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Forschungsbericht 2017
(2017)
Die Einholung eines Ethikvotums ist in der Medizin verpflichtend.
Auch in anderen Disziplinen ist eine ethische Beurteilung häufig notwendig.
Bisher gibt es nur wenig hierfür zuständige Stellen.
Die gemeinsame Ethik-Kommission der Hochschulen Bayerns (GEHBa) füllt diese Lücke.
Anträge können gestellt werden unter www.gehba.de.
A current dependent performance test for comparison of different field emitter arrays is introduced. Statistical analysis is enabled due to a short measurement time and as a main feature the electric field shift, comparable to the degradation of the emitter is examined. Significance of the test method is shown by a comparison of field emitter arrays with different doping levels.
Spatially resolved field emission measurements represent an important factor in further development of existing field emitter concepts. In this work, we present a novel approach that allows quantitative analysis of individual emission spots from integral current-voltage measurements using a low-cost and commercially available CMOS camera. By combining different exposure times to extrapolate oversaturated and underexposed pixels, a near congruence of integral current and image brightness is shown. The extrapolation also allows parallel investigation of all individual tips participating in the total current with currents ranging from a few nanoampere to one microampere per tip. The sensitivity, which is determined by the integral brightness-to-current ratio, remains unchanged within the measurement accuracy even after ten full measurement cycles. Using a point detection algorithm, the proportional current load of each individual tip of the field emitter array is analyzed and compared at different times during the initial measurement cycle. Together with the extracted I-V curves of single emission spots from the integral measurement, the results indicate the effect of premature burnout of particularly sharp tips during conditioning of the emitter.
Using p-type semiconductors for field emitters is one simple way to realize an integrated current limiter to improve the lifetime of the cathode. In this work, the origin of the current saturation of p-type silicon emitters is investigated in detail. Single emitters are electrically characterized and compared to simulation results. With a simulation model considering a high surface generation rate and elevated tip temperature, a good agreement to the measured data is found. This observation is supported further by alteration of the surface experimentally. Electrical measurements after different treatments in hydrofluoric acid as well as heated and subsequent operation at room temperature are well explained by the influence of surface generation. Furthermore, it is shown that the field penetration leads to a small voltage drop and a strong geometry-dependent reduction of the field enhancement factor.
Beta Factor Mapping of Individual Emitting Tips During Integral Operation of Field Emission Arrays
(2023)
Emission uniformity mappings of field emitter arrays provide important insight into degradation mechanisms, but are often laborious, non-integral, costly, or not quantifiable. Here, a low-cost Raspberry Pi HQ camera is used as an extraction anode to quantify the emission distribution in field emitter arrays. A verification measurement using controlled SEM electron beams proves, that current-voltage characteristics of individual emission sites can be determined by combining the integral electrical data with the image data. The characteristics are used to quantify the field enhancement factors of an 30x30 silicon field emitter array during integral operation. Comparison of the field enhancement factor distributions before and after a one-hour constant current operation at 1 µA shows an increase from 50 actively emitting tips before to 156 after the measurement. It is shown, that the distribution of field enhancement factors shifts towards lower values, due to the increasing degradation for high field enhancement tips, especially above 1500.
Field emitter arrays (FEAs) are a promising component for novel vacuum micro- and nanoelectronic devices, such as microwave power amplifiers or fast-switching X-ray sources. However, the interrelated mechanisms responsible for FEA degradation and failure are not fully understood. Therefore, we present a measurement method for quantitative observation of individual emission sites during integral operation using a low-cost, commercially available CMOS imaging sensor. The emission and degradation behavior of three differently doped FEAs is investigated in current-regulated operation. The measurements reveal that the limited current of the p-doped emitters leads to an activation of up to 55% of the individual tips in the array, while the activation of the n-type FEA stopped at around 30%. This enhanced activation results in a more continuous and uniform current distribution for the p-type FEA. An analysis of the individual emitter characteristics before and after a constant current measurement provides novel perspectives on degradation behavior. A burn-in process that trims the emitting tips to an integral current-specific ideal field enhancement factor is observed. In this process, blunt tips are sharpened while sharp tips are dulled, resulting in homogenization within the FEA. The methodology is described in detail, making it easily adaptable for other groups to apply in the further development of promising FEAs.
A nonlinear state observer is designed for a thermal energy storage with solid/liquid phase change material (PCM). Using a physical 2D dynamic model, the observer reconstructs transient spatial temperature fields inside the storage and estimates the stored energy and the state of charge. The observer has been successfully tested with a lab-scale latent heat storage with a single pass tube bundle and the phase change material located in a shell around each tube. It turns out that the observer robustly tracks the real process data with as few as four internal PCM temperature sensors. © 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved.
