Elektrotechnik und Informatik (ETI)
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KIM: Kaos In der Medizin
(2024)
Die sichere E-Mail-Infrastruktur für Ärzt*innen, Apotheker*innen, Krankenversicherungen und Kliniken in Deutschland, KIM - Kommunikation im Gesundheitswesen - ist mit über 200 Millionen E-Mails in den vergangenen zwei Jahren eine der am meisten genutzten Anwendungen in der Telematikinfrastruktur. Mit dem Ausgeben von S/MIME-Zertifikaten für alle medizinische Beteiligten in Deutschland verspricht KIM sichere Ende-zu-Ende-Verschlüsselung von E-Mails zwischen Heilberufler*innen in ganz Deutschland.
In diesem Paper analysieren wir die KIM-Spezifikation sowie eine beispielhafte KIM-Installation in einer deutschen Zahnarztpraxis. Wir zeigen, dass KIM kryptografisch ein sehr hohes Sicherheitslevel erfüllt, doch in der Verarbeitung der E-Mails bei den Clients eine schwerwiegende Sicherheitslücke besteht. Weiterhin zeigen wir zwei Sicherheitslücken in dem KIM-Verarbeitungsmodul eines großen deutschen Unternehmens für medizinische Software. Diese Defizite zeigen außerdem Mängel in dem verpflichtenden Zulassungsprozess der KIM-Komponenten auf.
Quantum magnetometry based on optically detected magnetic resonance (ODMR) of nitrogen vacancy centers in diamond nano or microcrystals is a promising technology for sensitive, integrated magnetic-field sensors. Currently, this technology is still cost-intensive and mainly found in research. Here we propose one of the smallest fully integrated quantum sensors to date based on nitrogen vacancy (NV) centers in diamond microcrystals. It is an extremely cost-effective device that integrates a pump light source, photodiode, microwave antenna, filtering and fluorescence detection. Thus, the sensor offers an all-electric interface without the need to adjust or connect optical components. A sensitivity of 28.32nT/Hz−−−√ and a theoretical shot noise limited sensitivity of 2.87 nT/Hz−−−√ is reached. Since only generally available parts were used, the sensor can be easily produced in a small series. The form factor of (6.9 × 3.9 × 15.9) mm3 combined with the integration level is the smallest fully integrated NV-based sensor proposed so far. With a power consumption of around 0.1W, this sensor becomes interesting for a wide range of stationary and handheld systems. This development paves the way for the wide usage of quantum magnetometers in non-laboratory environments and technical applications.
Durchgängige Digitalisierung industrieller Abläufe am Beispiel der Modellfabrik der FH Münster
(2023)
Die Modellfabrik der FH Münster erlaubt durch den Umfang und die Komplexität der enthaltenen Automatisierungsaufgaben sowie einen Aufbau aus industriellen Komponenten eine praxisnahe Lehre im Bereich aktueller Anlagenautomatisierung und darüber hinausgehenden Funktionen im Sinne einer durchgängigen Digitalisierung. Die verwendete Unterscheidung der durchgängigen Digitalisierung in horizontale und vertikale Verknüpfungen wird veranschaulicht. Aufbauend auf Erfahrungen mit der Vorgängeranlage werden Neuerungen der 2021 aufgebauten neuen Modellfabrik vorgestellt. Neuerungen umfassen insbesondere die Modularisierung der Anlage, das umgesetzte Sicherheitskonzept, einen Webshop mit Onlinekonfigurator, eine Webvisualiserung des Anlagenzustandes inklusive der Energieverbräuche, sowie Möglichkeiten zur virtuellen Inbetriebnahme. Weiterhin wird das aktuelle Konzept zur Erweiterung der horizontalen digitalen Durchgängigkeit mittels der Einbindung eines autonomen mobilen Roboters in die Modellfabrik vorgestellt.
The subject of this paper is the analysis of various switching electronics for batteries with separate electrodes for charging and discharging. The aim is to find a switching method that is energy-efficient on the one hand, but also economically viable on the other. Both relays and MOSFETs are suitable for switching between the electrodes. Both variants have advantages and disadvantages. The results show that a solution with MOSFETs is generally more energy-efficient, but requires a large number of cycles to be economically viable compared to the relay.
