Resistances in two-dimensional matrices can be measured by addressing individual sensors one by one using two multiplexers. Thereby, it is assumed that the injected measurement current flows only through the target sensor. Nevertheless, if no special precautions are taken, a part of the injected current may flow through other sensors and this can significantly affect the measurement accuracy. This so-called cross-talk effect is therefore crucial for the measurement of two-dimensional sensor matrices. One possible solution to overcome this problem is to use the short-circuiting method, which sets the same potentials on both sides of the non-target sensors and avoids thereby the cross-talk currents leading to an improvement of measurement accuracy. The short-circuiting method is widely used because it requires no addition of further components, like diodes or MOSFETS, into the matrix. Nowadays, most of the short-circuiting methods are designed for the measurement of purely resistive (e.g., the zero potential circuit driving by DC signals) or capacitive sensor matrices. Thereby, capacitive matrix measurement methods are mainly designed to realize a high scanning speed and do not focus on reducing measurement deviations as they are more conceived for touch screens. In this thesis, the development of accurate measurement methods is focused, to reduce the cross-talk effects in two-dimensional impedimetric sensor matrices, where both the real part and imaginary part of the impedance need to be accurately measured. A multi-row excitation strategy using AC signals having different frequencies is proposed to avoid DC deviations due to the non-ideal behavior of electronic components and to enable simultaneous impedance measurement of all sensors. First, a novel method is proposed, to enable a multiplexer-free simultaneous measurement of resistive sensors in the two-dimensional matrix. This method is named the AC - Zero Potential Circuit (AC-ZPC Type 0), and it is extended for the measurement of impedimetric sensors. Then, based on analytical investigations, two advanced methods are proposed to realize higher measurement accuracy. The first advanced method (AC-ZPC Type 1) corrects the deviations caused by the row interface impedance by introducing a column with reference elements and dispenses with the measurement of the row side excitation signals. The second advanced method (AC-ZPC Type 2) extends the basic AC-ZPC method further. It uses a voltage follower on the row input side to reduce the row interface impedance and introduces a row and a column with reference elements. This method reduces the deviations related to the non-ideal features of the column side amplifier circuits, including their input/output impedance, open-loop gain factor, leakage current, and load impedance. The evaluation of the three proposed methods is carried out first by simulations and then on a specially developed experimental platform. In the simulations, the measurement deviations achieved by the proposed methods are less than 0.005% for the impedimetric targets composed of parallel RC pairs in the range from 2 kΩ||362 pF to 100 kΩ ||$ 7 pF. The feasibility of these proposed methods has been validated by the experimental investigations. Thereby, the AC-ZPC Type 2 method has shown better accuracy than the AC-ZPC Type 1 method. For purely resistive targets in the range from 2 kΩ to 100 kΩ, the averaged absolute deviation of 0.087% is achieved by the AC-ZPC Type 2 method, which is 20% less than the DC-ZPC methods.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation / Widerstände in zweidimensionalen Matrizen können gemessen werden, indem einzelne Sensoren mit zwei Multiplexern angesprochen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der eingespeiste Messstrom nur durch den Zielsensor fließt. Ohne besondere Vorkehrungen kann jedoch ein Teil des eingespeisten Stroms durch andere Sensoren fließen, was die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen kann. Dieser so genannte Übersprechungseffekt ist daher für die Messung von zweidimensionalen Sensormatrizen von entscheidender Bedeutung. Eine mögliche Lösung zur Überwindung dieses Problems ist die Kurzschlussmethode, bei der auf beiden Seiten der nicht zu messenden Sensoren die gleichen Potenziale angelegt werden und dadurch die Übersprechungsströme