Quantitative Bildgebung mittels Fraktal-Analyse zur Charakterisierung der Perfusion bei Neoplasie, Ischämie und Inflammation

Diese Arbeit etabliert die Fraktal-Analyse der Perfusion als ein Verfahren quantitativer Bildgebung für die Beschreibung des radiologisch zu beobachtenden Perfusionsmusters und damit der zugrundliegenden Architektur der Mikrozirkulation. Die entsprechende Software ist vom Autor selbst entwickelt worden und ermöglich neben der eigentlichen Fraktal-Analyse auch die Vorverarbeitung mit Bildregistrierung und -segmentierung, sowie die Visualisierung und Auswertung der Ergebnisse. Das pathophysiologische Ziel der Fraktal-Analyse ist es, die Perfusion als ein diagnostisches Kriterium über die bloße Durchblutungsrate und ihre Derivate hinaus nutzbar zu machen. Die im Physiologischen bereits zuvor nachgewiesene fraktale Struktur von Perfusion und Gefäßarchitektur ließ sich in verschiedenen Experimenten in dieser Arbeit unter pathologischen Bedingungen sowohl in silico als auch in vivo nachvollziehen. Dabei wurde die Fraktal-Analyse bei den drei großen Gruppen der perfusionsabhängigen Pathophysiologien eingesetzt: Neoplasie, Ischämie und Inflammation. Die fraktale Dimension lieferte quantitative Informationen über das jeweilige Perfusionsmuster, woraus sich Rückschlüsse auf zugrundeliegende biologische Veränderungen ziehen lassen konnten. Als Bildgebungsmodalitäten kamen die MRT und die CT zum Einsatz. In Originalarbeiten 1 und 2 zeigte die Fraktal-Analyse der Perfusion von Prostatakarzinomen in der MRT das Potential einer nicht-invasiven Vorhersage des Tumorgradings. In Originalarbeit 3 verbesserte die Fraktal-Analyse beim duktalen Adenokarzinom des Pankreas die Tumorgrößenmessung in der CT im Vergleich zu konventionellen Messungen, indem Perfusionsunterschiede zwischen Tumorkern, -rand und tumorfreiem Pankreasparenchym in Form einer Kartierung sichtbar gemacht wurden. Die dynamische Stress-Myokardperfusion in der CT wurde in Originalarbeit 4 im Rahmen einer multizentrischen Studie untersucht, wobei die Fraktal-Analyse die diagnostische Genauigkeit zur Detektion chronischer Myokardischämie durch hämodynamisch relevante Stenosen verbesserte. Bei der Synovialitis im Rahmen verschiedener Arthritistypen ermöglichte die Fraktal-Analyse in Originalarbeit 5 eine objektive und quantitative Graduierung der Entzündungsaktivität. Insgesamt beinhalten die durchgeführten Experimente die Entwicklung einer konsistenten Hypothese zur pathophysiologischen Relevanz der Fraktal-Analyse in der Perfusionsbildgebung, die technische Umsetzung und den in silico Machbarkeitsnachweis der Fraktal-Analyse mittels vom Autor selbst entwickelter Software sowie die Anwendung in vivo an unterschiedlichen pathophysiologischen Beispielen. Die größten Limitationen sind eine bisher nicht untersuchte prospektive Evidenz und die geringe Verbreitung der Fraktal-Analyse. Die gewonnen Erkenntnisse besitzen jedoch großes Potenzial nicht nur für die Verbesserung des Verständnisses der perfusionsbezogenen Pathophysiologie einer weiten Bandbreite von Erkrankungen, sondern auch für eine Translation in die klinische Anwendung im Bereich der nicht-invasiven Gewebecharakterisierung

Zur Beurteilung der Festigkeitssteigerung von hochfestem Beton unter hohen Dehngeschwindigkeiten

