Magnetische Sensorik - Besser als EEG und EKG?

    Magnetische Sensorik - Besser als EEG und EKG?

    Prof. Dr.-Ing. Gerhard Schmidt

     

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    Gerhard SchmidtFür viele neurologische oder kardiologische Untersuchungen werden elektrische Sensoren verwendet – man spricht dann von Elektroenzephalographie (EEG) bzw. Elektrokardiographie (EKG). Hierzu werden Elektroden über dem Brustkorb oder am Kopf angebracht und es werden elektrische Spannungen gemessen. Dies klappt recht gut, allerdings verläuft die Ausbreitung von den Quellen (dem Herzen oder dem Gehirn) zu den Sensoren meist auf sehr „ungewöhnlichen“ Wegen. Alternativ können neu entwickelte magnetische Sensoren verwendet werden – hier findet eine Ausbreitung statt, die für die meisten Menschen merklich „materialunabhängiger“ ist. Durch die magnetischen Messungen könnte es in der Zukunft möglich sein, viel genauere medizinische Analysen durchzuführen, die sogar ohne Körperkontakt auskommen – ähnlich dem „Trikorder“ aus „Star Trek“.

    Im Rahmen dieses Vortrags wird zunächst der Sonderforschungsbereich 1261 (Magnetoelectric Sensors: From Composite Materials to Biomagnetic Diagnostics), der sich mit der Erforschung von neuartigen magnetoelektrischen Sensorsystemen befasst, vorgestellt. Anschließend werden einige der Sensorprinzipien vorgestellt, die darauf ausgelegt sind, tieffrequente, äußerst schwache Magnetfelder in typischen Umgebungen, d.h. ohne magnetische Schirmung und ohne aufwändige Kühlsysteme, zu messen. Ein kurzer Ausblick auf biomedizinische Anwendungen für diese Sensorarten schließt den Vortrag.


    Sprechtherapie für Parkinson-Patienten/innen - ein Schulterschluss aus Medizin und Technik

    Sprechtherapie für Parkinson-Patienten/innen - ein Schulterschluss aus Medizin und Technik

    M. Sc. Karolin Krüger

     

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    Karolin KrügerDie Parkinson-Krankheit ist weltweit eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen, deren Auftreten mit zunehmendem Alter stark ansteigt und die sich auf verschiedene Aspekte des täglichen Lebens auswirken kann. Das bekannteste und auffälligste Merkmal ist das Zittern der Gliedmaßen - der so genannte Tremor. Aber auch die Stimme kann durch die Erkrankung stark beeinträchtigt werden, was zu einer Reihe von Herausforderungen im sozialen Leben führen kann: Die Stimme wird oft leise, monoton, undeutlich oder zittrig, was es schwierig macht, sich klar und verständlich auszudrücken.

    Die Stimmveränderungen können das soziale Leben erheblich beeinträchtigen, da Kommunikation ein zentraler Bestandteil des menschlichen Lebens ist. Wenn die Stimme durch die Parkinson-Krankheit beeinträchtigt wird, kann dies zu Missverständnissen, Isolation und Frustration führen. Betroffene ziehen sich möglicherweise zurück, weil sie Schwierigkeiten haben, sich verständlich zu machen, oder weil ihnen die Stimmveränderungen unangenehm sind.

    In solchen Situationen kann die Logopädie einen entscheidenden Beitrag leisten. Logopäden sind darauf spezialisiert, Menschen mit Sprach- und Kommunikationsstörungen zu helfen und können Techniken anbieten, um die Stimme zu stärken, die Artikulation zu verbessern und die Verständlichkeit zu erhöhen. Darüber hinaus gibt es vielversprechende Entwicklungen in der Forschung, die darauf abzielen, die Diagnose und Behandlung von Sprachstörungen bei Parkinson zu verbessern. Objektive Sprachanalysen und computergestützte Übungen könnten dazu beitragen, die Effektivität logopädischer Interventionen zu verbessern. Durch den Einsatz von Technologie können spezifische Aspekte der Sprachfähigkeit präziser gemessen und die Stimme im häuslichen Umfeld - zusätzlich zu Therapiesitzungen - mithilfe von Sprachspielen und Übungen trainiert werden.

    Die Integration von Forschungsergebnissen in die klinische Praxis könnte die Lebensqualität von Parkinson-Patienten erheblich verbessern. Durch einen ganzheitlichen Ansatz, der sowohl traditionelle logopädische Methoden als auch innovative technologische Ansätze einbezieht, kann den Betroffenen geholfen werden, ihre Stimme und ihre kommunikativen Fähigkeiten trotz der Herausforderungen der Erkrankung zu erhalten, zu verbessern und sozialen Interaktionen wieder mit mehr Selbstvertrauen zu begegnen.


    Epileptische Anfälle und Epilepsien – zu viel oder zu wenig Ordnung der Biosignal-Aktivitäten im Gehirn?

    Epileptische Anfälle und Epilepsien – zu viel oder zu wenig Ordnung der Biosignal-Aktivitäten im Gehirn?

