Interaction of elastomechanics and fluid dynamics in the human heart : Opportunities and challenges of light coupling strategies

Das menschliche Herz ist das hochkomplexe Herzstück des kardiovaskulären Systems, das permanent, zuverlässig und autonom den Blutfluss im Körper aufrechterhält. In Computermodellen wird die Funktionalität des Herzens nachgebildet, um Simulationsstudien durchzuführen, die tiefere Einblicke in die zugrundeliegenden Phänomene ermöglichen oder die Möglichkeit bieten, relevante Parameter unter vollständig kontrollierten Bedingungen zu variieren. Angesichts der Tatsache, dass Herz-Kreislauf-Erkrankungen die häufigste Todesursache in den Ländern der westlichen Hemisphäre sind, ist ein Beitrag zur frühzeit- igen Diagnose derselben von großer klinischer Bedeutung. In diesem Zusammenhang können computergestützte Strömungssimulationen wertvolle Einblicke in die Blutflussdynamik liefern und bieten somit die Möglichkeit, einen zentralen Bereich der Physik dieses multiphysikalischen Organs zu untersuchen. Da die Verformung der Endokardoberfläche den Blutfluss antreibt, müssen die Effekte der Elastomechanik als Randbedingungen für solche Strömungssimulationen berücksichtigt werden. Um im klinischen Kontext relevant zu sein, muss jedoch ein Mittelweg zwischen dem Rechenaufwand und der erforderlichen Genauigkeit gefunden werden, und die Modelle müssen sowohl robust als auch zuverlässig sein. Daher werden in dieser Arbeit die Möglichkeiten und Herausforderungen leichter und daher weniger komplexer Kopplungsstrategien mit Schwerpunkt auf drei Schlüsselaspekten bewertet: Erstens wird ein auf dem Immersed Boundary-Ansatz basierender Fluiddynamik-Löser implementiert, da diese Methode mit einer sehr robusten Darstellung von bewegten Netzen besticht. Die grundlegende Funktionalität wurde für verschiedene vereinfachte Geometrien verifiziert und zeigte eine hohe Übereinstimmung mit der jeweiligen analytischen Lösung. Vergleicht man die 3D-Simulation einer realistischen Geometrie des linken Teils des Herzens mit einem körperangepassten Netzbeschreibung, so wurden grundlegende globale Größen korrekt reproduziert. Allerdings zeigten Variationen der Randbedingungen einen großen Einfluss auf die Simulationsergebnisse. Die Anwendung des Lösers zur Simulation des Einflusses von Pathologien auf die Blutströmungsmuster ergab Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit Literaturwerten. Bei Simulationen der Mitralklappeninsuffizienz wurde der rückströmende Anteil mit Hilfe einer Partikelverfolgungsmethode visualisiert. Bei hypertropher Kardiomyopathie wurden die Strömungsmuster im linken Ventrikel mit Hilfe eines passiven Skalartransports bewertet, um die lokale Konzentration des ursprünglichen Blutvolumens zu visualisieren. Da in den vorgenannten Studien nur ein unidirektionaler Informationsfluss vom elas- tomechanischen Modell zum Strömungslöser berücksichtigt wurde, wird die Rückwirkung des räumlich aufgelösten Druckfeldes aus den Strömungssimulationen auf die Elastomechanik quantifiziert. Es wird ein sequenzieller Kopplungsansatz eingeführt, um fluiddynamische Einflüsse in einer Schlag-für-Schlag-Kopplungsstruktur zu berücksichtigen. Die geringen Abweichungen im mechanischen Solver von 2 mm verschwanden bereits nach einer Iteration, was darauf schließen lässt, dass die Rückwirkungen der Fluiddynamik im gesunden Herzen begrenzt ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass insbesondere bei Strömungsdynamiksimula- tionen die Randbedingungen mit Vorsicht gewählt werden müssen, da sie aufgrund ihres großen Einflusses die Anfälligkeit der Modelle erhöhen. Nichtsdestotrotz zeigten verein- fachte Kopplungsstrategien vielversprechende Ergebnisse bei der Reproduktion globaler fluiddynamischer Größen, während die Abhängigkeit zwischen den Lösern reduziert und Rechenaufwand eingespart wird

Geldpolitik mit unvollständiger Information und begrenzter Rationalität

This dissertation consists of two papers that deal with monetary policy in the presence of imperfect expectation formation. The first paper deals with optimal monetary policy under imperfect and asymmetric information and potential welfare gains from easing these information frictions by using consumer confidence measures. The second paper develops a DSGE model with bounded rationality and dynamic interactions between endogenous central bank credibility, credit cycles and aggregate macroeconomic risk, and analyzes nonstandard conventional and unconventional monetary policy responses