Medizinische Einrichtungen waren in den letzten Jahren immer wieder von Cyber-Angriffen betroffen. Auch wenn sich diese Angriffe derzeit auf die Office-IT-Infrastruktur der Einrichtungen konzentrieren, existiert mit medizinischen Systemen und Kommunikationsprotokollen eine weitere wenig beachtete Angriffsoberfläche.
In diesem Beitrag analysieren wir die weit verbreiteten medizintechnischen Kommunikations-Protokolle DICOM und HL7 sowie Protokoll-Implementierungen auf ihre IT-Sicherheit. Dafür präsentieren wir die Ergebnisse der Sicherheitsanalyse der DICOM- und HL7-Standards, einen Fuzzer “MedFUZZ” für diese Protokolle sowie einen Schwachstellenscanner “MedVAS”, der Schwachstellen in medizintechnischen Produktivumgebungen auffinden kann.
State of the art classifiers split Alzheimer’s disease progression into a limited number of stages and use a comparatively small database. For the best treatment, it is desirable to have the highest resolution from the progression of the disease. This paper proposes a reliable deep convolutional neural network for the classification of six different Alzheimer’s disease stages based on Magnetic Resonance Imaging (MRI). The peculiarity of this paper is the introduction of a new, sixth, disease stage, and the large amount of data that has been taken into account. Additionally, not only the testing accuracy is analyzed, but also the robustness of the classifier to have feedback on how certain the neural network makes its predictions.
Piston pumps play a key role in factory automation and their availability is very critical for the smooth running of production processes. Modern installations, such as production plants and machines, are becoming increasingly complex. Therefore, the probability of a complete system failure due to a single critical component also increases. Maintenance processes with intelligent devices are therefore very important to achieve maximum economic efficiency and safety. Periodic or continuous monitoring of system components provides key information about the current physical state of the system, enabling early detection of emerging failures. Knowledge of future failures makes it possible to move from the concept of preventive maintenance to intelligent predictive maintenance. In this way, consequential damage and complete system failure can be avoided, maximizing system availability and safety. This paper reflects the development and implementation of a neural network system for abnormal state prediction of piston pumps. After a short introduction into piston pumps and their potential abnormal states, statistical and periodical analysis are presented. Then the design and implementation of suitable neural networks are discussed. Finally, a conclusion is drawn and the observed accuracies as well as potential next steps are discussed.
Dieses Buch erklärt, warum es verschiedene Varianten der Maxwell’schen Gleichungen gibt und was genau die physikalische Bedeutung der in ihnen vorkommenden Größen ist. Gezeigt wird ferner, wie sich die Bestimmungsgleichungen für statische elektrische und magnetische Potenziale aus den Maxwell’schen Gleichungen ergeben. Dabei ist die Rolle der dem Feld ausgesetzter Materie immer von Anfang an integraler Bestandteil der Diskussion.
Multipolentwicklungen werden begründet und hergeleitet. Ferner
wird dargelegt, welches Vereinfachungspotenzial in der Formulierung der dynamischen Theorie als Eichfeldtheorie liegt. Die Gesetze der Optik werden aus denen der Elektrodynamik hergeleitet. Für quasi-stationäre Rechnungen werden Begründungen geliefert, Grenzen formuliert und technische Gegenbeispiele gezeigt. Am Schluss wird auf weiterführende Literatur hingewiesen.
This paper deals with the issue of automating the
process of machine learning and analyzing bio-datasets. For this
a user-friendly website has been developed for the interaction
with the researchers. On this website it is possible to upload
datasets and to share them, if desired, with other scientists. The
uploaded data can also be analyzed by various methods and
functions. The signals inside these datasets can also be visualized.
Furthermore several algorithms have been implemented to create
machine learning models with the uploaded data. Based on these
generated models new data can be classified or calculated. For all
these applications the simplest possible handling was
implemented to make the website available to all interested
researchers.
An improvement on a concept for all optical mag- netometry using nitrogen vacancies in diamond is presented. The concept is based on the fluorescence attenuation of optically pumped nitrogen vacancies by magnetic fields up to ≈ 50 mT. The attenuation is registered by modulating the pumping power to generate a constant signal at a photodetector. A sensitivity of 2.6μT/√Hz at a sampling frequency of 500 Hz is achieved.