Analyse kortikaler Reizantwortsignale nach selektiver Zapfenstimulation zur objektiven Erkennung von Sehfunktionsstörungen

The objective of this thesis was an objective diagnosis of the visual system. Therefore the separate color channels were analyzed by the use of cortical response signals. The potential of the developed method, especially for the detection of glaucoma, was investigated.Based on the silent substitution technique, model based adaptive stimulation sequences were developed, in order to achieve selective color channel excitation. Pre-processing of the response signals, suppression of distortions and improvement of the signal to noise ratio were introduced, adapted and analyzed. Therewith the analysis of the visually evoked potentials was possible.For an objective description and analysis of color channel selective response signals an extensive parameterization of the response signals and validation of the feature set was done. By the use of different classification methods and evaluation strategies, the classification of the separate color channels as well as the classification on a large number glaucoma patients and healthy volunteers was performed, in order to verify the diagnostic significance of the response signals. Furthermore an evaluation of classification quality of the utilized classification methods was performed. Cone isolation could be demonstrated by an adaption and bleaching experiment. The color channel selective response signals were extensively parameterized by means of significant features. Through the use of the different classification methods very good results were achieved in the detection of specific response signals of severe glaucoma patients and in the differentiation of the several color channels. Moreover good classification results were obtained for moderate glaucoma patients. None of the used classification methods demonstrated significant advantages in classification quality.An objective examination of the entire visual system from the retina to the visual cortex was carried out by the measurement and analysis of the visually evoked potentials. It was shown, that an objective examination of the several visual pathways as well as an early objective diagnosis of glaucoma was possible. Hence, objective examinations of color vision respectively color vision deficiencies are conceivable. The presented methods can lead to new diagnostic possibilities.Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der objektiven Diagnostik des visuellen Systems, insbesondere der Analyse der Funktion einzelner Farbkanäle, anhand kortikaler Reizantwortsignale. Dabei wird das Potenzial des erarbeiteten Verfahrens speziell zur Erkennung von Glaukomerkrankungen untersucht.Zur farbkanalselektiven Reizung wurden modellbasierte, adaptierbare Stimulationssequenzen auf Grundlage der Silent Substitution Technique entwickelt. Zur Vorverarbeitung der Reizantwortsignale, Unterdrückung von Störkomponenten bzw. Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes wurden verschiedene Verfahren untersucht und adaptiert. Damit konnten die visuell evozierten Potenziale analysiert werden.Die Arbeit beschäftigt sich weiterhin mit der umfangreichen Parametrisierung der Signale sowie einer Bewertung des Merkmalssatzes bezüglich der unterschiedlichen Fragestellungen für die objektive Beschreibung und Analyse der Eigenschaften der farbkanalspezifischen Reizantwortsignale. Mittels verschiedener Klassifikationsverfahren und Evaluierungsstrategien wurden, zur Prüfung der diagnostischen Aussagekraft der Reizantwortsignale, Klassifikationen der einzelnen Farbkanäle sowie von Glaukompatienten im Vergleich zu gesunden Probanden, an einer relativ großen Anzahl von ca. 500 Untersuchungsdaten¬sätzen, vorgenommen. Zudem erfolgte eine Beurteilung der Klassifikations¬qualität der verwendeten Klassifikationsmethoden für die verschiedenen Anwendungen.Ein Funktionsnachweis der Methode zur selektiven Zapfenstimulation konnte anhand eines Adaptions- und Zapfenbleichungsexperiments erbracht werden. Die gewonnenen farbkanalselektiven Antwortsignale wurden mittels signifikanter Merkmale umfassend parametrisiert. Mit verschiedenen Klassifikationsmethoden wurden sehr gute Ergebnisse bei der Erkennung der spezifischen Reizantwortsignale von Glaukompatienten mit schwerem Glaukomschaden sowie bei der Differenzierung einzelner Farbkanäle erzielt. Für Glaukompatienten im frühen Stadium ergaben sich ebenfalls gute Klassifikationsergebnisse. Keine der verwendeten Klassifikationsmethoden zeigten dabei entscheidende Vorteile bezüglich der Klassifikationsqualität.Durch die Messung der visuell evozierten Potenziale im Bereich des visuellen Kortex konnte im Rahmen der Arbeit eine objektive Untersuchung des gesamten visuellen Systems (Retina bis Kortex) durchgeführt werden. Somit war es möglich eine Untersuchung der einzelnen Farbkanäle des visuellen Systems sowie eine objektive frühzeitige Diagnostik von Glaukomerkrankungen durchzuführen. Damit sind auch Untersuchungen des Farbsinns bzw. von Farbfehlsichtigkeiten denkbar. Das vorgestellte Verfahren könnte somit neue diagnostische Möglichkeiten eröffnen

Detektion und Analyse physiologischer und biokinematischer Parameter mit Körpersensoren

Christ P. Detektion und Analyse physiologischer und biokinematischer Parameter mit Körpersensoren. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2016

