TY  - THES
A1  - Moharam, Mona
T1  - Intraoperative monitoring of cochlear nerve function during acoustic neuroma surgery with transtemporal approach:  Warning signs as predictors of postoperative hearing loss
T1  - Intraoperatives Monitoring der Funktion des Nervus cochlearis bei Akustikusneurinom-Operationen über einen transtemporalen Zugang: Warnhinweise als Prädiktoren für den postoperativen Hörverlust
N2  - Objectives: The aim of this work is to define critical warning brainstem auditory evoked potential (BAEP) signs as a marker for the postoperative hearing outcome. 
Study design: Retrospective study
Setting: Tertiary referral center
Patients: 162 patients who underwent resection of acoustic neuroma via a transtemporal approach with intraoperative monitoring (IOM) at the Department of Otorhinolaryngology, Plastic, Esthetic and Reconstructive Head and Neck Surgery, from January 2011 to December 2017. 
Interventions: BAEP was performed in all patients; while intraoperative direct recording of the cochlear nerve function was done in 131 patients.
Main Outcome Measure: postoperative hearing thresholds (Pure tone audiometry).
Results: The most significant risk factor is the permanent loss of wave V as it increases the risk of postoperative hearing loss by 18 times; followed by three-steps increment of the stimulus intensity as it increases the risk by 5.75 times; and finally the response thresholds obtained during the intraoperative direct recording of cochlear nerve function. Each unite increment of the threshold increases the risk of postoperative hearing loss by 6.7%.
Conclusions: We believe that the intraoperative BAEP critical signs during IOM detected in this study can be used as a helpful tool to predict postoperative hearing loss in patients with acoustic neuroma.
N2  - In dieser Studie wurde die intraoperativ durchgeführte Hirnstammaudiometrie (BAEP) sowie die intraoperative direkte Ableitung der cochleären Nervenfunktion bei 162 Patienten analysiert, um die kritischen Zeichen für einen postoperativen Hörverlust nach transtemporaler Akustikusneurinomoperation zu identifizieren.
Eine logistische Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um herauszufinden, wie viel diese Zeichen zur Prädiktion eines postoperativen Hörverlustes beitragen.
Die signifikanten Warnzeichen für einen postoperativen Hörverlust können vom kritischsten zum am wenigsten kritischen wie folgt angeordnet werden: 1. permanenter intraoperativer Verlust der Welle V, 2. permanenter intraoperativer Verlust der Welle V in Kombination mit einer dreischrittigen Erhöhung der Stimulusintensität und 3. dreischrittige Erhöhung der Stimulusintensität, um eine klare Reaktion zu erhalten.
Die Sensitivität und Spezifität jedes oben genannten signifikanten intraoperativen BAEP-Zeichens wurde berechnet. Der permanente intraoperative Verlust der Welle V war das spezifischste Zeichen. Diedreischrittige Erhöhung der Stimulusintensität, um eine klare Reaktion zu erhalten hatte die höchste Sensitivität. Die dreischrittige Anhebung der Stimulusintensität, um klare Reaktionen zu erhalten, stellt somit ein effektives Warnzeichen für eine mögliche intraoperative Schädigung des Nervus cochlearis dar. Dies kann genutzt werden, um den Chirurgen frühzeitig, d.h. vor dem Auftreten eines permanenten intraoperativen Verlustes der Welle V, zu alarmieren.
In Bezug auf die direkte Ableitung der cochleären Nervenfunktion wurde es fest gestellt , dass je höher die intraoperativen Schwellen der direkten Ableitung der cochleären Nervenfunktion
sind, desto höher ist die Häufigkeit des postoperativen Hörverlusts. Die intraoperative direkte Ableitung der cochleären Nervenfunktion hat eine Sensitivität von 77,42% und eine Spezifität von 55,56% bei einem optimalen Grenzwert > 57,5 dBnHL.
Schlussfolgend lässt sich sagen, dass die intraoperativen BAEPs und die direkte Ableitung der cochleären Nervenfunktion eine wichtige Rolle bei derVorhersage des postoperativen Hörverlusts bei Patientenwährend der Resektion eines Akustikusneurinoms spielen.
