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Tracking and evaluating motion skills in laparoscopy with inertial sensors
No full textBackground: Analysis of surgical instrument motion is applicable in surgical skill assessment and monitoring of the learning progress in laparoscopy. Current commercial instrument tracking technology (optical or electromagnetic) has specific limitations and is expensive. Therefore, in this study, we apply inexpensive, off-the-shelf inertial sensors to track laparoscopic instruments in a training scenario.
Methods: We calibrated two laparoscopic instruments to the inertial sensor and investigated its accuracy on a 3D-printed phantom. In a user study during a one-week laparoscopy training course with medical students and physicians, we then documented and compared the training effect in laparoscopic tasks on a commercially available laparoscopy trainer (Laparo Analytic, Laparo Medical Simulators, Wilcza, Poland) and the newly developed tracking setup.
Results: Eighteen participants (twelve medical students and six physicians) participated in the study. The student subgroup showed significantly poorer results for the count of swings (CS) and count of rotations (CR) at the beginning of the training compared to the physician subgroup (p = 0.012 and p = 0.042). After training, the student subgroup showed significant improvements in the rotatory angle sum, CS, and CR (p = 0.025, p = 0.004 and p = 0.024). After training, there were no significant differences between medical students and physicians. There was a strong correlation between the measured learning success (LS) from the data of our inertial measurement unit system (LSIMU) and the Laparo Analytic (LSLap) (Pearson’s r = 0.79).
Conclusion: In the current study, we observed a good and valid performance of inertial measurement units as a possible tool for instrument tracking and surgical skill assessment. Moreover, we conclude that the sensor can meaningfully examine the learning progress of medical students in an ex-vivo setting
Entwurf von Verbundstrukturen in der frühen Phase
Get PDFThis thesis covers the application and evaluation of new methods to describe laminate stiffness and strength. It has been shown that the trace of laminate stiffness is a rotation-invariant quantity and exactly describes the stiffness potential of a material. Together with an invariant strength criterion, the unit circle criterion, this makes the trace-based sizing approach for the design of composite structures possible. The use of so-called double-double [±Φ/ ±Ψ] sublaminates allows a continuous field of possible fiber angles and an efficient method for optimizing laminate properties. Using homogenized asymmetric stacking sequences makes the trace-based sizing approach possible and simplifies manufacturing rules. A metamodel for grid reinforced structure has been derived using artificial neural networks. The metamodel shows good predictive quality for the weight response of those grid/skin structures and provides a fast tool for a weight estimation of a fail-safe design. The unit circle criterion appers to be quite conservative for shallow fiber angles and non-conservative for steeper fiber. The traditional [0/ ± 45/90] laminate of an aerospace wing could be replaced by a [±Φ/ ±Ψ] sublaminate with significant reduction of the weight of over 10%. The commercial softwares Abaqus, Matlab and optiSLang are used. A laminate search algorithm for the best fiber angles shows good agreement with the nonlinear programming algorithms. Computational effort can be drastically reduced with the former. Thermomechanically induced warping or spring-in appear to be a challenge when using asymmetric stacking sequences. A hull of a race car has been optimized with the software OptiStruct. A weight of 2.86 kg for the composite is achieved while meeting several design constraints.Diese Arbeit umfasst die Anwendung und Bewertung neuer Methoden zur Beschreibung der Laminatsteifigkeit und -festigkeit. Es hat sich gezeigt, dass die Spur der Laminatsteifigkeit eine rotationsinvariante Größe ist und das Steifigkeitspotenzial eines Materials genau beschreibt. Zusammen mit einem invarianten Festigkeitskriterium, dem unit circle Kriterium, ermöglicht dies einen Spur-basierten Dimensionierungsansatz für die Gestaltung von Verbundstrukturen. Die Verwendung von so genannten double-double [±Φ/ ±Ψ] Sublaminaten ermöglicht ein kontinuierliches Feld möglicher Faserwinkel und ein effizientes Verfahren zur Optimierung der Laminateigenschaften. Der Einsatz homogener asymmetrischer Stapelsequenzen