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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.
Neurophysiologisch ist das nicht alles zu erklären : Nahtoderfahrungen aus wissenschaftlicher Sicht
(2017)
Reinigungsprozesse in der Lebensmittelindustrie. Entwicklung eines Demonstrators zur Überwachung
(2017)
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.
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.
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.
Es werden Effizienzbegriffe zum Vergleich von statistischen Tests basierend auf verschiedenen statistischen Experimenten eingeführt. Dabei handelt es sich um die schon aus dem Vergleich von statistischen Tests in je demselben Modell bekannten asymptotischen relativen Effizienzen wie die Hodges-Lehmann-Effizienz, die Bahadur-Effizienz und die Pitman-Effizienz sowie um Kriterien basierend auf Volumina von Konfidenzbereichen. Effizienzaussagen werden unter anderem für Likelihood-Quotienten-Tests und Waldsche Tests im Rahmen eines allgemeinen multivariaten parametrischen Modells erhalten. Statistische Tests zur Prüfung von Hypothesen über die relative Wirksamkeit zweier Experimente werden vorgeschlagen. Auf der Grundlage der erhaltenen Ergebnisse erfolgt ein Vergleich der Wirksamkeit von korrespondierenden Verfahren bei verbundener Stichprobenerhebung und unabhängiger Stichprobenerhebung. Die Rolle der Kovarianzmatrix bei verbundener Stichprobenerhebung wird insbesondere unter der Annahme, dass die zugrunde liegenden Verteilungen durch k-parametrische Exponentialfamilien modellierbar sind, herausgearbeitet. Verbindungen zu Effizienzbegriffen bei Punkt- und Konfidenzbereichsschätzverfahren werden aufgezeigt. Ausführlichere Untersuchungen betreffen die korrespondierenden Hotellingschen T²-Tests im multivariaten Normalverteilungsfall, die klassischen Homogenitatstests bei k × k-Kontingenztafeln und die Wilcoxon Tests in nichtparametrischen Lagealternativmodellen
Unser Schlüssel zur Ewigkeit
(2015)
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.
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.
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.
Chemische Sensoren mit Bariumstrontiumtitanat als funktionelle Schicht zur Multiparameterdetektion
(2013)
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.
"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.
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.
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.
Beim Ausbau nachhaltiger, regenerativer Energieversorgung hat die Umwandlung von organischer Biomasse in Biogas ein großes Potential. Der zugrundeliegende, komplexe biologische Prozess wird noch immer unzureichend verstanden und bedarf systematischer Untersuchungen der Prozessparameter, um einen hohen Ertrag bei guter Gasqualität zu ermöglichen. Die Fragestellungen zur Entschlüsselung des Prozesses sind sowohl verfahrenstechnischer als auch mikrobiologischer Natur. Aus mikrobiologischer Sicht ist die Kenntnis der tatsächlich beteiligten prozesstragenden Mikroorganismen von erheblicher Bedeutung, aus verfahrenstechnischer Sicht die Kenntnis der physikalischen und chemischen Faktoren, welche die mikrobiologischen Prozesse und kontrollieren. Im Zusammenspiel aller dieser Parameter wird die Biogasbildung befördert oder behindert, bis zum Abbruch des Prozesses.
Eine mögliche Kontrollmethode ist die Messung der metabolischen Aktivität prozesstragender Organismen.
Diese soll, beruhend auf fundierten Prozessdaten, gewonnen durch eine Parallelanlage, mit einem lichtadressierbaren potentiometrischen Sensor-System (LAPS) realisiert werden. Dieser Sensor ist in der Lage, pH-Wert-änderungen zu detektieren, die durch den Stoffwechsel der auf dem Chip immobilisierten Organismen hervorgerufen werden, um eine Online-Überwachung von Biogasanlagen zu ermöglichen.
Mathematik im ingenieurwissenschaftlichen Bachelorstudium : Lösung der Übungs- und Klausuraufgaben
(2010)
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.
Bestimmung der metabolischen Aktivität von Mikroorganismen während des Biogasbildungsprozesses
(2009)
Online-Messsysteme für die automatisierte Charakterisierung von feldeffektbasierten Biosensoren
(2007)