Experimentelle Evaluation und Vergleich von technischen Systemen der 3D-Erfassung und -Rekonstruktion auf die Geeignetheit der gefahrlosen Erkundung und Lagedarstellung von Gebäudeinnenräumen für die Gefahrenabwehr

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit an der Technischen Hochschule Köln, deren Bearbeitungszeit vom 20.1.2017 bis 24.3.2017 ist, wird durch ein technisches Experiment geprüft, ob diverse Technologien zur 3D-Erfassung und Rekonstruktion geeignet sind Gebäudeinnenräume so zu erkunden, dass die Gefahrenabwehr dadurch einen höheren Nutzen hat, als es bei einer persönlichen oder autonomen Videoerkundung der Fall ist. Dies soll vor allem dann helfen, wenn Gebäude nicht mehr betreten werden sollten, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn das Gebäude durch Erdbebenschäden einsturzgefährdet oder mit Gasen kontaminiert ist. 3D-Modelle einer Umgebung haben u.a. den Vorteil, dass problemlos neue Blickwinkel eingenommen, Maße ermittelt und Planungen für Rettungseinsätze oder Evakuierungen effizienter durchgeführt werden können, ohne Bildmaterial aufwendig zu sichten. Zudem können die Ergebnisse für spätere Evaluationen und Trainings genutzt werden. Um diese Geeignetheit festzustellen werden Beurteilungskriterien erarbeitet, die ein potentielles System erfüllen muss. Diese Kriterien sind: Günstig in der Beschaffung, Zeit bis zu einer 3D-Darstellung, leichte Bedienbarkeit, Qualität bzw. Informationsgewinnung aus der Darstellung (Erkennung von Zugängen und Personen), Lieferung von Zusatzinformationen (beispielsweise Maßangaben) und ob das System Online oder Offline funktionsfähig ist. Um diese Kriterien beurteilen zu können, werden Systeme der drei Haupttechnologien in der 3D-Erfassung (Laserscanner GeoSLAM ZEB-REVO, RGB-D-Kamera Microsoft Kinect und FARO Freestyle3D, Fotogrammetrie mit der Software Agisoft PhotoScan) in einem Versuch überprüft. Dabei wird das Labor für Großschadensereignisse der Technischen Hochschule Köln, der angrenzende Flur und das angrenzende Treppenhaus gescannt bzw. erfasst und rekonstruiert, wobei die nötigen Daten ermittelt werden. Dabei stellt sich heraus, dass der FARO Freestyle3D mit seiner RGB-D-Technologie und der Software FARO Scene als einziges System alle Kriterien erfüllt und somit für den Zweck der Erkundung in diesem Kontext geeignet ist. Der Microsoft Kinect Sensor mit der Software FARO Scene hat, durch Fehler in der Rekonstruktion, Schwächen in der Darstellungsqualität. Dies gilt auch für die Kombination aus GeoS-LAM ZEB-REVO/CloudCompare, da hiermit kein Farbscan erstellt werden kann und somit eine Erkennung von Objekten (z.B. geschlossene Türen) erschwert wird. Die Fotogrammetrie dauert mit einer Berechnungsdauer von ca. 38 Stunden zu lange, um in Notfallsituationen einen Nutzen zu bieten und liefert außerdem falsche Maßangaben. Nicht näher betrachtet wird in dieser Arbeit die (autonome) Erkundung durch Roboter oder Drohnen, die die Geräte transportieren können, Strom- und Datenübertragungsproblematiken, andere ergänzende Sensortechniken und die Erkundung in dunkler Umgebung