Die vorliegende Arbeit zeigt Forschungsergebnisse zur Materialveränderung normaler und hochfester Betone unter Impulsbelastung gegenüber einer quasi-statischen Beanspruchung. Die Untersuchung wurde an speziellen eingeschnürten Prismen unter zentrischem Zug vorgenommen. Die Untersuchungen belaufen sich auf die generelle Festigkeitssteigerung und Modifikation der Spannungs-Dehnungs-Beziehung infolge veränderter Belastung. Neben den Betrachtungen des Materialverhaltens wurde auf die entstehenden Bruchflächen ein genaueres Augenmerk gerichtet, um Unterschiede des Materialverhaltens durch Änderungen beim Bruchvorgang zu erkennen. Zur Beurteilung der Bruchfläche werden die fraktale Analyse und ein Ortsfrequenzspektrum genutzt.The present paper exhibits results of the latest research into the modification of the behaviour of normal and high-strength concrete on impact versus quasi-static loads. This examination has been carried out at tensile stress on special constricted specimens. The enquiries amount to the general strength increase and modification of the stress-strain-relationship due to a changing of load history. Further on, a special attention was turned to the crack surface to get differences of the material behaviour during the cracking process. The fractal analysis and a spatial frequency spectrum were used for the description of the surface

Zur Beurteilung der Festigkeitssteigerung von hochfestem Beton unter hohen Dehngeschwindigkeiten

Die vorliegende Arbeit zeigt Forschungsergebnisse zur Materialveränderung normaler und hochfester Betone unter Impulsbelastung gegenüber einer quasi-statischen Beanspruchung. Die Untersuchung wurde an speziellen eingeschnürten Prismen unter zentrischem Zug vorgenommen. Die Untersuchungen belaufen sich auf die generelle Festigkeitssteigerung und Modifikation der Spannungs-Dehnungs-Beziehung infolge veränderter Belastung. Neben den Betrachtungen des Materialverhaltens wurde auf die entstehenden Bruchflächen ein genaueres Augenmerk gerichtet, um Unterschiede des Materialverhaltens durch Änderungen beim Bruchvorgang zu erkennen. Zur Beurteilung der Bruchfläche werden die fraktale Analyse und ein Ortsfrequenzspektrum genutzt.The present paper exhibits results of the latest research into the modification of the behaviour of normal and high-strength concrete on impact versus quasi-static loads. This examination has been carried out at tensile stress on special constricted specimens. The enquiries amount to the general strength increase and modification of the stress-strain-relationship due to a changing of load history. Further on, a special attention was turned to the crack surface to get differences of the material behaviour during the cracking process. The fractal analysis and a spatial frequency spectrum were used for the description of the surface

Über den Entstehungsprozess poröser Strukturen am Beispiel der Partikelbildung von kolloidalem Silika und der Haufwerksbildung von gefällter Kieselsäure