ermöglicht den Spur-basierten Dimensionierungsansatz und vereinfacht die Fertigungsregeln. Ein Metamodell für eine gitterverstärkte Struktur wurde unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze abgeleitet. Das Metamodell zeigt eine gute Vorhersagequalität für das Gewichtsverhalten dieser Gitter/Haut-Strukturen und stellt ein schnelles Werkzeug für eine Gewichtsschätzung eines fehlersicheren Designs dar. Das Kriterium des unit circles scheint für flache Faserwinkel sehr konservativ und für steilere Fasern nicht konservativ zu sein. Das traditionelle [0/ ± 45/90] Laminat eines Luftfahrtflügels konnte durch ein [±Φ/ ±Ψ] Sublaminat mit einer signifikanten Gewichtsreduzierung von über 10% ersetzt werden. Zum Einsatz kommen die kommerziellen Softwareprogramme Abaqus, Matlab und optiSLang. Ein Laminat-Suchalgorithmus für die besten Faserwinkel zeigt eine gute Übereinstimmung mit den nichtlinearen Programmieralgorithmen. Der Rechenaufwand kann mit dem ersteren drastisch reduziert werden. Thermomechanisch induziertes Verkrümmen oder Einfedern scheint eine Herausforderung bei der Verwendung asymmetrischer Stapelfolgen zu sein. Ein Rumpf eines Rennwagens wurde mit der Software OptiStruct optimiert. Ein Gewicht von 2,86 kg für das Verbundmaterial wird unter Einhaltung mehrerer Designbedingungen erreicht
Aktive Böenlastabminderung mithilfe verteilter Steuerflächen und Sensoren
Get PDFIn der nachfolgenden Arbeit wird die Herangehensweise zum Erstellen eines Reglers mithilfe der H∞-Synthese beschrieben. Hierzu wird zunächst das hochelastische, aerodynamische Flugzeugmodell beschrieben und angepasst. Im Anschluss wird der Störgrößeneingang der Böe definiert. Zum Schluss wird ein berechneter Regler im geschlossenen Regelkreis analysiert und bewertet.In the following thesis, the approach to create a controller using H∞-synthesis is described. For this purpose, the highly elastic aerodynamic aircraft model is first described and adapted. Subsequently, the disturbance input of the gust is defined. Finally, a computed closed-loop controller is analyzed and evaluated
Extraktion von Informationen/TTPs aus Bedrohungsberichten zur Erstellung von Wissensgraphen durch den Einsatz von Machine Learning
Get PDFSchwankner, Alexander. 2022. Extraktion von Informationen/TTPs aus Bedrohungsberichten zur Erstellung von Wissensgraphen durch den Einsatz von Machine Learnin
Anforderungen von Empfängern an Paketdienstleister im Stadtgebiet München
Get PDFCoco, Martina. 2023. Anforderungen von Empfängern an Paketdienstleister im Stadtgebiet Münche
The new CEN/TS 19100 : Design of glass structures
No full textSince the beginning of 2021, CEN/TS 19100 Design of Glass Structures has been available in its first three parts. The fourth part is expected soon. This Technical Specification of the European standards organisation CEN is as a pre-standard of a corresponding future Eurocode. These documents constitute the first ever comprehensive design code for the entire structural glass engineering field on the European market for the first time. In addition to a clear outline, the Technical Specification has been drafted to be compatible with EN 1990 “Basis of Design” and to address glass-specific design matters, particularly related to robustness and redundancy. Although the standard still has the status of a CEN/TS, thereby allowing the European nations the option of whether to introduce it, either in full or in parts, it already contains national openings through which the European countries can adapt the design results to their own safety level by National Determined Parameters (NDPs). Such an approach already anticipates the future Eurocode, which is expected to be published as EN 19100—Design of Glass Structures. This article provides some context on the history and concept behind the new documents and gives an overview of the design rules and the corresponding technical background of the different parts of CEN/TS 19100
Children visiting intensive care units and emergency departments
