Gefäß- und Segmentanatomie der Leber: ein Vergleich des Lebersegmentmodells nach Couinaud mit einer patientenindividuellen computergestützten Segmentanalyse an portalvenösen Computertomogrammen der Leber.

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Vergleich zwischen Methoden zur Segmenteinteilung der Leber. Segmente sind die kleinste funktionelle Einheit der Leber, die hinsichtlich Blutversorgung voneinander unabhängig sind. Diese Segmente sind an der Leberoberfläche jedoch nicht abgrenzbar. Seit Ende des 19. Jh. wurden deshalb Segmentmodelle etabliert, die anhand von anatomischen Landmarken eine approximative Segmenteinteilung der Leber ermöglichen. Im klinischen Gebrauch ist das Segmentmodell nach C. Couinaud mit einer Nummerierung der Segmente von I bis VIII weit verbreitet. Die Lebersegmenteinteilung ist für die Leberchirurgie von großem Wert. Da für die präoperative Resektionsplanung eine individuelle, anatomiegerechte Segmenteinteilung wünschenswert wäre, ist die zu diesem Zweck eingesetzte Segmentmodell – Methode nur ein ungenauer Kompromiss. In Anbetracht dieser Tatsache wurde, basierend auf der mathematischen Theorie der fraktalen Geometrie, eine computergestützte Methode entwickelt, die unter Verwendung der Datensätze bildgebender Verfahren wie CT und MRT eine automatisierte individuelle Lebersegmentgliederung erlaubt. Durch die dreidimensionale Visualisierung der Lebergefäß- und Segmentanatomie sowie eine Volumetrie des Lebergewebes wird eine exakte präoperative Interventionsplanung möglich. Untersucht wurden 35 CTAP – Datensätze im Vergleich zwischen Couinaud’scher Segmentmodell Methode (SMM) und computergenerierter Segmentanalyse (CSA). Dabei zeigten sich folgende Ergebnisse: Bezüglich der hilusnahen Pfortaderramifikation wurden im Einklang mit der Literatur konstante Verzweigungsmuster beobachtet. Das Mündungsverhalten der Lebervenen wiederum zeigt große Variabilität besonders im Bereich der linken Lebervene. Bei Betrachtung des Lebervenenverlaufs zeigt die rechte Lebervene eine größere Variabilität als die linke Lebervene. Auch bei der Untersuchung der maximalen Abstände der Segmentgrenzen zwischen beiden untersuchten Methoden zeigten sich im Bereich der rechten Leberhälfte die größten Variationen. Im Vergleich der Segmentvolumina waren wiederum die größten Unterschiede zwischen den Segmenten in der rechten Leber zu finden. Die CSA ist eine praktikable, nahezu alltagstaugliche Methode, die wellenförmige Segmentgrenzenverläufe generiert, die aus anatomischen Studien bekannt sind. Sie verspricht der neue Goldstandard in der Segmenteinteilung der Leber zu werden. Zuvor bedarf es jedoch anatomischer Validierung der Methode

Proceedings. 23. Workshop Computational Intelligence, Dortmund, 5. - 6. Dezember 2013

Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 23. Workshops Computational Intelligence des Fachausschusses 5.14 der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA), der vom 5. - 6. Dezember 2013 in Dortmund stattgefunden hat. Im Fokus stehen Methoden, Anwendungen und Tools für Fuzzy-Systeme, Künstliche Neuronale Netze, Evolutionäre Algorithmen und Data-Mining-Verfahren

Modelling and evaluation of load and performance control mechanisms of B-ISDN/ATM switching systems

Behandelt wird die Problematik der Last- und Leistungsregelung im Kontext der ATM-basierten Breitband-Vermittlungstechnik.Objective of this thesis are load control and performance control concepts for broadband switching systems. Focus is the services integrating network technology B-ISDN using ATM as transfer mode. The studied mechanisms and concepts are principally of generic nature. Specifically they are designed within the envisaged context of B-ISDN, due to its extensive vision with respect to service integration, Quality of Service (QoS) support and ATM bearer capabilities. Area of application is implicitly the network control plane, but interactions between user and control plane have to be considered, too. The prime scope are switching nodes between access and core network domain, i.e., B-ISDN switches which have to provide user-to-network and network-to-network signalling protocol functions. Thus, beside service distinction call type differentiation is also covered due to the considered network positioning

