High-Precision Surface Inspection: Uncertainty Evaluation within an Accuracy Range of 15μm with Triangulation-based Laser Line Scanners

Triangulation-based range sensors, e.g. laser line scanners, are used for high-precision geometrical acquisition of free-form surfaces, for reverse engineering tasks or quality management. In contrast to classical tactile measuring devices, these scanners generate a great amount of 3D-points in a short period of time and enable the inspection of soft materials. However, for accurate measurements, a number of aspects have to be considered to minimize measurement uncertainties. This study outlines possible sources of uncertainties during the measurement process regarding the scanner warm-up, the impact of laser power and exposure time as well as scanner’s reaction to areas of discontinuity, e.g. edges. All experiments were performed using a fixed scanner position to avoid effects resulting from imaging geometry. The results show a significant dependence of measurement accuracy on the correct adaption of exposure time as a function of surface reflectivity and laser power. Additionally, it is illustrated that surface structure as well as edges can cause significant systematic uncertainties

Modelling the CAP Reform at the Regional Level with ProLand

The reform of the European Common Agricultural Policy (CAP) will fundamentally affect the decision behaviour of land users. So far transfer payments were coupled to specific forms of land use. The reform encourages land users to make decisions concerning production based solely on market aspects. The effects of the CAP reform on the Lahn Dill region in Germany are simulated with the spatially explicit land use model ProLand. The results show that land use decisions will be based stronger on site specific natural conditions than was the case in the Agenda 2000 scenario. The transfer payment volume directed into the region increases considerably.modelling, decision support, land use, spatially explicit, Agricultural and Food Policy, Q01,

Laser scanning based growth analysis of plants as a new challenge for deformation monitoring

Nowadays, the areal deformation analysis has become an important task in engineering geodesy. Thereby, not only manmade objects are of high interest, also natural objects, like plant organs, are focused more frequently. Thus, the analysis of leaf growth, i. e. the spatial development of the leaf surface, can be seen as a problem of deformation monitoring. In contrast to classical geodetic tasks, the absolute size of the deformation of the leaf surface is small, but usually great compared to the object size. Due to the optical characteristics of leaf surfaces, the point clouds, commonly acquired with high precision close-up laser scanners, provide a point-to-point distance that is small or equal compared to the measurement accuracy. Thus, the point clouds are usually processed and the leaf area is derived from a triangulation-based surface representation (mesh), resulting in a significant uncertainty of area calculation. In this paper, we illustrate the lacks of the mesh-based leaf area calculation. Using high precision gauge blocks as well as a number of tomato leaves, uncertainties of the area derivation are revealed and evaluated. The application of a B-spline approximation illustrates the advantages of an approximation-based approach and introduces the prospect for further research

