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Turbulent dispersion in bounded horizontal jets : RANS capabilities and physical modeling comparison
(2016)
Low-end-Embedded-Plattformen stellen eine hohe Anforderung an die Entscheidungsfähigkeit des Entwicklers: Zum nächstgrößeren Prozessor greifen und ein Betriebssystem benutzen oder doch besser auf das Betriebssystem verzichten? Die Frage lässt sich einfach beantworten: Einen Nanokernel verwenden und das Embedded-System mit einem minimalen Footprint realisieren. Adam Dunkels Protothreads sind eine ausgesprochen effiziente Art, Mikrocontroller gut strukturiert zu programmieren und gleichzeitig auf Overhead zu verzichten. So können auch mit kleinen 8-bit-Prozessoren anspruchsvolle Aufgaben in einem Thread-Modell bearbeitet werden. Man muss also nicht immer das Rad neu erfinden oder gleich auf Linux-basierte Systeme zurückgreifen.
Optical flow estimation is known from Computer Vision where it is used to determine obstacle movements through a sequence of images following an assumption of brightness conservation. This paper presents the first study on application of the optical flow method to aerated stepped spillway flows. For this purpose, the flow is captured with a high-speed camera and illuminated with a synchronized LED light source. The flow velocities, obtained using a basic Horn–Schunck method for estimation of the optical flow coupled with an image pyramid multi-resolution approach for image filtering, compare well with data from intrusive conductivity probe measurements. Application of the Horn–Schunck method yields densely populated flow field data sets with velocity information for every pixel. It is found that the image pyramid approach has the most significant effect on the accuracy compared to other image processing techniques. However, the final results show some dependency on the pixel intensity distribution, with better accuracy found for grey values between 100 and 150.
IoT von der Stange
(2016)
To better understand what kinds of sports and exercise could be beneficial for the intervertebral disc (IVD), we performed a review to synthesise the literature on IVD adaptation with loading and exercise. The state of the literature did not permit a systematic review; therefore, we performed a narrative review. The majority of the available data come from cell or whole-disc loading models and animal exercise models. However, some studies have examined the impact of specific sports on IVD degeneration in humans and acute exercise on disc size. Based on the data available in the literature, loading types that are likely beneficial to the IVD are dynamic, axial, at slow to moderate movement speeds, and of a magnitude experienced in walking and jogging. Static loading, torsional loading, flexion with compression, rapid loading, high-impact loading and explosive tasks are likely detrimental for the IVD. Reduced physical activity and disuse appear to be detrimental for the IVD. We also consider the impact of genetics and the likelihood of a ‘critical period’ for the effect of exercise in IVD development. The current review summarises the literature to increase awareness amongst exercise, rehabilitation and ergonomic professionals regarding IVD health and provides recommendations on future directions in research.
Background and Objective
Effective leg extension training at a leg press requires high forces, which need to be controlled to avoid training-induced damage. In order to avoid high external knee adduction moments, which are one reason for unphysiological loadings on knee joint structures, both training movements and the whole reaction force vector need to be observed. In this study, the applicability of lateral and medial changes in foot orientation and position as possible manipulated variables to control external knee adduction moments is investigated. As secondary parameters both the medio-lateral position of the center of pressure and the frontal-plane orientation of the reaction force vector are analyzed.
Methods
Knee adduction moments are estimated using a dynamic model of the musculoskeletal system together with the measured reaction force vector and the motion of the subject by solving the inverse kinematic and dynamic problem. Six different foot conditions with varying positions and orientations of the foot in a static leg press are evaluated and compared to a neutral foot position.
Results
Both lateral and medial wedges under the foot and medial and lateral shifts of the foot can influence external knee adduction moments in the presented study with six healthy subjects. Different effects are observed with the varying conditions: the pose of the leg is changed and the direction and center of pressure of the reaction force vector is influenced. Each effect results in a different direction or center of pressure of the reaction force vector.
Conclusions
The results allow the conclusion that foot position and orientation can be used as manipulated variables in a control loop to actively control knee adduction moments in leg extension training.