No full textIn diesem Empfehlungspapier werden zentrale Vorschläge für den Besuch von Kindern auf Intensivstationen (Pädiatrie und Erwachsenenbereich), Intermediate-care-Stationen und in Notaufnahmen vorgestellt. Auf Intensivstationen und in Notaufnahmen im deutschsprachigen Raum werden die Besuchsregelungen für Kinder und Jugendliche sehr heterogen gestaltet. Mitunter dürfen sie ohne Begrenzungen in Alter und Dauer Patient:innen besuchen, manchmal ist dies erst ab dem Teenageralter und nur für kurze Dauer möglich. Ein Besuchswunsch von Kindern löst beim Personal oftmals unterschiedliche, teilweise ablehnende Reaktionen aus. Leitungen sind aufgefordert, diese Haltung gemeinsam mit ihren Mitarbeiter:innen zu reflektieren und eine Kultur der familienorientierten Versorgung zu entwickeln. Obwohl die Evidenz für Vorteile durch Kinder als Besuchende begrenzt ist, spricht mehr für als gegen einen Besuch, auch in hygienischer, psychosozialer, ethischer, religiöser und kultureller Hinsicht. Dennoch ist keine pauschale Empfehlung für oder gegen einen Besuch möglich. Die Entscheidungen für Besuche sind komplex und bedürfen sorgfältiger Überlegungen und Abwägungen.In this white paper, key recommendations for visitation by children in intensive care units (ICU; both pediatric and adult), intermediate care units and emergency departments (ED) are presented. In ICUs and EDs in German-speaking countries, the visiting policies for children and adolescents are regulated very heterogeneously: sometimes they are allowed to visit patients without restrictions in age and time duration, sometimes this is only possible from the age of teenager on, and only for a short duration. A request from children to visit often triggers different, sometimes restrictive reactions among the staff. Management is encouraged to reflect on this attitude together with their employees and to develop a culture of family-centered care. Despite limited evidence, there are more advantages for than against a visit, also in hygienic, psychosocial, ethical, religious, and cultural aspects. No general recommendation can be made for or against visits. The decisions for a visit are complex and require careful consideration
Offers to prevent social isolation and loneliness in older people living in rural areas
No full textHintergrund: In ländlichen Regionen sind ältere Menschen besonders mit sozialer Isolation und Einsamkeit sowie deren gesundheitlichen Auswirkungen (z. B. erhöhte Gesamtmortalität, kardiovaskuläre Erkrankungen) konfrontiert. Um diesem zunehmenden Public-Health-Problem entgegenzuwirken, bedarf es Angebote zur Förderung von Sozialkontakten und gesellschaftlicher Teilhabe.
Fragestellung: Liegt ein Bedarf an Präventionsangeboten in Bezug auf soziale Isolation bzw. Einsamkeit vor und wie kann diesem begegnet werden?
Methoden: Eine quantitative, deskriptive Analyse mittels Paper-pencil-Fragebogen wurde von Dezember 2019 bis Januar 2020 durchgeführt, um das (1) Vorliegen von sozialer Isolation und Einsamkeit sowie deren Risikofaktoren, (2) Bedürfnisse und Bedarfe sowie (3) die Eignungsbewertung von und das Interesse an Angeboten zur Prävention von sozialer Isolation und Einsamkeit bei Einwohner/-innen ≥ 65 Jahre einer ländlichen Kommune zu erfassen.
Ergebnisse: Die Rücklaufquote betrug 48,9 % von N = 331. In der Studienpopulation lagen verschiedene Risikofaktoren für soziale Isolation und Einsamkeit vor (z. B. Kinderlosigkeit, eingeschränkte Mobilität). Zudem hat fast ein Fünftel der Personen innerhalb von 14 Tagen keinen persönlichen Kontakt zu Menschen aus dem öffentlichen Bereich. Über ein Fünftel gab an, sich „manchmal“ oder „oft“ einsam zu fühlen. Die Angebotsvorschläge „Gottesdienste, Nutzen von kirchlichen Angeboten“, „Ausflüge“, „Informationsveranstaltungen zu verschiedenen Themen“, „Gemeinsame Bewegung/Sport“ und eine „Unterstützungsgruppe, in der man anderen Personen seine Hilfe anbieten und/oder Hilfe bekommen kann“ wurden am häufigsten als geeignet sowie interessant beurteilt.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen einen hohen Bedarf, Bedürfnisse und Interesse an Angeboten zur Prävention von sozialer Isolation und Einsamkeit auf. Angebote sollten die spezifischen Bedarfe und Bedürfnisse (z. B. geringe finanzielle Mittel, eingeschränkte Mobilität) älterer Menschen berücksichtigen.Background: Older people living in rural areas are at high risk of social isolation and loneliness, as well as their associated health effects (e.g., increased all-cause mortality, cardiovascular diseases). To address this increasing public health problem, offers to promote and strengthen social contacts and participation are necessary.
Objectives: Is there a need for preventive offers regarding social isolation or loneliness, and how can this be met?
Methods: A quantitative, descriptive analysis using a paper–pencil questionnaire was conducted from December 2019 to January 2020 to analyze (1) the presence of social isolation and loneliness, as well as its risk factors, (2) needs and wants, and (3) the assessment of suitability and interest in offerings to prevent social isolation and loneliness among residents ≥ 65 years in a rural community.