vermieden werden, was zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit führt. Die Kurzschlussmethode ist weit verbreitet, da sie keine weiteren Komponenten, z.B. Dioden oder MOSFETS, in der Matrix erfordert. Heutzutage sind die meisten Kurzschlussverfahren für die Messung von rein resistiven (z.B. die Nullpotenzialschaltung, die durch Gleichstromsignale angetrieben wird) oder kapazitiven Sensormatrizen ausgelegt. Dabei sind kapazitive Matrixmessverfahren hauptsächlich auf eine hohe Messgeschwindigkeit ausgelegt und konzentrieren sich nicht auf die Reduzierung von Messabweichungen, da sie eher für Touchscreens konzipiert sind. In dieser Dissertation ist die Entwicklung präziser Messmethoden das Ziel, um die Übersprechungseffekte in zweidimensionalen impedimetrischen Sensormatrizen zu reduzieren, bei denen sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der Impedanz genau gemessen werden müssen. Es wird eine mehrreihige Erregungsstrategie unter Verwendung von Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen vorgeschlagen, um Gleichstromabweichungen aufgrund des nicht idealen Verhaltens elektronischer Komponenten zu vermeiden und die gleichzeitige Impedanzmessung aller Sensoren zu ermöglichen. Zunächst wird eine neue Methode vorgeschlagen, die eine multiplexerfreie gleichzeitige Messung von Widerstandssensoren in einer zweidimensionalen Matrix ermöglicht. Diese Methode wird als AC-Nullpotenzialschaltung (AC-ZPC Typ 0) bezeichnet und für die Messung von impedimetrischen Sensoren erweitert. Anschließend werden auf der Grundlage analytischer Untersuchungen zwei fortschrittliche Methoden vorgeschlagen, um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen. Die erste fortschrittliche Methode (AC-ZPC Typ 1) korrigiert die durch die Impedanz der Reihenschnittstelle verursachten Abweichungen durch die Einführung einer Spalte mit Referenzelementen und verzichtet auf die Messung der reihenseitigen Anregungssignale. Die zweite fortgeschrittene Methode (AC-ZPC Typ 2) erweitert die grundlegende AC-ZPC Methode weiter. Sie verwendet einen Spannungsfolger auf der Reiheneingangsseite, um die Reihenschnittstellenimpedanz zu verringern, und führt eine Reihe und eine Spalte mit Referenzelementen ein. Diese Methode reduziert die Abweichungen, die mit den nicht idealen Eigenschaften der spaltenseitigen Verstärkerschaltungen zusammenhängen, einschließlich ihrer Eingangs-/Ausgangsimpedanz, des Open-Loop-Verstärkungsfaktors, des Leckstroms und der Lastimpedanz. Die Bewertung der drei vorgeschlagenen Methoden erfolgt zunächst durch Simulationen und dann auf einer speziell entwickelten Versuchsplattform. In den Simulationen liegen die mit den vorgeschlagenen Methoden erzielten Messabweichungen bei weniger als 0,005% für die aus parallelen RC-Paaren bestehenden impedimetrischen Ziele im Bereich von 2 kΩ||362 pF bis 100 kΩ ||$ 7 pF. Die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methoden wurde durch die experimentellen Untersuchungen bestätigt. Dabei hat die AC-ZPC Typ 2 Methode eine bessere Genauigkeit als die AC-ZPC Typ 1 Methode gezeigt. Für rein resistive Ziele im Bereich von 2 kΩ bis 100 kΩ wird mit der AC-ZPC Typ 2-Methode eine gemittelte absolute Abweichung von 0.087% erreicht, was 20% weniger ist als bei den DC-ZPC-Methoden.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation

Udder illnesses can have an essential influence on quantity and quality of the milk. A diagnosis is possible with the help of the deviation of milk contents, especially over the change of the somatic cells. The cell count consequently makes an important health and quality criterion of the milk. In order to determine the cell count and other contents directly after the vormilk, the relation between the count of the milk cells and the impedimetric quanities of the milk was examined systematically in a new measure cell with alternating current. The measurements were executed isotherm with different temperatures over a wide frequency area (10 Hz -13 MHz) and the results were compared with the cell counts obtained with standard procedures (Fossomatic). Relations between the measured complex electric quantities and the content of the milk like lactose and cell count were produced with help of statistical methods. No direct relation is found between the impedimetric qualities (complex condauctance, conductance