Femtosekunden-Spektroskopie biologischer Systeme mittels kohärenter Kontrolle

This doctoral thesis presents new approaches for the characterisation of ultrafast energy flow in complex systems, based on concepts of coherent control. By initiating a photoreaction with femtosecond pulses whose temporal phase and amplitude are shaped in such a manner that specific molecular vibrations and states are addressed, the energy flow can be steered at will. The comparison between the ensuing energy flow patterns following shaped and unshaped excitation pulses constitutes a differential measurement of the function of the controlled vibrations and states within the photoreaction. Coherent control as a spectroscopic tool is first applied to biological systems, specifically the light harvesting complex LH2 from the photosynthetic purple bacterium Rhodopseudomonas acidophila, and the isolated carotenoid donor of the same complex. The pump-probe method using shaped excitation pulses is shown to be successful for the first time in controlling the natural function of a biological system, namely the flow of excitation energy in the complex network of states in LH2. By means of a closed-loop optimisation of parametrised excitations, a bending mode in the carotenoid donor can be identified as being responsible for steering the energy flow. This bu vibrational mode couples the carotenoid S2-S1 states; its frequency is determined to be 160±25cm-1. Furthermore the deactivation of the carotenoid S2 state in LH2 and in solution is studied with pump-probe and pump-deplete-probe spectroscopy. Here it is shown that there exists an alternative singlet state S*T (1Bu-) involved in the deactivation process, though only in LH2. Its function as a precursor of ultrafast triplet population and as a donor for photosynthetic energy transfer is characterised with a novel evolutionary target analysis of conventional pump-probe spectra. Secondly, coherent control as a measurement technique is applied to another extremely complex system, in this case a material dominated by non-linear interactions with instantaneous dynamics: Propagation of femtosecond pulses in optical fibres that are only a few micrometers in diameter to generate a supercontinuum of optical frequencies. Here shaped pump pulses succeed in resolving for the first time the sequential steps leading to the enormous spectral broadening. Open-loop variations of precompression allows the evolution and fission of optical solitons to be followed, while closed-loop optimisations render observable the coupling of solitons with phase-matched visible frequencies. On atoms, finally, open-loop control of interfering pathways from the ground to the excited state by application of strongly modulated spectra seeks to establish a direct link between coherent control experiments and theory. The novel phenomenon of a Fresnel zone plate in the time domain is first developed in theory and then successfully realised in experiment.Die vorliegende Dissertation beschreitet neue Wege zur Charakterisierung des ultraschnellen Energieflusses in komplexen Systemen, indem Konzepte der kohärenten Kontrolle als neuartige Untersuchungsmethode in die Femtosekunden-Spektroskopie eingeführt werden. Die Anregung einer Photoreaktion mit Femtosekunden-Impulsen, deren zeitliche Phase und Amplitude derart geformt ist, daß spezifische Schwingungen und Zustände angesprochen werden, bewirkt die gezielte Steuerung des Energieflusses. Die Unterschiede des Energieflusses nach geformter oder ungeformter Anregung erlauben eine differentielle Messung der Funktion der kontrollierten Schwingungen und Zustände innerhalb der Photoreaktion. Die kohärente Kontrolle als Werkzeug der Spektroskopie wird einerseits an biologischen Systemen angewandt, dem Lichtsammelkomplex LH2 aus Rhodopseudomonas acidophila, einem photosynthetischen Purpurbakterium, und am Carotinoid als isolierten Donor des Komplexes. Es gelingt mit der spektroskopischen Methode geformter-Pump-Probe erstmals, die natürliche Funktion eines biologischen Systems, den Fluß der Anregungsenergie im komplexen Netzwerk von Zuständen in LH2, zu kontrollieren. Mit Hilfe der closed-loop Optimierung parametrisierter Anregungen kann eine Biegeschwingung im Carotinoid als verantwortlich für die Steuerung des Energieflusses identifiziert werden. Diese Schwingung koppelt durch ihre bu Symmetrie die Carotinoid S2-S1 Zustände und konnte zu 160±25cm-1 bestimmt werden. Mit Pump-Probe und Pump-deplete-probe Spektroskopie an der Desaktivierung von Carotinoid S2 in LH2 und in Lösung wird die Existenz eines alternativen Singulettzustands S*T (1Bu-) bewiesen, der nur in LH2 aktiv an der Desaktivierung beteiligt ist. Seine Funktion als Zwischenzustand ultraschneller Besetzung von Tripletts und als Donor des photosynthetischen Energietransfers kann mit einer neuartigen evolutionären Target-Analyse von konventionellen Pump-Probe Spektren charakterisiert werden. Die kohärente Steuerung als Meßmethode wird andererseits am gegensätzlichen Extrem eines komplexen Systems angewandt, das durch eine nichtlineare statt linearer Wechselwirkung beherrscht wird, aber dafür eine instantane und nicht molekulare Dynamik zeigt: Die Erzeugung eines Superkontinuums aus Femtosekunden-Impulsen in optischen Fasern mit wenigen Mikrometern Durchmesser. Hier können mittels geformter Pump-Impulse erstmals die einzelnen Schritte der extremen spektralen Verbreiterung aufgelöst werden: Mit der open-loop Variation der Vorkompression läßt sich die Bildung und Spaltung optischer Solitonen verfolgen, und mit closed-loop Optimierungen wird deren Kopplung mit phasenangepaßten sichtbaren Frequenzen direkt beobachtbar. An Atomen wird schließlich eine mögliche direkte Verbindung der kohärenten Kontrolle zu theoretischen Rechnungen gesucht, indem die open-loop Kontrolle des Weges vom Grund- zum angeregten Zustand durch Anwendung komplex modulierter Spektren demonstriert wird. Es wird das neuartige Phänomen einer Fresnel-Zonenplatte in der Zeit zunächst theoretisch abgeleitet und darauf experimentell erfolgreich realisiert