Entwicklung eines elektrischen Carsharing-Angebots für den ländlichen Raum

Carsharing hat deutschlandweit das Potenzial, einen Beitrag zur Verringerung der Treibhausgase im Tansportsektor leisten zu können. Dabei ist es fraglich, ob sich erfolgreiche Carsharing-Angebote auch für den ländlichen Raum entwickeln lassen. Um herauszufinden, welche besonderen Herausforderungen aus Sicht der Nutzerinnen und Nutzer im ländlichen Raum bestehen, wurde in einem Partizipationsprozess mit Bürgerinnen und Bürger einer Ortschaft im ländlichen Raum ein elektrisches Carsharing-Angebot entwickelt. Wichtige Einflussfaktoren für die Nutzung des Carsharing-Angebots waren laut einer Umfrage mit 190 Bürgerinnen und Bürgern die Nützlichkeit im Alltag, der Spaß an der Nutzung und die Erreichbarkeit des Standorts. Qualitative Interviews mit 21 Bürgerinnen und Bürgern bestätigten diese Ergebnisse und lieferten Details zu deren Hintergründen. Zudem wurde die Fokussierung auf bestimmte Zielgruppen als wichtig gesehen. In anschließenden Workshops mit Bürgerinnen und Bürgern wurden darauf aufbauend konkrete Ideen für passende Carsharing-Modelle entwickelt. Dabei wurde unter anderem eine App mit einer Funktion zum Angebot von Mitfahrgelegenheiten gewünscht, um das Gemeinschaftsgefühl bei der Nutzung des Carsharing zu fördern. Insgesamt zeigt sich, dass es einige spezielle Anforderungen der Bürgerinnen und Bürger im ländlichen Raum hinsichtlich eines Carsharing-Angebots gibt, denen vor allem eine soziale Ausrichtung gemein ist. Um die größten Erfolgschancen mit einem Carsharing-Angebot im ländlichen Raum zu haben, sollten diese Wünsche mit maßgeschneiderten Lösungen adressiert werden

Digitization in Catalysis Research: Towards a Holistic Description of a Ni/Al2O3 Reference Catalyst for CO2 Methanation

There is considerable motivation in the catalysis community and chemical industry to envision a future where rational catalyst design and targeted chemical process optimization become standard. Achieving this goal for heterogeneous catalysis requires a cultural shift centered around effective research data management. The core elements of modern catalysis research are synthesis, characterization, and testing, while all can be elevated by effective collection, correlation, interoperation, and exploitation of data between disciplines and stakeholders. Here, first steps are made towards a holistic picture of an industrial Ni/Al$_2$O$_3$ reference catalyst for CO$_2$ methanation. A range of conventional and advanced characterization tools are applied to probe metal particle size and pore characteristics of the support, selected as crucial parameters for catalyst performance. Challenges are shown with respect to current reporting of characterization data and metadata, which ultimately influences the development and reliability of digital twins in catalysis research. Furthermore, the cooperation and combined expertise of diverse research groups from different fields is recognized as essential to deliver meaningful progress towards the digital future of catalysis research

Dissociation of VE-PTP from VE-cadherin is required for leukocyte extravasation and for VEGF-induced vascular permeability in vivo

Artificially stabilizing contacts between VE-cadherin and VE-PTP reduce vascular permeability and leukocyte extravasation in vivo

Tumor infiltration in enhancing and non-enhancing parts of glioblastoma: A correlation with histopathology

To correlate histopathologic findings from biopsy specimens with their corresponding location within enhancing areas, non-enhancing areas and necrotic areas on contrast enhanced T1-weighted MRI scans (cT1).In 37 patients with newly diagnosed glioblastoma who underwent stereotactic biopsy, we obtained a correlation of 561 1mm3 biopsy specimens with their corresponding position on the intraoperative cT1 image at 1.5 Tesla. Biopsy points were categorized as enhancing (CE), non-enhancing (NE) or necrotic (NEC) on cT1 and tissue samples were categorized as "viable tumor cells", "blood" or "necrotic tissue (with or without cellular component)". Cell counting was done semi-automatically.NE had the highest content of tissue categorized as viable tumor cells (89% vs. 60% in CE and 30% NEC, respectively). Besides, the average cell density for NE (3764 ± 2893 cells/mm2) was comparable to CE (3506 ± 3116 cells/mm2), while NEC had a lower cell density with 2713 ± 3239 cells/mm2. If necrotic parts and bleeds were excluded, cell density in biopsies categorized as "viable tumor tissue" decreased from the center of the tumor (NEC, 5804 ± 3480 cells/mm2) to CE (4495 ± 3209 cells/mm2) and NE (4130 ± 2817 cells/mm2).The appearance of a glioblastoma on a cT1 image (circular enhancement, central necrosis, peritumoral edema) does not correspond to its diffuse histopathological composition. Cell density is elevated in both CE and NE parts. Hence, our study suggests that NE contains considerable amounts of infiltrative tumor with a high cellularity which might be considered in resection planning