or capacity) of milk and the number of cells found in it. Cause of that is the inhomogeneity of the cells, that varies considerably regarding their size and mass. The lactose concentration correlates good with impedimetric quantities (amplitude, phase shift, capacity and conductance) of milk. Particularly with the condactance of the milk a statistically secured relation is found over the entire frequency area (10 Hz - 13 MHz). The lactose concentration correlates on the other hand well with the cell count and makes a statistically secured prognosis of this quantity with high precision possible. Future it is possible to determine the cell count with the help of the complex conductivity, for what simple conductivity measuring instruments are suitable. / Eutererkrankungen können einen wesentlichen Einfluss auf Menge und Qualität der Milch haben. Eine Diagnose ist an Hand der Abweichung von Milchinhaltstoffen, insbesondere über die Veränderung der somatischen Zellen möglich. Die Zellzahl stellt somit ein wichtiges Gesundheits- und Qualitätskriterium der Milch. Um die Zellzahl und andere Inhaltsstoffe direkt nach dem ersten Gemelk zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen der Zahl der Milchzellen und den impedimetrischen Eigenschaften der Milch in neuartigen Messzelle mit Wechselstrom systematisch untersucht. Die Messungen wurden isotherm bei verschiedenen Temperaturen über einen weiten Frequenzbereich von 10 Hz - 13 MHz durchgeführt und die Ergebnisse mit denen nach Standardverfahren (Fossomatic) erhaltenen Zahlen verglichen. Mit Hilfe statistischer Methoden wurden Relationen zwischen den erhaltenen komplexen elektrischen Größen und den Inhaltstoffen der Milch wie Laktose und Zellzahl hergestellt. Es konnte kein direkter Zusammenhang zwischen den impedimetrischen Eigenschaften (komplexer Leitwert, Wirkleitwert oder Kapazität) der Milch und der Zahl darin befindlicher Zellen gefunden werden. Ursache dafür ist die Inhomogenität der Zellen, die hinsichtlich ihrer Größe und Masse beträchtlich variieren. Dagegen lässt sich die Laktosekonzentration gut mit den impedimetrischen Eigenschaften (Amplitude, Phasenverschiebung, Kapazität und Wirkleitwert) der Milch korrelieren. Besonders mit dem Wirkleitwert der Milch ist ein statistisch abgesicherter Zusammenhang über den gesamten Frequenzbereich (10 Hz bis 13 MHz) zu finden. Die Laktosekonzentration wiederum korreliert gut mit der Zellzahl und ermöglicht mit hoher Genauigkeit eine statistisch gesicherte Voraussage dieser Größe. Damit ist es möglich, zukünftig die Zellzahl über den Laktosegehalt anhand der komplexen Leitfähigkeit zu bestimmen, wozu einfache Leitfähigkeitsmessgeräte geeignet sind.

Background: Ventilatory pressures should target the range between the upper and lower inflection point of the pressure volume curve in order to avoid atelecto- and volutrauma. During high-frequency oscillatory ventilation (HFOV), this range is difficult to determine. Quadrant impedance measurement (QIM) has recently been shown to allow accurate and precise measurement of lung volume changes during conventional mechanical ventilation. Objectives: To investigate if QIM can be used to determine a static pressure-residual impedance curve during a recruitment-derecruitment manoeuvre on HFOV and to monitor the time course of alveolar recruitment after changing mean airway pressure (MAP). Methods: An incremental and decremental MAP trial (6 cm H₂O to 27 cm H₂O) was conducted in five surfactantdepleted newborn piglets during HFOV. Ventilatory, gas exchange and haemodynamic parameters were recorded. Continuous measurement of thoracic impedance change was performed. Results: Mean residual impedance (RI) increased with each stepwise increase of MAP resulting in a total mean increase of +26.5% (±4.0) at the highest MAP (27 cm H₂O) compared to baseline ventilation at 6 cm H₂O. Upon decreasing MAP levels, RI fell more slowly compared to its ascent; 83.4% (±19.1) and 84.8% (±16.4) of impedance changes occurred in the first 5 min after an increase or decrease in airway pressure, respectively. Conclusions: QIM could be used for continuous monitoring of thoracic impedance and determination of the pressure-RI curve during HFOV. The method could prove to be a promising bedside method for the monitoring of lung recruitment during HFOV in the future.