KW  - Monitoring
KW  - Cochlear nerve
KW  - BERA
KW  - Transtemporal
KW  - Acoustic neuroma
KW  - medical
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-211365
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kohl, Patrick Laurenz
T1  - The buzz beyond the beehive: population demography, parasite burden and limiting factors of wild-living honeybee colonies in Germany
T1  - Das Summen fern des Bienenstocks: Populationsdemographie, Parasitenlast und limitierende Faktoren wildlebender Honigbienenvölker in Deutschland
N2  - The western honeybee (Apis mellifera) is widely known as the honey producer and pollinator managed by beekeepers but neglected as a wild bee species. Central European honeybee populations have been anthropogenically disturbed since about 1850 through introgression and moderate artificial selection but have never been truly domesticated due to a lack of mating control. While their decline in the wild was historically attributed to the scarcity of nesting cavities, a contemporary view considers the invasion of the parasitic mite Varroa destructor in the 1970s as the major driver. However, there are no longitudinal population data available that could substantiate either claim. Based on the insight that introduced European honeybees form viable wild populations in eastern North America and reports on the occurrence of wild-living colonies from various European countries, we systematically studied the ecology of wild-living honeybees in Germany. First, we investigated whether wild-living honeybees colonising German forests form a self-sustaining population. Second, we asked how the parasite burden of wild-living colonies relates to that of managed colonies. And third, we explored whether the winter mortality of wild-living colonies is associated with parasite burden, nest depredation, or the lack of resources on the landscape scale.
Between 2017 and 2021, we monitored listed trees with black woodpecker cavities for honeybees in the managed forests of three study regions (Swabian Alb, counties Coburg and Lichtenfels, county Weilheim-Schongau). Continuity of occupation was determined using microsatellite genetic markers. Wild-living colonies predictably colonised forests in summer, when about 10% of all cavities were occupied. The annual colony survival rate and colony lifespan (based on N=112 colonies) were 10.6% and 0.6 years, with 90% of colonies surviving summer (July–September), 16% surviving winter (September–April), and 72% surviving spring (April–July). The average maximum and minimum colony densities were 0.23 (July) and 0.02 (April) colonies per km^2. During the (re-)colonisation of forests in spring, swarms preferred cavities that had already been occupied by other honeybee colonies. We estimate the net reproductive rate of the population to be R0= 0.318, meaning that it is currently not self-sustaining but maintained by the annual immigration of swarms from managed hives. The wild-living colonies are feral in a behavioural sense.
We compared the occurrence of 18 microparasites among feral colonies (N=64) and managed colonies (N=74) using qPCR. Samples were collected in four regions (the three regions mentioned above and the city of Munich) in July 2020; they consisted of 20 workers per colony captured at flight entrances. We distinguished five colony types representing differences in colony age and management histories. Besides strong regional variation, feral colonies consistently hosted fewer microparasite taxa (median: 5, range 1–8) than managed colonies (median: 6, range 4–9) and had different parasite communities. Microparasites that were notably less prevalent among feral colonies were Trypanosomatidae, Chronic bee paralysis virus, and Deformed wing viruses A and B. In the comparison of five colony types, parasite burden was lowest in newly founded feral colonies, intermediate in overwintered feral colonies and managed nucleus colonies, and highest in overwintered managed colonies and hived swarms. This suggests that the natural mode of colony reproduction by swarming, which creates pauses in brood production, and well-dispersed nests, which reduce horizontal transmission, explain the reduced parasite burden in feral compared to managed colonies.
To explore the roles of three potential drivers of feral colony winter mortality, we combined colony observations gathered during the monitoring study with data on colony-level parasite burden, observations and experiments on nest depredation, and landscape analyses. There was no evidence for an effect of summertime parasite burden on subsequent winter mortality: colonies that died (N=57) did not have a higher parasite burden than colonies that survived (N=10). Camera traps (N=15) installed on cavity trees revealed that honeybee nests are visited by a range of vertebrate species throughout the winter at rates of up to 10 visits per week. Four woodpecker species, great tits, and pine martens acted as true nest depredators. The winter survival rate of colonies whose nest entrances were protected by screens of wire mesh (N=32) was 50% higher than that of colonies with unmanipulated entrances (N=40). Analyses of land cover maps revealed that the landscapes surrounding surviving colonies (N=19) contained on average 6.4 percentage points more resource-rich cropland than landscapes surrounding dying colonies (N=94).
We estimate that tens of thousands of swarms escape from apiaries each year to occupy black woodpecker cavities and other hollow spaces in Germany and that feral colonies make up about 5% of the regional honeybee populations. They are unlikely to contribute disproportionately to the spread of bee diseases. Instead, by spatially complementing managed colonies, they contribute to the pollination of wild plants in forests. Honeybees occupying tree cavities likely have various effects on forest communities by acting as nest site competitors or prey, and by accumulating biomass in tree holes. Nest depredation (a consequence of a lack of well-protected nest sites) and food resource limitation seem to be more important than parasites in hampering feral colony survival. The outstanding question is how environmental and intrinsic factors interact in preventing population establishment. Nest boxes with movable frames could be used to better study the environmental drivers of feral colonies’ mortality. Pairs of wild (self-sustaining) and managed populations known to exist outside Europe could provide answers to whether modern apiculture creates honeybee populations maladapted to life in the wild. In Europe, large continuous forests might represent evolutionary refuges for wild honeybees.
N2  - Die Honigbiene (Apis mellifera) ist als Nutztier weitbekannt, doch als Wildtier vernachlässigt. Seit etwa 1850 sind ihre Populationen in Mitteleuropa durch Introgression und moderate künstliche Selektion vom Menschen beeinflusst. Die Art wurde jedoch aufgrund fehlender Paarungskontolle nie wirklich domestiziert. Früher wurde der Rückgang wildlebender Honigbienen dem Verlust geeigneter Nistplätze zugeschrieben. Heute wird meist die Bienenmilbe Varroa destructor als Hauptursache angenommen. Es gibt allerdings keine Langzeitdaten, welche diese Annahmen stützen könnten. Basierend auf der Erkenntnis, dass eingeführte Honigbienen in Nordamerika stabile wilde Populationen bilden, und aufgrund von Berichten über das Vorkommen wildlebender Bienenvölker in verschiedenen Ländern Europas, widmeten wir uns dem systematischen Studium wildlebender Honigbienen in Deutschland. Zunächst untersuchten wir, ob waldbewohnende Bienenvölker eine selbsterhaltende Population bilden. Zweitens stellten wir die Frage, inwiefern sich wildlebende und imkerlich gehaltene Völker in ihrer Parasitenlast unterscheiden. Drittens testeten wir, ob Winterverluste wildlebender Bienenvölker mit Parasitendruck, Nestprädation oder mangelndem Nahrungsangebot auf Landschaftsebene in Verbindung stehen.
In Wirtschaftswäldern dreier Untersuchungsgebiete (Schwäbische Alb, Landkreise Coburg und Lichtenfels, Landkreis Weilheim-Schongau) kontrollierten wir zwischen 2017 und 2021 bekannte Höhlenbäume des Schwarzspechts auf Besiedlung durch Honigbienen. Das Überleben einzelner Bienenvölker wurde zusätzlich mittels Analyse von Mikrosatelliten DNA überprüft. Nach verlässlichem Muster besiedelten Honigbienen jeden Sommer etwa 10% der Baumhöhlen. Die jährliche Überlebensrate und die Lebenserwartung der Völker (N=112) betrugen 10,6% und 0,6 Jahre, wobei 90% den Sommer (Juli–September), 16% den Winter (September–April) und 72% das Frühjahr (April–Juli) überlebten. Die durchschnittliche maximale (Juli) und minimale (April) Koloniedichte betrug 0,23 bzw. 0,02 Bienenvölker pro km^2. Während der (Wieder)Besiedlung von Wäldern im Frühjahr bevorzugten Bienenschwärme solche Baumhöhlen, welche zuvor schon von Bienen besiedelt worden waren. Die Nettoreproduktionsrate der wildlebenden Population wird auf R0= 0,318 geschätzt, was bedeutet, dass diese zurzeit nicht selbsterhaltend ist, sondern durch die jährliche Einwanderung von Bienenschwärmen aus der Imkerei aufrechterhalten wird.
Wir untersuchten wildlebende (N=64) und imkerlich gehaltene Bienenvölker (N=74) auf den Befall mit 18 verschiedenen Mikroparasiten mittels qPCR. Die Proben stammten aus den drei oben genannten Gebieten sowie aus dem Stadtgebiet von München. Eine Probe bestand aus 20 Arbeiterinnen, welche am Flugloch gefangen wurden. Wir unterschieden fünf Kolonietypen aufgrund des Alters (jünger oder älter als ein Jahr) und der unmittelbaren Geschichte der Bewirtschaftung durch Imkerinnen und Imker. Abgesehen von regionalen Unterschieden in der Parasitenlast waren wildlebende Völker mit einer geringeren Anzahl Parasitentaxa befallen (Median: 5, Spanne: 1–8) als imkerlich gehaltene Völker (Median: 6, Spanne: 4–9) und wiesen eine veränderte Zusammensetzung von Parasiten auf. Seltener bei wildlebenden Bienenvölkern waren besonders Trypanosomatidae, das Chronische-Paralysevirus, sowie die Flügeldeformationsviren A und B. Im Vergleich der fünf Kolonietypen war die Parasitenlast bei neu gegründeten wildlebenden Völkern am geringsten, intermediär bei überwinterten wildlebenden Völkern und Brutablegern, und am höchsten bei überwinterten Wirtschaftsvölkern und bei durch Schwärme gegründeten imkerlich gehaltenen Völkern. Dies deutet darauf hin, dass das Schwärmen (Entstehung von Brutpausen) sowie die größere Distanz zwischen Nestern (Verminderung der horizontalen Krankheitsübertragung) die geringere Parasitenlast wildlebender Bienenvölker erklären.
Wir kombinierten Beobachtungen zum Winterüberleben aus dem Monitoring mit Daten zur Parasitenlast, mit Beobachtungen und Experimenten zur Nestprädation und mit Landschaftsanalysen. Es ergab sich kein Hinweis auf einen Zusammenhang zwischen Parasitenlast im Sommer und anschließendem Überwinterungserfolg: Völker, welche den Winter nicht überlebten (N=57), hatten zuvor keine höhere Parasitenlast als solche, welche den Winter überlebten (N=10). Kamerafallen (N=15) offenbarten, dass Honigbienennester im Winter von einer Vielzahl von Vögeln und Säugern mit bis zu 10 Besuchen pro Woche heimgesucht werden. Vier Spechtarten, Kohlmeisen und Baummarder wurden als echte Nestplünderer identifiziert. Bienenvölker, deren Nesteingang mit Maschendraht geschützt war (N=32), hatten eine 50% höhere Winterüberlebensrate als Völker ohne Schutz (N=40). Die Analyse von Landnutzungskarten zeigte, dass sich Bienenvölker, welche den Winter überlebten (N=19), in Landschaften mit durchschnittlich 6,4% höherem Anteil von Ackerflächen befanden als solche, die den Winter nicht überlebten (N=94).
Wir schätzen, dass in Deutschland jährlich zehntausende Schwärme von Bienenständen entfliehen, um sich in Spechthöhlen oder anderen Hohlräumen anzusiedeln. Der Anteil wildlebender Völker an der Gesamtbienenpopulation beträgt im Sommer etwa 5%. Sie spielen vermutlich eine untergeordnete Rolle bei der Verbreitung von Bienenkrankheiten. Durch die Ergänzung imkerlich gehaltener Völker in Waldgebieten tragen sie zur Bestäubung waldbewohnender Pflanzenarten bei. Die Besiedlung von Baumhöhlen sollte vielseitige Auswirkungen auf Lebensgemeinschaften im Wald haben: Bienenvölker konkurrieren um Nistplätze, sind reiche Beute im Winter und akkumulieren organisches Material. Nestprädation (eine Folge des Mangels an sicheren Nisthöhlen) und Ressourcenlimitierung spielen offenbar derzeit eine größere Rolle als Parasiten bei der Erklärung von Winterverlusten. Eine offene Frage ist, inwiefern Umwelt und genetische Dispositionen die Etablierung wilder Honigbienenpopulationen verhindern. Künstliche Nistkästen könnten genutzt werden, um die Rolle von Umweltfaktoren genauer zu untersuchen. Populationen wilder Honigbienen außerhalb Europas könnten Erkenntnisse dazu liefern, inwiefern sich die moderne Imkerei auf die Anpassungen der Honigbienen als Wildtier auswirkt. In Europa könnten große zusammenhängende Waldgebiete als evolutionäre Refugien für wilde Honigbienen dienen.