Noninvasive, In Vivo Assessment of Mouse Retinal Structure Using Optical Coherence Tomography

BACKGROUND: Optical coherence tomography (OCT) is a novel method of retinal in vivo imaging. In this study, we assessed the potential of OCT to yield histology-analogue sections in mouse models of retinal degeneration. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We achieved to adapt a commercial 3(rd) generation OCT system to obtain and quantify high-resolution morphological sections of the mouse retina which so far required in vitro histology. OCT and histology were compared in models with developmental defects, light damage, and inherited retinal degenerations. In conditional knockout mice deficient in retinal retinoblastoma protein Rb, the gradient of Cre expression from center to periphery, leading to a gradual reduction of retinal thickness, was clearly visible and well topographically quantifiable. In Nrl knockout mice, the layer involvement in the formation of rosette-like structures was similarly clear as in histology. OCT examination of focal light damage, well demarcated by the autofluorescence pattern, revealed a practically complete loss of photoreceptors with preservation of inner retinal layers, but also more subtle changes like edema formation. In Crb1 knockout mice (a model for Leber's congenital amaurosis), retinal vessels slipping through the outer nuclear layer towards the retinal pigment epithelium (RPE) due to the lack of adhesion in the subapical region of the photoreceptor inner segments could be well identified. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: We found that with the OCT we were able to detect and analyze a wide range of mouse retinal pathology, and the results compared well to histological sections. In addition, the technique allows to follow individual animals over time, thereby reducing the numbers of study animals needed, and to assess dynamic processes like edema formation. The results clearly indicate that OCT has the potential to revolutionize the future design of respective short- and long-term studies, as well as the preclinical assessment of therapeutic strategies

TBK1 mutation spectrum in an extended European patient cohort with frontotemporal dementia and amyotrophic lateral sclerosis

We investigated the mutation spectrum of the TANK-Binding Kinase 1 (TBK1) gene and its associated phenotypic spectrum by exonic resequencing of TBK1 in a cohort of 2,538 patients with frontotemporal dementia (FTD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), or FTD plus ALS, ascertained within the European Early-Onset Dementia Consortium. We assessed pathogenicity of predicted protein-truncating mutations by measuring loss of RNA expression. Functional effect of in-frame amino acid deletions and missense mutations was further explored in vivo on protein level and in vitro by an NFB-induced luciferase reporter assay and measuring phosphorylated TBK1. The protein-truncating mutations led to the loss of transcript through nonsense-mediated mRNA decay. For the in-frame amino acid deletions, we demonstrated loss of TBK1 or phosphorylated TBK1 protein. An important fraction of the missense mutations compromised NFB activation indicating that at least some functions of TBK1 are lost. Although missense mutations were also present in controls, over three times more mutations affecting TBK1 functioning were found in the mutation fraction observed in patients only, suggesting high-risk alleles (P = 0.03). Total mutation frequency for confirmed TBK1 LoF mutations in the European cohort was 0.7%, with frequencies in the clinical subgroups of 0.4% in FTD, 1.3% in ALS, and 3.6% in FTD-ALS

TBK1 Mutation Spectrum in an Extended European Patient Cohort with Frontotemporal Dementia and Amyotrophic Lateral Sclerosis