Stückweise lineare Funktionen für Network Calculus

Network Calculus ist ein häufig verwendetes und mächtiges Tool, um Aussagen über die Performanz und mögliche Probleme in Kommunikationsnetzwerken treffen zu können. Mit Hilfe dieser Aussagen zur Performanz eines Kommunikationsnetzwerkes ist es möglich, vorab Anforderungen an ein Kommunikationsnetzwerk zu stellen und dessen Aufbau richtig zu planen. Es ist dadurch auch möglich die maximale Belastung eines bestehenden Kommunikationsnetzwerkes zu bestimmen, ohne es einem tatsächlichen Stresstest unterziehen zu müssen. Das mathematische Grundgerüst des Network Calculus basiert dabei auf der (min,+) Algebra. Um die einzelnen Operationen der (min,+) Algebra berechnen zu können, bedarf es einer Darstellung der einzelnen Ankunftskurven und Servicekurven in dem Kommunikationsnetzwerk. Eine mögliche Art diese Ankunftskurven und Servicekurven darzustellen, sind stückweise lineare Funktionen. In dieser Arbeit wird basierend auf der Arbeit von Bouillard und Thierry eine Pythonbibliothek für die effiziente Berechnung mit stückweisen linearen Funktionen in der (min,+) Algebra erstellt. Die richtige Datenstruktur zum Darstellen einer stückweisen linearen Funktion, sowie Algorithmen zum Berechnen der Operationen in der (min,+) Algebra, werden erläutert. Wichtige Berechnungen wie die Faltung und Entfaltung, das Minimum und Maximum und die Addition und Subtraktion, sowie das Backlog und das Virtual Delay von zwei stückweisen linearen Funktionen werden dabei unterstützt

Proceedings. 19. Workshop Computational Intelligence, Dortmund, 2. - 4. Dezember 2009

Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 19. Workshops „Computational Intelligence“ des Fachausschusses 5.14 der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) und der Fachgruppe „Fuzzy-Systeme und Soft-Computing“ der Gesellschaft für Informatik (GI), der vom 2.-4. Dezember 2009 im Haus Bommerholz bei Dortmund stattfindet

