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Ein neuer e-Learning Ansatz für Blinde und hochgradig Sehbehinderte

Abstract: 

Ende der 90er Jahre etablierten sich unterschiedliche Möglichkeiten des medienunterstützten Lernens, das so genannte E-Learning. Die hierbei zugrunde liegenden Mechanismen bieten eine geeignete Plattform im Hinblick auf eine neuartige Lernumgebung für Blinde und hochgradig Sehbehinderte, bei der visuelle Informationen durch taktile Analoga repräsentiert werden. Dies ist die Zielsetzung des vorliegenden Projektes, in dem ein Haptic Device, eine Hardware-Einrichtung zur „Darstellung“ der taktilen Information, zur Anwendung kommt. Zum einen kann das Haptic Device dazu dienen, parallel und in Ergänzung zu den visuellen Informationen eine taktile Darstellung geometrischer Objekte und physikalischer Körper zu erzeugen. Zum anderen kann das Haptic Device als Ersatz für nicht zugängliche visuelle Darstellungen verwendet werden und so etwa im Schulunterricht für Blinde und hochgradig Sehbehinderte zum Einsatz kommen. Mit der in diesem Projekt realisierten prototypischen Software make2Dhaptic wurden die diesbezüglichen Voraussetzungen geschaffen.

Die Prävalenz von hochgradiger Sehbehinderung (Visus < 0,1) bis hin zur Blindheit (Visus < 0,05) liegt in Industrieländern bei ca. 0,2%, d.h. allein in Deutschland leiden ca. 160.000 Menschen unter schweren visuellen Defiziten. 30% der Betroffenen (ca. 50.000) sind jünger als 60 Jahre. Zumindest bei dieser Gruppe kann davon ausgegangen werden, dass sie regen Anteil am Alltagsleben nimmt und aufgeschlossen ist für elektronische Hilfsmittel, die den Zugang zu visueller Information erleichtern. Im Bereich des E-Learning werden Studierende mit elektronischen Texten und Bildern konfrontiert.

Status: 
Aktiv

Klassifikation histologischer und zytologischer Präparate im Hinblick auf systembiologische Analysen

Abstract: 

Eines der wichtigsten Teilgebiete der medizinischen und biologischen Bilddatenverarbeitung ist die Segmentierung und Klassifikation, mit der Bildobjekte wie Organe, Knochen- oder Gewebestrukturen vom Rest des Bildinhaltes getrennt und weiterverarbeitet werden können. Neben dem Bereich der computergestützten Diagnostik und Operationsplanung reichen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung in der Medizin von der Tumordetektion über Gewebeklassifikation bis hin zu Wachstumsanalysen. Letztere lassen beispielsweise die Entwicklung eines Tumors oder den Prozess entzündlicher Veränderungen besser beobachten und studieren. Die Zielsetzung des Forschungsprojektes ist daher die Segmentierung und Klassifikation histologischer und zytologischer Präparate. Dieses auch insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung einer systembiologischen Analyse histologischer Strukturen.

Das initiale Ziel des Projektes ist die Bereitstellung effizienter Methoden zur Segmentierung und Klassifikation histologischer und zytologischer Präparate, welches in der Folge die Entwicklung einer systembiologischen Analyse histologischer Strukturen ermöglicht. Daher ist es auch der Anspruch, sich von der statischen Sichtweise der Histologie und Zytologie zu lösen und durch Simulationen über die Zeit Veränderungen besser verstehen zu können – beispielsweise die Entwicklung eines Tumors oder von entzündlichen Veränderungen.

Status: 
Aktiv

Netzgenerierung und volumetrische Finite-Elemente-Analyse der muskulären Kraftentwicklung als Basis virtuell optimierter rekonstruktiver Chirurgie der der Lippen-, Kiefer- und Gaumenregion

Abstract: 

Die Anforderungen an die moderne Chirurgie erfordern die Entwicklung und den Einsatz von computer-gestützten Methoden der virtuellen Operationsplanung, die es den Chirurgen ermöglichen, im Vorfeld eines operativen Eingriffs eine Vielzahl von chirurgischen Optionen zu beurteilen und optimale postoperative Behandlungsstrategien zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil hierbei ist die informationstechnische Rekonstruktion von anatomischen Objekten wie z.B. von biologischem Weichgewebe, Knorpelgewebe, Knochen oder Blutgefäßen auf der Basis hochaufgelöster medizinischer Datensätze.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, Methoden zur 3D-Vernetzung von biologischem Weich- und Muskelgewebe und darauf basierende hocheffiziente adaptive Finite-Elemente-Methoden zu entwickeln. Die Herausforderung beim Einsatz von Finite-Elemente-Methode im medizinischen Kontext besteht darin, eine Vernetzung der anatomischen Objekte zu generieren, die sowohl den Genauigkeitsanforderungen der medizinischen Fragestellung als auch den numerischen Stabilitätsanforderungen der Finite-Elemente-Methode genügt.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Methoden zur 3D-Vernetzung von biologischem Weich- und Muskelgewebe und darauf basierende hocheffiziente adaptive Finite-Elemente-Methoden zu entwickeln. Zur Generierung einer 3D-Ausgangsvernetzung sollen hochgenaue histologische Datensätzen mit lichtmikroskopischer Auflösung eingesetzt werden. Die anschließende Netzverfeinerung soll stabile, gegenüber Störquellen unempfindliche Finite-Elemente-Berechnungen ermöglichen und bezüglich einer für die medizinische Analyse spezifizierten Zielgröße adaptiert sein.