In Deutschland liegt der Anteil der Windkraft an der Gesamtstromerzeugung bei 13,3% mit mehr als 25.000 installierten Windenergieanlagen (WEA). Weltweit erfährt die Windbranche ein rasantes Wachstum. Indien und China berichten eine jährliche Wachstumsrate an Neuinstallationen von 45%. Die Technologie zur Erzeugung elektrischer Energie aus Windkraft ist noch vergleichsweise jung. Durch die weltweit steigende Anzahl an Windenergieanlagen wächst zunehmend der Bedarf an innovativen Wartungslösungen. Komponenten wie Generator oder Getriebe sind inzwischen weitestgehend ausgereift. Der Fokus richtet sich zunehmend auf die wesentliche Kernkomponente - die Rotorblätter.
Industriekletterer inspizieren die Rotorblätter oder Türme i.d.R.
in einem zwei Jahres Rhythmus. Sie werden zunehmend durch Seilarbeitsbühnen unterstützt. Für größere Reparaturen kommen Kräne zum Einsatz, mit denen das Rotorblatt für die Instandhaltung demontiert wird. Die Standardinspektion besteht aus Sicht- und Klopfprüfung der Rotorblattoberfläche und ist nur bei sehr ruhiger Wetterlage durchführbar. Seit September 2014 wird das Forschungsprojekt SMART (Scanning, Monitoring, Analysis, Repair and Transportation), Entwicklung einer Wartungsplattform für WEA, vom BMWi gefördert. Das Konsortium besteht aus zwei Firmen und der
Fachhochschule Aachen. Die SMART-Anlage klettert reibschlüssig am Turm der WEA mittels speziellen Kettenfahrwerken (Abbildung) auf- und abwärts. Ein ringförmiges Spannsystems, basierend auf dem Konzept der „Nürnberger“-Schere, erzeugt die erforderliche Anpresskraft für den Kletterprozess. Wettergeschützte Arbeitskabinen ermöglichen die ganzjährige Instandhaltung von Rotorblättern und ebenso Türmen. Dadurch können Wartungsarbeiten auf 24 Stunden am Tag ausgeweitet werden. Der kombinierte Einsatz (Sensorfusion) bildgebender Messtechnik wie Thermografie, Ultraschall, und Terahertz in der Arbeitskabine kann die Dokumentation, Effizienz und Qualität der Instandhaltungsarbeiten erheblich verbessern. Langfristiges Ziel von SMART ist ein Condition Monitoring für Rotorblätter und Türme auf Basis digitalisierter dreidimensionaler Volumenscans. Der kooperative Einsatz mit UAVs erweitert die Instandhaltungsstrategie. UAVs ermöglichen die schnelle, kostengünstige globale optische Inspektion von Rotorblattoberflächen zur Detektion potentieller Fehlstellen. Der „Proof-of-Concept“ Meilenstein wurde mit der Demonstration eines funktionsfähigen Modells im Dezember 2015 erfolgreich abgeschlossen.
Robots are widely used as a vehicle to spark interest in science and technology in learners. A number of initiatives focus on this issue, for instance, the Roberta Initiative, the FIRST Lego League, the World Robot Olympiad and RoboCup Junior. Robotic competitions are valuable not only for school learners but also for university students, as the RoboCup initiative shows. Besides technical skills, the students get some project exposure and experience what it means to finish their tasks on time. But qualifying students for future high-tech areas should not only be for students from developed countries. In this article, we present our experiences with research and education in robotics within the RoboCup initiative, in Germany and South Africa; we report on our experiences with trying to get the RoboCup initiative in South Africa going. RoboCup has a huge support base of academic institutions in Germany; this is not the case in South Africa. We present our ‘north–south’ collaboration initiatives in RoboCup between Germany and South Africa and discuss some of the reasons why we think it is harder to run RoboCup in South Africa.
Replacement tissues, designed to fill in articular cartilage defects, should exhibit the same properties as the native material. The aim of this study is to foster the understanding of, firstly, the mechanical behavior of the material itself and, secondly, the influence of cultivation parameters on cell seeded implants as well as on cell migration into acellular implants. In this study, acellular cartilage replacement material is theoretically, numerically and experimentally investigated regarding its viscoelastic properties, where a phenomenological model for practical applications is developed. Furthermore, remodeling and cell migration are investigated.
To give the exchange of goods and services between the European Union (EU) and the United States (U.S.) new momentum the two parties are currently negotiating the transatlantic free trade agreement Transatlantic Trade and Investment Partnership (TTIP). The aim is to create the largest free trade area in the world. The agreement, once entered into force, will oblige EU countries and the U.S. to further liberalize their markets.