3D-Rekonstruktion der Vaskularisation von Mammatumoren

9. Zusammenfassung Problemstellung : Im Rahmen dieser prospektiven Studie sollte ermittelt werden, ob eine strukturierte Vorgehensweise für Untersuchungen von Mammatumoren und deren Vaskularisationsmuster mit 3D PDUS (dreidimensionaler Power-Doppler-Ultraschall) erarbeitet werden kann. Dazu musste überprüft werden, inwiefern die Wahl der 2D-Schnittbildebene Einfluß auf den entstehenden dreidimensionalen Bildeindruck eines Tumors und seiner Vaskularisation hat. Die erarbeitete Untersuchungstechnik sollte vom jeweils benutzten Ultraschallsystem unabhängig sein. Nebenbefundlich hielten wir Besonderheiten der Vaskularisationsmuster von benignen und malignen Mammatumoren fest. Studiendesign : Unter standardisierten Bedingungen konnten von Januar bis April 2000 bei 45 größenselektierten, histologisch evaluierten Mammatumoren (26 maligne und 19 benigne) 3D-Rekonstruktionen durchgeführt werden mit gleichzeitiger Darstellung von B-Bild und Farbdopplersonogramm. Die Untersuchung mittels 3D PDUS erfolgte bei allen 45 Läsionen mit dem Sonoline Elegra (Siemens AG, Erlangen) und bei 25 der 45 Patientinnen zusätzlich mit dem Ultraschallsystem Logiq 700 (GE Medical Systems, Solingen), um eine eventuelle Geräteabhängigkeit der Ergebnisse zu überprüfen. Alle Sonographien wurden vom selben Untersucher durchgeführt. Der 3D-Blockaufbau erfolgte standardisiert bei allen Tumoren in der Eintrittsebene von Blutgefäßen aus der Umgebung in den Tumor (= Referenzebene) sowie in der senkrecht dazu stehenden Ebene. Die erstellten dreidimensionalen Bilder beider Ebenen wurden nach einem zuvor festgelegten Schema miteinander verglichen bezüglich der Darstellbarkeit des Tumors, der Vaskularisationsmuster sowie des Zusammenhangs von Tumorsubstrat und Gefäßbaum. Ergebnisse : Es konnte ermittelt werden, dass der Wahl der Ebene des 3D-Blockaufbaus eine wesentliche Bedeutung beim Erstellen aussagekräftiger dreidimensionaler Bilder zukommt. Bei den mit dem Sonoline Elegra durchgeführten Untersuchungen gelang die Gefäßdarstellung subjektiv besser in der Referenzebene bei allerdings häufig schlechterem 3D-Bild-Eindruck. Der Zusammenhang beider Befunde, Tumorsubstrat und Gefäßbaum, konnte in den senkrecht zur Referenzebene erstellten 3D-Rekonstruktionen besser beurteilt werden. Dieser Unterschied zwischen den beiden Ebenen der dreidimensionalen Abbildungen war bei den Untersuchungen mit dem Logiq 700 weniger ausgeprägt, aber dennoch vorhanden. Weiterhin stellten wir fest, dass maligne Tumore wesentlich häufiger durch eine Hypervaskularisation imponierten als benigne Läsionen. Außerdem konnte bei der Mehrzahl der Karzinome eine peripher betonte Vaskularisation beobachtet werden, während benigne Tumore eher eine zentrale Vaskularisation aufwiesen. Durch die dreidimensionale Abbildung der Gefäße mittels Power-Doppler gelang die Identifizierung von pathologischen Vaskularisationsmustern bei malignen Läsionen, welche im zweidimensionalen Bild nicht erkennbar waren. Schlußfolgerung : 3D PDUS erlaubt eine klinisch praktikable Möglichkeit der Darstellung von Mammatumoren und deren Vaskularisationsmustern. Dabei ist es erforderlich, die Darstellungsebene zu ermitteln, welche eine bestmögliche Interpretation der 3D-Bilder zulässt. Mit den in der vorliegenden Studie verwendeten Ultraschallsystemen (Logiq 700 und Sonoline Elegra) konnte gezeigt werden, dass dafür die Darstellung zuführender Gefäße notwendig ist (aufsuchen der Referenzebene), um den 3D- Blockaufbau in einer senkrecht zu diesem Gefäßverlauf stehenden Ebene durchführen zu können. Somit konnte ein Schema für Untersuchungen von Mammatumoren und deren Vaskularisationsmustern mit 3D PDUS erstellt werden. Eine einheitliche Untersuchungstechnik führt zu einer Minimierung von Fehlerquellen und ist eine wesentliche Voraussetzung für die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen. Mit der hier erarbeiteten Vorgehensweise bei Untersuchungen von Mammatumoren mit 3D PDUS kann die klinische Relevanz dieser Untersuchungsmethode exakter evaluiert werden. Unterschiedliche Resultate, welche durch den Einsatz verschiedener Untersuchungstechniken hervorgerufen werden können, entfallen