Seit fast einhundert Jahren stellt nanoskaliges Silika einen wichtigen Zusatzstoff für eine Vielzahl an Produkten und Anwendungen dar. Die Einsatzmöglichkeiten erstrecken sich dabei von Füllstoffen, Stabilisatoren und Bindemitteln im industriellen Maßstab bis hin zu Spezialprodukten mit definierter Größe, Form und Reinheit. Gängige Verfahren für die Herstellung von fraktalen Strukturen sind die Flammenpyrolyse und die Fällung, wohingegen sich das Sol-Gel-Verfahren hervorragend für die Synthese kugelförmiger, kolloidaler Silika-Nanopartikel mit definierter Partikelgrößenverteilung eignet. Der Porosität von nanoskaligem Silika kommt in vielen Anwendungsfällen eine besondere Rolle zu, da diese maßgeblich zur Leistungsfähigkeit der Produkte beiträgt. Die Grundlage der Arbeit bilden Messtechniken mit unterschiedlichen Prinzipien, um charakteristische Größen von Partikeln und Haufwerken in verschiedenen Strukturdimensionen aufzulösen. Die Entstehung von porösen Strukturen in Silika- Nanopartikeln ist eng mit dem Partikelbildungsprozess verbunden. Das Augenmerk liegt auf der Erarbeitung geeigneter Synthesebedingungen für die Auflösung der relevanten Vorgänge bei der Ausbildung poröser Strukturen. Höhere Wachstumsgeschwindigkeiten führen zu kleineren Partikelgrößen bei gleichzeitig größeren inneren Oberflächen. Wohingegen SAXS-Messungen Porenstrukturen auch bei niedrigeren Reaktionstemperaturen detektieren, hängt deren Zugänglichkeit für die Stickstoffadsorption maßgeblich von der Reaktionstemperatur ab. Bei niedrigeren Reaktionstemperaturen steigt der Einfluss einer inneren Nachverdichtung auf die Partikelstruktur, wodurch die für eine Stickstoffadsorption zugängliche Oberfläche abnimmt. Zeitaufgelöste TEM-Aufnahmen und eine Nachverfolgung der Änderung der charakteristischen Wellenlänge mit Hilfe der UV-Vis Spektroskopie bestätigen die Existenz einer sprunghaften Abnahme in der Partikelgröße innerhalb der ersten Minuten der Reaktion. Eine Korrelation der Messdaten aus der UV-Vis Spektroskopie und der SAXS-Messungen verdeutlichen einen zeitlichen Zusammenhang zwischen der Änderung der Partikelgröße und der Partikeldichte. Gegenüber der Ausbildung poröser Strukturen in Partikeln während der Partikelbildung liegt der Fokus in der Entstehung poröser Haufwerke in der Ausbildung des Schüttgutes selbst. Die Charakterisierung und Modellierung der Aggregatstruktur bilden dabei die Grundlage für eine realitätsnahe Beschreibung der Haufwerksstruktur von gefällter Kieselsäure. Die untersuchten Aggregate aus Kieselsäure besitzen bei einer Größe von etwa 120nm und einer fraktalen Dimension von annähernd zwei eine scheiben- bis kugelförmige Struktur. Aggregate bestehend aus wenigen dutzend Primärpartikeln neigen zur Ausbildung von scheibenförmigen Aggregaten. Demgegenüber bilden Aggregate aus mehr als 100 Primärpartikeln trotz ähnlicher Werte für die fraktale Dimension tendenziell kugelförmige Aggregatstrukturen aus. Eine bessere Annäherung der berechneten an die gemessenen Verläufe der Wärmeleitfähigkeit über dem Restdruck im Haufwerk durch eine Kombination aus Mess- und Simulationsdaten zeigt, dass durch die Verwendung eines numerischen Ansatzes zur Bestimmung der Haufwerksstruktur Aussagen über ein reales Haufwerk möglich sind, die messtechnisch nicht zur Verfügung stehen. Im Hinblick auf die Porengrößenverteilung innerhalb des Haufwerkes betrifft dies insbesondere nanoskalige Poren kleiner 100nm. Den Verlauf der Wärmeleitfähigkeit beeinflussen sie jedoch über den gesamten Druckbereich. Um die Wärmeleitfähigkeit bei Normaldruck zu senken, müsste der Anteil an großen Poren im Haufwerk reduziert werden. In diesem Größenbereich unterscheiden sich die hier untersuchten Proben trotz ihrer sehr unterschiedlichen Aggregatstruktur nur geringfügig

Charakterisierung poröser Medien mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung : Methoden der Bildgewinnung und -auswertung

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Untersuchung ultradünner Filme mit Hilfe der Brewster-Winkel-Mikroskopie

