Publikationen

Mohaghegh, Erfan; Gabash, Aouss; Li, Pu
A study of uncertain wind power in active-reactive optimal power flow. - In: Tagungsband zum Power and Energy Student Summit 2015, 2015, S04.1, insges. 6 S.

Haueisen, Jens; Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Felipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank
A 64-channel dry multipin-electrode cap for EEG. - In: Scientific & social program, (2015), S. 32

Ros, Christian;
Clustering of fiber tracts and quantitative analysis of white matter fiber bundles in the human brain, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XLVI, 156 S., 53,35 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Das Gehirn ist das neuronale Zentrum des menschlichen Körpers und besitzt eine höchst komplexe Mikrostruktur aus Nervengewebe mit untereinander verknüpften Nervenzellen. Die Nervenzellen sind, je nach ihren Aufgaben (wie visuelle Wahrnehmung, motorische Fähigkeiten oder Sprache), in funktionellen Einheiten angeordnet und über ihre Axone miteinander verbunden.Die Axone bilden dabei ein weit verzweigtes neuronales Netzwerk, das Nervenzellen funktionell gleicher Areale untereinander verbindet und die Signalübertragung zwischen den verschiedenen funktionellen Einheiten auch über lange Strecken sicherstellt. Die Entwicklung der Magnetresonanztomographie und insbesondere die Entwicklung der diffusionsgewichteten Bildgebung ermöglichten es, das neuronale Netzwerk des menschlichen Gehirns in bisher ungeahnter Weise nicht-invasiv zu studieren um dessen immanente Komplexität zu entschlüsseln. Durch den Einsatz von Traktographieverfahren können drei-dimensionale Fasertrakte rekonstruiert werden, welche den Verlauf der zugrunde liegenden, mikroskopischen Nervenfasern modellieren. Das daraus resultierende, komplexe Netzwerk von Faserverbindungen approximiert die strukturelle Organisation des neuronalen Netzwerks und erlaubt Rückschlüsse über den Verlauf und die Konnektivität der funktionellen, untereinander verbundenen Areale zu ziehen. Aufgrund der Komplexität des extrahierten Fasernetzwerks und der Ungeordnetheit der darin enthaltenen Fasertrakte ist eine zeitaufwendige und vielschichtige Prozessierung der gewonnenen Daten notwendig, was die Einsetzbarkeit der Traktographie für viele medizinische Anwendungen außerordentlich einschränkt. Um die Anwendungsmöglichkeiten der Traktographie zu verbessern, werden im Rahmen dieser Dissertation neue Konzepte und Strategien vorgestellt, die es ermöglichen Fasertrakte mit Hilfe der Clusteranalyse vollautomatisch zu Faserbündeln zusammenzufassen, welche dem Verlauf der zugrunde liegenden mikrostrukturellen Faserbahnen entsprechen. Hierfür wird mit CATSER (cluster analysis through smartly extracted representatives) eine neue Methode für die automatische Clusteranalyse der Fasertrakte vorgestellt. Diese nutzt die intrinsische Redundanz der Daten, um auch die Analyse großer Datensätze zu ermöglichen. Um die Korrespondenz zwischen den resultierenden Faserbündel und den zugrunde liegenden mikrostrukturellen Faserbahnen weiter zu verbessern, können zusätzliche anatomische Informationen eines Atlanten der weißen Substanz von CATSER berücksichtigt werden. Durch die Nutzung paralleler Rechnerarchitekturen, neuer Algorithmen und Ähnlichkeitsmaße kann die Clusteranalyse in einem vertretbaren Zeitrahmen realisiert werden. Verschiedene Experimente wurden durchgeführt, um die Eigenschaften des vorgestellten Clusteranalyseverfahrens zu untersuchen und seine hohe Performanz nachzuweisen. Die schnelle und zuverlässige Extraktion der Faserbündel mit CATSER eröffnet einer Vielzahl medizinischer Anwendungen die Nutzung traktographischer Daten. Gruppen-basierte Analysemethoden die verwendet werden, um veränderte Diffusion zwischen verschiedenen Gruppen (wie gesunden Probanden vs. Patienten) oder zwischen Untergruppen von Patienten zu untersuchen, sind dabei prädestiniert, um von den zusätzlichen anatomischen Informationen der Faserbündel zu profitieren. Aus diesem Grund präsentiert der zweite Teil der Dissertation ein neues Verfahren für die quantitative Analyse von Diffusionsparameter, welches die Analyse durch Einbeziehung der vorab extrahierten Faserbündel verbessert. Diese neue Technik ermöglicht die voxelbasierte Untersuchung individueller Bündel, beschränkt die Analyse dabei allerdings ausschließlich auf Voxel, die zu dem untersuchten Faserbündel gehören. Überlappende Bereiche anderer Bündel, die nicht Gegenstand der Untersuchung sind, werden mit dieser Technik effektiv ausgeblendet. Um die Anwendbarkeit der vorgestellten Methoden zu eruieren, wurden die neuen Techniken im Rahmen von zwei Studien eingesetzt. Bei gesunden Probanden und schizophrenen Patienten wurde die Diffusion in ausgewählten Faserbündeln der linken und rechten Hemisphäre untersucht und verschiedene Diffusionsparameter miteinander verglichen. Hierbei konnten beide Studien Unterschiede in bestimmten Faserbündeln der linken und rechten Hemisphäre nachweisen und dabei das Potential der vorgestellten Techniken erfolgreich demonstrieren.