Udder illnesses can have an essential influence on quantity and quality of the milk. A diagnosis is possible with the help of the deviation of milk contents, especially over the change of the somatic cells. The cell count consequently makes an important health and quality criterion of the milk. In order to determine the cell count and other contents directly after the vormilk, the relation between the count of the milk cells and the impedimetric quanities of the milk was examined systematically in a new measure cell with alternating current. The measurements were executed isotherm with different temperatures over a wide frequency area (10 Hz -13 MHz) and the results were compared with the cell counts obtained with standard procedures (Fossomatic). Relations between the measured complex electric quantities and the content of the milk like lactose and cell count were produced with help of statistical methods. No direct relation is found between the impedimetric qualities (complex condauctance, conductance or capacity) of milk and the number of cells found in it. Cause of that is the inhomogeneity of the cells, that varies considerably regarding their size and mass. The lactose concentration correlates good with impedimetric quantities (amplitude, phase shift, capacity and conductance) of milk. Particularly with the condactance of the milk a statistically secured relation is found over the entire frequency area (10 Hz - 13 MHz). The lactose concentration correlates on the other hand well with the cell count and makes a statistically secured prognosis of this quantity with high precision possible. Future it is possible to determine the cell count with the help of the complex conductivity, for what simple conductivity measuring instruments are suitable. / Eutererkrankungen können einen wesentlichen Einfluss auf Menge und Qualität der Milch haben. Eine Diagnose ist an Hand der Abweichung von Milchinhaltstoffen, insbesondere über die Veränderung der somatischen Zellen möglich. Die Zellzahl stellt somit ein wichtiges Gesundheits- und Qualitätskriterium der Milch. Um die Zellzahl und andere Inhaltsstoffe direkt nach dem ersten Gemelk zu bestimmen, wurde der Zusammenhang zwischen der Zahl der Milchzellen und den impedimetrischen Eigenschaften der Milch in neuartigen Messzelle mit Wechselstrom systematisch untersucht. Die Messungen wurden isotherm bei verschiedenen Temperaturen über einen weiten Frequenzbereich von 10 Hz - 13 MHz durchgeführt und die Ergebnisse mit denen nach Standardverfahren (Fossomatic) erhaltenen Zahlen verglichen. Mit Hilfe statistischer Methoden wurden Relationen zwischen den erhaltenen komplexen elektrischen Größen und den Inhaltstoffen der Milch wie Laktose und Zellzahl hergestellt. Es konnte kein direkter Zusammenhang zwischen den impedimetrischen Eigenschaften (komplexer Leitwert, Wirkleitwert oder Kapazität) der Milch und der Zahl darin befindlicher Zellen gefunden werden. Ursache dafür ist die Inhomogenität der Zellen, die hinsichtlich ihrer Größe und Masse beträchtlich variieren. Dagegen lässt sich die Laktosekonzentration gut mit den impedimetrischen Eigenschaften (Amplitude, Phasenverschiebung, Kapazität und Wirkleitwert) der Milch korrelieren. Besonders mit dem Wirkleitwert der Milch ist ein statistisch abgesicherter Zusammenhang über den gesamten Frequenzbereich (10 Hz bis 13 MHz) zu finden. Die Laktosekonzentration wiederum korreliert gut mit der Zellzahl und ermöglicht mit hoher Genauigkeit eine statistisch gesicherte Voraussage dieser Größe. Damit ist es möglich, zukünftig die Zellzahl über den Laktosegehalt anhand der komplexen Leitfähigkeit zu bestimmen, wozu einfache Leitfähigkeitsmessgeräte geeignet sind.

