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Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Absicherung der Qualität eines pharmazeutischen Produktionsprozesses durch die Überprüfung des Volumens mikroskopischer Polymerstäbchen mit einem hochgenauen 3D Messverfahren. Die Polymerstäbchen werden für pharmazeutische Anwendungen hergestellt. Aus Gründen der Qualitätssicherung muss das Istgewicht überprüft werden. Derzeit werden die Polymerstäbchen stichprobenartig mit einer hochpräzisen Waage gewogen. Für die nächste Generation von Polymeren wird angenommen, dass die Produktabmessungen weiter reduziert werden sollen und die Produktionstoleranzen auf 2,5% gesenkt werden. Die daraus resultierenden Genauigkeitsanforderungen übersteigen jedoch die Möglichkeiten der Wiegetechnik. Bei homogenen Materialien ist die Masse proportional zum Volumen. Aus diesem Grund kommt dessen Bestimmung als Alternative in Frage. Dies verschafft Zugang zu optischen Messverfahren und deren Flexibilität und Genauigkeitpotenzial. Für den Entwurf eines auf die Fragestellung angepassten Messkonzeptes sind weiterhin von Bedeutung, dass das Objekt kontaktlos, mit einer Taktzeit von maximal fünf Sekunden vermessen und das Volumen approximiert wird. Die Querschnitte der Polymerstäbchen sind etwa kreisförmig. Aufgrund der Herstellung der Fragmente kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Anlageflächen orthogonal zur Symmetrieachse des Objektes sind. Daher muss analysiert werden, wie sich kleine Abweichungen von kreisförmigen Querschnitten sowie die nicht idealen Anlageflächen auswirken. Die maximale Standardabweichung für das Volumen, die nicht überschritten werden sollte, beträgt 2,5%. Dies entspricht einer maximalen Abweichung der Querschnittsfläche um 1106 µm² (Fehlerfortpfanzung). Als Bewertungskriterium wird der Korrelationskoeffzient zwischen den gemessenen Volumina und den Massen bestimmt. Ein ideales Ergebnis wäre 100%. Die Messung zielt auf einen Koeffzienten von 98% ab. Um dies zu erreichen, ist ein präzises Messverfahren für Volumen erforderlich. Basierend auf dem aktuellen Stand der Technik können die vorhandenen optischen Messverfahren nicht verwendet werden. Das Polymerstäbchen wird von einer Kamera im Durchlicht beobachtet. Daher sind der Durchmesser und die Länge sichtbar. Das Objekt wird mittels einer mechanischen Vorrichtung um die Längsachse gedreht. So können Bilder von allen Seiten aufgenommen werden. Der Durchmesser und die Länge werden mit der Bildverarbeitung berechnet. Das neue Konzept vereint die Vorteile der Verfahren: Es ist unempfindlich gegen Farb-/Helligkeitsänderungen und die Bilder können in beliebiger Anzahl aufgenommen werden. Außerdem sind die Erfassung und Auswertung wesentlich schneller. Es wird ein Entwurf und die Umsetzung einer Lösung zur hochpräzisen Volumenmessung von Polymerstäbchen mit optischer Messtechnik und Bildverarbeitung ausgearbeitet. Diese spezielle Prozesslösung in der Prozesslinie (inline) sollte eine 100%ige Qualitätskontrolle während der Produktion garantieren. Die Zykluszeiten des Systems sollte fünf Sekunden pro Polymerstäbchen nicht überschreiten. Die Rahmenbedienungen für den Prozess sind durch die Materialeigenschaften des Objekts, die geringe Objektgröße (Breite = 199 µm, Länge = 935 µm bis 1683 µm) und die undeffinierte Querschnittsform (durch den Trocknungsprozess) vorgegeben. Darüber hinaus sollten die Kosten für den Prozess nicht zu hoch sein. Der Messaufbau sollte klein sein und ohne Sicherheitsvorkehrungen oder Abschirmungen arbeiten. Das entstandene System nimmt die Objekte in verschiedenen Winkelschritten auf, wertet mit Hilfe der Bildverarbeitung die Aufnahmen aus und approximiert das Volumen. Der Korrelationskoffizient zwischen Volumen und Gewicht beträgt für 77 Polymerstäbchen mit einem Gewicht von 37 µg bis 80 µg 99; 87%. Mit Hilfe eines Referenzsystems kann die Genauigkeit der Messung bestimmt werden. Die Standardabweichung sollte maximal 2,5% betragen. Das entstandene System erzielt eine maximale Volumenabweichung von 1,7%. Die Volumenvermessung erfüllt alle Anforderungen und kann somit als Alternative für die Waage verwendet werden.