Reliktpopulationen von endemischen Prioritätsarten aus den Schweizer Nordalpen

Der vorliegende Bericht beschreibt Ergebnisse von Untersuchungen und Abklärungen zur Erfassung von Reliktpopulationen von endemischen Prioritätsarten aus den Schweizer Nordalpen. Beispielhaft anhand der Käfer (artenreichste Ordnung der Insekten) sollten Erkenntnisse sowie der weitere Forschungsbedarf (andere Ordnungen, Klassen) aufgezeigt werden. In erster Linie sollte die endemische und subendemische Käferfauna der nördlichen Schweizer Alpen mit hoher Schweizer Schutzverantwortung (Prioritätsarten) mit Feldarbeiten systematisch und möglichst erschöpfend erfasst werden, die Funde taxonomisch validiert, eine Referenzsammlung errichtet werden. Ferner sollen artspezifisch Erkenntnisse ausgearbeitet werden zur Einschätzung von Gefährdungen und zur Schutzverantwortlichkeit der endemischen und subendemischen Arten (Arten mit nationaler Verantwortung, Prioritätsarten). Zudem soll bei ausgewählten lokalendemischen Taxa die genauere Verbreitung sowie die genetische Diversität untersucht werden. Zur Ermittlung der genetischen Isoliertheit bzw. Verwandtschaft von zerstreut lebenden endemischen Populationen sollen molekulargenetische Untersuchungen durchgeführt werden. Mit einem gezielten Einbezug von Spezialisten sollte das Expertenwissen zu Schweizerischen Endemiten zusammengeführt werden als Basis für allenfalls weiterführende Forschungsarbeiten mit anderen Tiergruppen. Daraus abgeleitet sollten Handlungsempfehlungen und Arbeitsgrundlagen ausgearbeitet werden für das BAFU, kantonalen Fachstellen sowie Museen

Wie gut erfüllen Amphibientunnel und -leitsysteme ihren Zweck? : Akzeptanz- und Erfolgskontrolle unterschiedlicher Anlagetypen in der Schweiz

Dieser Bericht beschreibt Ergebnisse einer Untersuchung wie gut Amphibientunnel und -leitsysteme in der Schweiz ihren Zweck erfüllen. Es wurde eine Akzeptanz- und Erfolgskontrolle unterschiedlicher Anlagetypen durchgeführt zur Nutzung durch Kröten und Frösche sowie deren langfristigen Populationsentwicklungen in den Untersuchungsgebieten. In verschiedenen Regionen der Schweiz sollten unterschiedliche Anlagetypen und Materialisierungen vergleichend geprüft werden, welche unterschiedliche „Epochen“ des Amphibienschutzes an Strassen (Anlagen über 30 Jahre alt) und Konstruktionsprinzipien repräsentieren. Begleitend untersucht wurden Fragen zum Unterhalt der Anlagen und deren möglichen Auswirkungen auf deren Funktionalität. Darauf aufbauend werden Hinweise und Massnahmen für die Praxis sowie weiterführender Handlungs- und Forschungsbedarf aufgezeigt. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten dienen konkret der Ausarbeitung von Strassenverkehrsnormen sowie technischen Planungen im Bereich von Strassenprojekten mit Schutzanforderungen für Amphibien. Mit den Projektergebnissen können Aussage gemacht werden, ob die in der Regel teuren Anlagen ihr Geld wert sind und es lassen sich Empfehlungen bezüglich Unterhalt ableiten. Weiter erlaubt das Projekt Aussagen über Eigenschaften der Anlagen, welche helfen, Bau und Unterhalt in Zukunft zu optimieren

Dokumentation des Wohlfahrtsmoduls von FiFoSiM

In diesem technischen Beitrag wird das neu entwickelte Wohlfahrtsmodul von FiFoSiM zur empirischen Analyse der Wohlfahrtswirkungen von Steuerreformen beschrieben. --Simulation,CGE,Mikrosimulation,Steuerreform,Wohlfahrt

Empirische Wohlfahrtsmessung von Steuerreformen

Die empirische Messung der Wohlfahrtswirkungen von Steuerreformen hat noch nicht den Stand der theoretischen Literatur erreicht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die theoretischen Konzepte der Wohlfahrtsmessung mit der Technik der Mikrosimulation zu verbinden. Hierdurch soll die Möglichkeit geschaffen werden die Wohlfahrtswirkungen von verschiedenen Reformvorschlägen in einer ex-ante-Analyse empirisch abzuschätzen. Als Anwendung des Wohlfahrtsmoduls werden die Wohlfahrtswirkungen berechnet, die durch einen Übergang des aktuellen Steuersystems zu drei verschiedenen Flat-Rate-Tax-Varianten auftreten würden. Als Ergebnis dieser Analyse bleibt festzuhalten, dass es durch Einführung einer Flat-Rate-Tax möglich ist die Effizienz der Steuererhebung zu steigern. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass diese Effizienzsteigerung durch eine Mehrbelastung der unteren und mittleren Einkommensschichten erzielt würde und somit sozialpolitisch fragwürdig ist. -- This paper combines the theoretical cognition of welfare measurement with the technique of microsimulation allowing to quantify the welfare e¤ects and the excess burden of tax systems and tax reforms. The newly developed microsimulation module is applied on several flat tax reform scenarios which can decrease the excess burden caused by the tax system depending on the tax schedule parameters.Mikrosimulation,Steuerreform,Wohlfahrt,Zusatzlast,Flat Tax