The negotiations on TTIP include a chapter on Electronic Communications/ Telecommunications. The challenge therein will be securing commitments for market access to Electronic Communications services. At the same time, these commitments must reflect the legitimate need for consumer protection issues. The need to reduce Electronic Communications-related non-tariff barriers to trade between the Parties is due to the fact that these markets are heavily regulated. Without transnational rules as to regulations national governments can abuse these regulations to deter the market entry by new (foreign) suppliers. Thus the free trade agreement TTIP affects in many respects regulatory provisions on and access to Electronic Communications markets. The objective of this paper is therefore to examine to what extend the regulatory principles for Electronic Communications markets envisaged under TTIP will result in trade facilitation and regulatory convergence between the EU and the U.S.
As to this question the result of the analysis is that the chapter on Electronic Communications will be an important step towards facilitating trade in Electronic Communications services. At the same time some regulatory convergence will take place, but this convergence will not lead to a (full) harmonization of regulations. Rather the norm, also after TTIP negotiations will have been concluded successfully, will be mutual recognition of different regulatory regimes. Different regulations being the optimal policy response in different market settings will continue to exist. Moreover, it is very unlikely that such regulatory principles for the Electronic Communications sector are a vehicle for a race to the bottom in levels of consumer protection.
We present a new Min-Max theorem for an optimization problem closely connected to matchings and vertex covers in balanced hypergraphs. The result generalizes Kőnig’s Theorem (Berge and Las Vergnas in Ann N Y Acad Sci 175:32–40, 1970; Fulkerson et al. in Math Progr Study 1:120–132, 1974) and Hall’s Theorem (Conforti et al. in Combinatorica 16:325–329, 1996) for balanced hypergraphs.
We prove characterizations of the existence of perfect ƒ-matchings in uniform mengerian and perfect hypergraphs. Moreover, we investigate the ƒ-factor problem in balanced hypergraphs. For uniform balanced hypergraphs we prove two existence theorems with purely combinatorial arguments, whereas for non-uniform balanced hypergraphs we show that the ƒ-factor problem is NP-hard.
An equitable graph coloring is a proper vertex coloring of a graph G where the sizes of the color classes differ by at most one. The equitable chromatic number is the smallest number k such that G admits such equitable k-coloring. We focus on enumerative algorithms for the computation of the equitable coloring number and propose a general scheme to derive pruning rules for them: We show how the extendability of a partial coloring into an equitable coloring can be modeled via network flows. Thus, we obtain pruning rules which can be checked via flow algorithms. Computational experiments show that the search tree of enumerative algorithms can be significantly reduced in size by these rules and, in most instances, such naive approach even yields a faster algorithm. Moreover, the stability, i.e., the number of solved instances within a given time limit, is greatly improved.
Since the execution of flow algorithms at each node of a search tree is time consuming, we derive arithmetic pruning rules (generalized Hall-conditions) from the network model. Adding these rules to an enumerative algorithm yields an even larger runtime improvement.