A current dependent performance test is used to investigate the influence of doping and emitter geometry on the lifetime of silicon field emitter arrays. The measurements reveal an improved performance for lower n-type dopant concentrations. Furthermore, two new types of field emitters are introduced by slightly varying the original fabrication process [1]. The comparison shows superiority of tip like emitters over blade like structures.
In this contribution, a novel two-channel acoustic front-end for robust automatic speech recognition in adverse acoustic environments with nonstationary interference and reverberation is proposed. From a MISO system perspective, a statistically optimum source signal extraction scheme based on the multichannel Wiener filter (MWF) is discussed for application in noisy and underdetermined scenarios. For free-field and diffuse noise conditions, this optimum scheme reduces to a Delay & Sum beamformer followed by a single-channel Wiener postfilter. Scenarios with multiple simultaneously interfering sources and background noise are usually modeled by a diffuse noise field. However, in reality, the free-field assumption is very weak because of the reverberant nature of acoustic environments. Therefore, we propose to estimate this simplified MWF solution in each frequency bin separately to cope with reverberation. We show that this approach can very efficiently be realized by the combination of a blocking matrix based on semi-blind source separation (‘directional BSS’), which provides a continuously updated reference of all undesired noise and interference components separated from the desired source and its reflections, and a single-channel Wiener postfilter. Moreover, it is shown, how the obtained reference signal of all undesired components can efficiently be used to realize the Wiener postfilter, and at the same time, generalizes well-known postfilter realizations. The proposed front-end and its integration into an automatic speech recognition (ASR) system are analyzed and evaluated in noisy living-room-like environments according to the PASCAL CHiME challenge. A comparison to a simplified front-end based on a free-field assumption shows that the introduced system substantially improves the speech quality and the recognition performance under the considered adverse conditions.
In der Ausgabe 5/2008 von „Gesundheits- und Sozialpolitik“ wurden erste Ergebnisse der zweiten Versichertenbefragung der Kassenärztlichen Bundesvereinigung (KBV) vorgestellt. Der Fokus der Darstellung lag im ersten Teil auf dem Inanspruchnahmeverhalten und der Zufriedenheit der Versicherten mit der ärztlichen Versorgung, wobei der Aspekt der Wartezeiten auf einen Termin und in der Arztpraxis ausführlich behandelt wurde. Insgesamt ist eine hohe Inanspruchnahme der haus- und fachärztlichen ambulanten Versorgung zu konstatieren sowie eine überwiegende Zufriedenheit mit der ärztlichen Betreuung. Die Ergebnisse zu den Wartezeiten auf einen Arzttermin spiegeln im Vergleich zu öffentlich geführten Debatten ein differenziertes Bild wider. Im zweiten Teil werden folgende Fragen vertiefend diskutiert: Welche Kriterien sind neben der fachlichen Kompetenz (für die Versicherten) für die Wahl der Arztpraxis relevant? Welche Bedeutung haben Gütesiegel als Qualitätsmarker für die Versicherten? Welche Erfahrungen haben die Versicherten mit Änderungen in der Medikamentenverordnung gemacht? Nehmen die Versicherten an Hausarztmodellen teil und wie bewerten sie die Versorgungsqualität? Welche Akzeptanz haben unterschiedliche Wahltarife bei den gesetzlich Versicherten?
In den letzten Jahren haben verschiedene Institutionen bevölkerungsrepräsentative Befragungen zur Bewertung von Einzelaspekten der Gesundheitsversorgung durchgeführt (Bertelsmann Gesundheitsmonitor, Commonwealth Fund, Gesundheitssurvey des Robert Koch-Instituts, BKK-Befragung, WIdO-monitor). Hierzu zählt auch die Kassenärztliche Bundesvereinigung (KBV), die im Jahr 2006 die Forschungsgruppe Wahlen Telefonfeld (FGW) in Mannheim beauftragte, repräsentativ gesetzlich und privat Versicherte zur Zufriedenheit mit der ambulanten Versorgung sowie zum Bedarf an neuen Dienstleistungsangeboten zu befragen (KBV 2006; Rieser 2006). Eine zweite Versichertenbefragung der KBV erfolgte im Zeitraum Mai und Juni 2008, wiederum von der FGW durchgeführt. Die Ergebnisse dieser repräsentativen Erhebung werden im Rahmen von zwei Artikeln in Gesundheits- und Sozialpolitik vorgestellt. Im Zentrum des hier vorliegenden ersten Beitrags stehen die Inanspruchnahme der ambulanten haus- und fachärztlichen Versorgung, die Erfahrungen mit Terminvergabe und Wartezeiten sowie die Bewertungen der Versorgung durch die Versicherten. Darüber hinaus wird die Bedeutung von Individuellen Gesundheitsleistungen (IgeL) in der ambulanten Versorgung gesetzlich Versicherter diskutiert. Der zweite Artikel wird sich schwerpunktmäßig mit den Qualitätskriterien für die Wahl eines Arztes, mit den Erfahrungen von Veränderungen in der Medikamentenverordnung sowie mit der Akzeptanz neuer Versorgungsformen und Wahltarife befassen.