Abdriftbedingte Pflanzenschutzmittelrückstände in unbehandelten Kulturen auf angrenzenden Flächen
(2020)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Abdrift von Pflanzenschutzmitteln (PSM), die auf Lebensmittelkulturen in angrenzenden Flächen, insbesondere in benachbarte Haus- und Kleingärten, gelangt. In einer Reihe von Windtunnelversuchen wurde die Abdrift von PSM aus Flächen- und Raumkulturen während der Applikation mit zwei verschiedenen Testsystemen nachgestellt. Das Testsystem Flächenkultur simuliert die Applikation auf Flächenkulturen, das Testsystem Raumkultur die auf Raumkulturen. Auf der Nicht-Zielfläche wurden die auf Grund von Abdrift entstandenen Rückstände des verwendeten Tracers Pyranin nach der Applikation entfernungsabhängig auf den Lebensmittelkulturen Kopfsalat, Erdbeeren und Tomaten gemessen. Durch die gleichzeitige Messung der Bodendeposition konnten die Messwerte mit Hilfe von Regressionsgleichungen (R² = 0,88 bis 0,97) in Bezug zu den Abdrifteckwerten (AEW) gebracht werden. Dadurch war es möglich, erste Abschätzungen der Höhe von Rückständen vorzunehmen, die über Abdrift von landwirtschaftlichen Flächen auf benachbarte Lebensmittelkulturen im Freiland gelangen können. Diese Abschätzung ist zunächst limitiert auf die drei Versuchspflanzen. Die Versuche zeigen, dass sich die meisten durch Abdrift entstehenden Rückstände auf Salatköpfen wieder finden, gefolgt von Erdbeeren und Tomaten.
Neben dem experimentellen Teil wurden Analysen mit Geoinformationssystemen (GIS) durchgeführt, um die Nachbarschaftsverhältnisse zwischen landwirtschaftlich genutzten Flächen und Gartenflächen für ganz Deutschland und speziell für Rheinland-Pfalz (RLP) zu analysieren. Dazu wurden für die deutschlandweiten Berechnungen die Daten des amtlichen topographisch-kartographischen Informationssystems (ATKIS) und für die RLP-weiten Berechnungen die Daten des amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS) verwendet. Beachtet werden muss, dass auf Grund der Datenbeschaffenheit eine Abgrenzung der Gartenflächen zu Wohnflächen nicht möglich ist. Deutschlandweit liegen etwa 1,1 % aller potentiellen Gartenflächen innerhalb eines 5 m Pufferbereichs um Raumkulturen bzw. innerhalb eines 2 m Pufferbereichs um Flächenkulturen. Für RLP sind es 0,75 %. Mit Hilfe eines Landbedeckungsdatensatzes der Fa. RLP AgroScience GmbH und den ALKIS-Daten konnte jedoch die exakte Gartenfläche für RLP auf 47.437 ha bestimmt werden. Basierend auf dieser Datengrundlage liegen 1,2 % der Gartenfläche von RLP innerhalb der genannten Pufferbereiche. Des Weiteren ergaben Berechnungen, dass 3 % der Gärten in RLP direkt angrenzend zu landwirtschaftlich genutzten Flächen liegen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden nicht nur Gärten betrachtet, die an landwirtschaftliche Flächen grenzen, sondern auch Nachbarschaftsverhältnisse zwischen ökologisch und konventionell bewirtschafteten Flächen untersucht. Diese Berechnungen erfolgten mit den Daten des Integrierten Verwaltungs- und Kontrollsystems (InVeKoS). Insgesamt grenzen in RLP 47,1 % aller ökologisch bewirtschafteten Flächen unmittelbar an konventionell bewirtschaftete Flächen an.
Bio-medical data comes in various shapes and with different representations.
Domain experts use such data for analysis or diagnosis,
during research or clinical applications. As the opportunities to obtain
or to simulate bio-medical data become more complex and productive,
the experts face the problem of data overflow. Providing a
reduced, uncluttered representation of data, that maintains the data’s
features of interest falls into the area of Data Abstraction. Via abstraction,
undesired features are filtered out to give space - concerning the
cognitive and visual load of the viewer - to more interesting features,
which are therefore accentuated. To address this challenge, the dissertation
at hand will investigate methods that deal with Data Abstraction
in the fields of liver vasculature, molecular and cardiac visualization.
Advanced visualization techniques will be applied for this purpose.
This usually requires some pre-processing of the data, which will also
be covered by this work. Data Abstraction itself can be implemented
in various ways. The morphology of a surface may be maintained,
while abstracting its visual cues. Alternatively, the morphology may
be changed to a more comprehensive and tangible representation.
Further, spatial or temporal dimensions of a complex data set may
be projected to a lower space in order to facilitate processing of the
data. This thesis will tackle these challenges and therefore provide an
overview of Data Abstraction in the bio-medical field, and associated
challenges, opportunities and solutions.
Accidents annually cause high economic damages for concerned persons, companies and the state. To determine the exact costs of a damage is a challenge. Scientific studies differ from each other because of different models of calculation. Due to the fact of a low number of accidents concerning rail transport there are not many studies about how to calculate the costs an accident causes. The aim of this thesis is to give an overview about methods when dealing with these costs and to point out occurring difficulties. Generally, costs of accident can be divided in two categories. One category deals with personal injuries whereas the other focuses on material damages. Personal injuries contain material and immaterial damages. This leads to difficulties in calculation. The main aspect when dealing with personal damages is the loss of manpower, the costs of medical supply and the costs of the recovery of the legal situation. Currently there is no model of how to calculate personal damages concerning rail transport in Germany. The “Bundesamt für Straßenverkehr” developed an extensive model for calculations of costs of accident concerning traffic. It turned out that the death of people has costs round about 1.1 million euro. Severely and slightly injured people cause damages about 106,000 euro and 5,000 euro. This thesis declares that the model is important regarding different aspects of rail transport and that it is based on statistically collected key performance indicators. Furthermore, some approaches, which analyse the value of life, are mentioned. There are large derivations between them. To make a calculation of material damage the current value of the object must be respected. When dealing with the limitation of material damages the focus is on damages concerning infrastructure. In addition, railway infrastructure can be mentioned. With the help of the “Kostenkennwertekatalog” of Deutsche Bahn AG acquisitions costs for certain components of infrastructure can be determined. As a result, they offer a basis for calculating damages.
Since the invention of U-net architecture in 2015, convolutional networks based on its encoder-decoder approach significantly improved results in image analysis challenges. It has been proven that such architectures can also be successfully applied in different domains by winning numerous championships in recent years. Also, the transfer learning technique created an opportunity to push state-of-the-art benchmarks to a higher level. Using this approach is beneficial for the medical domain, as collecting datasets is generally a difficult and expensive process.
In this thesis, we address the task of semantic segmentation with Deep Learning and make three main contributions and release experimental results that have practical value for medical imaging.
First, we evaluate the performance of four neural network architectures on the dataset of the cervical spine MRI scans. Second, we use transfer learning from models trained on the Imagenet dataset and compare it to randomly initialized networks. Third, we evaluate models trained on the bias field corrected and raw MRI data. All code to reproduce results is publicly available online.
