Theoretische Elektrotechnik, Prozessmodelle und Medizintechnik / Medizinische Gerätetechnik

Tiefgreifende Veränderungen bestimmen zurzeit unsere Gesellschaft – global und national, d.h. in unserer unmittelbaren Umgebung. Welche Strategie ist zukunftsfähig, wie sind die Fachgebiete verknüpft, was benötigt man zur Perfektionierung des machbaren, welche theoretischen Grundlagen und Fächerverknüpfungen sind Richtungweisend.

Der Ingenieur ist der Meister des Wissens: Er verbindet Theorie und Praxis und dringt damit in Gebiete vor die vor einigen Jahren noch unvorstellbar waren. Der Physiker legt die theoretischen Grundlagen der Ingenieur perfektioniert das technisch Machbare, d.h. er ermöglicht die reibungslose Anwendung zum Wohle der Menschheit, z.B. in der biomedizinischen Gerätetechnik.

Die Theoretische Elektro- und Medizintechnik mit ihren Prozessmodellen ist eine Schlüsseltechnik des 21.Jahrhunderts, dies soll an einigen ausgewählten richtungweisenden Beispielen Veranschaulicht werden:

  • Als Option der Magnetresonanztechnik haben sich Demonstrationsversuche mit dem so genannten „Lorentz Effect Imaging“ erwiesen. Die Methode beruht darauf, dass ein Strom durchflossener elektrischer Leiter in einem Magnetfeld einer Kraft ausgesetzt ist, die senkrecht zu Stromfluss und zum Magnetfeld wirkt. Ist der Leiter – beispielsweise ein aktives Neuron – flexibel, wird es durch die Kraft verschoben. Da die einzelnen Neuronen innerhalb eines gemeinsamen Volumens statistisch im Raum orientiert sind, führt das zu einer Phasenverschiebung des Signals gegenüber einem elektrisch weniger aktiven Bereich: Man hofft, auf diese Weise neuronale Aktivität direkt sichtbar machen zu können. In Versuchen an künstlichen Proben konnte gezeigt werden, dass die Methode im Prinzip genau genug wäre, um neuronale Aktivitäten  direkt zu messen.
  • Leider tragen bei der Magnetoresonanztomographie  nur wenige Millionstel des im Körper vorhandenen Wasserstoffs zu den Magnetoresonanz-Schnittbildern bei. Der überwiegende Teil der Protonen erscheint darin nicht, denn das statische Magnetfeld erlaubt parallele und antiparallele Ausrichtungen. Daraus resultieren aber Signale mit entgegen gesetztem Vorzeichen, die sich bei der Messung gegenseitig auslöschen. Die parallele Ausrichtung ist energetisch günstiger, am absoluten Nullpunkt also die einzig mögliche. Mit steigender Temperatur ergibt sich aber ein Gemisch aus beiden Zuständen, und bei Raumtemperatur ist das antiparallele Niveau lediglich leicht unterbesetzt. Nur diese kleine Differenz trägt zum eigentlichen Nutzsignal bei. Durch Einstrahlen eines hochfrequenten Feldes in das Gewebe lassen sich nun Protonen in das obere Energieniveau „pumpen“, womit eine sehr viel größere Differenz zwischen den Niveaus erreicht wird.
  • Optimierung der magnetischen Energiedichte des vollimplantierbaren pulsierenden Herzunterstützungssystems. (Projekt)
  • Die geburtenstarken Jahrgänge der 1960er Jahre werden die Senioren von morgen sein. Demografische Entwicklung, Überalterung der westlichen Gesellschaft sowie ein starker Anstieg chronischer Krankheiten (z.B. Diabetes) werden vor allem den Gesundheitsbereich sehr stark verändern. Einen besonders vielversprechenden Ansatz bieten neue Technologien im Medizin-, Reha- und Komfortbereich, wenn sie im privaten Umfeld (Wohnung sowie unmittelbare Umgebung) Anwendung finden. Und es geht nicht nur um die bereits kranken oder gebrechlichen Menschen. Eine ebenso drängende Frage wird sein, wie sich Menschen lange fit und gesund halten können bzw. wie Menschen mit Handicap möglichst barrierefrei im privaten und beruflichen Umfeld leben können. Im Rahmen des interdisziplinären eHealthLab Cottbus entsteht in diesem Zusammenhang ein Blinden- und Sehbehinderten-Modellarbeitsplatz. (Projekt)
  • Entwicklung eines Prozessmodells der Kommunikation schwerstdementer Menschen zur Schmerzdiagnostik.  Eine befriedigende Schmerzdiagnostik und -therapie bei Dementen wird erst dann möglich, wenn die Ärzte es schaffen, eine funktionierende Kommunikation zu den Patienten herzustellen. Gelingt das nicht, ist das Scheitern vorprogrammiert. Demente (ca. eine Million in Deutschland) verstehen oft gar nicht, was wir von ihnen wollen, antworten „unsinnig“, unverständlich oder gar nicht. Sie haben Angst und lassen sich nicht untersuchen. Fragt der Arzt nach Schmerzen, weiß der Patient oft nicht einmal, dass das damit gemeint ist, worunter er gerade leidet.  Diese von Seiten des Patienten bestehenden, gravierenden Kommunikationshindernisse machen es oft schwer, zu einer Diagnose zu kommen und eine passende Therapie zu finden, dabei würde eine Objektivierung der Schmerzen durch die Biomedizinische Gerätetechnik eine große Hilfe sein.

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