    Prof. Dr. Ulrich Stephani

     

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    Ulrich StephaniEpileptische Anfälle können bei allen Lebewesen mit einem Gehirn auftreten. Sie unterbrechen attackenhaft die motorischen, sensiblen, psychischen, Bewusstseins- und vegetativen Abläufe, wobei z.B. Zuckungen, Missempfindungen, Verstimmungen, Ohnmacht und Urinabgang auftreten. Die Funktionen des Gehirns (mit dem Rückenmark zusammen das sogen. Zentralnervensystem – ZNS) werden über biologisch arbeitende Nervenfortsätze hergestellt, die 86 Mrd. Nervenzellen verbinden. Ionenkanäle und erregende wie hemmende Neurotransmitter (Botenstoffe) vermitteln die elektrischen bzw. magnetischen Impulse, die Biosignale. Dabei lassen spezifische Netzwerke mehrere Hirnregionen für bestimmte Funktionen gemeinsam arbeiten: Die sogenannten fünf Sinne (Sehen, Hören, Schmecken, Riechen, Tasten) vermitteln die Wahrnehmungsreize der Umwelt (Input), die in spezifischen Regionen des Gehirns verarbeitet werden; die Aufrecht- und Konstant-Erhaltung des inneren Körpermilieus und die (motorischen) Aktionen stehen auf der anderen Funktionsseite mit ihrem Output. Im Laufe der Ontogenese entwickelt sich das Gehirn ab der Embryonalzeit bis ins Erwachsenen-Alter; selbst im sogen. ausgereiften Gehirn (z.B. bei einem Menschen mit 20 Jahren) können noch Veränderungen und neue Verbindungen bei Lernprozessen auftreten.

    Im ZNS finden viele Abläufe gleichzeitig statt, deren Zahl ist kaum zu benennen. Wenn ein epileptischer Anfall auftritt, kommt es zu einer geringeren Hemmung bzw. größeren Erregung von Nervenzell-Verbünden im Gehirn, manchmal nur in bestimmten Arealen des Gehirns, manchmal im gesamten Gehirn. Zu viele Nervenzellen entladen sich dann gleichzeitig (wie im Gleichschritt) und vermindern die Vielfalt der Hirnvorgänge: Zuckungen, Bewusstseinsstörungen, Stuhlabgang sind Beispiele für Phänomene von epileptischen Anfällen.

    Unterschiedliche Biosignale vermitteln die Aktivitäten des Gehirns. Vor ca. 100 Jahren wurde in Jena das sogen. Elektroenzephalogramm (EEG) entdeckt, bei dem meist von der Kopfhaut über dort platzierte Elektroden elektrische Spannungen abgeleitet und gemessen werden. Es gibt für verschiedene Zustände des Gehirns (z.B. Wachheit, Schlaf, epileptische Anfälle) Biosignal-Muster, die mit dem EEG als immer noch wichtigster Labormethode neurologischer Forschung gemessen und bewertet werden. Die Messung von Magnetfeldern des Gehirns (Magnetenzephalogramm, MEG) ist mit Helium-gekühlten Sensoren in magnetisch abgeschirmten Kammern bereits heute möglich; das MEG wird voraussichtlich aber bald wie das EEG durch ingenieurtechnischen Fortschritt unaufwändig verfügbar sein, was für die Medizin einen großen Fortschritt bedeuten würde.


    Detektion von Osteoporose durch Ultraschall unter Anwendung von künstlicher Intelligenz

    Detektion von Osteoporose durch Ultraschall unter Anwendung von künstlicher Intelligenz

    M. Sc. Finn Spitz

     

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    Finn SpitzOsteoporose, auch als „Knochenschwund“ bezeichnet, zählt zu den häufigsten und kostspieligsten Volkskrankheiten weltweit und erhöht das Risiko von Knochenbrüchen. Leider wird die Erkrankung erst spät oder gar nicht erkannt und bleibt daher unbehandelt.

    Bislang wird Osteoporose in der Regel durch Röntgenuntersuchungen festgestellt. Hierbei wird jedoch lediglich die Knochendichte gemessen. Zusätzliche Informationen über die Struktur und Materialeigenschaften von Knochen, wie ihre Porosität oder Elastizität, könnten jedoch weitere wichtige Hinweise auf eine Osteoporose-Erkrankung liefern. Die Grundlage dafür bildet das Ultraschallmessverfahren AMBIT (Acoustical Multipath Bone Investigator), das im Team von Dr. Reinhard Barkmann und Professor Claus-Christian Glüer im Rahmen der Doktorarbeit von Melanie Gräsel entwickelt wurde

    Aufgrund des direkten Zusammenhangs zwischen Schallgeschwindigkeit und Knochendichte sowie -elastizität können mehrere Einflussfaktoren auf die Knochenfestigkeit bestimmt und zur Diagnose herangezogen werden. Dieses Messverfahren kommt ohne Röntgenstrahlung aus, wodurch das Ultraschallgerät auch bei Risikopatientinnen und -patienten, Schwangeren oder Frauen in den Wechseljahren angewendet werden kann.


    Aus der digitalen Welt in die Klinik: Nutzung von tragbaren Sensoren im klinischen Alltag

    Aus der digitalen Welt in die Klinik: Nutzung von tragbaren Sensoren im klinischen Alltag

    Dr. Clint Hansen

     

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    Clint HansenIn diesem Vortrag werden die Grundlagen der menschlichen Bewegungsanalyse und deren Anwendung außerhalb der klinischen Umgebung erläutert. Es wird gezeigt, wie tragbare Sensoren zur Erfassung alltäglicher Bewegungen, wie Gangmuster oder Körperhaltung, genutzt werden können. Der Fokus liegt auf der Auswahl geeigneter Instrumente und der Bewältigung von Herausforderungen, wie Datenrauschen. Anhand konkreter Beispiele wird verdeutlicht, wie solche Daten in der klinischen Praxis, etwa zur Überwachung von Gangstörungen oder bei der Rehabilitation, eingesetzt werden. Der Vortrag umfasst auch aktuelle Forschungsprojekte zur Entwicklung digitaler Messmethoden als objektive klinische Endpunkte.


    In folgenden Städten wird die Nacht der Biosignale 2025 angeboten: