Regensburg, Univ., Diss., 2008.

Zusammenfassung Hintergrund Die Interscalenäre Blockade des Plexus brachialis (ISB) ist ein weit verbreitetes regionalanästhesiologisches Verfahren zu postoperativen Schmerzkontrolle bei Operationen an der Schulter. Ungeachtet der suffizienten Analgesie kommt es bei der ISB fast immer zur akzessorischen Blockade des Nervus phrenicus mit konsekutiver Lähmung des Zwerchfells sowie zu einer motorischen Blockade der betroffenen Extremität. Eine nebenwirkungsärmere Alternative könnte die ultraschallgestützte anteriore Blockade des Nervus suprascapularis (NSSB) darstellen. Methoden 55 für eine ambulante arthroskopische Schulteroperation vorgesehene Patienten wurden nach dem Zufallsprinzip der Gruppe ISB oder NSSB zugeteilt. Für beide Verfahren wurden jeweils 10 ml 1 %iges Ropivacain verwendet. Primärer Endpunkt war die prozentuale Lungenventilation auf der zu operierenden Seite, welche mittels Elektrischer Impedanz-Tomographie (EIT) gemessen wurde. Zur Beurteilung der hemidiaphragmatischen Parese erfolgte zusätzlich die sonographische Darstellung des Zwerchfells auf der ipsilateralen Seite im M-Mode. Als sekundäre Endpunkte wurden der postoperative Schmerzmittelverbrauch, Schmerz-Scores, die Handkraft, die sensorische Blockade der Hand sowie die Patientenzufriedenheit untersucht. Ergebnisse Insgesamt konnten die Daten von 48 Patienten analysiert (24 NSSB, 24 ISB, durchschnittliches Alter 51 Jahre, 22 Frauen, 26 Männer) werden. Technische Probleme bei der Durchführung der EIT-Messung sowie die fehlerhafte Aufzeichnung der EIT-Daten führten zum Ausschluss von 7 Patienten. Vor der Nervenblockade wurde die zu untersuchende Lungenhälfte mit durchschnittlich 51 % des gesamten Lungenvolumens belüftet. Postoperativ fielen die Werte auf 34 % (NSSB) vs. 10 % (ISB) ab, dies entsprach einer Differenz von 23 % (95 % KI = 13 bis 34 %, p < 0,001). Eine Zwerchfellparese wurde bei 21 % (NSSB) vs. 88 % (ISB) der Patienten nachgewiesen (p < 0,001). Die Handkraft war bei der NSSB um 11,2 kg (95 % KI = 3,6 bis 18,9 kg, p = 0,0024) höher und eine eingeschränkte Sensorik der Hand wurde bei 0 % (NSSB) vs. 46 % (ISB) der Patienten beobachtet (p < 0,001). Die angegebenen Schmerzen waren in den ersten 6 h nach der Operation in beiden Gruppen niedrig, mit leichtem Vorteil zugunsten der ISB. Hinsichtlich des postoperativen Opioid-Verbrauchs und der Patientenzufriedenheit zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Schlussfolgerung Die anteriore Blockade des Nervus suprascapularis führt zu einer weniger ausgeprägten postoperativen Ventilationseinschränkung und geht seltener mit einer Parese des Zwerchfells einher. In Bezug auf Analgesie, Schmerzmittelverbrauch und Patientenkomfort ist sie der Interscalenären Blockade gleichwertig.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 1 Einleitung 3 1.1 Anatomie 4 1.1.1 Schultergelenk 4 1.1.2 Plexus brachialis 5 1.1.3 Nervus suprascapularis 9 1.1.4 Innervation der Schulter 10 1.2 Regionalanästhesie 11 1.2.1 Geschichte der Regionalanästhesie 11 1.2.2 Verfahren der Regionalanästhesie 12 1.2.3 Periphere Nervenblockaden des Plexus brachialis 15 1.3 Die Elektrische Impedanz-Tomographie (EIT) 25 1.3.1 Technisches Prinzip 26 1.3.2 Einsatzmöglichkeiten der EIT im klinischen Alltag 27 1.4 Ambulante Operationen 28 1.4.1 Entwicklung des tagesklinischen Bereiches 28 1.4.2 Vorteile ambulanter Operationen 30 1.4.3 Voraussetzungen für einen ambulanten Eingriff 30 1.4.4 Anforderungen an das Anästhesieverfahren 31 2. Zielsetzung der Doktorarbeit 33 3. Material und Methoden 34 3.1 Studie 34 3.1.1 Stichprobenberechnung, Gruppeneinteilung und Randomisierung 34 3.1.2 Einschluss- und Ausschlusskriterien 35 3.2 Punktionsprozedere und -technik 36 3.2.1 Durchführung der Interscalenären Blockade 37 3.2.2 Durchführung der anterioren N. suprascapularis Blockade 38 3.2.3 Rescue-Medikation, Procedere bei unzureichender Analgesie sowie Verfahrensweise bei Verdacht auf neurologische Schäden 40 3.3 EIT-Messung und sonographischen Darstellung des Zwerchfells 41 3.3.1 Durchführung der EIT-Messung 41 3.3.2 Sonographie des Zwerchfells 42 3.4 Datenerhebung 44 3.5 Studienendpunkte 46 3.6 Statistik 47 4. Ergebnisse 48 4.1 Demographische Daten 48 4.2 OP-Indikationen und Nebendiagnosen 51 4.2.1 OP-Indikationen 51 4.2.2 Komorbiditäten 51 4.3 OP-Daten, Anästhesieverfahren und Punktionsdaten 53 4.3.1 OP-Daten 53 4.3.2 Anästhesieverfahren und intraoperativer Medikamentenverbrauch 54 4.3.3 Punktionsdaten 54 4.4 EIT-Messung und Zwerchfellsonographie 56 4.5 Evaluation der Schmerzintensität und postoperativer Schmerzmittelverbrauch 60 4.5.1 Schmerzintensität 60 4.5.2 Postoperativer Analgetikaverbrauch 61 4.6 Daten zur Handkraftmessung, Blockadequalität, Blockadedauer, Nebenwirkung und Komplikationen sowie Patientenzufriedenheit 63 4.6.1 Bestimmung der Handkraft, sensorische Blockadequalität und Blockadedauer 63 4.6.2 Nebenwirkungen und Komplikationen 65 4.6.3 Patientenzufriedenheit 66 5 Diskussion 68 5.1 Zusammenfassung der Hauptergebnisse 68 5.2 Diskussion der Ergebnisse 69 5.2.1 EIT und Sonographie zur Detektion der N. phrenicus Parese 69 5.2.2 Parese des N. phrenicus und Zwerchfellparese 71 5.2.3 Schmerztherapie und periphere Nervenblockaden bei ambulanten Operationen 73 5.2.4 Sensomotorische Blockadequalität 75 5.2.5 Blockadedauer 76 5.2.6 Methodenimmanente Nebenwirkungen und Komplikationen 77 5.2.7 Patientenzufriedenheit und erneute Entscheidung 77 5.2.8 Limitationen 77 5.2.9 Ausblick 78 Zusammenfassung 80 Literaturverzeichnis 82 Abbildungsverzeichnis 93 Tabellenverzeichnis 95 Anhang 96 Eigenständigkeitserklärung 98 Publikationen 99

