Volume 87, Issue 7-8 - IEEE Workshop on Industrial and Medical Measurement and Sensor Technology – SENSORICA 2019 / Gastherausgeber: Jörg Himmel, Daniel Erni, Alice Fischerauer, Olfa Kanoun, Thomas Seeger, Klaus Thelen

In this paper, we present a novel 4 camera stereo system for application as optical tracking component in navigation systems in computer-assisted surgery. This shall replace a common stereo camera system in several applications. The objective is to provide a tracking component consisting of four single industrial cameras. The system can be built up flexibly in the operating room e. g. at the operating room lamp. The concept is characterized by independent, arbitrary camera mounting poses and demands easy on-site calibration procedures of the camera setup. Following a short introduction describing the environment, motivation and advantages of the new camera system, a simulation of the camera setup and arrangement is depicted in Section 2. From this, we gather important information and parameters for the hardware setup, which is described in Section 3. Section 4 includes the calibration of the cameras. Here, we illustrate the background of camera model and applied calibration procedures, a comparison of calibration results obtained with different calibration programs and a new concept for fast and easy extrinsic calibration.

In prostate surgery the transurethral resection (TURP) represents the gold standard which is based on monopolar (M-TURP) and bipolar techniques (TURis). The investigation of the thermal behavior is one of the most important research topics in this type of surgery procedures. Here monopolar systems have been well investigated. The research on electrical and thermal behavior of bipolar systems was initiated about two decades ago. Previous studies focused on thermal behavior according to Joule heating, but did not gain information about the temperature distribution close to the active electrode of the resectoscope. Therefore, the numerical simulations on the temperature distribution near the active electrode of the resectoscope with a finite volume method are presented in this study, which takes blood perfusion into account. The results have shown that the influence of the blood perfusion process can be ignored for regions which are more than 0.4 mm away from the active electrode. This is based on two different blood perfusion models.

Point-of-care (POC) devices are essential for rapid testing of samples for early diagnosis of diseases. The accuracy and the sensitivity of the POC device depend mainly on the biosensors. The currently used POC devices require specialized operating personnel, long sample preparation time and high equipment costs. We aim to explain a bio-sensing concept using a photonic crystal (PC) resonator that would mitigate the drawbacks of the present sensing techniques. Photonic crystals consist of spatially arranged dielectric materials presenting a band gap that prevents electromagnetic waves of certain frequency range to propagate through it. PC resonators have shown to have very high sensitivities for bio-sensing applications at THz frequencies. A PC resonator with a high Q-factor is designed and simulated to detect the changes in the surrounding dielectric permittivity. As an application for detecting specific biomolecules, a protocol for surface functionalization has been explained. This will enable the selective binding of biomolecules from the sample. Shift in resonant frequency and attenuation in magnitude at the peak resonant frequency can be observed from the simulation results. These changes in the resonator properties can be indicative of the presence of a particular biomolecule or pathogen and its concentration within the sample.

Zusammenfassung Die Zahl der Satelliten, die in den Weltraum starten, wächst von Jahr zu Jahr. Damit erhöht sich entsprechend die Anzahl der defekten Satelliten, auch weil es nur wenige bewährte Ersatzteile gibt. Eine konkrete Erprobung der Ersatzteile könnte auf der Erde mit Hilfe einer Weltraumsimulationskammer durchgeführt werden. In einer solchen Kammer können Werkstoffprüfer ein Ultrahochvakuum erzeugen und Temperaturen zwischen −180 °C bis +200 °C einstellen. Der Einfluss des Vakuums und der Temperaturen auf die Geometrie der Komponenten kann von außen mit Hilfe eines optischen 3D-Messsystems, welches die zu prüfenden Bauteile im Inneren der Kammer durch ein Schauglas vermisst, aufzeichnen. In einer Machbarkeitsstudie wurde ermittelt, wie stark der Einfluss einer zusätzlichen Glasscheibe auf die Messgenauigkeit und den Messfehler eines 3D-Scanners ist. Zum Einsatz kam ein Streifenlichtscanner der Firma Zeiss, der ein 40 mm Endmaß durch eine 20 mm dicke Borosilikatscheibe misst. Für eine Referenzskala der Messgenauigkeit des Scanners wurden zunächst Messungen ohne die Glasscheibe durchgeführt. Anschließend wurden Messungen mit unterschiedlichen Winkelpositionen und Abständen zwischen Glasscheibe und Scanner vollzogen. Die Ergebnisse zeigten den erwarteten Einfluss der Glasscheibe bezüglich der Genauigkeit des Messverfahrens, da mit sich vergrößernden Einfallswinkel die systematische Abweichungskomponente kongruent größer wurde. Eine Minderung der Präzision durch die Glasscheibe wurde für das Messverfahren nicht beobachtet. In der Auswertungssoftware vergrößerte sich durch den Einsatz der Glasscheibe der statistische Fehler. Ursache dafür ist die Verschiebung der 3D-Punktewolke durch die Glasscheibe in eine Schräglage.