We investigated the mutation spectrum of the TANK-Binding Kinase 1 (TBK1) gene and its associated phenotypic spectrum by exonic resequencing of TBK1 in a cohort of 2,538 patients with frontotemporal dementia (FTD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), or FTD plus ALS, ascertained within the European Early-Onset Dementia Consortium. We assessed pathogenicity of predicted protein-truncating mutations by measuring loss of RNA expression. Functional effect of in-frame amino acid deletions and missense mutations was further explored in vivo on protein level and in vitro by an NFκB-induced luciferase reporter assay and measuring phosphorylated TBK1. The protein-truncating mutations led to the loss of transcript through nonsense-mediated mRNA decay. For the in-frame amino acid deletions, we demonstrated loss of TBK1 or phosphorylated TBK1 protein. An important fraction of the missense mutations compromised NFκB activation indicating that at least some functions of TBK1 are lost. Although missense mutations were also present in controls, over three times more mutations affecting TBK1 functioning were found in the mutation fraction observed in patients only, suggesting high-risk alleles (P = 0.03). Total mutation frequency for confirmed TBK1 LoF mutations in the European cohort was 0.7%, with frequencies in the clinical subgroups of 0.4% in FTD, 1.3% in ALS, and 3.6% in FTD-ALS

Bedarfsermittlung und Konzeption eines Krisenmanagementplanes für die Ersatztrinkwasserversorgung des Krankenhauses Merheim (Köln)

