Volume 83, Issue 5 - Medizinische Messtechnik / Jörg Himmel, Olfa Kanoun, Klaus Thelen

Zusammenfassung Die elektrischen Eigenschaften biologischen Gewebes enthalten Informationen über dessen Art und Gesundheitszustand. Um diese Eigenschaften, berührungsfrei und ohne Gewebeschädigung, zu erfassen, beschäftigt sich eines der Forschungsfelder seit Jahrzehnten mit magnetisch-induktiven Messtechniken, wie beispielsweise der Gradiometrie. Gradiometer sind sehr gut zur Erfassung kleinster Änderungen der elektrischen Eigenschaften von biologischem Gewebe geeignet. Ihre Empfindlichkeit hängt jedoch sehr stark vom Grad der Verstimmung ab, welche sich nicht einfach einstellen lässt. Im aktuellen Stand der Forschung und Entwicklung wird daher auf SQUIDs, einer supraleitenden Quanteninterferenzeinheit, zurückgegriffen, um geringe Magnefeldänderungen sehr präzise zu erfassen. Diese sind jedoch in Kühlung und Abschirmung sehr kostenaufwendig und schwierig im Aufbau. Gegenstand dieser Veröffentlichung sind axiale Gradiometer unterschiedlicher geometrischer Verstimmung. Versuchsergebnisse zeigen, welchen Einfluss unterschiedliche Verstimmungen des Gradiometers auf das Messsignal haben. Zudem wird ein Konzept vorgestellt, das es erlaubt Gradiometer elektrisch einstellbar zu machen.

Zusammenfassung Die Bestimmung des relativen Fettgehaltes der Leber und die Volumetrie von Fettgewebe gewinnt in der radiologischen Diagnostik und in wissenschaftlichen Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Die vorliegende Arbeit vergleicht Verfahren der MR-spektroskopischen Relaxometrie und der Magnetresonanztomographie zur Bestimmung des Fettgehaltes von Gewebe und stellt eine Methode zur Volumetrie von kardialem Fettgewebe vor.

Zusammenfassung In der CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH entwickelte photoplethysmographische (PPG-)Sensoren wurden spektral und geometrisch optimiert, um eine detaillierte Formanalyse von im Ohr gemessenen Pulswellen zu ermöglichen. Verschiedene Auswerteverfahren der Pulskontur wurden bezüglich ihrer Eignung für Pulswellen-Laufzeitmessung untersucht. Der Vergleich der im-Ohr-PPG-Pulsform mit der an einer Manschette zeitsynchron aufgenommenen suprasystolischen Druckwelle führte zu einem Modell für die Übertragung der Druckwelle in das PPG. Mit der daraus ableitbaren Rückrechnung des PPG in ein Abbild der peripheren Blutdruckwelle ergeben sich neue Möglichkeiten der Langzeit-Überwachung des Herz-Kreislauf-Zustandes.