Zusammenfassung Der nach dem Physiker Thomas Johann Seebeck benannte thermoelektrische Effekt ist für alle wesentlichen Metalle hinreichend gut erforscht und wird seit langem unter anderem zur Temperaturmessung mittels Thermoelementen genutzt. Weniger bekannt und erforscht ist dieser Effekt in polymeren Werkstoffen, die aber heute auch in der Sensorindustrie immer mehr an Einfluss gewinnen. Im vorliegenden Artikel wird eine Messanlage beschrieben, die speziell für die Untersuchung des Seebeck-Effektes in polymeren Messobjekten mit dem Ziel aufgebaut wurde, maßgeschneiderte Polymere für sensorische technische Anwendungen zu entwickeln, die den Seebeck-Effekt nutzen. Die besonderen Anforderungen an die Messanlage liegen dabei in der Realisierung konstanter genauer Temperaturquellen.

Zusammenfassung Mit einem Multi-Punkt-Positionsmesssystem ist es möglich, Positionen und Orientierungen mit sehr hoher Genauigkeit bildbasiert zu messen. Das Messsystem besteht aus einem einfachen Kamerasystem, das um ein diffraktives optisches Element (DOE) erweitert wird. Durch die Multi-Punkt-Methode (MPM) werden Messunsicherheiten von deutlich unter 1/100 Pixel erzielt. Um dies in der Praxis anwenden zu können, ist eine entsprechend hochgenaue Kalibrierung nötig. In diesem Beitrag werden verschiedene Kalibrierverfahren und -funktionen vorgestellt und untersucht. Die Auswertung zeigt, dass sich zur Kalibrierung ein allgemeiner Polynomansatz zusammen mit der Nanomess- und Positioniermaschine NPMM-200 am besten eignet. Es werden Standardabweichungen des Restfehlers von 0,31 µm im Objektraum (etwa 6/1000 Pixel im Bildraum) auf einer Fläche von etwa 87mm×49mm87\hspace{0.1667em}\text{mm}\times 49\hspace{0.1667em}\text{mm} erreicht (Polynomgrad = 9).

Zusammenfassung Herkömmliche Pellistoren auf der Basis von porösen Al 2 O 3 als Trägermaterial für einen Pd-Katalysator benötigen eine Arbeitstemperatur von rund 450 °C für den Nachweis von Methan. Durch diese hohe Temperatur sind sie anfällig für „Vergiftungen“ durch Silizium-haltige Gase. Eine gute Alternative bieten Co 3 O 4 -basierte Träger in Kombination mit bimetallischen katalytischen Nanomaterialien, mit denen die Arbeitstemperatur auf rund 300 °C gesenkt werden kann. Wir stellen in diesem Beitrag unsere Ergebnisse für ein Materialsystem aus mesoporösem Co 3 O 4 mit Au-Pd-Funktionalisierung vor. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass mesoporöses Co 3 O 4 vorteilhaft gegenüber kommerziell erhältlichem polykristallinem Co 3 O 4 in Bezug auf die katalytische Umsetzung ist. Zudem beeinflusst der Bedeckungsgrad des Co 3 O 4 mit Au-Pd-Partikeln das katalytische Verhalten des Sensors. Die niedrigere Betriebstemperatur des untersuchten Materialsystems verbessert den Explosionsschutz entscheidend und senkt die Heizleistungsaufnahme. Bei den für die Experimente verwendeten Substraten verringert sich die Heizleistungsaufnahme von 610 mW bei 450 °C auf 355 mW bei 300 °C Arbeitstemperatur.