Die Brewster-Winkel-Mikroskopie stellt einen wichtigen Beitrag zur Untersuchung unterschiedlichster Filme an der Luft-Wasser-Grenzfläche dar. Im letzten Jahrzehnt hat sie sich als effektive Methode zur Charakterisierung und Visualisierung von Oberflächenfilmen durchgesetzt. Die Untersuchung ultradünner Filme mit Hilfe der Brewster-Winkel-Mikroskopie hat viele neue und ergänzende Aspekte zur Beurteilung und Charakterisierung vernetzter Filme beitragen können. Auch die Filme, die im Rahmen der Kooperationen untersucht worden sind, zeigen interessante und bedeutende Phänomene. Bedeutend und als Erfolg zu vermerken ist, dass es im Rahmen dieser Arbeit erstmals gelungen ist, vernetzte Filme zu visualisieren. Dabei konnten auch, für die weitere Beurteilung und Verwendung der Membranen, wichtige Teilaspekte, über die es bis dato noch keine Informationen gegeben hat, hervorgehoben werden. Es konnten die Bildung einiger Membranen sichtbar gemachte werden und deren besondere Charakteristika herausgestellt werden. Durch die gleichzeitige Aufnahme der Kompressionsisothermen der Monomere konnte das Phasenverhalten der Substanzen studiert und mit vorhandenen Daten verglichen werden. Vernetzte Membranen haben für viele Applikationen eine besondere Bedeutung. Aufgrund ihrer vielschichtigen Anwendung ist es von besonderem Interesse besondere Charakteristika wie den Aufbau und die Stabilität der erhaltenen Filme genau zu kennen. Neben den bisherigen Untersuchungsmethoden, insbesondere der Untersuchung des Fließverhaltens dieser Schichten mit Hilfe der Rheologie, stellt die Brewster-Winkel-Mikroskopie eine Methode dar die es ermöglicht, die Filme auf eventuell vorhandene, makroskopische Unregelmäßigkeiten hin zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit sind sowohl chemisch als auch physikalisch vernetzte Membranen untersucht worden. Ein Vertreter der chemisch vernetzten Filme stellt die Gruppe der Polyorganosiloxane dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene trisubstituierte Siloxane näher untersucht. Dabei ist einerseits der Einfluss der Abgangsgruppe und andererseits Abhängigkeit der Kettenlänge der Siloxane auf die Struktur der erhaltenen Filme eingehend studiert worden. Die Untersuchungen zeigten, dass Octadecyltrimethoxysilan unter ohne Säurezugabe nur sehr mäßig polymerisiert. Dies ist jedoch aufgrund der Hydrolysegeschwindigkeit nicht anders erwartet worden. Bei Zugabe von Säure allerdings ist die Bildung einer Membran deutlich erkennbar. Sowohl in der Kompressionsisotherme als auch in den Aufnahmen aus der Brewster-Winkel-Mikroskopie ist das deutlich abzulesen. Octadecyltrimethoxysilan bildet ganz spontan vernetzte Strukturen. In der Studie der Bildung der Filme konnten Faltungsprozesse während der Polymerisation nachgewiesen werden. Aus den rheologischen Messungen alleine konnte dies zunächst nicht eindeutig abgeleitet werden. Die Visualisierung hingegen stellt dieses Phänomen klar heraus. Octadecyltrichlorssilan polymerisiert ohne Zusatz von Säuren. Die Hydrolysegeschwindigkeit der Chlorogruppe ist bei weitem höher als die der Methoxygruppe. Die macht sich auch bei der vergleichenden Analyse der Aufnahmen während der Kompression stark bemerkbar. Hier sind deutlich vernetzte Strukturen zu erkennen. Einfluss auf die Polymerisation nimmt auch die Länge der Alkylketten. Während die Trichlorsilane mit Alkylkettenlängen von 10 bzw. 12 Kohlenstoffatomen noch keine vernetzenden Eigenschaften aufwiesen, erscheinen die fraktalen Strukturen bei Varianten mit 14 bzw. 18 Kohlenstoffatomen eindeutig vernetzt. Die steht in guter Übereinstimmung mit rheologischen Daten, die jedoch an der Öl-Wasser-Grenzfläche aufgenommen worden sind. Span, als ein Vertreter für physikalisch vernetzte Systeme, hingegen