Schizophrenia is a chronic mental health disorder, which changes rapidly the life of the persons and their families, who suffer from it. It causes high biological and psychological vulnerability as well as cognitive, emotional and behavioral disorders. Nowadays, evidence-based pharmacotherapy and psychotherapy are available aiming the rehabilitation and recovery of individuals with schizophrenia. A democratic society is obliged to give these people the opportunity to have an access to those treatments.
The following three published studies present this dissertation thesis and have a common focus on the implementation of evidence-based psychotherapy in individuals with schizophrenia.
The first study evaluates the efficacy of the Integrated Psychological Therapy (IPT) in Greece, one of the most evaluated rehabilitation programs. IPT was compared to
Treatment as Usual (TAU) in a randomized controlled trial (RCT) with 48 individuals with schizophrenia. Significant effects favouring IPT were found in working memory,
in social perception, in negative symptoms, in general psychopathology and in insight. This study supports evidence for the efficacy of IPT in Greece.
The second study evaluates a second hypothesis, when IPT is more and less effective regarding treatment resistant schizophrenia (TRS) and non treatment resistant
schizophrenia (NTRS). It is a part of the first paper. Significant effects favouring NTRS were found for verbal memory, for symptoms, for functioning and quality of
life. Effect sizes showed superiority of NTRS in comparison to TRS. IPTTRS showed on the other side some significant improvements. This study presents the initial findings of a larger study to be conducted internationally for the first time.
The third study is a systematic review, which aims to evaluate the efficacy of Cognitive Behavioral Therapy (CBT), of Meta Cognitive Therapy (MCT), Metacognitive Training (MCTR), Metacognitive Reflection and Insight Therapy
(MERIT), of various Rehabilitation Programs and Recovery Programs in individuals with schizophrenia. 41 RCTs and 12 Case Studies were included. The above interventions are efficacious in the improvement of cognitions, symptoms, functional outcome, insight, self-esteem, comorbid disorders and metacognitive capacity.
The three studies provide insight regarding the importance of evidence-based psychotherapy in persons with schizophrenia leading to recovery and reintegration into
society. Future RCTs with larger samples and long-term follow up, combining evidence-based psychotherapies for individuals with schizophrenia need to be done.
The analysis of three-dimensional and complex motion sequences
of human gait and therefore the most important question
of kenesiology ”why are we falling?” is the essence of this
paper. The gerontology and its science of movement is currently
limited to simple and one-dimensional methods and models. An
extensive literature research shows the latest state of research of
the three common methods to determine the stability of human
gait. To assess the margin of stability, local stability and orbital
stability it is shown, how those methods are applicable to evaluate
the subject’s ability to recover from any disturbences of
the subject’s gait. Based on this assessment and the method’s
advantages and disadvantages a new method will be derived
that allows spatial analysis of dynamic instability of linear and
non-linear human gait. A motion capture system and the timed
up and go test serve as a basis for this new method and will be
explained. A numerical approximation to optimise the number
of markers within a marker-set of a motion capture analysis
and its maximum correlation with the full-body-marker-set will
be given. This simplification is very helpful for further clinical
or scientific research. To validate the new method a trial
with subjects will be shown and discussed. New appreciable
variables and snapshots of specific situations during the gait
offer new and different interpretations of the human gait. The
new method is the most applicable and appropriate assessment
of human gait and the individual development of the human
gait while aging, as well as to detect and prevent falling and
associated injuries. Especially directional change of a non-linear
gait become assessable with the new method.
Blockchain in Healthcare
(2020)
The underlying characteristics of blockchain can facilitate data provenance, data integrity, data security, and data management. It has the potential to transform the healthcare sector. Since the introduction of Bitcoin in the fintech industry, the blcockhain technology has been gaining a lot of traction and its purpose is not just limited to finance. This thesis highlights the inner workings of blockchain technology and its application areas with possible existing solutions. Blockchain could lay the path for a new revolution in conventional healthcare systems. We presented how individual sectors within the healthcare industry could use blockchain and what solution persists. Also, we have presented our own concept to improve the existing paper-based prescription management system which is based on Hyperledger framework. The results of this work suggest that healthcare can benefit from blockchain technology bringing in the new ways patients can be treated.
