitt eines retinalen Gefäßes nicht invasiv funktionell und strukturell über einen Zeitraum vor, während und nach einer spezifischen vaskulären Stimulation untersucht. Die genaue Methodologie der Auswertung und die Bezeichnung der Parameter variieren bei unterschiedlichen Ansätzen. Mittels retinaler Gefäßanalyse wurden bislang mehrere klinische Querschnitts- und Interventionsstudien in der Augenheilkunde und anderen Fachgebieten, inkl. Kardiologie, Neurologie, Neurochirurgie, Nephrologie, Gynäkologie, Sportmedizin, Diabetologie, Hypertensiologie usw. durchgeführt. Mit der statischen retinalen Gefäßanalyse steht eine kostengünstige, reproduzierbare, nicht invasive Screeningtechnik zur Verfügung, um eine prognostische Aussage über die Gefäßgesundheit eines individuellen Patienten zu treffen. Die dynamische retinale Gefäßanalyse besitzt ein weiteres diagnostisches Anwendungsspektrum als die statische, da sie das Verhalten retinaler Gefäße zeitkontinuierlich untersucht. Die Evaluation vaskulärer Erkrankungen sowie zerebro- bzw. kardiovaskulärer Morbidität und Mortalität mittels mehrerer methodologischer Modalitäten retinaler Gefäßanalyse mit ihren jeweiligen quantitativen Biomarkern bietet eine zukunftsträchtige diagnostische Perspektive. Die interdisziplinäre klinische Anwendung dieser vaskulären Biomarker gewinnt zunehmend an Bedeutung, sowohl in der Augenheilkunde als auch in anderen Fachgebieten.
Zusammenfassung: In der Orthopädie zählt der therapeutische Ultraschall als Mittel zur Prävention und Therapiebegleitung. Er hat mechanische, thermische und physiko-chemische Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Um mehr Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen zu erlangen, wurden Versuche an einem Hydrogel-Phantom und an Probanden durchgeführt. Dabei entstand eine signifikante Erwärmung des Gewebes, welche beim Probandenversuch an der Oberfläche und beim Hydrogelversuch in der Tiefe gemessen wurde.
Summary: In orthopaedics, therapeutic ultrasound is a tool of prevention and therapy support. It has mechanical, thermal and physico-chemical effects on the human body. Tests with a hydrogel phantom and with human probands have been performed in order to obtain more knowledge about their thermal effects. Both tests measured temperature increases in cell tissue, on the surface with the human proband test and in depth with the hydrogel phantom test.
Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie. Entwicklung eines Demonstrators zur Überwachung
(2017)
Der vorliegende Artikel fokussiert sich auf die weibliche Belastungsinkontinenz als Insuffizienz der Speicherfunktion der Blase, auch wenn im klinischen Alltag die Harninkontinenz der Frau häufig verschiedene Ursachen hat und insbesondere eine Belastungsinkontinenz im Alter und bei neurologischer Komorbidität nur selten isoliert vorkommt.
Das kleine Becken der Frau ist sowohl als Funktions- als auch als strukturelle Einheit zu betrachten. Dabei unterliegen bei der Frau Blase, Harnröhre, Gebärmutter und Enddarm sowie die muskulären und ligamentösen Strukturen des kleinen Beckens durch Fertilitätsphase, mögliche Schwangerschaften, Geburten und Menopausen-Phase, über das „normale Altern“ hinaus, gravierenden Veränderungen.
This article focuses on female stress incontinence in the form of pelvic floor dysfunction and urethral sphincter deficiency, although isolated stress incontinence accounts for less than half of all incontinence cases. Especially in women of old age and those with neurological comorbidities, the causes of incontinence are mostly multifactorial. Also it has to be considered that the female bladder, urethra, uterus and rectum as well as the muscular and ligamentous structures of the female pelvis minor are affected by phases of fertility, possible pregnancies, births and menopause in addition to the normal ageing process.
Robotergestütztes System für ein verbessertes neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker
(2016)
Neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker ist ein wichtiger Bestandteil in der Rehabilitation und Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen. Effektives Training erfordert hohe Muskelkräfte, die gleichzeitig hohe Belastungen von bereits geschädigten Strukturen bedeuten. Um trainingsinduzierte Schädigungen zu vermeiden, müssen diese Kräfte kontrolliert werden. Mit heutigen Trainingsgeräten können diese Ziele allerdings nicht erreicht werden. Für ein sicheres und effektives Training sollen durch den Einsatz der Robotik, Sensorik, eines Regelkreises sowie Muskel-Skelett-Modellen Belastungen am Zielgewebe direkt berechnet und kontrolliert werden. Auf Basis zweier Vorstudien zu möglichen Stellgrößen wird der Aufbau eines robotischen Systems vorgestellt, das sowohl für Forschungszwecke als auch zur Entwicklung neuartiger Trainingsgeräte verwendet werden kann.
Neurophysiologisch ist das nicht alles zu erklären : Nahtoderfahrungen aus wissenschaftlicher Sicht
(2017)
Hintergrund
Die Anwendung und das Verständnis von Statistik sind sehr wichtig für die biomedizinische Forschung und für die klinische Praxis. Dies gilt insbesondere auch zur Abschätzung der Möglichkeiten unterschiedlichster Diagnostik- und Therapieoptionen beim Glaukom. Die scheinbare Komplexität der Statistik, die zum Teil dem „gesunden Menschenverstand“ zu widersprechen scheint, zusammen mit der nur vorsichtigen Akzeptanz der Statistik bei vielen Medizinern können zu bewussten und unbewussten Manipulationen bei der Datendarstellung und -interpretation führen.
Ziel der Arbeit
Ziel ist die verständliche Darstellung einiger typischer Fehler in der medizinisch-statistischen Datenbehandlung.
Material und Methoden
Anhand hypothetischer Beispiele aus der Glaukomdiagnostik erfolgen die Darstellung der Wirkung eines hypotensiven Medikamentes sowie die Beurteilung der Ergebnisse eines diagnostischen Tests. Es werden die typischsten statistischen Einsatzbereiche und Irrtumsquellen ausführlich und verständlich analysiert
Ergebnisse
Mechanismen von Datenmanipulation und falscher Dateninterpretation werden aufgeklärt. Typische Irrtumsquellen bei der statistischen Auswertung und Datendarstellung werden dabei erläutert.
Schlussfolgerungen
Die erläuterten praktischen Beispiele zeigen die Notwendigkeit, die Grundlagen der Statistik zu verstehen und korrekt anwenden zu können. Fehlendes Grundlagenwissen und Halbwissen der medizinischen Statistik können zu folgenschweren Missverständnissen und falschen Entscheidungen in der medizinischen Forschung, aber auch in der klinischen Praxis führen.
Visualization of the recovery process of defects in a cultured cell layer by chemical imaging sensor
(2016)
The chemical imaging sensor is a field-effect sensor which is able to visualize both the distribution of ions (in LAPS mode) and the distribution of impedance (in SPIM mode) in the sample. In this study, a novel cell assay is proposed, in which the chemical imaging sensor operated in SPIM mode is applied to monitor the recovery of defects in a cell layer brought into proximity of the sensing surface. A reduced impedance at a defect formed artificially in a cell layer was successfully visualized in a photocurrent image. The cell layer was cultured over two weeks, during which the temporal change of the photocurrent distribution corresponding to the recovery of the defect was observed.
Agil ist im Trend und immer mehr Unternehmen, die ihre Projekte bisher nach klassischen Prinzipien durchführten, denken über den Einsatz agiler Methoden nach. Doch selbst wenn die Organisation bereits beide Philosophien unterstützt, gilt für ein Projekt meist die klare Vorgabe: agil oder klassisch. Es gibt aber noch einen anderen Ansatz, mit diesen "unterschiedlichen Welten" umzugehen: Und zwar die beiden Philosophien innerhalb eines Projekts zu kombinieren. Wie dies in der Praxis aussehen und gelingen kann, zeigen Dr. Michael Kirchhof und Prof. Dr. Bodo Kraft in diesem Beitrag.
Die Detektion von Schadstoffen repräsentiert in der Umweltanalytik eine wichtige Aufgabenstellung. Gerade die Abwasser- bzw. Brauchwasseranalytik sowie die Prozesskontrolle haben einen hohen Stellenwert. Siliziumbasierte Dünnschichtsensoren bieten eine kostengünstige Möglichkeit, „online“-Messungen bzw. Vor-Ort-Messungen zeitnah durchzuführen. In dieser Arbeit wird ein potentiometrisches Sensorarray auf der Basis von Chalkogenidgläsern zur Detektion von Schwermetallen in wässrigen Medien vorgestellt.
Nah- versus Nachtoderfahrungen
Nahtoderfahrungen (NTE) sind ein Phänomen aus der Kategorie „außergewöhnliche Bewusstseinserfahrungen“. Sie treten in unmittelbarer Nähe des eigenen Todes auf. Oft, aber nicht immer, handelt es sich dabei um Erfahrungen von Personen, die durch ärztliche Maßnahmen wiederbelebt wurden und später davon berichten (NTE-ler). Jedoch kommen solche Phänomene auch bei Menschen vor, die während einer schweren Erkrankung eine lebensbedrohliche Krise haben, hiervon aber spontan genesen.
Den NTE ähnlich sind auch sogenannte Nachtod-erfahrungen sowie spontane Erlebnisse, die im Rahmen anderer außergewöhnlicher Stresssituationen auftreten. Von Nachtoderfahrungen spricht man, wenn die Betroffenen anlässlich des Todes von geliebten Angehörigen oder Freunden Erlebnisse haben, die inhaltlich ebenfalls, zumindest aber teilweise, denen von NTE entsprechen.
Nachtoderfahrungen sowie spontane NTE-ähnliche Erlebnisse unterscheiden sich jedoch von den echten NTE zumeist sowohl quantitativ als auch qualitativ. Unter einem quantitativen Unterschied versteht man in diesem Zusammenhang eine in der Regel geringer ausgeprägte Komplexität, als sie sehr vielen NTE zu eigen ist. Da sich aber auch viele NTE selbst bezüglich ihrer Komplexität unterscheiden, ist der Hauptunterschied qualitativer Natur: Echte NTE besitzen gegenüber den anderen hier erwähnten Phänomenen eine größere inhaltliche und emotionale Tiefe. Sie begleiten die Betroffenen anschließend ein Leben lang – zumeist mit positiven, in Einzelfällen aber auch mit negativen Folgen, die bis zu einem späteren Suizid reichen können.
Die genannten außergewöhnlichen Bewusstseinsphänomene lassen sich in ihrer Gesamtheit bei rund 5 % der Bevölkerung finden. NTE im Speziellen haben hiervon einen durchaus bedeutenden Anteil. Je nach Studie geben zwischen 18 % und 40 % aller Personen, die reanimiert wurden, an, währenddessen eine NTE erlebt zu haben. Dass nicht alle eine solche Erfahrung machen, wird von Kritikern gern dahingehend interpretiert, NTE seien rein physiologischer und keineswegs spiritueller Natur. Jedoch sollte man bedenken, dass im Fall einer rein neurophysiologischen Grundlage von NTE dann bei jedem ein solches Phänomen zu erwarten wäre, so wie beispielsweise auch die Symptome einer Hypoglykämie im Wesentlichen immer dieselben sind.
"Biologie trifft Mikroelektronik", das Motto des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) an der FH Aachen, unterstreicht die zunehmende Bedeutung interdisziplinär geprägter Forschungsaktivitäten. Der thematische Zusammenschluss grundständiger Disziplinen, wie die Physik, Elektrotechnik, Chemie, Biologie sowie die Materialwissenschaften, lässt neue Forschungsgebiete entstehen, ein herausragendes Beispiel hierfür ist die Nanotechnologie: Hier werden neue Werkstoffe und Materialien entwickelt, einzelne Nanopartikel oder Moleküle und deren Wechselwirkung untersucht oder Schichtstrukturen im Nanometerbereich aufgebaut, die neue und vorher nicht bekannte Eigenschaften hervorbringen.
Vor diesem Hintergrund bündelt das im Jahre 2006 gegründete INB die an der FH Aachen vorhandenen Kompetenzen von derzeit insgesamt sieben Laboratorien auf den Gebieten der Halbleitertechnik und Nanoelektronik, Nanostrukturen und DNA-Sensorik, der Chemo- und Biosensorik, der Enzymtechnologie, der Mikrobiologie und Pflanzenbiotechnologie, der Zellkulturtechnik, sowie der Roten Biotechnologie synergetisch. In der Nano- und Biotechnologie steckt außergewöhnliches Potenzial! Nicht zuletzt deshalb stellen sich die Forscher der Herausforderung, in diesem Bereich gemeinsam zu forschen und Schnittstellen zu nutzen, um so bei der Gestaltung neuartiger Ideen und Produkte mitzuwirken, die zukünftig unser alltägliches Leben verändern werden.
Im Folgenden werden die verschiedenen Forschungsbereiche kurz zusammenfassend vorgestellt und vorhandene Interaktionen anhand von exemplarisch ausgewählten, aktuellen Forschungsprojekten skizziert.
The concept of an injective affine embedding of the quantum states into a set of classical states, i.e., into the set of the probability measures on some measurable space, as well as its relation to statistically complete observables is revisited, and its limitation in view of a classical reformulation of the statistical scheme of quantum mechanics is discussed. In particular, on the basis of a theorem concerning a non-denseness property of a set of coexistent effects, it is shown that an injective classical embedding of the quantum states cannot be supplemented by an at least approximate classical description of the quantum mechanical effects. As an alternative approach, the concept of quasi-probability representations of quantum mechanics is considered.
