Sabrina Affortunati: Adaptiver Boluskalkulator-Algorithmus zur Anwendung in Hybrid Artificial Pancreas-Systemen Präsentation
Diabetes ist ein weltweites Problem. Im Jahr 2017 zählte die Diabetes Weltorganisation IDF 425 Millionen Erkrankte weltweit, das sind rund 8.8% der Weltbevölkerung, und prognostizierte einen Zuwachs von fast 50% bis 2045. Die Anzahl der diabetesbedingten Todesfälle belief sich hingegen auf gut 4 Millionen Menschen. Die Kosten für mit Diabetes in Zusammenhang stehenden Behandlungen machten im Jahr 2015 12% des globalen Gesundheitsbudgets aus.
Ungefähr 400 neue Fälle an Diabetes 1 werden jedes Jahr in Österreich diagnostiziert. Diese Patienten würden ohne Behandlung wegen Insulinmangel an Hyperglykämie, also erhöhtem Blutzuckerspiegel, leiden. Die große Herausforderung der Diabetespatienten besteht darin, das Insulin korrekt zu dosieren um Hypoglykämie, also einen durch Überdosierung bedingten niedrigen Blutzuckerspiegel, oder eine durch Unterdosierung bedingte Hyperglykämie zu vermeiden. Dies gestaltet sich jedoch durch die große Inter- und Intrapatientenvariabilität als höchst kompliziert. So können sowohl die benötigte Menge an Bolusinsulin als auch die Mengen an Basalinsulin nicht nur von Patient zu Patient variieren, sondern sogar für denselben Patienten aufgrund der Tageszeit, körperlicher Aktivität, Stress usw.
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Versuch ein fast komplett autonomes Regelungssystem, einen sogenannten „Artificial Pancreas“, zu entwickeln. Dabei wurde ein IMC-PID Regler implementiert, mit verschiedenen Boluskalkulatoren kombiniert und mittels Deviation Analysis simuliert.
Tobias Eichberger: Optimierung der Temperaturregelung eines Diffusionsofens Präsentation
Bei der Herstellung von Halbleitern wie beispielsweise Dioden, Transistoren und Thyristoren kommen Temperaturprozesse zum Einsatz, welche im Diffusionsofen stattfinden. Um die Streuung der Bauteilparameter gering zu halten, ist eine präzise Temperaturführung essentiell. Die Entwicklung einer optimierungbasierten Reglerauslegung erfordert eine genaue Modellierung der Temperaturdynamik des Ofens. Dazu werden in dieser Arbeit drei Modellvarianten verglichen, wobei eine nichtlineare Variante das echte Verhalten am genauesten darstellte. Damit das Systemverhalten realistisch simuliert werden kann, musste das Modell um eine Störkomponente erweitert werden. Mithilfe dieses Modells konnte eine systematische Entwurfsmethode, basierend auf numerischer Optimierung, implementiert werden. Die Güte der erhaltenen Parameter wurde mit echten Messdaten verifiziert. Eine Verbesserung durch die Erweiterung des Regelkreises um eine Vorsteuerung wurde anhand einer Simulation beurteilt.
Mathias Haslinger: Automatische Detektion von Kompressionsartefakten in CGM-Signalen Präsentation
Menschen, die an Diabetes mellitus Typ 1 erkrankt sind, haben eine sehr große Schwankungsbreite in ihrer Blutglukosekonzentration. Dabei sind langfristig zu hohe Werte schlecht für das Herz-Kreislaufsystem und die Gefäße während kurzfristig zu niedrige Werte zu Ohnmacht und Tod führen können. Deshalb ist es für Patienten notwendig immer einen Überblick über die aktuelle Blutglukose zu haben, damit diese bei Bedarf durch Nahrungsaufnahme erhöht beziehungsweise durch Zugabe von Insulin gesenkt wird.
In der Regel passiert dies mit Streifenmessgeräten, bei denen sich der Patient in den Finger sticht und einen Tropfen Blut zur Analyse auf einen Messstreifen tropft. Da diese Methode etwas schmerzhaft ist und in der Regel nur wenige Male am Tag durchgeführt wird, kann es vorkommen, dass zwischen den Messungen zu hohe Konzentrationen der Glukose im Blut auftreten und nicht bemerkt werden. Dies ist zwar auf kurze Zeit nicht so schädlich, aber auf Dauer werden so die Gefäße zerstört. Auch ein plötzliches Absinken der Glukose kann bei einer Überwachung der Glukosekonzentration mittels Streifenmessgerät nicht erkannt werden. Abhilfe schaffen kontinuierliche Glukosesensoren(continuous glucose monitoring, kurz CGM), die zum Beispiel auf dem Arm angebracht werden und bis zu zwei Wochen in kurzen Abständen von einer bis zehn Minuten einen aktuellen Wert liefern. Allerdings sind diese Geräte nicht ganz zuverlässig und haben nicht ganz die Genauigkeit von Streifenmessgeräten.