Results: The response rate was 48.9% out of N = 331. Various risk factors for social isolation and loneliness (e.g., childlessness, restricted mobility) were present in the study population. Furthermore, almost a fifth did not have any personal contact with people from the public sector within the last 14 days. Over a fifth said they felt lonely “sometimes” or “often”. The proposed offerings “worship services, use of church-based measures”, “excursions”, “informational events on various topics”, “joint exercise/sports” and a “support group in which one can offer one’s help to other people and/or receive help” were most frequently rated as suitable and interesting.
Conclusions: The results show high demand, needs, and interest in offers which prevent social isolation and loneliness. Services should consider the specific needs (e.g., affordability) and wants (e.g., community actions) of older people
Advantages of Composite Skin-Grid-Structures under Consideration of Invariant-Based Design Principles
Get PDFWith the discovery of Tsai‘s Modulus as a fundamental property of composite material and the newly introduced Double-Double Laminate family, new and highly efficient methods for the design of composite laminates are available. An overview of these so-called invariant-based design methods is given. Additionally, two novel approaches are proposed for the invariant-based analysis of stability and displacement of composite panels. These methods are shown to accurately predict the field of displacement and the buckling load for Double-Double type laminates independent of material and laminate thickness. Subsequently, an optimization of layup and thickness of composite panels utilizing these methods is demonstrated. A parametric finite element model is presented, allowing the efficient analysis and optimization of Skin-Grid-Structures. Many different modeling types with varying levels of detail are considered and compared. These include complete solid modeling with layered solid elements as well as combined shell / solid modeling. Additionally, pure shell modeling is considered using pre-integrated shell sections. Both by using a smeared stiffness method and by discreetly assigning stiffness properties. An overview of the theories behind these methods is given. The model is embedded into the Composite Laminate Toolbox for MATLAB, from which the APDL input file is created and executed. A mass optimization of the design parameters is performed with respect to stiffness constraints using the surrogate optimization provided by MATLAB. The optimal solutions are compared to an unstiffened aluminium plate with equivalent stiffness. By direct comparison of the required mass, the immense lightweight potential of the Skin-Grid-Structure is demonstrated.Mit der Entdeckung des Tsai-Moduls als grundlegende Eigenschaft von Verbundwerkstoffen und der neu eingeführten Double-Double Laminat-Familie stehen neue und hocheffiziente Methoden für die Auslegung von Verbundlaminaten zur Verfügung. Es wird ein Überblick über diese sogenannten invarianten-basierten Entwurfsmethoden gegeben. Darüber hinaus werden zwei neuartige Ansätze für die invarianten-basierten Analyse der Stabilität und der Verschiebung von Verbundplatten vorgeschlagen. Es wird gezeigt, dass diese Methoden das Verschiebungsfeld und die Beullast für Double-Double Laminate unabhängig von Material und Laminatdicke genau vorhersagen können. Anschließend wird eine Optimierung des Aufbaus und der Dicke von Verbundplatten unter Verwendung dieser Methoden demonstriert. Es wird ein parametrisches Finite-Elemente-Modell vorgestellt, das die effiziente Analyse und Optimierung von Skin-Grid-Strukturen ermöglicht. Es werden viele verschiedene Modellierungsarten mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad betrachtet und verglichen. Dazu gehören sowohl die vollständige Volumenmodellierung mit geschichteten Volumenelementen als auch die kombinierte Schalen-/Volumenmodellierung. Zusätzlich wird die reine Schalenmodellierung mit vorintegrierter Schalensteifigkeit betrachtet. Sowohl durch die Verwendung einer verschmierten Steifigkeitsmethode als auch durch diskrete Zuweisung von Steifigkeitseigenschaften. Es wird ein Überblick über die Theorien hinter diesen Methoden gegeben. Das Modell ist in die Composite Laminate Toolbox für MATLAB eingebettet, mit der die APDL-Eingabedatei erstellt und ausgeführt wird. Mit Hilfe der von MATLAB bereitgestellten Surrogat-Optimierung wird eine Massenoptimierung der Konstruktionsparameter unter Berücksichtigung der Steifigkeitsbeschränkungen durchgeführt. Die optimalen Lösungen werden mit einer unversteiften Aluminiumplatte mit gleicher Steifigkeit verglichen. Durch den direkten Vergleich der benötigten Masse wird das immense Leichtbaupotenzial der Skin-Grid-Struktur aufgezeigt