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Schneider, Rainer;
Selective excitation MR imaging with parallel transmission (pTx), 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 105 S., 16,42 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt in der Entwicklung von Hochfrequenz (HF)-Pulsen für dedizierte Anwendungen in der Magnetresonanztomographie (MRT) unter Verwendung der parallelen Sendetechnik (pTx). Die wissenschaftlichen Beiträge dieser Arbeit umfassen dabei den Entwurf und die Implementierung neuer Algorithmen, welche mit Hilfe von Simulationen und in-vivo Human-Experimenten auf einer kommerziell verfügbaren 3T pTx MRT Scanner-Plattform validert wurden. In der MRT sind HF-Pulse essentiell für die Signalgenerierung als auch für die Unterdrückung von unerwünschten Signalquellen. Bei ihrer Anwendung werden Atomkerne im untersuchten Probanden angeregt, welche daraufhin ein messbares Signal abgeben. Das hochfrequente Messsignal wird von Empfangsspulen erfasst und schließlich in Bilder rekonstruiert. Aufgrund von limitierenden physikalischen Effekten wie Magnetfeld-Inhomogenitäten, Kernspin-Relaxationsprozessen und der auftretenden Erwärmung von Patientengewebe, müssen die HF-Pulse idealerweise so genau, so kurz und so energieeffizient wie möglich sein. Die pTx-Technologie versucht diesen Anforderungen durch die Bereitstellung von neuen räumlichen Freiheitsgraden entgegenzutreten. Viele Studien wurden auf Basis von einzelangefertigten pTx-Platformen durchgeführt und haben die vielen Vorteile und Möglichkeiten, aber auch potentielle Gefahren der vermehrten Freiheitsgrade aufgezeigt. Das robuste Design und die Überführung von pTx HF-Pulsen in das klinische Umfeld sind stets Gegenstand der aktuellen Forschung und Ziel dieser Arbeit. Die entstandenen wissenschaftlichen Beiträge können zu drei verschiedenen Applikationsfeldern zugeordnet werden. Zuerst wird die Performanz von 2-D räumlich-selektiven HF-Pulsen(2DHFs) für die Inner-Volume-Bildgebung verbessert. Hier wird die HF-Anregung auf einen bestimmten Bildbereich (ROI) eingeschränkt, um Bilder mit verringerten geometrischen Verzerrungen und höherer Auflösung zu ermöglichen. Neue k-Raum Trajektoriendesigns werden für 2DHF-Pulse vorgeschlagen, welche um 43% genauer und gleichzeitig um 79% energieeffizienter sind oder deutlich verkürzte Pulszeiten um Faktor größer zwei aufzeigen. Die darauf basierenden diffusions-gewichteten Bilder zeigen einen bis zu 40% Signal-zu-Rausch(SNR)-Gewinn gegenüber zu konventionellen Designs. Im zweiten Anwendungsfeld wird der zusätzliche HF-Anregungskanal zur Kompensation von Signalverlusten in Gradienten-Echo (GRE)-Bildern verwendet. Die Signalverluste werden dabei durch patienten-spezifische Magnetfeld-Verzeichnungen ausgelöst. Ein schnelles, robustes und voll automatisiertes Verfahren wird vorgeschlagen, um diesen Signalverlusten schichtspezifisch entgegenzuwirken. Maßgeschneiderte HF-Pulse werden unter Einbezug der gemessenen Hauptmagnetfeld-Inhomogenitäten und HF-Sendespulen-Sensitivitätsprofilen berechnet. Im Durschnitt können 47% der Signalausfälle in Multi-Schicht-Aufnahmen wiederhergestellt werden. Schließlich wird ein 2-D Spiral Trajektoriendesign für die Verwirklichung von anatomisch geformten Sättigungspulsen ausgearbeitet, welches eine inhärente Energieeffizienz bietet. Die Pulse streben eine möglichst genaue Unterdrückung von unerwünschten Signalquellen, wie z.B. sich bewegenden inneren Organen an, um damit Bewegungsartefakte in den resultierenden Bildern auszuschließen. Das vorgeschlagene 2DHF-Spiral-Design zeigt in verschiedenen anatomischen Regionen eine optimale Ausgewogenheit zwischen HF-Energieeffizienz und räumlicher Abbildungsgüte und übertrifft andere bekannte Ansätze. Das Verfahren wurde hinsichtlich mehrerer Anregungs-Frequenzen erweitert. Damit können die räumlich geformten Pulse auch andere Gewebetypen wie Fett selektiv unterdrücken.

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Hunold, Alexander; Freitag, Stefanie; Schellhorn, Klaus; Haueisen, Jens
Simulation of the current density distribution for transcranial electric current stimulation around the eye. - In: Brain stimulation, ISSN 1876-4754, Bd. 8 (2015), 2, S. 406

https://doi.org/10.1016/j.brs.2015.01.294