Ein Problem der Zuverlässigkeit von CGM-Geräten sind sogenannte Kompressionsartefakte. Wird auf den Sensor Druck ausgeübt, wird ein falscher Wert der Glukosekonzentration angezeigt, obwohl sich die Konzentration nicht verändert hat. Dies geschieht vor allem in der Nacht während Patienten schlafen und sich auf den Sensor legen. Dadurch kann es zu falschen Hypoglykämie-Alarmen kommen oder auch zu schlechten Schätzungen der Sensorsensitivität wenn der Zeitpunkt der Druckausübung mit dem einer Kalibrationsmessung zusammenfällt.
Tobias Marauli: Optimale Gangschaltstrategie für wiederholte Fahrten auf bekannter Strecke Präsentation
Die Verwendung von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmotor ist aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie werden z.B. zum Transport von Gütern und als Fortbewegungsmittel verwendet. Durch diesen Gebrauch und dem stetigen Anstieg der Bevölkerung wächst auch der Gebrauch von Kraftstofffahrzeugen. Dadurch erhöht sich auch die Luftverschmutzung und der Kraftstoffverbrauch enorm. Es stellt sich nun die Frage, wie man effizient und ohne große Kosten den Verbrauch, eines einzelnen Fahrzeugs -und somit der Gesamtheit- aus der Kenntnis der gefahrenen Strecke reduzieren kann. Da Fahrzeuge oft auf gleichen Strecken mit mehr oder weniger gleichen Bedingungen eingesetzt werden, soll gezeigt werden, das durch eine einfache Beeinflussung der Gangschaltung eine signifikante Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und somit dessen Folgen erzielt werden kann.
Es wird dafür eine Schaltstrategie basierend auf Schaltlinien ermittelt, welche eine sehr einfache und robuste Form der Beeinflussung des Schaltverhaltens darstellt. Zur Beurteilung der maximal möglichen Ersparnis soll eine Strategie, welche nicht implementierbar ist, erzeugt und analysiert werden. Abschließend wird eine Methode zur Erzeugung einer implementierbaren Strategie, welche mehrere Fahrten auf ein und derselben Strecke berücksichtigt, erörtert.
Clemens Ornetzeder: Vollautomatisierte Glukoseregelung bei Typ-2-Diabetikern Präsentation
Die Stoffwechselerkrankung Diabetes mellitus zeichnet sich durch eine eingestellte Insulinproduktion und/oder durch eine Insulinresistenz der Zellen aus. Beim Typ-1-Diabetiker (T1D) produziert die Bauchspeicheldrüse kein Insulin mehr und eine externe Zuführung ist notwendig. Beim Typ-2-Diabetiker (T2D) entwickeln die Zellen eine Insulinresistenz. Im fortgeschrittenen Stadium kommt es dadurch zur Überlastung der Bauchspeicheldrüse, wodurch diese schleichend die Produktion einstellt und ebenfalls eine Insulintherapie notwendig wird. Die Diagnose Diabetes bedeutet für alle Patienten eine Lebensumstellung und ist physisch sowie psychisch enorm belastend.
Durch das Aufkommen von kontinuierlichen Glukosemessgeräten und Insulinpumpen kam es zu einer Verbesserung der Situation und der Therapie. Diese neuartigen Systeme eröffnen noch ganz andere Möglichkeiten. Die universitäre Forschung befasst sich mit Regelkonzepten, wo mittels kontinuierlichem Glukosemesssystem, einer Insulinpumpe und einer Regelsoftware die Funktion der Bauchspeicheldrüse vollständig ersetzt werden soll. Einige Probleme sind dabei vorhanden, wodurch sich solche Regelungen noch nicht etabliert haben. Allem voran steht die langsame Wirkung von subkutan injizierten Insulin. Diese Forschung beschäftigt sich fast ausschließlich mit dem T1D. Da T2D typischerweise eine deutlich geringere Glukosevariabilität als der T1D besitzt, stellt sich die Frage, ob die derzeitig entwickelten Methoden bereits bei T2D anwendbar sind.
Ziel dieser Arbeit ist somit eine Implementierung eines vollständig geschlossenen Regelkreises für T2D und die Ermittlung, ob die Performance dieser Systeme bereits ausreichend ist.
Damit die Nachteile der langsamen Insulinwirkung reduziert werden können, ist es essenziell Mahlzeiten so schnell wie möglich zu erkennen. In dieser Arbeit werden Mahlzeiterkennungsalgorithmen für T1D aus der Literatur vorgestellt und an T2D angepasst. Die Algorithmen wurden mit realen Glukosemessdaten getestet. Es konnte gezeigt werden, dass sich einige dieser Algorithmen mit einer geringfügigen Veränderung auch für den T2D gut eignen und eine ausreichende Performance liefern.
Im nächsten Kapitel werden die Mahlzeiterkennungsalgorithmen mit einer Bolusstrategie ausgestattet und in eine grundlegende Regelung implementiert. Dafür wurde ein PD-Regler mit einer Sicherheitseinrichtung verwendet. Dieser Ansatz mit automatischer Verabreichung von Bolus-Insulin wurde mit zwei anderen Konzepten verglichen, mit einer Regelung mit manueller und einer ohne Verabreichung von Bolus-Insulin.