Analysis of the long-term effect of the MBST® nuclear magnetic resonance therapy on gonarthrosis
(2016)
Inhalt
06 Von Aachen nach Hollywood | Am 5. März 2016 lädt Shawn Bu den Star-Wars-Fanfilm, den er für seine Bachelorarbeit produziert hat, bei YouTube hoch. Was dann passiert, ist einfach unglaublich
16 Es geht aufwärts | FH entwickelt Kletterroboter zur Wartung und Reparatur von Windenergieanlagen
20 Auf den Millimeter genau | FH-Bauingenieure vermessen die Urftstaumauer
24 Auf legendären Rennstrecken | FH-Youngster treten in GT-Motorsportserie an
26 "Unten ist da, wo die Erde ist..." | Astronaut Dr. Thomas Reiter trägt an der FH Aachen vor
30 Von der Kita entspannt in den Hörsaal | Wie man den Spagat zwischen Kindererziehung und Studium meistert
32 "Solidarität ist keine Rosinenpickerei" | Martin Schulz und der Spiegel zu Gast an der FH Aachen
34 Ankommen | Drei Beispiele, wie Menschen an der FH Aachen und in der Region sich mit dem Thema Flucht beschäftigen
36 "Wir sind nicht die großen Retter" | Fotodokumentation von Stephan Klumpp
38 Mehr als nur ein Dach über dem Kopf | Dina Bharucha entwickelt ein ausklappbares Flüchlingshaus
40 "Es wird zu wenig über Fluchtursachen gesprochen" | Knut Paul, Pressesprecher der Bundespolizeiinspektion Aachen, über die Flüchtlingslage in der Aachener Region
42 Pinipas Abenteuer | Eine himmlische Pfannkuchensuche durch Europa
44 Warum es sich lohnt, in Nachwuchs zu investieren | Drei Beispiele aus dem FH-Stipendienprogramm
46 Rückenschmerzen ade | Das Start-up-Unternehmen physiosense entwickelt einen "intelligenten" Bürostuhl
48 Fahren und sparen | FH-Wissenschaftler Jörg Kreyer erforscht, wie der Kraftstoffverbrauch von Nutzfahrzeugen gesenkt werden kann
52 Informationsdesign für die Industrie 4.0 | "ProSense": Fachbereich Gestaltung entwickelt neues Verfahren zur visuellen Darstellung großer Datenmengen
58 Maßgeschneidert für unsere Region | Der Studiengang "Open Borders MBA" richtet sich an Führungskräfte, die grenzüberschreitend arbeiten wollen
60 Rennsport im Miniaturformat| FH unterstützt das Einhard-Gymnasium bei der Junior-Ingenieur-Akademie
61 Mathematik der Herzen
63 Impressum
Inhalt
06 Fast jeder Zweite ist betroffen | Psychosoziale Beratung hilft Studierenden
10 Hacken statt Knacken | IT-Sicherheit im Automobil: Kooperation der FH Aachen mit Interpol
13 Dritter Platz für die FH Aachen beim PR-Bild Award
14 Ich bin ein Berlinger | Tourbus Wolfgang chauffiert keine Rockstars, sondern 3D-Drucker
18 Licht aus, Spot an und ... studieren | Fachbereich Wirtschaftswissenschaften dreht Imagefilm
22 Ein Tropfen Blut genügt | FH-Absolventen forschen in Grundlagenprojekt zu mobilen Geräten, die Malaria diagnostizieren können
24 Die dritte Hand | Babor setzt "Pick-by-Vision"-Datenbrille als weltweit erstes Unternehmen ein - FH-Forscher Prof. Voß war an der Entwicklung beteiligt
30 3 Fragen an den neuen AStA-Vorsitzenden Paul Baumann
32 Maronen-Creme-Suppe
34 Schmerzfrei!? | FH-Mitarbeiter Herbert Meurers war schon tot - und kämpfte sich zurück ins Leben
40 Mit "Sally" über die Weichen | Schienenfahrzeugtechnik an der FH Aachen
44 Sicherheit, Freiheit - und Freude über die Bürokratie | Der Syrer Hasan al Jalloud studiert an der FH Aachen und blickt mit Sorge auf das Geschehen in seinem Heimatland
46 Diese Frau erfüllt keine Klischees | Ana Pérez ist die einzige Frau im Aixtreme-Racing-Team
50 Des Rätsels Lösung: das Bewahren | Gespräch mit Prof. Dr. Heinrich Hemme zum Thema Unterhaltungsmathematik
54 "Da weiß man einfach, was Sache ist" | Bauunternehmer Hubert Schlun über sein Leben, seine Werte, seine FH Aachen
58 Prof. Baumann ist neuer LRK-Vorsitzender | FH-Rektor macht sich für die Fachhochschulen in NRW stark
60 Lehrer mit einem Herz für Holz | Alexander Forbrig nimmt am BeLEK-Programm teil und verbindet sein Studium mit einer Ausbildung zum Berufsschullehrer
63 Impressum
Smoothed Finite Element Methods for Nonlinear Solid Mechanics Problems: 2D and 3D Case Studies
(2016)
The Smoothed Finite Element Method (SFEM) is presented as an edge-based and a facebased techniques for 2D and 3D boundary value problems, respectively. SFEMs avoid shortcomings of the standard Finite Element Method (FEM) with lower order elements such as overly stiff behavior, poor stress solution, and locking effects. Based on the idea of averaging spatially the standard strain field of the FEM over so-called smoothing domains SFEM calculates the stiffness matrix for the same number of degrees of freedom (DOFs) as those of the FEM. However, the SFEMs significantly improve accuracy and convergence even for distorted meshes and/or nearly incompressible materials.