bildet keine ?spektakuläre? Netzwerkstruktur. Die einzelnen Verknüpfungspunkte haben lediglich eine geringe Lebensdauer, sodass die Visualisierung prägnanter Netzwerkstrukturen nicht möglich ist. Lediglich die Expansion des Filmes zeigt die Bildung eines interessanten Phänomens: es bildet sich eine Schaumstruktur aus, welche mit fortschreitendem Platzangebot immer größere Maschendurchmesser bekommt. Dass sich solch eine Schaumstruktur bei diesem System ausbilden kann konnte in vorherigen Experimenten nie festgestellt werden. Rheologische Charakteristika und die Daten aus der Kompressionsisothermen stehen in guter Übereinstimmung. Netzwerke aus ionischen Tensiden mit Zusatz von mehrwertigen Metallionen wurden abschließend im Rahmen der ultradünnen Netzwerke untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass solche Netzwerke fraktale Strukturen annehmen, wobei sich zunächst einzelne kleine Fragmente bilden, die dann untereinander wechselwirken. Entscheidend für diesen Prozess ist die Anzahl der Valenzen des Metallions. Die zeitaufgelöste Untersuchung der Bildung eines CTAB-Cer(IV)-Netzwerkes ergab, dass die erhaltenen Bilder sehr gut mit den rheologischen Daten korrelieren. Im Zusammenhang mit der Einbindung aromatischer Gastmoleküle in verschiedene Wirte wurden zwei Varianten von molekularen Pinzetten und Klammern, welche im Arbeitskreis von Prof. Klärner im Institut für Organische Chemie der Universität Essen entwickelt und synthetisiert werden, mit Hilfe der Brewster-Winkel-Mikroskopie analysiert. Der Kompressionsisothermen ist zu entnehmen, dass die Klammervariante einen Platzbedarf von etwa 50 Å besitzt. Die untersuchte Pinzette hingegen nimmt lediglich etwa 30 Å pro Molekül ein. Aufgrund des strukturellen Aufbaus ist die Klammer in ihren Seitenarmen nicht so flexibel wie die Pinzette. Die sich am Ende befindenden Benzoleinheiten ragen in das Innere der Klammer hinein und verhindern sterisch somit eine Verringerung der Seitenwinkel. Zudem ist festzuhalten, dass die Klammern an der Wasseroberfläche ungewöhnliche Strukturen ausbilden. Diese sind mit Wäscheklammern zu vergleichen. Diese bevorzugte Domänenbildung kann für die Anwendung als Wirt eine entscheidende Rolle spielen. Dazu sollten weitere Untersuchungen angestrebt werden, bei denen das Verhalten der Klammern nach Zusatz von Wirtmolekülen mikroskopisch analysiert wird. Im Rahmen eines SFB-Projektes sind diese Untersuchungen auch vorgesehen. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen der Klammervariante und der untersuchten Pinzette ist, dass die Pinzette optisch anisotrope Domänen ausbildet. Eine mögliche Ursache ist die Flexibilität der Seitenarme. In den verschiedenen Kompressionsstadien können die Winkel der Seitenarme variieren und dadurch den Anisotropieeffekt hervorrufen. Au55-Cluster mit Triphenylphosphinligand, welche im Institut für Anorganische Chemie unter Leitung von Prof. Schmid synthetisiert werden, sind unter dem Gesichtspunkt der Herstellung von übertragbaren Schichten mikroskopisch betrachtet worden. Dabei konnte beobachtet werden, dass die Cluster bereits nach dem Aufspreiten durch Selbstorganisation regelmäßig angeordnete Inseln bilden. Diese Beobachtung bedingte die Idee, diese wohlgeordneten Fragmente mit Hilfe von Polyorganosiloxannetzwerken einzupolymerisieren. Grundsätzlich ist dieses auch gelungen. In weiterführenden Studien sollten jedoch die Rahmenbedingungen, wie das Verhältnis von Monomerkonzentration zu Clusterkonzentration sowie der Einsatz des effektivsten Siloxanmonomers, genauer bestimmt werden. Da hier die Variationsmöglichkeiten besonders groß sind und somit es unter Umständen einer eigenen Promotionsarbeit bedarf ist auf weitergehende Studien im Rahmen dieser Arbeit verzichtet worden