Status: 
Aktiv

Zeitlich und örtlich hochaufgelöste Charakterisierung von Mehrphasenströmungen durch Fasersensoren mit Anwendung auf die Analyse des Lamellenzerfalls an Hohlkegeldüsen

Abstract: 

Die Charakterisierung von hochbeladenen und optisch dichten Mehrphasenströmungen stellt heute nach wie vor eine unzureichend gelöste Aufgabe dar. Erstes Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Messsystems, das basierend auf einem minimal-invasiven Sensor die Strömungsvorgänge beim Zerfall von Lamellen an Hohlkegeldüsen zeitlich hochaufgelöst erfasst. Der im Prinzip bereits erprobte Sensor besteht aus lichtleitenden Fasern, die basierend auf dem Fresnel–Effekt, die Messung des lokalen Brechungsindex ermöglichen. Die Datenerfassung erfolgt mittels einer Zeilenkamera.

Die Beschreibung von hochbeladenen und optisch dichten Mehrphasenströmungen stellt heute nach wie vor eine unzureichend gelöste Aufgabe dar. Ein Ziel dieses Vorhabens ist, ein Messsystem zu entwickeln, das basierend auf einem invasiven Sensor die Strömungsvorgänge in Gas/Flüssig-Mehrphasenströmungen zeitlich hochaufgelöst erfasst. Der Sensor setzt sich aus lichtleitenden Fasern zusammen, die basierend auf dem Fresnel–Effekt, die Messung des lokalen Brechungsindex ermöglichen. Die Datenerfassung erfolgt mittels einer Zeilenkamera.

Status: 
Aktiv

Automatische Generierung von nebenläufigen Algorithmen zur Generierung von Fräsbahnen für mehrachsige Fräsmaschinen bei dentalen Implantaten

Abstract: 

Globalziel des Projektes ist die automatische, kollisionsfreie Berechnung von Fräsbahnen für Mehrachsige Fräsmaschinen. Diese CAD/CAM-orientierte Fragestellung zur rechnergestützten automatisierten Fertigung komplexer Modellstrukturen mittels 3/4/5-achsiger Fräsmaschinen ordnet sich im Bereich der Dentaltechnik an. Neben weitreichenden Algorithmen zur automatisierten Fräsbahngenerierung werden auch fortgeschrittene Platzierungsverfahren für dentale Implantate innerhalb von sogenannten Rohlingen konzeptioniert und realisiert, welche Dentallaboren und Zahnärzten eine zeit- und kosteneffiziente Herstellung qualitativ hochwertiger Implantate ermöglichen können.

Globalziel des Projektes ist die automatische, kollisionsfreie Berechnung von 3-Achs-Fräsbahnen zur Erstellung dentaler Implantate. Unter Beachtung des DIN/ISO 66025 Codes soll hierbei eine direkte Ansteuerung einer 3-Achs-Fräsmaschine effizient realisiert werden. Ausgangsbasis der Generierung sind dreidimensionale Modelle dentaler Implantate in Form von STL-Daten.

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Aktiv

Bahnplanung in dynamischen Umgebungen

Abstract: 

Die Zielsetzung dieses Projektes ist das Auffinden von weitgehend automatischen Verfahren zur Ermittlung günstiger Bahnen für Fertigungsprozesse, bei denen mittels einer rechnergesteuerten Fertigungsmaschine ein Werkzeug mit beschränktem Wirkbereich so über ein Ist-Werkstück zu verfahren ist, dass es die Oberfläche in einer Weise überdeckt, dass nach Abarbeitung der Bahnen ein Soll-Zustand des Werkstücks erreicht wird.

Mittels eines potentiallinienbasierten Ansatzes generierter PfadAusgehend von der einleitend aufgezeigten Zielsetzung des Projektes sollen die Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Werkstück sowie die Maschinenkinematik, die eine sich zeitlich laufend ändernde dynamische Umgebung induziert, genauer als in heutigen Bahnplanungsverfahren berücksichtigt werden.

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Aktiv

Geometrieverarbeitung für die virtuelle Realisierung produktionstechnischer Prozesse

Abstract: 

Die Basis der Modellierung und Simulation komplexer produktionstechnischer Prozesse wie Fräsen, Schleifen, Beschichten und Verdichten ist die Geometrie. Beschreibungen von Werkstücken und Werkzeugen bestehen meist aus einer Spezifikation ihrer Geometrie, die dann durch weitere Attribute ergänzt wird, welche physikalische Eigenschaften hinsichtlich Mechanik, Wärme und Optik definieren. Wenn die entsprechenden Gleichungen, wie meist, nicht analytisch zu lösen sind, besteht ein Zugang durch das Berechnen von Näherungslösungen über einer geeigneten geometrischen Zerlegung des Definitionsbereichs, wie dies etwa bei Finite-Elemente (FE)-Methoden getan wird. Methoden der effizienten Geometrieverarbeitung kommt damit eine hohe Bedeutung bei der Modellierung und effizienten Simulation zu.

Das Projekt gliedert sich in die Aspekte Simulation und Modellierung. Dies beinhaltet die effiziente Simulation des Beschichtens freigeformter Werkzeuge durch Spritzen und die Entwicklung geeigneter (modellgestützer) Methoden für rechenaufwändige Simulationen bei bahnorientierten Fertigungsprozessen.

Simulation

Status: 
Aktiv
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