Krankenhäuser stellen eine wichtige Kritische Infrastruktur im Bereich des Gesundheitssektors dar, deren Funktionsfähigkeit bei allen Gefahrenlagen erhalten bleiben muss. Durch Interdependenzen mit anderen Kritischen Infrastrukturen, wie der Trinkwasserversorgung, kann ein Ausfall einer der Infrastrukturen zu einer Beeinträchtigung der jeweils anderen führen. Trinkwasser ist für den Menschen lebensnotwendig und muss daher überall in ausreichender Quantität und Qualität bereitgestellt werden (öffentlichen Daseinsvorsorge). Die Trinkwasserversorgung stellt eines der kritischsten Infrastrukturelemente in Krankenhäusern dar, deren Ausfall zu einer Gefährdung der quantitativen und qualitativen Gesundheitsversorgung führt. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass Trinkwasserausfälle in Krankenhäusern keine Seltenheit darstellen und zu weitreichenden Beeinträchtigungen führen. Bei Großstörungen bzw. Großschadenslagen oder Katastrophenfällen, ist daher die kommunale Gefahrenabwehr/ der Katastrophenschutz in der Pflicht, zusammen mit anderen Akteuren Krisenmanagement- bzw. Maßnahmenplanungen zu erarbeiten. Dennoch existieren zurzeit fast keine adäquaten Krisenmanagementplanungen für die Herstellung einer Ersatztrinkwasserversorgung für Krankenhäuser. Dies gilt sowohl für die Krankenhäuser im Rahmen der Krankenhausalarm- und Einsatzplanung, als auch die kommunale Gefahrenabwehr bzw. den Katastrophenschutz und Wasserversorgungsunternehmen (WVU). In dieser Master-Thesis, die im Sommersemester 2018 an der TH Köln erarbeitet wurde, sollte durch eine umfassende Risikoanalyse, unter Zuhilfenahme von Experteninterviews und Dokumentenanalysen das Risiko und die Folgen eines vollständigen Trinkwasserausfalles in einem Krankenhaus dargestellt und der aktuelle Stand der geplanten Bewältigungs- bzw. Krisenmanagementplanungen von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), dem örtlichen WVU und des Krankenhauses für eine solche Schadenslage erhoben werden. Wurden die geplante Krisenmanagementplanungen als unzureichend oder nicht existent identifiziert, so sollten, wenn möglich, Vorschläge für neue Krisenmanagementkonzepte und Kapitel für den Krankenhauseinsatzplan erstellt werden, wofür ungenutzte Ressourcen für die Etablierung einer Ersatztrinkwasserversorgung ermittelt wurden. Die Analyse erfolgte durch eine Einzelfalluntersuchung anhand des Hauptgebäudes des Krankenhauses Merheim in Köln mit dem Szenario einer lokalen Lage, die nicht durch Kontamination des Wassers induziert ist und deren genaue Ursache nicht betrachtet wird. Um mögliche zukünftige Maßnahmen erarbeiten zu können, musste im Rahmen der Analyse der minimale Trinkwasserbedarf des Untersuchungsgebietes bzw. der einzelnen Funktionsbereiche erhoben und Kriterien für die Geeignetheit von Maßnahmen zur Ersatztrinkwasserversorgung erarbeitet werden. Diese Kriterien sind: Vorlaufzeit, Einhaltung der Trinkwasserverordnung, Versorgungskapazität und Verfügbarkeit von Versorgungsquellen. Für die Berechnung der Kritikalität wurde eine eigene Berechnungsmethode erarbeitet, die im Rahmen der Schutzzieldefinition eine Kritikalitätsanalyse ermöglicht, welche die Bedeutung des Gesamtobjektes und der einzelnen Prozessbausteine einbezieht. Das hier hergeleitete Schutzziel lautet: Verhinderung von Todesfällen bei Patienten durch die angenommene Gefahr und durch das ausfallbedingte Unterlassen von Behandlungsmaßahmen, die nicht anderweitig, durch z.B. Abmeldung von der örtlichen Notfallversorgung oder einer Evakuierung und Verlegung der Patienten, kompensierbar sind. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist zusammengefasst die Identifikation der geplanten Maßnahmen zu Ersatztrinkwasserversorgung des Krankenhauses Merheim bzw. ggf. nicht vorhandenen Maßnahmen und somit die Feststellung, ob die Problematik des angenommenen Szenarios von allen Akteuren ausreichend betrachtet wird. Es soll das Bewusstsein für die Notwendigkeit und die Verantwortlichkeiten bzw. Zuständigkeiten von Krisenmanagementplanungen inkl. der Schnittstellenproblematik erhöht werden. Auf Grundlage dieser Arbeit können die Feuerwehr, Hilfsorganisationen, das Technisches Hilfswerk, der Wasserversorger und das Krankenhaus zukünftige Planungen begründen und die Ergebnisse für die Planung einer Ersatztrinkwasserversorgung für das Krankenhaus Merheim nutzen. Das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe, das diese Arbeit ebenfalls betreut hat, möchte diese Arbeit zudem dafür verwenden, weiterführende Konzepte und Leitfäden zu entwickeln. Hinsichtlich der Erfüllung des Schutzzieles wurde das Krankenhaus Merheim an sich und als Prozessbausteine insbesondere die Intensivstationen als sehr verwundbar identifiziert, was im Rahmen der Analyse zu einem sehr hohen Gesamtrisiko führte. Weitere Prozessbausteine mit sehr hohen Risikowerten sind die Reinstwasseraufbereitungsanlage, die Zentralwäscherei, das Zentrallabor, die Zentralsterilisation und die Anästhesiologie. Durch die sehr hohen Risikowerte und den maximalen Trinkwasserbedarf des Krankenhauses von 150m³/h (eine Ermittlung des minimalen Bedarfes war nicht möglich) lässt sich ein hoher Handlungsbedarf für Krisenmanagementplanungen für den Fall eines Trinkwasserausfalles in dem Krankenhaus ableiten. Die Analyse der Krisenmanagementplanungen hat ergeben, dass keine Maßnahmen zur Krisenbewältigung eines Trinkwasserausfalles im Krankenhaus Merheim existieren. Dies betrifft alle einbezogenen Akteure. Auch eine Einspeisestelle für eine Ersatztrinkwasserversorgung und andere Redundanzsysteme sind im Krankenhaus Merheim nicht vorhanden. Die redundante Ausgestaltung der Trinkwassereinspeisung aus dem öffentlichen Netz in das Privatnetz des Krankenhauses ist dabei nur bei einem Versorgungsausfall auf Seiten des öffentlichen Trinkwassernetzes wirkungsvoll. Eine Ersatztrinkwasserversorgung wäre mit den in der Stadt Köln vorhandenen Ressourcen ausreichend gestaltbar. Verfügbare und geeignete Kapazitäten sind bei der Feuerwehr Köln, privaten Firmen mit Tanklastzügen, der Bundespolizei und Hilfsorganisationen identifiziert worden. Bei den durchgeführten Interviews wurde von fast allen Akteuren eine hohe Relevanz des Themas und der hohe Bedarf an Planungen bestätigt. Jedoch ist durch die bestehende Mangelplanung und der Vernachlässigung von Übungen zur Not- und Ersatztrinkwasserversorgung (z.B. Inbetriebnahme Trinkwassernotbrunnen) davon auszugehen, dass bisher ein mangelndes Problembewusstsein und Unstimmigkeiten bezüglich der Zuständigkeiten bei den verantwortlichen Stellen vorlag. Die Kommune (bzw. hier die Stadt Köln) sollte daher alle Beteiligten zusammenbringen, über die Verantwortlichkeiten bzw. Zuständigkeiten aufklären und einen kooperativen Planungsprozess initiieren. Eine eigene Planung, im Rahmen dieser Arbeit, in Form eines Kapitels für den Krankenhauseinsatzplan und Krisenmanagementplänen für die Gefahrenabwehr bzw. den Wasserversorger konnte durch das Fehlen einer Trinkwassereinspeisestelle in das Krankenhaus nicht erstellt werden. Jedoch war es möglich ein kurzes Kapitel für den Krankenhauseinsatzplan zu erstellen, das auf die weitreichenden Folgen eines Trinkwasserausfalles aufmerksam macht und Anweisungen zum schnelleren Übergang zu einer Evakuierung/Räumung liefert. Durch das so erreichte schnellere Handeln, könnten zumindest viele weitere Folgeschäden bei den Patienten verhindert werden. Überlegungen dahingehend, ob eher präventive oder zur Selbsthilfe befähigende Maßnahmen statt Bewältigungsplanungen in Betracht gezogen werden sollten, sind durchzuführen