Deposition ligandfreier Metall-Nanopartikel mittels Elektrospray und pneumatischer Zerstäubungsmethode zur Änderung von Grenzflächeneigenschaften

Die Erzeugung verschiedener monodisperser, ligandfreier Metall-Nanopartikel und deren Einsatz zur Strukturierung von Oberflächen steht im Blickpunkt des wissenschaftlichen und anwendungsbezogenen Interesses. Diese Arbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Optimierung einer Apparatur zur Erzeugung ligandfreier, monodisperser Metall-Nanopartikel, mit denen unterschiedliche Substratoberflächen strukturiert werden können. Hierzu werden zwei unterschiedliche Aerosol-Generierungsmethoden, die elektrohydrodynamische- (Elektrospray) und eine pneumatische Zerstäubungsmethode eingesetzt und mit einer Plasma-Pyrolyse kombiniert, mit deren Hilfe ligandfreie Metall-Nanopartikel hergestellt und separiert voneinander auf Substratoberflächen deponiert werden konnten. Derartig strukturierte Oberflächen wurden auf Veränderungen in Bezug auf die Grenzflächeneigenschaften, wie beispielsweise das Benetzungsverhalten oder die freie Grenzflächenenergie der strukturierten Oberfläche, untersucht, wobei hierfür die Methode der Kontaktwinkelbestimmung eingesetzt wurde. Dabei konnten Veränderungen der Grenzflächeneigenschaften durch Nanostrukturierung der Substratoberflächen beobachtet werden

Dreidimensionale virtuelle Organismen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Generierung virtueller Organismen respektive mit der dreidimensionalen Nachbildung anatomischer Strukturen von Pflanzen, Tieren, Menschen und imaginärer Wesen per Computer. Berücksichtigt werden dabei sowohl die verschiedenen Aspekte der Visualisierung, der Modellierung, der Animation sowie der Wachstums-, Deformations- und Bewegungssimulation. Dazu wird zuerst eine umfassende State-of-the-Art-Analyse konventioneller Methoden zur Organismengenerierung durchgeführt. Im Laufe dieser Analyse werden die Defizite herkömmlicher Verfahren aufgezeigt und damit eine gezielte Anforderungsanalyse für neue Verfahren erstellt. Mit Hilfe dieser Anforderungsanalyse wurde nach neuen Lösungsansätzen gesucht. Besonders hilfreich hat sich in diesem Zusammenhang die Frankfurter Organismus- und Evolutionstheorie erwiesen. Gemäß dieser Theorie stellen Organismen aus biomechanischer Sicht komplexe hydropneumatische Konstruktionen dar. Ihre Körperformen und Bewegungen werden weitgehend durch stabilisierende, kräfteerzeugende und kräfteübertragende Strukturen generiert, die den Gesetzen der klassischen Hydropneumatik folgen. So entstand die Idee, Organismen auf der anatomischen Ebene als eine komplexe Hierarchie unterschiedlicher hydropneumatischer Einheiten anzusehen, welche mechanisch miteinander interagieren. Diese Sichtweise liefert die Grundlage für ein neues biologisches Simulationsmodell. Es erlaubt der Computergraphik, sowohl die Form eines Organismus zu beschreiben als auch sein Verhalten bezüglich seiner Bewegungsabläufe, seiner evolutionären Formveränderungen, seiner Wachstumsprozesse und seiner Reaktion auf externe mechanische Krafteinwirkungen numerisch zu simulieren. Aufbauend auf diesem biologischen Simulationsmodell wurde ein neues Verfahren (Quaoaring) entwickelt und implementiert, das es erlaubt, beliebige organische Einheiten interaktiv in Echtzeit zu modellieren. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren die Animation von Bewegungen, Wachstumsprozessen und sogar evolutionären Entwicklungen. Die Animation verhält sich dabei im Wesentlichen biologisch stringent, z.B. wird das interne Volumen während komplexer Bewegungsabläufe konstant gehalten. Die größte Stärke der neuen Modellierungs- und Animationstechnik ist die holistische Verschmelzung des biologischen Simulationsmodells mit einem computergraphischen Geometriemodell. Dieses erlaubt dem Modellierer, biologische Konzepte für die Beschreibung der Form und anderer Attribute einer organischen Einheit zu verwenden. Darüber hinaus ermöglicht es die Animation des geometrischen Modells durch einfache Parameterspezifikation auf einer hohen Abstraktionsebene. Dazu wird ein utorenprozess beschrieben, wie Quaoaring für Modellierungs- und Animationszwecke verwendet werden kann. Es werden Aspekte der prototypischen Implementierung der Quaoaringtechnologie behandelt und über die Ergebnisse berichtet, die bei der Implementierung und der Anwendung dieses Softwareframeworks gewonnen wurden. Schließlich wird die Quaoaringtechnologie in ihrem technologischen Kontext beleuchtet, um ihr Zukunftspotential einzuschätzen