Numerical results of the SFEMs for a cardiac tissue membrane (thin plate inflation) and an artery (tension of 3D tube) show clearly their advantageous properties in improving accuracy particularly for the distorted meshes and avoiding shear locking effects.
Unser Zuhause wird zunehmend intelligenter. Smart Homes bieten uns die Steuerung von Haus- oder Unterhaltungstechnik bequem vom Smartphone aus. Junge Familien nutzen die Technologie, um mittels vernetzten Babymonitorsystemen ihren Nachwuchs von überall aus im Blick zu haben. Davon auszugehen, dass solche Systeme mit einem Fokus auf Sicherheit entwickelt wurden, um die sehr persönlichen Daten zu schützen, ist jedoch ein Trugschluss. Die Untersuchung eines handelsüblichen und keineswegs billigen Systems zeigt, dass die Geräte sehr einfach kompromittiert und missbraucht werden können.
Malware auf Smartphones ist ein Problem, dem auch Strafverfolgungsbehörden immer häufiger gegenüberstehen.
Insbesondere Telefone, bei denen potentiell schadhafte Apps zu einem finanziellen Schaden
geführt haben, finden sich auf den Schreibtischen der Polizei wieder. Dabei müssen die Ermittler möglichst
schnell und gezielt erkennen können, ob eine App tatsächlich schadhaft manipuliert wurde, was
manipuliert wurde und mit wem die App kommuniziert. Klassische Malware-Erkennungsverfahren helfen
zwar bei der generellen Erkennung schadhafter Software, sind aber für die polizeiliche Praxis nicht
geeignet. Dieses Paper stellt ein Programm vor, welches gerade die forensischen Fragestellungen berücksichtigt
und so für den Einsatz in der Strafverfolgung in Frage kommt.
Regardless of size or destination, synthetic biology starts with com-parably small information units, which need to be combined and properly arranged in order to achieve a certain goal. This may be the de novo synthesis of individual genes from oligonucleotides, a shuffling of protein domains in order to create novel biocatalysts, the assembly of multiple enzyme encoding genes in metabolic pathway design, or strain development at the production stage. The CoLibry concept has been designed in order to close the gap between recombinant production of individual genes and genome editing.
Application of the optical flow method to velocity determination in hydraulic structure models
(2016)
The aim of this work was to perform a detailed investigation of the use of Selective Laser Melting (SLM) technology to process eutectic silver-copper alloy Ag 28 wt. % Cu (also called AgCu28). The processing occurred with a Realizer SLM 50 desktop machine. The powder analysis (SEM-topography, EDX, particle distribution) was reported as well as the absorption rates for the near-infrared (NIR) spectrum. Microscope imaging showed the surface topography of the manufactured parts. Furthermore, microsections were conducted for the analysis of porosity. The Design of Experiments approach used the response surface method in order to model the statistical relationship between laser power, spot distance and pulse time.
Für das Auftreten extremer Wetterereignisse werden für Kernkraftwerke Eintrittshäufigkeiten für nicht mehr beherrschbare Zustände von unter 10⁻⁴/a gefordert. Dies gilt auch für die Einwirkung von Blitzeinschlägen. Die bisherige Nachweisführung zu Blitz- und Überspannungsschutz eines KKW in Deutschland ist deterministisch. In diesem Bericht werden das Vorgehen für einen entsprechenden Nachweis für leittechnische Einrichtungen der Sicherheitstechnik von KKW, der zur geforderten Zielgröße der Eintrittshäufigkeit führt. Die Ergebnisse werden zusammenfassend bewertet.
In Anbetracht weltweit zunehmend strengerer klimapolitischer
Ziele steigt auch der Druck für Nutzfahrzeughersteller, effizientere und umweltfreundlichere
Technologien zu entwickeln. Den Blick bei der Bewertung dieser
ausschließlich auf die Fahrzeugnutzung zu richten, ist längst nicht mehr zufriedenstellend.
Im Rahmen dieser Analyse wird ein gegenwärtig auf dem Markt erwerblicher
und in deutschen Städten bereits seit Jahren betriebener Hybridbus
energetisch und ökologisch mit einem konventionell angetriebenen, nahezu baugleichen
Modell entlang des Lebensweges bewertet.