Forschung und Lehre am Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr. Beiträge aus Forschungsprojekten sowie Perspektiven von Lehrenden und Studierenden

Der vorliegende Band versucht, einen ersten Überblick über die Inhalte und Wesensmerkmale des noch relativ jungen Studiengangs und Forschungsbereichs Rettungsingenieurwesen an der TH Köln (früher FH Köln) zu schaffen. Damit kann der Sammelband zwar nicht für alle Ausprägungen des „Rettungsingenieurwesens“ (oder Rescue Engineering) auch an anderen Hochschulen stehen. Jedoch soll er einen ersten Eindruck ermöglichen und zwar für Außenstehende aber durchaus auch für Studierende und Kollegen an der TH Köln, was „Rettungsingenieurwesen“ überhaupt ist, und welche fachlichen, methodischen und auch anwendungsbezogenen Inhalte es beinhaltet. Abgrenzungen zu Nachbarstudiengängen oder Aufgabenfeldern sind nicht einfach und auch dieser Sammelband kann nur einen ersten Aufschlag anbieten. Jedoch wird es in fünf oder zehn Jahren einmal interessant sein, wie und wohin sich dieser Studiengang, aber auch die gleichzeitig am Institut für Rettungsingenieurwesen (IRG) stattfindende Forschung hin entwickelt haben wird. Somit dient dieser Band nicht nur der Begriffsbestimmung und inhaltlichen weiteren Ausgestaltung; er soll auch dazu einladen, mit zu überlegen, in welche Richtung sich Lehre und Forschung noch entwickeln könnten