KW  - Biene <Gattung>
KW  - Insektensterben
KW  - Wald
KW  - Spechte
KW  - Imkerei
KW  - wild honey bees
KW  - swarming
KW  - tree cavity
KW  - monitoring
KW  - bee diseases
KW  - Wilde Honigbienen
KW  - Bienenschwarm
KW  - Baumhöhle
KW  - Monitoring
KW  - Bienenkrankheiten
KW  - Nisthöhle
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-330327
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dannemann, Frank
T1  - Unified Monitoring of Spacecrafts
T1  - Vereinheitlichte Überwachung von Raumfahrzeugen
N2  - Within this thesis a new philosophy in monitoring spacecrafts is presented: the
unification of the various kinds of monitoring techniques used during the
different lifecylce phases of a spacecraft.

The challenging requirements being set for this monitoring framework are:
- "separation of concerns" as a design principle (dividing the steps of logging
  from registered sources, sending to connected sinks and displaying of
  information),
- usage during all mission phases,
- usage by all actors (EGSE engineers, groundstation operators, etc.),
- configurable at runtime, especially regarding the level of detail of logging
  information, and
- very low resource consumption.

First a prototype of the monitoring framework was developed as a support library
for the real-time operating system
RODOS. This prototype was tested on dedicated hardware platforms relevant for
space, and also on a satellite demonstrator used for educational purposes.

As a second step, the results and lessons learned from the development and usage
of this prototype were transfered to a real space mission: the first satellite
of the DLR compact satellite series - a space based platform for DLR's own
research activities. Within this project, the software of the avionic subsystem
was supplemented by a powerful logging component, which enhances the traditional
housekeeping capabilities and offers extensive filtering and debugging
techniques for monitoring and FDIR needs. This logging component is the major
part of the flight version of the monitoring framework. It is completed by
counterparts running on the development computers and as well as the EGSE
hardware in the integration room, making it most valuable already in the
earliest stages of traditional spacecraft development.

Future plans in terms of adding support from the groundstation as well will lead
to a seamless integration of the monitoring framework not only into to the
spacecraft itself, but into the whole space system.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Philosophie der Überwachung
von Raumfahrzeugen vorgestellt: die Vereinigung der verschiedenen Arten von
Überwachungstechniken, die während der verschiedenen Entwicklungsphasen
eines Raumfahrzeuges verwendet werden.

Die Anforderungen an dieses Monitoring Framework sind:
- "Separation of Concerns" als Designprinzip,
- Nutzung während aller Missionsphasen,
- Nutzung durch alle beteiligten Akteure,
- Konfigurierbarkeit zur Laufzeit, insbesondere in Bezug auf die Detailebene der
  Protokollierung, und
- sehr niedriger Ressourcenverbrauch.

Zunächst wird ein Prototyp des Frameworks als Support-Bibliothek für das
Echtzeit-Betriebssystem RODOS entwickelt. Dieser Prototyp wurde auf dedizierten
Raumfahrt-relevanten Hardware-Plattformen und auf einem Satelliten-Demonstrator
getestet.

In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse und Erfahrungen aus der
Entwicklung und Nutzung dieses Prototypen auf eine echte Weltraummission
übertragen: den ersten Satelliten der DLR Kompakt-Satelliten-Serie. Im Rahmen
dieses Projektes wird die Software des Avionik-Subsystems durch eine
leistungsstarke Logging-Komponente ergänzt, die das traditionelle Housekeeping
erweitert und umfangreiche Filter- und Debugging-Techniken für die Überwachung
und Analyse bereitstellt. Diese Logging-Komponente bildet den Hauptteil der
Flug-Version des Frameworks. Sie wird ergänzt durch entsprechende Auswerte- und
Konfigurations-Software, die auf den jeweiligen Entwicklungscomputern bzw. dem
EGSE-Equipment im Integrationsraum ausgeführt wird. Hierdurch kommt das
Unified Monitoring Framework bereits in sehr frühen Phasen der Entwicklung
eines Raumfahrzeuges zum Einsatz.

Zukünftige Pläne in Bezug auf die Einbettung der bodengebundenen Bestandteile
des Frameworks in die Infrastruktur der Bodenstation führen letztlich zu einer
nahtlosen Integration in das operationelle Szenario.