Nach Definition von Ziel und Untersuchungsrahmen wird ein Überblick auf bereits
durchgeführte Lebenszyklusanalysen zu Hybridbussen im Stadtverkehr gegeben
und Schlussfolgerungen für die anschließende Analyse abgeleitet. Diese
wird im Rahmen einer energetischen und ökologischen Bewertung beider Produktsysteme
anhand der Parameter "Primärenergieeinsatz" und "CO2äq Emissionen"
praktiziert. Der Fahrzeugrumpf beider Fahrzeuge des gleichen Modells
wird dabei als einheitlich angenommen, sodass bei dem Vergleich der Herstellung
vereinfacht nur die sich unterscheidenden Komponenten des Antriebstranges
berücksichtigt werden. Die Resultate der Wirkungsabschätzung werden als
Differenz des Hybridbusses gegenüber dem Referenzfahrzeug über die einzelnen
Lebenszyklusphasen dargestellt. Schließlich werden Prognosen getroffen, ab
welcher Strecke die bei der Herstellung erzeugten höheren CO2äq Emissionen
des Hybridantriebstranges gegenüber dem Referenzmodell ausgeglichen werden.
Mit der vorliegenden, parallel entsprechend in 10 weiteren Verfahren ergangenen Entscheidung behandelte der BGH zum wiederholten Male das Geschäftsmodell der Accessio Wertpapierhandelshaus AG („A AG“, früher: Wertpapierhandelshaus Driver & Bengsch AG). Die klagenden Anleger, zunächst nur akquiriert durch ein Tagesgeldkonto mit besonders attraktiven Zinsen, schlossen im Weiteren mit dieser einen Vermögensverwaltungsvertrag ab. Zur Abwicklung der Wertpapiergeschäfte eröffneten sie über die A AG zugleich ein Depotkonto bei der beklagten Discount-Brokerin. Für dieses erhielt die A AG eine Transaktionsvollmacht. Die Discount-Brokerin schuldete nach den Vertragsdokumenten über die gesetzlichen Aufklärungs- und Erkundigungspflichten bei Auftragsausführung hinaus keine Anlageberatung („execution-only-business“). Durch nach ihrer Behauptung fehlerhafte Anlageberatung der A AG erlitten die Anleger einen Schaden. In dem Rechtsstreit verlangten sie dessen Ersatz von der Discount-Brokerin, da die A AG zwischenzeitlich insolvent wurde.
Retinal Vessel Analysis (RVA) in the context of subarachnoid hemorrhage: A proof of concept study
(2016)
Background
Timely detection of impending delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage (SAH) is essential to improve outcome, but poses a diagnostic challenge. Retinal vessels as an embryological part of the intracranial vasculature are easily accessible for analysis and may hold the key to a new and non-invasive monitoring technique. This investigation aims to determine the feasibility of standardized retinal vessel analysis (RVA) in the context of SAH.
Methods
In a prospective pilot study, we performed RVA in six patients awake and cooperative with SAH in the acute phase (day 2–14) and eight patients at the time of follow-up (mean 4.6±1.7months after SAH), and included 33 age-matched healthy controls. Data was acquired using a manoeuvrable Dynamic Vessel Analyzer (Imedos Systems UG, Jena) for examination of retinal vessel dimension and neurovascular coupling.
Results
Image quality was satisfactory in the majority of cases (93.3%). In the acute phase after SAH, retinal arteries were significantly dilated when compared to the control group (124.2±4.3MU vs 110.9±11.4MU, p<0.01), a difference that persisted to a lesser extent in the later stage of the disease (122.7±17.2MU, p<0.05). Testing for neurovascular coupling showed a trend towards impaired primary vasodilation and secondary vasoconstriction (p = 0.08, p = 0.09 resp.) initially and partial recovery at the time of follow-up, indicating a relative improvement in a time-dependent fashion.
Conclusion
RVA is technically feasible in patients with SAH and can detect fluctuations in vessel diameter and autoregulation even in less severely affected patients. Preliminary data suggests potential for RVA as a new and non-invasive tool for advanced SAH monitoring, but clinical relevance and prognostic value will have to be determined in a larger cohort.