Interest in crowdfunding has been increasing in recent years, both from the economy and the scientific community. Besides artists and entrepreneurs, researchers are now also funding their projects through many small contributions from the crowd. However, the perceived use in Germany does not reflect the benefits of a crowdfunding campaign, especially in international comparison. This study investigates this issue by identifying the motives and barriers for crowdfunding in order to formulate recommendations for research institutions to encourage the use of crowdfunding.
By means of a literature review, first insights are gained which are then used to conduct qualitative interviews with eleven researchers who successfully completed a crowdfunding campaign. The results indicate that researchers in Germany use crowdfunding primarily to raise awareness for the subject and the scientific community in general. The initial assumption of the speed of crowdfunding as a motive was contradicted by the experts. The major barriers are the immense effort involved in a campaign and the lack of reputation for the concept of crowdfunding by German scientists. In addition, only subjects and projects with a high public relevance and funding volume of up to five digits are recommended for crowdfunding. Furthermore, the public exposure of the experts during the campaign was identified as an additional barrier.
These findings lead to three recommendations for research institutions to increase the use of crowdfunding: Firstly, universities should raise awareness for the subject of crowdfunding as an additional form of research funding and highlight the benefits of a crowdfunding campaign. Secondly, universities should cooperate with crowdfunding partners and utilize the networking capacities of a university. Lastly, universities should provide support to distribute the workload among interdisciplinary teams in order to enhance the effortreturn ratio of a crowdfunding campaign.
The chosen methodology and the scope of the thesis enable further research that might examine the perspective of the universities and the conditions in other countries. In addition, a largescale quantitative survey is required to validate the identified concepts statistically.
Die Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der zentralen Frage, welche Erfolgsfaktoren einen Effekt auf eine erfolgreiche Crowdfunding Kampagne haben. Als Untersuchungsfeld stehen deutsche Startup-Unternehmen im Fokus, die bereits erfolgreiche CrowdfundingKampagnen durchgeführt haben.
Zur Beantwortung dieser Frage wird zunächst eine systematische Literaturanalyse durchgeführt, durch die relevante Erfolgsfaktoren für eine Crowdfunding-Kampagne ermittelt werden. Diese Faktoren werden anschließend einem Mixed-Method-Ansatz unterzogen, bei dem qualitative Ergebnisse, basierend auf einer Fallstudienforschung, mit den statistisch ausgewerteten quantitativen Ergebnissen aus der Fragebogenforschung verglichen und überprüft werden. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der Identifikation von signifikanten Wirkungszusammenhängen zwischen den Erfolgsfaktoren und einer erfolgreichen Crowdfunding-Kampagne.
Im Ergebnis konnten diesbezüglich Wirkungszusammenhänge innerhalb dieser Thesis nachgewiesen werden. Sechs der festgestellten Zusammenhänge aus der qualitativen Analyse werden durch die quantitative Analyse bestätigt. Es konnte jedoch keine Signifikanz der Korrelationen festgestellt werden. Auch die Hypothese, dass sich die Erfolgsaussichten einer Kampagne durch eine höhere Anzahl jeweils kombinierter Erfolgsfaktoren erhöhen, wurde sowohl in der qualitativen als auch in der quantitativen Betrachtung widerlegt. Demnach galt es für den Autor der vorliegenden Thesis künftige Forschungsfelder zu definieren, die die ermittelten Ergebnisse erweitern und konkretisieren. Es bleibt beispielsweise einer weiterführenden Forschung überlassen, zu klären, ob bestimmte Kombinationen der Erfolgsfaktoren zu signifikanten Wirkungszusammenhängen führen. Darüber hinaus bietet sich eine weiterführende statistische Regressionsanalyse an, um die kausalen Effekte zu untersuchen und Prognosen für erfolgreiche Crowdfunding-Kampagnen zu formulieren.