Getestet wurden alle Konzepte mittels Deviation Analysis. Diese Methode nutzt einfache Modelle und reale Glukosemessdaten um abweichende Insulindosierungsschemen simulieren zu können.
Wie erwartet liegen die geschätzten Verläufe der Regelung mit automatischer Verabreichung von Bolus-Insulin bei beiden Patientengruppen zwischen den Reglungen mit manueller und ohne Bolus-Insulingabe. Die Ergebnisse zeigen, dass die vollautomatisierte künstliche Bauchspeicheldrüse für T2D eine bessere Gesamtperformance aufweist, wie für T1D und die durchschnittliche Langzeitglukosekonzentration durchaus im Zielbereich gehalten werden kann. Es ist ersichtlich, dass die künstliche Bauchspeicheldrüse für die Therapie beim T2D hohes Potential aufweist. Um diese Aussagen zu untermauern sind jedoch weitere Tests mit größeren Patientengruppen und anderen Methoden notwendig.
Martin Pirker: Optimale Hybridantriebsstrangregelung für bekannte Routen Präsentation
Seit die Gesellschaft mehr Wert auf den Umweltschutz legt werden von der Automobilindustrie immer mehr Hybridfahrzeuge verkauft. Verstärkt wurde dieser Trend in den letzten Jahren noch einmal dadurch, das vermehrt Antriebe mit Fossilen Brennstoffen durch erneuerbare Energie ersetzt werden. Der Vorteil von Hybridfahrzeugen gegenüber konventionellen Fahrzeugen ist, dass aufgrund eines elektrischen Antriebes und Energiespeicher der Verbrennungsmotor entlastet werden kann. Dies führt dazu, dass sowohl Treibstoff als auch Emissionen eingespart werden können.
Bei dieser Arbeit wird, aus den Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Informationen von ein und derselben Strecke durch mehrmaliges Fahren eine Regelungsstrategie(SoC-Tracking) entwickelt. Dadurch wird der Treibstoffverbrauch für diese Strecke verringert. Das Besondere an der entwickelten Regelungsstrategie ist das Informationen von vorherigen Fahrten der selben Strecke in die Regelungsstrategie einfließen. Der Treibstoffverbrauch welcher mittels SoC-Tracking erzielt wird, soll mit dem optimalen Treibstoffverbrauch und dem Treibstoffverbrauch einer Vergleichsstrategie (Charge Depleting Charge Sustaining) verglichen werden. Der optimale Treibstoffverbrauch wird mittels Dynamic Programming berechnet.
Christina Maria Schmid: Maneuver Identification in Highway Traffic using Elastic Template Matching Präsentation
Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), die entweder helfen können, Unfälle zu vermeiden oder ihre negativen Folgen zu reduzieren und auf vielfältige Weise eingreifen, sind die erste Wahl für deutlich mehr Sicherheit im Straßenverkehr und Fahrkomfort. Darüber hinaus können mit ihnen zahlreiche Verbesserungen wie die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs oder der Emissionen vorgenommen werden. Um die zahlreichen Überprüfungen zu bestehen und bestimmte Standards zu erfüllen, müssen ADAS den umliegenden Verkehr so rasch und präzise wie möglich erkennen, um darauf reagieren zu können. Um dies sicherzustellen, sind schnelle und genaue Identifikationsmethoden erforderlich.
Bisherige Ansätze haben teilweise Nachteile, da sie noch viel Optimierungspotenzial in Bezug auf Geschwindigkeit und Genauigkeit haben. Insbesondere bei sich ändernder Dynamik in der Ausführung bestimmter Fahrmanöver von Verkehrsteilnehmern oder fehlerhaften Daten von den Sensoren kann die Erkennung noch verbessert werden. Zu diesem Zweck wurde ein Template Matching Algorithmus (TMA) entwickelt, der auf Dynamic Time Warping und Abstandsberechnung zwischen einem Pattern und Online-Daten basiert. Dieser spezielle Ansatz ermöglicht eine genauere Erkennung von Manövern auch bei unterschiedlichen Dynamiken wie Geschwindigkeit oder Aggressivität.
In dieser Arbeit betrachten wir die drei häufigsten und wichtigsten Manöver, nämlich Cut In, Pull Out und Following. Zuerst wird für jedes dieser Manöver ein Pattern aus einem Trainingsset extrahiert. Danach werden alle erforderlichen Parameter ausgewählt und der TMA wird entsprechend an alle Manöver angepasst. Nach dem Abstimmen aller Parameter werden die Ergebnisse präsentiert und die Vorteile dieser Methode durch den Vergleich mit einer Identifizierung auf der Grundlage eines Entscheidungsbaums (DT) demonstriert.
Schließlich wird die kontinuierliche und gleichzeitige Erkennung aller Manöver mit dem Ansatz des Nearest Neighbor Algorithmus (Nearest Centroid Classifier) realisiert.
Darüber hinaus werden alle Ergebnisse mit IPG’s CarMaker visuell ausgewertet.