KW  - Raumfahrzeug
KW  - Überwachungstechnik
KW  - Monitoring
KW  - Software
KW  - Unified Monitoring
KW  - Spacecrafts
KW  - Logging
KW  - Onboard
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-115934
ER  - 
TY  - THES
A1  - Choi, Jihyoung
T1  - Development of an Add-On Electrode for Non-Invasive Monitoring in Bioreactor Cultures and Medical Devices
T1  - Entwicklung einer Zusatzelektrode für das nicht-invasive Monitoring von Bioreaktorkulturen und Medizinprodukten
N2  - Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a valuable technique analyzing electrochemical behavior of biological systems such as electrical characterization of cells and biomolecules, drug screening, and biomaterials in biomedical field. In EIS, an alternating current (AC) power signal is applied to the biological system, and the impedance of the system is measured over a range of frequencies. 
In vitro culture models of endothelial or epithelial barrier tissue can be achieved by culturing barrier tissue on scaffolds made with synthetic or biological materials that provide separate compartments (apical and basal sides), allowing for further studies on drug transport. EIS is a great candidate for non-invasive and real-time monitoring of the electrical properties that correlate with barrier integrity during the tissue modeling. Although commercially available transendothelial/transepithelial electrical resistance (TEER) measurement devices are widely used, their use is particularly common in static transwell culture. EIS is considered more suitable than TEER measurement devices in bioreactor cultures that involve dynamic fluid flow to obtain accurate and reliable measurements. Furthermore, while TEER measurement devices can only assess resistance at a single frequency, EIS measurements can capture both resistance and capacitance properties of cells, providing additional information about the cellular barrier's characteristics across various frequencies. Incorporating EIS into a bioreactor system requires the careful optimization of electrode integration within the bioreactor setup and measurement parameters to ensure accurate EIS measurements. Since bioreactors vary in size and design depending on the purpose of the study, most studies have reported using an electrode system specifically designed for a particular bioreactor. The aim of this work was to produce multi-applicable electrodes and established methods for automated non-invasive and real-time monitoring using the EIS technique in bioreactor cultures. Key to the electrode material, titanium nitride (TiN) coating was fabricated on different substrates (materials and shape) using physical vapor deposition (PVD) and housed in a polydimethylsiloxane (PDMS) structure to allow the electrodes to function as independent units. Various electrode designs were evaluated for double-layer capacitance and morphology using EIS and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The TiN-coated tube electrode was identified as the optimal choice. Furthermore, EIS measurements were performed to examine the impact of influential parameters related to culture conditions on the TiN-coated electrode system. In order to demonstrate the versatility of the electrodes, these electrodes were then integrated into in different types of perfusion bioreactors for monitoring barrier cells.  Blood-brain barrier (BBB) cells were cultured in the newly developed dynamic flow bioreactor, while human umblical vascular endothelial cells (HUVECs) and Caco-2 cells were cultured in the miniature hollow fiber bioreactor (HFBR). As a result, the TiN-coated tube electrode system enabled investigation of BBB barrier integrity in long-term bioreactor culture. While EIS measurement could not detect HUVECs electrical properties in miniature HFBR culture, there was the possibility of measuring the barrier integrity of Caco-2 cells, indicating potential usefulness for evaluating their barrier function. Following the bioreactor cultures, the application of the TiN-coated tube electrode was expanded to hemofiltration, based on the hypothesis that the EIS system may be used to monitor clotting or clogging phenomena in hemofiltration. The findings suggest that the EIS monitoring system can track changes in ion concentration of blood before and after hemofiltration in real-time, which may serve as an indicator of clogging of filter membranes. Overall, our research demonstrates the potential of TiN-coated tube electrodes for sensitive and versatile non-invasive monitoring in bioreactor cultures and medical devices.
N2  - Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine nützliche Methode, um das elektrochemische Verhalten von biologischen Systemen zu analysieren, wie z.B. die elektrische Charakterisierung von Zellen und Biomolekülen, Drug Screening und Biomaterialien im biomedizinischen Bereich. Für die EIS wird ein Wechselstrom an das biologische System angeschlossen und die Impedanz des Systems über einen Frequenzbereich gemessen. 