Ältere Patienten und Frauen warten länger auf einen Arzttermin als junge Versicherte und Männer, gesetzlich Versicherte länger als Privatpatienten. Die meisten Patienten sind aber keineswegs unzufrieden. 90 Prozent bekommen entweder am selben Tag einen Termin oder halten die Wartezeit für angemessen.
Aims
Barrett´s esophagus related neoplasia (BERN) is difficult to detect and characterize during endoscopy, even for expert endoscopists. We aimed to assess the add-on effect of an Artificial Intelligence (AI) algorithm (Barrett-Ampel) as a decision support system (DSS) for non-expert endoscopists in the evaluation of Barrett’s esophagus (BE) and BERN.
Methods
Twelve videos with multimodal imaging white light (WL), narrow-band imaging (NBI), texture and color enhanced imaging (TXI) of histologically confirmed BE and BERN were assessed by expert and non-expert endoscopists. For each video, endoscopists were asked to identify the area of BERN and decide on the biopsy spot. Videos were assessed by the AI algorithm and regions of BERN were highlighted in real-time by a transparent overlay. Finally, endoscopists were shown the AI videos and asked to either confirm or change their initial decision based on the AI support.
Results
Barrett-Ampel correctly identified all areas of BERN, irrespective of the imaging modality (WL, NBI, TXI), but misinterpreted two inflammatory lesions (Accuracy=75%). Expert endoscopists had a similar performance (Accuracy=70,8%), while non-experts had an accuracy of 58.3%. When AI was implemented as a DSS, non-expert endoscopists improved their diagnostic accuracy to 75%.
Conclusions
AI may have the potential to support non-expert endoscopists in the assessment of videos of BE and BERN. Limitations of this study include the low number of videos used. Randomized clinical trials in a real-life setting should be performed to confirm these results.
Einleitung
Die sichere Detektion und Charakterisierung von Barrett-Ösophagus assoziierten Neoplasien (BERN) stellt selbst für erfahrene Endoskopiker eine Herausforderung dar.
Ziel
Ziel dieser Studie ist es, den Add-on Effekt eines künstlichen Intelligenz (KI) Systems (Barrett-Ampel) als Entscheidungsunterstüzungssystem für Endoskopiker ohne Expertise bei der Untersuchung von BERN zu evaluieren.
Material und Methodik
Zwölf Videos in „Weißlicht“ (WL), „narrow-band imaging“ (NBI) und „texture and color enhanced imaging“ (TXI) von histologisch bestätigten Barrett-Metaplasien oder BERN wurden von Experten und Untersuchern ohne Barrett-Expertise evaluiert. Die Probanden wurden dazu aufgefordert in den Videos auftauchende BERN zu identifizieren und gegebenenfalls die optimale Biopsiestelle zu markieren. Unser KI-System wurde demselben Test unterzogen, wobei dieses BERN in Echtzeit segmentierte und farblich von umliegendem Epithel differenzierte. Anschließend wurden den Probanden die Videos mit zusätzlicher KI-Unterstützung gezeigt. Basierend auf dieser neuen Information, wurden die Probanden zu einer Reevaluation ihrer initialen Beurteilung aufgefordert.
Ergebnisse
Die „Barrett-Ampel“ identifizierte unabhängig von den verwendeten Darstellungsmodi (WL, NBI, TXI) alle BERN. Zwei entzündlich veränderte Läsionen wurden fehlinterpretiert (Genauigkeit=75%). Während Experten vergleichbare Ergebnisse erzielten (Genauigkeit=70,8%), hatten Endoskopiker ohne Expertise bei der Beurteilung von Barrett-Metaplasien eine Genauigkeit von lediglich 58,3%. Wurden die nicht-Experten allerdings von unserem KI-System unterstützt, erreichten diese eine Genauigkeit von 75%.
Zusammenfassung
Unser KI-System hat das Potential als Entscheidungsunterstützungssystem bei der Differenzierung zwischen Barrett-Metaplasie und BERN zu fungieren und so Endoskopiker ohne entsprechende Expertise zu assistieren. Eine Limitation dieser Studie ist die niedrige Anzahl an eingeschlossenen Videos. Um die Ergebnisse dieser Studie zu bestätigen, müssen randomisierte kontrollierte klinische Studien durchgeführt werden.