Multiphase flow denotes the simultaneous flow of two or more physically distinct and immiscible substances and it can be widely found in several engineering applications, for instance, power generation, chemical engineering and crude oil extraction and processing. In many of those applications, multiphase flows determine safety and efficiency aspects of processes and plants where they occur. Therefore, the measurement and imaging of multiphase flows has received much attention in recent years, largely driven by a need of many industry branches to accurately quantify, predict and control the flow of multiphase mixtures. Moreover, multiphase flow measurements also form the basis in which models and simulations can be developed and validated. In this work, the use of electrical impedance techniques for multiphase flow measurement has been investigated. Three different impedance sensor systems to quantify and monitor multiphase flows have been developed, implemented and metrologically evaluated. The first one is a complex permittivity needle probe which can detect the phases of a multiphase flow at its probe tip by simultaneous measurement of the electrical conductivity and permittivity at up to 20 kHz repetition rate. Two-dimensional images of the phase distribution in pipe cross section can be obtained by the newly developed capacitance wire-mesh sensor. The sensor is able to discriminate fluids with different relative permittivity (dielectric constant) values in a multiphase flow and achieves frame frequencies of up to 10 000 frames per second. The third sensor introduced in this thesis is a planar array sensor which can be employed to visualize fluid distributions along the surface of objects and near-wall flows. The planar sensor can be mounted onto the wall of pipes or vessels and thus has a minimal influence on the flow. It can be operated by a conductivity-based as well as permittivity-based electronics at imaging speeds of up to 10 000 frames/s. All three sensor modalities have been employed in different flow applications which are discussed in this thesis. The main contribution of this research work to the field of multiphase flow measurement technology is therefore the development, characterization and application of new sensors based on electrical impedance measurement. All sensors present high-speed capability and two of them allow for imaging phase fraction distributions. The sensors are furthermore very robust and can thus easily be employed in a number of multiphase flow applications in research and industry.

Carbon nano tubes (CNT’s) are promising candidates for several sensor applications such as optical sensors, strain gauges or flow sensors. For certain sensor structures liquid CNT dispersions are required. These are important not only for the realization of CNT-films for sensors like strain gauges but also for technological processes such as dielectrophoresis. CNT-films are realized by deposing the dispersion on a carrier material followed by a drying process. The dispersion properties depend on several parameters like CNT concentration, surfactant concentration, sonication time, centrifugation time, storing time and other parameters. Methods for characterization of dispersions are up to now limited to UV/VIS spectroscopy. This is generally limited to low CNT concentrations. This paper discusses the possibility to use impedance spectroscopy as characterization method for the stability of the dispersions. The impedance of the dispersion was measured using a conductivity measurement cell with platinum electrodes. The behavior of characteristic points of the impedance spectrum was investigated for three identically prepared samples during 7 days of storing time. The systematic trend observed is definitively larger than the variance between different samples. With increasing time after preparation the CNT fallout will increase and the amount of deposable CNT’s will decrease. The decreasing imaginary part indicates an easier diffusion of surfactant molecules because they are not longer attached to CNT’s.