Zusammenfassung In diesem Beitrag präsentieren wir die Entwicklung verschiedener Sortieralgorithmen bzw. -topologien für eine auf einem Mikrofluidik-Chip basierende Zell-Sortieranlage, welche auf dem Elektrowetting-Verfahren (EWOD) beruht. Eine der Zielanwendungen dieses neuartigen Zellsorters ist die Untersuchung spezifischer zellulärer Mechanismen durch entsprechende Zellenselektion im Kontext der Tumorgenese-Forschung, z. B. bei der Entstehung von Leukämien oder Lymphomen. Die gesamte, mehrlagige Chip-Entwicklung erfolgte im Rahmen des EU-geförderten (EFRE) Forschungs-Verbundprojektes „MINAPSO“ (Mikrochip Navigierte Parallel-Sortieranlage) und verbindet einen Ansteuerungschip in Standard-CMOS-Technologie mit dem entsprechenden Mikrofluidik-Aufbau. Die hierbei realisierte Sortiertopologie besteht aus einem optimierten 2-3-Sequenzteiler-Sorter mit einer numerisch abgeschätzten, erreichbaren Sortiergeschwindigkeit von 0.6 bis 1.85 Zellen/Takt (zukünftige Chip-Architekturen wie der sog. Smart-Diffusion-Sorter erzielen sogar Geschwindigkeiten bis zu 5 Zellen/Takt). Für die Modellierungs- und Optimierungsprozesse der Sorterarchitekturen bzw. -algorithmen wurde eine Simulationsplattform in MATLAB entwickelt, welche die in dieser digitalen Mikrofluidik zum Einsatz kommenden, EWOD-basierten Manipulationsoperatoren im Kontext eines Datenparadigmas repräsentiert und bearbeitet. Die charakteristischen Zeitkonstanten dieser EWOD-basierten Operatoren wurden anhand fluiddynamischer Simulationen (CFD) mit Hilfe von COMSOL Multiphysics numerisch ermittelt. Weitere Optimierungspotenziale hinsichtlich der resultierenden Sortiergeschwindigkeit der Zellsortieranlagen konnten mittels CFD-Simulationen und entsprechenden Messdaten identifiziert werden. Gemäß unseres Kenntnisstandes stellt der hier vorgestellte Zell-Sorter den gegenwärtig komplexesten EWOD-Mikrofluidik-Chip dar. MINAPSO (Mikrochip-Navigierte Parallel-Sortieranlage) ist ein Verbundprojekt der Universität Duisburg-Essen, dem Fraunhofer IMS und der Firma Bartels Mikrotechnik GmbH, Dortmund, welche durch die EU (EFRE) über das Ziel-2-Programm des Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen des Innovationswettbewerbs NanoMikro  +  WerkstoffePhotonik.NRW gefördert wird.

Zusammenfassung Die spontane Raman-Streuung ist ein exzellentes, nichtinvasives, optisches Analysewerkzeug für die Identifikation und Quantifizierung von Majoritäts-Spezies in Multispezies-Gasmischungen. Der Effekt ist jedoch sehr schwach, bei Umgebungsdruck dauert es typischerweise mehrere Sekunden bis Minuten ein Gasphasen-Raman-Spektrum aufzuzeichnen. In dieser Studie wird ein neuer Raman-Sensor vorgestellt, der in wenigen 100 ms Anästhesie- und Atemgasspektren aufzeichnen und vollautomatisiert auswerten kann.

C-arm cone-beam computed tomography (CBCT) offers CT-like 3D imaging capabilities while being appropriate for interventional suites. 3D images are reconstructed based on 2D projections gathered during the rotation of the C-arm around the object under investigation. It is mandatory to provide accurate geometrical projection parameters for each acquired 2D image, otherwise significant CT artifacts may be induced in the reconstructed 3D volume. Usually, a pre-calibration (offline calibration) using an X-ray phantom is preformed under the assumption that the C-arm motion is reproducible. Thereby, stochastic misalignments due to the open design of mobile C-arm CBCT systems are not considered. In this article we introduce a novel online calibration algorithm to compensate stochastic mechanical inaccuracies. The performance of the proposed method is demonstrated on simulated and real data.

Zusammenfassung Ein wesentliches Qualitätsmerkmal für Bier ist dessen Bitterstoffgehalt. Bitterstoffe bestimmen nicht nur den für die einzelnen Biersorten charakteristischen Geschmack, sondern auch die Haltbarkeit des Bieres sowie die erwünschte hohe Beständigkeit der Schaumkrone. Im Beitrag wird über ein elektrochemisches Messsystem zur Vor-Ort-Bestimmung der Konzentration von Hopfenbitterstoffen (Isohumulonen bzw. iso-alpha-Säuren) berichtet, welches in Brauereien eingesetzt werden kann. Für die Messungen wurden eine Dreielektroden-Messsonde in All-solid-state-Ausführung, bestehend aus einer Graphit-Arbeits-, einer Platin-Gegen- und einer Silber-Silberchlorid-Referenzelektrode, verwendet. Als elektroanalytische Bestimmungsmethode kam die Differenzial-Puls-Voltammetrie zum Einsatz. Referenzmessungen des Bitterstoffanteils im Bier wurden mittels HPLC und UV-Detektion nach vorangestellter Anreicherung der Bitterstoffe mit Hilfe der Festphasenextraktion (SPE) durchgeführt. Prototypen des elektrochemischen Messsystems wurden in einer Brauerei erprobt.