Methodik zur Integration von Vorwissen in die Modellbildung

This book describes how prior knowledge about dynamical systems and functions can be integrated in mathematical modelling. The first part comprises the transformation of the known properties into a mathematical model and the second part explains four approaches for solving the resulting constrained optimization problems. Numerous examples, tables and compilations complete the book

Methodik zur Integration von Vorwissen in die Modellbildung

Das Buch zeigt, wie Vorwissen über Eigenschaften dynamischer Systeme und über Funktionen in die mathematische Modellbildung integriert werden kann. Hierzu wird im ersten Teil der Arbeit das verbale Vorwissen mathematisch formuliert. Der zweite Teil beschreibt vier Zugängen, um die entstehenden restringierten Probleme zu lösen. Zahlreiche Beispiele, Tabellen und Zusammenstellungen vervollständigen das Buch

Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen auf Basis intravaskulärer Ultraschallaufnahmen zur klinischen Anwendung in einem IVB-System

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind in Deutschland für fast 50% der Todesfälle verantwortlich. Insbesondere die Arteriosklerose (vulgo: „Arterienverkalkung“) ist dabei ein dominierendes Krankheitsbild. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die Arteriosklerose seit den Anfängen der wissenschaftlichen Medizin ein Feld für umfangreiche Untersuchungen gewesen ist. Speziell durch den technischen Fortschritt bildgebender Verfahren war es möglich neuartige Diagnose- und Therapiemethoden zu entwickeln. Dabei hat sich gerade der intravaskuläre Ultraschall zu einem Goldstandard in der Diagnose arteriosklerotischer Erkrankungen und, in Kombination mit der intravaskulären Brachytherapie, zu einer Erfolg versprechenden Basistechnik für therapeutische Maßnahmen entwickelt. Grundvoraussetzung fast jeder bildbasierten Intervention ist aber die Separierung der Bilddaten in anatomisch und pathologisch differenzierte, saliente Regionen. In Anbetracht zunehmender, umfangreicherer Datenmengen kann eine derartige Aufarbeitung nur rechnergestützt durch Problem adaptierte Klassifikationsalgorithmen gewährleistet werden. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, neue Methoden zur Merkmalsextraktion und Algorithmen zur Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen bereitzustellen. Aus der initialen Fragestellung wurde zudem zeitnah deutlich, dass das Forschungsvorhaben Anknüpfungspunkte zu weiteren hochgradig relevanten inter- und intradisziplinären Forschungsthemen, beispielsweise der Histologie, Systembiologie oder Chemietechnik, aufweist. Aber auch vonseiten der Anwendungsszenarien wurden teilweise völlig neue, innovative Wege beschritten. Exemplarisch sei ein E-Learning-Ansatz zur „Übersetzung“ digitaler Bilddaten in haptisch erfahrbare Reliefs für blinde und sehbehinderte Schülerinnen und Schüler genannt. In Anbetracht dieser partiell divergierenden Sichtweisen war auch die generalisierte, von der expliziten Fragestellung abstrahierte Umsetzung eine Ausrichtung der Arbeit. Dieser Intention folgend wurden drei wesentliche methodische und konzeptionelle Entwicklungen innerhalb der Arbeit realisiert: ein Expertensystem zur Approximation arterieller Kompartimente mittels unscharfer elliptischer Templates, ein neuartiger, effizienter Ansatz zur signaltheoretischen Extraktion textureller Merkmale und die Etablierung maschinelle Lernverfahren unter Integration von a priori Wissen. Über eine konsequente Integration statistischer Gütemaße konnte zudem eine ausgeprägte Rückkopplung zwischen Klassifikations- und Bewertungsansätzen gewährleistet werden. Gemeinsam ist allen Ansätzen das Ansinnen, trotz hoch anwendungsbezogener Umsetzungen, die fortwährende Portabilität zu beachten. In einer übergeordneten Abstraktion kann die Intention der Arbeit somit auch in der „generalisierten Nutzung signaltheoretischer Merkmale zur Klassifikation heterogener, durch texturelle Ausprägungen zu differenzierende Kompartimente mittels maschineller Lernverfahren“ verstanden werden

Datenbasierte und linguistisch interpretierbare Intonationsmodellierung

In this thesis a data-driven and linguistically interpretable intonation model for the automatic analysis and synthesis of fundamental frequency (F0) contours was developed. The model can be characterised as parametric, contour-based, and superpositional. Its intonation representation consists of a superposition of global and local contour classes and can be derived in a purely data-driven manner, which guarantees consistency and easy adaptability to new data. The model's linguistic interpretability was examined by automatic linguistic corpus analyses resulting in hypotheses about possible relations between contours and linguistic concepts. These hypotheses were subsequently tested by perception experiments. By these means a systematic linguistic anchoring of the model was achieved in form of a decision tree to predict the linguistically appropriate contour class. The adequacy of its predictions was assured by a further perception test. Due to its simultaneous signal proximity and linguistic anchoring, the model covers the entire chain from text to signal and therefore can be used for intonation analysis and generation on a linguistic as well as on a phonetic-acoustic level. It is qualified for employment in speech technology applications as well as in phonetic fundamental research to automatically analyse raw speech data