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Zugl.: Saarbrücken, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2008

Für den Einsatz in Autobatterien gibt es besondere Anforderungen an den Elektrolyten im Bereich der Energie- und Leistungsdichten, um beispielsweise thermische Verluste gering zu halten. Hochleitfähige Elektrolyte mit Leitfähigkeiten im Millisiemensbereich sind hier ebenso notwendig wie auch sichere, d.h. möglichst nicht brennbare und einen niedrigen Dampfdruck besitzende Materialien. Um diese Vorgaben zu erreichen, ist es notwendig, einen polymeren Separator zu entwickeln, welcher auf brennbare organische Lösungsmittel verzichtet und damit eine drastische Steigerung der Sicherheit gewährleistet. Gleichzeitig müssen hierbei die Leistungsvorgaben bezüglich der Leitfähigkeit erfüllt werden. Zu diesem Zweck wurde ein Konzept basierend auf der Kombination von einer polymeren sauerstoffreichen Matrix und einer ionischen Flüssigkeit entwickelt und verifiziert. Dabei wurden folgende Erkenntnisse gewonnen: 1. Es wurden neuartige diacrylierte sauerstoffreiche Matrixkomponenten mit vielen Carbonylfunktionen, für eine gute Lithiumleitfähigkeit, synthetisiert. 2. Es wurden mehrere neue ionische Flüssigkeiten sowohl auf Imidazolbasis als auch auf Ammoniumbasis synthetisiert und charakterisiert. 3. Die Einflüsse der Kationenstruktur und der Einfluss der Gegenionen im Bezug auf Schmelzpunkte und Leitfähigkeiten wurden untersucht. 4. Aus den entwickelten Materialien wurden Blendsysteme hergestellt und mittels Impedanzspektrometrie untersucht: Leitfähigkeiten von 10-4S/cm bei Raumtemperatur sind realisierbar. 5. Die Blendsysteme wurden auf ihre thermische Stabilität hin untersucht: Stabilitäten bis 250°C sind erreichbar. Dabei wird keine kristalline Struktur beobachtet. / Within the field of energy storage and charge transfer, the lithium polymer batteries are one of the leading technologies, due to their low manufacture cost and their possible variety of packaging shapes. Despite their good thermal stability and very good weight to energy ratio, lithium ion batteries use as a electrolyte system a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate as solvent which have a high risk of deflagration when they come in contact with water. Thus the developement of new materials for lithium-ion-batteries are necessary. For the electrolyte there are special requirements in terms of energy- and power density e.g. in order to minimize thermal loss. High conductivity electrolytes with conductivities in the range of milisiemens are as essential as safe materials, like non flammable non-volatile materials. To fulfill these requirements it is important to develop a polymeric lithium ion conductor, which is free of flammable organic solvents in order to ensure safety. Simultaneously it is also ,mandatory to achieve high performances in terms of ion-conductivity. Therefore a concept based on a combination of an oxygen rich polymeric matrix and ionic liquids was developed and verified. Following results were achieved . 1. Synthesis of new diacryalted oxygen rich matrix components with many carbonylfunctions for a good lithium ion transport. 2. Synthesis and characterization of new ionic liquids based on imidazol or ammonium compounds. 3. Investigation of the influences of the cation structure and counter ions for melting points and ion conductivity. 4. Creation of Blendsystems with the developed materials 5. Thermal investigations of these solid-state-electrolytes with DSC and TGA measurements, resulting in thermal stabilities up to 250°C.No crystallization were observed. 6. investigation of these solid-state-electrolytes via AC-impedance spectrometry, resulting in conductivities of 10-4S/cm at room temperature.

Electrical impedance of biological matter is known as electrical bio-impedance or simply as bio-impedance. Bio-impedance devices are of great value for monitoring the pathological and physiological status of biological tissues in clinical and home environments. The technological progress in instrumentation has significantly contributed to the progress that has been observed during the last past decades in impedance spectroscopy and electrical impedance cardiograph. Although bio-impedance is not a physiological parameter, the method enables tissue characterization and functional monitoring and can contribute to the monitoring of the health status of a person. In this paper an inexpensive portable multi frequency impedance cardiograph device based on impedance spectroscopy technique has been developed. By means of this system the basic thoracic impedance range and the heart-action-caused changes of impedance can be measured and the hemodynamic parameters of the heart function can be determined. This system has small size and low current consumption. The impedance cardiograph signals of the electrodes configuration by Sramek, Penney and Qu in this work was measured; compared and summarized. The differences of the measuring method, the schematic circuit diagram, the measurement results and area of application between impedance cardiograph and impedance spectroscopy were discussed and compared. The performance of this sensor-system was evaluated.

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