Acetylcodeine as a Urinary Marker to Differentiate the Use of Street Heroin and Pharmaceutical Heroin

Acelylcodeine (ACOD) is a synthesis by product present in street heroin but not in pharmaceutical diacetylmorphine (DAM) as used in the Swiss program Heroin-Assisted Treatment for Opiate Dependent Drug Users (HAT). ACOD was evaluated and validated as an urine marker to detect the consumption of street heroin by HAT participants. A gas chromatography-mass spectrometry method allowing the quantitation of ACOD concentrations as low as 0.2 ng/mL urine has been developed. In opiate-naïve subjects, intravenous (i.v.) ACOD showed a plasma elimination half-life of 237 ± 18 min, urine peak concentrations 2 h after administration, and a detection window of 8 h. Only 0.4 ± 0.1% was excreted unchanged, with codeine (COD) as the main metabolite. ACOD may be formed by transacetylation when i.v. DAM and oral codeine are co-administered. To avoid false-positive results, the calculation of COD/ACOD ratios is recommended. In a study with 105 HAT participants, 14% of the tested urines were ACOD positive. Only a low correlation was found between the anonymously self-declared consumption of street heroin and the ACOD positive rat

Excretion of Cannabinoids in Urine after Ingestion of Cannabis Seed Oil

Gas chromatographic-mass spectrometric (GC-MS) quantitation of 25 cannabis sed oils determined Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) concentrations from 3 to 1500 µg/g oil. In a pilot study, the morning urine of six volunteers who had ingested 11 or 22 g of the oil, which contained the highest THC content (1500 µg/g), was collected for six days. The urine samples were screened by immunoassay, and the content of 11-nor-9-carboxy-Δ9-THC (THCCOOH) was determined by GC-MS. Urine samples were found cannabis positive for up to six days with THCCOOH-equivalent concentrations up to 243 ng/ml, by the Abuscreen OnLine immunoassay and THCCOOH contents from 5 to 431 ng/mL by the GC-MS method. All subjects reported THC-specific psychotropic effect

Ökologischer Ausgleich auf dem Dach : Vegetation und bodenbrütende Vögel

Schlussbericht 2009The research project «Ground nesting birds on greened roofs» aims to develop new techniques for roof greening systems and installation concepts for extensive greened roof areas. The results will help to provide alternative habitats offering areas of ecological compensation in line with Article 18 of the Nature and Homeland Protection Regulations, specially devised to benefit ground nesting birds. The project will develop guidelines for communities and cantons to enable them to plan the efficient use of flat roof surfaces through appropriate greening measures

I tetti verdi di tipo estensivo : biodiversità ad alta quota

Le città sono state paragonate da Odum a degli organismi eterotrofi che basano la loro crescita ed espansione sull’uso indiscriminato di risorse e sono causa di perdita irreversibile e frammentazione degli habitat naturali. I tetti verdi rappresentano uno strumento essenziale di mitigazione e compensazione ambientale all’interno del tessuto urbano dove, l’alta densità edilizia e l’elevato disturbo antropico concedono poco spazio alle dinamiche naturali. In particolare, i tetti verdi per la biodiversità caratterizzati da mosaici di micro-habitat diversi e contigui tra loro, possano ospitare specie con caratteristiche morfo-funzionali diverse. L’approccio noto come habitat template, consiste nel selezionare le specie vegetali adatte alle condizioni sui tetti estensivi tra quelle che in natura crescono in condizioni simili e.g. spessore di substrato ridotto e povero di sostanze nutritive, lunghi periodi di aridità. L’approccio fitosociologico prevede l’individuazione di habitat analoghi non solo come riferimento da cui estrapolare le specie vegetali, ma come modello per aggregare le piante in consorzi specifici, così come suggerisce l’interpretazione fitosociologica della natura.Cities are defined as heterotrophic organisms (Odum, 1983) as they consumes a huge amount of resources and causes habitat loss and fragmentation. Green roofs represents a fundamental mean of ecological compensation within the built environment, i.e. in highly altered and disturbed places by humans. In particular, green roofs for biodiversity (or biodiversity green roofs), being characterised by different but contiguous microhabitat (habitat mosaics or patches), can host several species with different functional traits. The methods known as habitat template consists of choosing suitable plant species for green roofs among the one that live in nature under similar conditions e.g. shallow and nutrient poor substrate, high drought. The phytosociological approach considers habitat analogue not only as species pools, but also as a model to group plants in specific associations as suggested in the phytosociological interpretation of nature