Die transurethrale Resektion der Prostata (TURP) ist eine elektrochirurgische Behandlung der gutartigen Vergrößerung der Prostata. Hierbei treten sehr selten gebrochene Resektionsschlingen auf, deren Ursachen in der Literatur unzureichend dokumentiert sind. In dieser Arbeit erfolgt die Untersuchung der Eignung von Methoden zur Schlingenverschleißanalyse bei der TURP. Es gilt die aktuell offenen Fragen zu klären, wie sich zum Beispiel der Schlingenverschleiß äußert, ob dieser Ursache für gebrochene Schlingen während einer Operation ist und ob er Einfluss auf den Leistungseintrag ins Prostatagewebe und damit auf Ihre Temperaturverteilung hat. Angewandt werden erstmals vier experimentelle Methoden zur Verschleißanalyse in Kombination. Gemessene Geometrieänderungen stehen in Zusammenhang mit einer gemessenen verschleißbedingten Impedanzänderung, welche hier erstmals in‑situ erfolgt. Diese liefert auch Informationen über Defekte im nichtsichtbaren Bereichen der Resektionsschlingen. Es geht auch hervor, dass aufgrund üblicher Nutzungsdauern der Schlingenverschleiß als Ursache für Schlingenbrüche während der Dauer einer Operation mit sehr großer Wahrscheinlichkeit auszuschließen ist. Aufbauend auf den Messergebnissen werden durch Finite Elemente Simulationen Informationen über den Leistungseintrag ins Prostatagewebe gewonnen. Die Auswertung der simulierten räumlichen Temperaturverteilung zeigt keine Vergrößerung von betroffenen Gewebearealen mit verschleißbedingtem Temperaturanstieg.:1 Einleitung 2 Grundlagen und Stand der Forschung 3 Lösungsansatz und Methoden 4 Versuchsumgebungen zur experimentellen Umsetzung 5 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen 6 Numerische Methoden 7 Ergebnisse aus den numerischen Methoden 8 Diskussion 9 Zusammenfassung / The transurethral resection of the prostate (TURP) is an electrosurgical treatment of benign prostatic hyperplasia. In the literature, broken resection loops are rarely discussed and the reasons for their occurrence are insufficiently documented. The purpose of the present work is to investigate the suitability of methods for loop wear analysis in TURP. The aim is to clarify the currently open questions such as: Does material wear on the loop surface lead to broken resection loops during the surgery procedure? How does material wear influence the power input into the prostate tissue and thus the resulting temperature distribution in the tissue? For the first time, four experimental methods for loop wear analysis are applied in combination. As a result, the experimental investigation show that it was possible to measure a wear-related impedance change in-situ, matching to the wear-related geometry change of the resection loop. Moreover, the measured impedance led to information about loop defects in an invisible part of the resection electrode. For the duration of the surgery procedure, the loop wear can be ruled out as the cause of broken loops with a very high probability. Finite element analyses were used for evaluating the spatial temperature distribution of the prostate tissue. The simulation model based on the measurement results. The simulated spatial temperature distribution does not show any enlargement of affected tissue areas due to wear-induced temperature increase.:1 Einleitung 2 Grundlagen und Stand der Forschung 3 Lösungsansatz und Methoden 4 Versuchsumgebungen zur experimentellen Umsetzung 5 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen 6 Numerische Methoden 7 Ergebnisse aus den numerischen Methoden 8 Diskussion 9 Zusammenfassung