In vitro-Modelle von Gewebekulturen epithelialer Barrieren können mithilfe künstlicher oder biologischer Materialien, die über unterschiedliche Kompartimente (apikale und basolaterale Seite) verfügen, hergestellt werden und ermöglichen weitere Untersuchungen zum Transport von Arzneistoffen. Die EIS bietet dabei eine hervorragende Methode für das nicht-invasive Echtzeit-Monitoring der elektrischen Eigenschaften, die mit der Barriere-Integrität während der Gewebeentwicklung korreliert. Obwohl kommerziell erhältliche Geräte zur Messung des transendothelialen/transepithelialen elektrischen Widerstands (TEER) umfangreich verwendet werden, ist ihre Verwendung besonders bei statischen Transwell-Kulturen verbreitet. Durch die EIS kann im Gegensatz zur TEER-Messung für Bioreaktor-Kulturen, die einen dynamischen Medienfluss aufweisen, genauere und verlässliche Messungen erhalten werden. Zudem können EIS-Messungen anders als die TEER-Messung, die nur den Widerstand einer einzelnen Frequenz misst, gleichzeitig den elektrischen Widerstand und die Kapazität von Zellen erfassen und damit zusätzliche Informationen über die zellulären Barriereeigenschaften über verschiedene Frequenzen hinweg liefern. Der EIS-Einbau in ein Bioreaktor-System bedarf einer sorgfältigen Optimierung der Elektrodenintegration in das Bioreaktor-Setup und der Messparameter, um akkurate EIS-Messungen durchführen zu können. Da Bioreaktoren abhängig vom Untersuchungszweck in ihrer Größe und ihrem Design variieren, verwenden die meisten Studien speziell entwickelte Elektrodensysteme für einzelne Bioreaktoren. Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von vielseitig anwendbaren Elektroden und etablierten Methoden für das automatisierte nicht-invasive Echtzeit-Monitoring von Bioreaktor-Kulturen mithilfe der EIS. Entscheidend für das Elektrodenmaterial war die Titannitrid (TiN)-Beschichtung, die auf verschiedenen Substraten (Materialien und Formen) durch Physical Vapor Deposition (PVD) hergestellt und in einer Polydimethylsiloxan (PDMS)-Struktur untergebracht wurde, damit die Elektroden unabhängig voneinander arbeiten können. Verschiedene Elektrodendesigns wurden auf Doppelschicht-Kapazität mithilfe der EIS bzw. auf die Morphologie mit Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die TiN-beschichteten Elektroden in Röhrenform erwiesen sich als optimal. Weiterhin wurden EIS-Messungen durchgeführt, um die Auswirkung von beeinflussenden Parametern auf die Kulturbedingungen durch das TiN-beschichtete Elektrodensystem zu untersuchen. Um die Vielseitigkeit der Elektroden aufzuzeigen, wurden diese anschließend zum Monitoring von Barriere-bildenden Zellen in unterschiedliche Perfusionsbioreaktoren integriert. Zellen der Blut-Hirn-Schranke (BHS) wurden im neu entwickelten dynamischen Flussreaktor kultiviert, wohingegen humane umbilikale vaskuläre Endothelzellen (HUVEC) und Caco-2-Zellen in Hohlfaserbioreaktoren (HFBR) in Miniaturform kultiviert wurden. Das TiN-beschichtete Röhrenelektrodensystem ermöglichte die Untersuchung der BHS-Barrieren-Integrität in einer Langzeit-Bioreaktorkultur. Während die EIS-Messung in der Miniaturform-HFBR-Kultur keine elektrischen Eigenschaften der HUVECs detektieren konnte, war es möglich, eine Barriere-Integrität der Caco-2-Zellen zu messen, die den potentiellen Nutzen für die Evaluierung deren Barrierefunktion aufzeigt. Nach den Bioreaktorkulturen wurde die Anwendung der TiN-beschichteten Röhrenelektrode auf die Hämofiltration erweitert, auf Grundlage der Hypothese, dass das EIS-System ein Gerinnen oder Verstopfen während der Hämofiltration überwachen könnte. Die Ergebnisse zeigen, dass das EIS-Monitoring-System Veränderungen in der Ionenkonzentration des Blutes vor und nach Hämofiltration in Echtzeit verfolgen kann, welches eventuell als Messgröße für ein Verstopfen der Filtermembranen genutzt werden kann. Insgesamt weisen TiN-beschichtete Röhrenelektroden unseren Forschungen zufolge ein großes Potential für ein empfindliches und vielfältiges nicht-invasives Monitoring von Bioreaktorkulturen und Medizingeräte auf.