Einschränkung von Taluskippung und -vorschub durch Sprunggelenkorthesen nach fibularer Bandruptur
(2013)
Die fibulare Bandruptur zählt zu einer der am häufigsten auftretenden Verletzungen des
Bewegungsapparats. In den meisten Fällen wird heute die konservativ frühfunktionelle Therapie mit Sprunggelenkorthesen allgemein bevorzugt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden 14 verschiedene Sprunggelenkorthesen im Hinblick auf ihre Einschränkung von Taluskippung und Talusvorschub
untersucht. Zur Simulation einer fibularen Bandruptur wurde ein Unterschenkelmodell aus Holz mit Fußteil, mit angelegten Orthesen in einen Scheuba-Halteapparat eingespannt und mit 150 N seitlich sowie anterior-posterior belastet. Anhand der erstellten "gehaltenen" Röntgenaufnahmen konnten Taluskippung und Talusvorschub jeder einzelnen Orthese eindeutig bestimmt werden. Die meisten Orthesen erreichten zufriedenstellende Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass vor allem eine eng anliegende, im Gelenkbereich anatomisch angepasste Form vorteilhaft zu sein scheint.
A 2-dimensional detector system for high resolution thyroid I-131 scintigraphy was developed. It has a sensitive area of 4 cm×4 cm and consists of a lead-collimator and an array of 10×10 EGO crystals combined with a position sensitive photomultiplier. The spatial resolution and the sensitivity of the detector has been measured and compared to two commercially available gamma-cameras. Furthermore first patient measurements have been carried out
Ein 34-jähriger männlicher Patient stellte sich zur Abklärung einer seit dem 9. Lebensjahr bestehenden und im letzten Jahr rasch progredienten Visusminderung beider Augen bei uns vor. Er beschrieb eine subjektiv zunehmende, im Spiegel für ihn selbst sichtbare, weißliche Trübung in der Pupille beidseits und eine starke Blendempfindlichkeit. Nebenbefundlich gab er rezidivierende Konjunktivitiden und morgens verklebte Lider an. Eine Allergie auf Gräserpollen und eine Unverträglichkeit auf Alkohol sowie mehrere Lebensmittel seien ebenfalls bekannt.
Zusätzlich leidet der Patient an stark ausgeprägtem atopischem Ekzem. Dieses wurde nie systemisch, sondern nur bei Bedarf mit kortisonhaltiger Salbe therapiert.
Bilaterale stromale Hornhauttrübungen sind für den Augenarzt eine differenzialdiagnostische Herausforderung. Im folgenden Beitrag werden 2 Patieninnen (30 und 36 Jahre) mit unterschiedlich stark ausgeprägter stromaler diffuser Hornhauttrübung vorgestellt. Patientin 1 war kleinwüchsig (114 cm) und Patientin 2 normal groß (172 cm). Beide Patientinnen wiesen veränderte Gelenkstrukturen an Hand und Fußgelenken sowie diffuse stromale Hornhauttrübungen auf. Des Weiteren lagen eine Mitral- und Aorteninsuffizienz (Patientin 1) bzw. eine Aorteninsuffizienz (Patientin 2) vor. Die stromalen diffusen Hornhauttrübungen ließen im Zusammenhang mit den Gelenkveränderungen ein Scheie-Syndrom vermuten. Therapeutisch ist bei Patienten mit Visusminderung eine (lamelläre) Keratoplastik sinnvoll.
Im Beitrag wird zunächst das Verfahren eines dynamischen elektro-geometrischen Modells vorgestellt. Dieses arbeitet im Gegensatz zum klassischen Blitzkugel-Verfahren nicht mit konstanten Radien; vielmehr wird der Radius der Blitzkugel variiert. Dabei werden ausschließlich vorhandene und in internationalen Normen anerkannte Ergebnisse, blitzphysikalische Grundlagen und Untersuchungen verwendet, und auf deren Grundlage ein numerisches Verfahren erarbeitet. Mit dem dynamischen elektro-geometrischen Modell werden dann einige Beispiele des Schutzes mit Fangstangen, die gemäß dem klassischen Blitzkugel-Verfahren nach DIN EN 62305-3 für die Schutzklassen I – II – III – IV geplant sind, untersucht. Es wird gezeigt, dass die Einfangwirksamkeiten wesentlich höher sind als in der Normenreihe DIN EN 62305 selbst angegeben. Grund dafür ist die Tatsache, dass das Blitzkugel-Verfahren sehr konservativ aufgebaut ist und dem Planer von Blitzschutzsystemen nur die möglichen Stellen für einen Einschlag aufzeigt, ohne eine Bewertung der Einschlagshäufigkeit zu liefern. Andererseits bedeutet dies jedoch, dass man mit dem klassischen Blitzkugel-Verfahren stets auf der „sicheren Seite“ liegt.