04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Multifrequente Impedanztomographie zur Darstellung der elektrischen Impedanzverteilung im menschlichen Thorax(2000) Li, Jianhua; Faust, Uwe (Prof. Dr-Ing.)Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die elektrische Impedanztomographie (EIT) zur Abbildung der elektrischen Impedanz des menschlichen Thorax eingesetzt. Systematisch untersucht werden der Aufbau des Meßsystems, Algorithmen zur Rekonstruktion, und die Anwendungs-möglichkeiten der EIT. In dem realisierten System werden 32 Elektroden verwendet. Jede zweite Elektrode dient ausschließlich zur Einspeisung eines konstanten sinusförmigen Wechselstromes von 12,5 kHz - 800 kHz, die verbleibenden zur Messung der entstehenden Spannungen. Zur Verringerung des Einflusses der Verbindungs-kabel werden aktive Elektroden sowohl für die Stromeinspeisung als auch für die Spannungsmessung entwickelt. Ein auf der Finite-Elemente- und Newton-Methode basierender iterativer Algorithmus zur Bildrekonstruktion wird entwickelt und durch Computer-Simulationen optimiert. Basierend auf der Newton-Methode wird ein lineares Verfahren zur Rekonstruktion der Veränderung der Impedanz bezüglich einer homogenen Referenzverteilung eingeführt. Anhand eines Thorax-Modells werden erstmals die Einflüsse der inhomogenen Referenz auf die Rekonstruktion untersucht. Zur Überprüfung des Abbildungssystems wird als Phantom ein Widerstandsnetz eingesetzt. Untersucht werden die Einflüsse der Abweichung der Kontur des FE-Modells von der Realität auf die Abbildungsqualität. Weiter wird der Zusammenhang zwischen dem rekonstruierten und dem wahren Wert sowie der Ausdehnung der Widerstands-änderung im Phantom hergestellt. Die Frequenzabhängigkeit der Impedanz-verteilung wird quantitativ abgebildet. Das realisierte System wird am menschlichen Thorax in mehreren Ebenen in vivo angewandt. Die durch Lungenventilation und Herzaktivität hervorgerufenen Impedanz-änderungen werden mit einer Bildrate von 80 Bilder/s abgebildet. Untersucht wird auch der Zusammenhang zwischen dem Impedanz-kardiogramm (IKG) und den rekonstruierten Bildern. Damit gelingt eine auf Messung begründete Interpretation des Verlaufs des IKG.Item Open Access Investigation of tracer gas transport in a new numerical model of lung acini(2022) Schmidt, Christoph; Joppek, Christoph; Trinkmann, Frederik; Takors, Ralf; Cattaneo, Giorgio; Port, JohannesObstructive pulmonary diseases are associated with considerable morbidity. For an early diagnosis of these diseases, inert gas washouts can potentially be used. However, the complex interaction between lung anatomy and gas transport mechanisms complicates data analysis. In order to investigate this interaction, a numerical model, based on the finite difference method, consisting of two lung units connected in parallel, was developed to simulate the tracer gas transport within the human acinus. Firstly, the geometries of the units were varied and the diffusion coefficients ( D ) were kept constant. Secondly, D was changed and the geometry was kept constant. Furthermore, simple monoexponential growth functions were applied to evaluate the simulated data. In 109 of the 112 analyzed curves, monoexponential function matched simulated data with an accuracy of over 90%, potentially representing a suitable numerical tool to predict transport processes in further model extensions. For total flows greater than 5 × 10 -4 ml/s, the exponential growth constants increased linearly with linear increasing flow to an accuracy of over 95%. The slopes of these linear trend lines of 1.23 µl -1 ( D = 0.6 cm 2 /s), 1.69 µl -1 ( D = 0.3 cm 2 /s), and 2.25 µl -1 ( D = 0.1 cm 2 /s) indicated that gases with low D are more sensitive to changes in flows than gases with high D .