KW  - Monitoring
KW  - Tissue Engineering
KW  - Electrode
KW  - Perfusion Bioreactor
KW  - Hemofiltration
KW  - Medizinprodukt
KW  - Electrochemical Impedance Spectroscopy
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358232
ER  - 
TY  - THES
A1  - Borchert, Kathrin Johanna
T1  - Estimating Quality of Experience of Enterprise Applications - A Crowdsourcing-based Approach
T1  - Abschätzung der Quality of Experience von Geschäftsanwendungen - Ein crowdsourcing-basierter Ansatz
N2  - Nowadays, employees have to work with applications, technical services, and systems every day for hours. Hence, performance degradation of such systems might be perceived negatively by the employees, increase frustration, and might also have a negative effect on their productivity. The assessment of the application's performance in order to provide a smooth operation of the application is part of the application management. Within this process it is not sufficient to assess the system performance solely on technical performance parameters, e.g., response or loading times. These values have to be set into relation to the perceived performance quality on the user's side - the quality of experience (QoE).

This dissertation focuses on the monitoring and estimation of the QoE of enterprise applications. As building models to estimate the QoE requires quality ratings from the users as ground truth, one part of this work addresses methods to collect such ratings. Besides the evaluation of approaches to improve the quality of results of tasks and studies completed on crowdsourcing platforms, a general concept for monitoring and estimating QoE in enterprise environments is presented. Here, relevant design dimension of subjective studies are identified and their impact of the QoE is evaluated and discussed. By considering the findings, a methodology for collecting quality ratings from employees during their regular work is developed. The method is realized by implementing a tool to conduct short surveys and deployed in a cooperating company.
As a foundation for learning QoE estimation models, this work investigates the relationship between user-provided ratings and technical performance parameters. This analysis is based on a data set collected in a user study in a cooperating company during a time span of 1.5 years. Finally, two QoE estimation models are introduced and their performance is evaluated.
N2  - Heutzutage sind Geschäftsanwendungen und technische Systeme aus dem Arbeitsalltag vieler Menschen nicht mehr wegzudenken. Kommt es bei diesen zu Performanzproblemen, wie etwa Verzögerungen im Netzwerk oder Überlast im Datenzentrum, kann sich dies negativ auf die Effizienz und Produktivität der Mitarbeiter auswirken. Daher ist es wichtig aus Sicht der Betreiber die Performanz der Anwendungen und Systeme zu überwachen. Hierbei ist es allerdings nicht ausreichend die Qualität lediglich anhand von technischen Performanzparametern wie Antwortzeiten zu beurteilen. Stattdessen sollten diese Werte in Relation zu der von den Mitarbeitern wahrgenommenen Performanz oder Quality of Experience (QoE) gesetzt werden.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Monitoring und der Abschätzung der QoE von Geschäftsanwendungen. Neben der Präsentation eines generellen Konzepts zum Monitoring und der Abschätzung der QoE im Geschäftsumfeld, befasst sich die Arbeit mit Aspekten der Erfassung von Qualitätsbewertungen durch die Nutzer. Dies umfasst einerseits die Evaluation von Ansätzen zur Verbesserung der Qualität von Aufgaben- und Studienergebnissen auf Crowdsourcing-Plattformen. Andererseits werden relevante Dimensionen des Designs von Studien zur Untersuchung der QoE von Geschäftsanwendungen aufgezeigt und deren Einfluss auf die QoE diskutiert und evaluiert. Letztendlich wird eine Methodik zur Erfassung von Qualitätsbewertungen durch Mitarbeiter während ihrer regulären Arbeit vorgestellt, welche implementiert und in einem kooperierenden Unternehmen ausgerollt wurde.
Als Grundlage der Entwicklung eines QoE Abschätzungsmodells, untersucht diese Arbeit den Zusammenhang zwischen Bewertungen durch die Nutzer und technischen Performanzparametern. Die Untersuchungen erfolgen auf einem Datensatz, welcher in einer Studie über 1.5 Jahre in einem kooperierenden Unternehmen gesammelt wurde. Des Weiteren werden zwei Methoden zur Abschätzung der QoE präsentiert und deren Performanz evaluiert.
T3  - Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme - 02/20 
KW  - Quality of Experience
KW  - Crowdsourcing
KW  - Monitoring
KW  - Enterprise-Resource-Planning
KW  - Quality of Experience
KW  - Crowdsourcing
KW  - User studies
KW  - Enterprise application
KW  - QoE estimation
KW  - Quality of Experience
KW  - Crowdsourcing
KW  - Nutzerstudien
KW  - Geschäftsanwendung
KW  - QoE-Abschätzung
KW  - Monitoring
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216978
SN  - 1432-8801
ER  -