Verknüpfung aerodynamischer und optischer Eigenschaften nichtkugelförmiger atmosphärischer Grobstaubpartikel

Die entsprechend der Quellstärke größte Fraktion des atmosphärischen Aerosols ist der natürliche Grobstaub (Seesalz, Mineralstaub und primär biologische Partikel). Nahezu alle natürlichen Grobstaubpartikel in trockener Phase weisen mehr oder weniger starke Abweichungen von der sphärischen Form auf. Der Einfluss der Asphärizität auf die aerodynamischen und optischen Eigenschaften kann durch sogenannte Formfaktoren unter Verwendung einer Referenzgröße berücksichtigt werden. Für wissenschaftliche Fragestellungen, die sowohl auf aerodynamischen wie auch optischen Aspekten beruhen, bedarf es einer vollständigen Betrachtung des Einflusses der Partikelmorphologie, um ein physikalisch plausibles Ergebnis zu erhalten. Gegenstand dieser Arbeit ist die Analyse der Relationen zwischen aerodynamischen und optischen Eigenschaften. Ziel ist die approximative Darstellung der optischen Formfaktoren durch den aerodynamischen Formfaktor als Maßzahl der Asphärizität. Hierfür wurden sowohl geometrische Formparameter als auch aerodynamische und optische Formfaktoren für ein Ensemble von regelmäßigen und unregelmäßigen Partikeln simuliert. Der Approximation der optischen Formfaktoren durch den aerodynamischen Formfaktor werden theoretische Überlegungen und Ergebnisse numerischer Simulationen vorangestellt. Die optischen Formfaktoren sind dabei primär eine Funktion des Größenparameters (Partikelgröße und Wellenlänge) und des aerodynamischen Formfaktors. In Laborexperimenten wurden beide Abhängigkeiten unter Verwendung von Proben mit Partikeln unterschiedlicher Asphärizität validiert. Die resultierende Approximation ermöglicht eine einfache und konsistente Beschreibung des Einflusses der Partikelmorphologie auf die aerodynamischen und optischen Eigenschaften. Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung für eine genauere Analyse von Partikeleigenschaften, die aus aerodynamisch und optisch basierten In-situ-Messungen abgeleitet werden

Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung im Kontext der Modellbildung technischer Systeme und einer Modellierungstechnik für Zielsystem und Objektsystem technischer Systeme in SysML auf Grundlage des ZHO-Prinzips = Basis definition of a common language of product engineering in the context of modeling of technical systems and a modeling technique for the systems of objectives and objects of technical systems on the basis of the ZHO-principle

Die Arbeit begegnet den Herausforderungen einer erfolgreichen Kommunikation in der fachdisziplinübergreifenden Zusammenarbeit durch eine Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung für den Kontext der Modellbildung technischer Systeme. Darauf basierend wird eine Modellierungstechnik als zentrales Werkzeug zur Handhabung der umfangreichen und heterogenen Daten und Informationen vorgestellt