Komponenten der Bioinkompatibilität der extrakorporalen Hämodialyse des Menschen

Auch heute noch spielt das Phänomen der Bioinkompatibilität von Dialysematerialien eine entscheidende Rolle in der Entstehung von typischen, wenn auch nicht spezifischen, langfristigen Folgeerkrankungen, die aus der chronischen Hämodialyse resultieren. Um das Maß dieser Bioinkompatibilität zu quantifizieren, haben sich einige Parameter besonders gut bewährt. Zur Erfassung gut geeignet ist die Komplementaktivierung im Plasma [5], [9], [42], [70], [109], [110], [112], [144], [193], [197] (sie spiegelt sich insbesondere in der C3a/C3ades Arg- und der C5a/C5ades Arg-Konzentration wider), der Grad der Aktivierung des oxidativen Granulozytenstoffwechsels [51], [79], [104], [109], [134], [135], [143], [181] (Messung z.B. mittels Cytochrom C-Reduktionstest), eine transitorische Leukopenie in der Initialphase der Dialyseprozedur [7], [9], [25], [41], [70], [110], [111], [119], [191], [232], [236], [251] und die Ausschüttung von Interleukinen (z.B. IL-1, IL-6 und TNF) [5], [15], [17], [20], [55], [63], [90], [112], [144], [166], [193], [197], [217]. Bei Urämikern ist die Körpertemperatur niedriger als bei Gesunden [10], [116], [130], [131], [159], [220], [246]. Während der Hämodialyse wird häufig ein Anstieg der Körpertemperatur im Sinne einer febrilen oder hyperthermen Reaktion und ein Anstieg des endogenen Energieumsatzes beobachtet, auch wenn die thermische Energiebilanz im extrakorporalem System gleich Null ist, also weder Wärme zugeführt, noch entzogen wird [47], [131], [139], [140], [141], [142], [145], [146], [159], [167], [168], [169], [170], [205], [209], [145], [146]. Diese Beobachtung wurde auf eine Baroreflex-vermittelte Vasokonstriktion [86], [140] oder auf eine durch Endotoxinfragmente im Dialysat verursachte febrile Reaktion [60], [201], [205] zurückgeführt. Letztlich scheint eine komplexe Summe aus Pyrogenen, Kryogenen und dem Hydratationzustand des Menschen, die Regulation der Körpertemperatur zu bedingen [114], [131]. Für die Steigerung des Energieumsatzes wurde zudem eine vermehrte Atemarbeit verantwortlich gemacht. Diese könnte zwei Ursachen haben: 1. ein aus der Sequestration von Leukozyten in den pulmonalen Kapillaren resultierendes interstitielles Lungenödem könnte die Atemarbeit steigern [140]. 2. der stark erhöhte pCO2 im Bicarbonatdialysat [18] und konsekutiv arteriell könnte ebenfalls einen Anstieg des Atemantriebs bewirken. Der Versuch die Körpertemperatur und den Energieumsatz zur Erfassung der Bioinkompatibilität von Dialysematerialien zu benutzen zeigte, daß beide Parameter nur eingeschränkt dieser Funktion genügen. Sie wirken weniger sensibel als die Erfassung von Komplementsystem, Interleukinen, Leukozytensturz und oxidativem Granulozytenstoffwechsel. Nicht alle Bioinkompatibilitäts-phänomene, vermögen die Körpertemperatur und den Energieumsatz zu beeinflussen. Die vorliegende Untersuchung zeigt eindrücklich, daß weder die Aktivierung des oxidativen Granulozytenstoffwechsels noch die vorübergehende Leukozytopenie ausschließlich membrangebundene Phänomene sind, sondern, wenn auch in geringerem Ausmaß, schon bei einer extrakorporalen Zirkulation ohne Kontakt zu einer Dialysemembran und ohne Dialysatkontakt auftreten. Die Aktivierung des oxidativen Granulozytenstoffwechsels und der Leukozytensturz waren bei alleinigem Kontakt zu einem Dialyseschlauchsystem (Regime A), bei Kontakt zum Schlauchsystem und einer Dialysemembran (Regime B) und bei Kontakt zu Schlauchsystem, Dialysemembran und Dialysatflüssigkeit nachweisbar, jedoch unterschiedlich stark ausgeprägt. Daraus wird deutlich, daß alle Komponenten eines extrakorporalen Dialysekreislaufs einen meßbaren Einfluß auf die Homöostase des Dialysepatienten haben. Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Biokompatibilität ist also nicht nur bei den Dialysemembranen vorhanden, sondern auch bei den Schlauchmaterialien und der Dialysatflüssigkeit. Der Kontaminationsgrad des Dialysats mit bakteriellen Zellwandfragmenten wie LPS oder Lipid-A u.a., scheint einen deutlichen Beitrag zu febrilen- und anderen Akutphasereaktionen des Hämodialysepatienten zu leisten. Der Qualität dieser Komponente sollte in der Routine noch mehr Beachtung geschenkt und Kontrollen intensiviert werden. (Die Literaturangaben in den eckigen Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis in der Promotion.

Der Einfluss von persönlichen Netzwerken auf die Adoption von Innovationen

Trotz intensiver Auseinandersetzung der Adoptionsforschung mit dem Einfluss von interpersoneller Kommunikation auf die Adoption von Individuen sind nur schwache oder widersprüchliche empirische Belege in der Literatur zu finden. Am Beispiel eines innovativen Anästhesiegeräts untersucht Jan Kuhlmann diesen Zusammenhang und stellt einen Vergleich zwischen der Wirkung von interpersoneller Kommunikation und Werbemaßnahmen an. Dabei werden die Einflussfaktoren dynamisch als über die Zeit variabel operationalisiert. Die Analyse wird jeweils getrennt für die Teilphasen der Bewusstseins- und Meinungsbildung und für den gesamten Adoptionsprozess durchgeführt. Unter Zuhilfenahme der Netzwerkanalyse werden Netzwerkstrukturen zwischen Chefanästhesisten in den USA erhoben und in der empirischen Analyse mit der Methodik der Hazard-Raten-Modelle verknüpft

Der Einfluss von persönlichen Netzwerken auf die Adoption von Innovationen

Trotz intensiver Auseinandersetzung der Adoptionsforschung mit dem Einfluss von interpersoneller Kommunikation auf die Adoption von Individuen sind nur schwache oder widersprüchliche empirische Belege in der Literatur zu finden. Am Beispiel eines innovativen Anästhesiegeräts untersucht Jan Kuhlmann diesen Zusammenhang und stellt einen Vergleich zwischen der Wirkung von interpersoneller Kommunikation und Werbemaßnahmen an. Dabei werden die Einflussfaktoren dynamisch als über die Zeit variabel operationalisiert. Die Analyse wird jeweils getrennt für die Teilphasen der Bewusstseins- und Meinungsbildung und für den gesamten Adoptionsprozess durchgeführt. Unter Zuhilfenahme der Netzwerkanalyse werden Netzwerkstrukturen zwischen Chefanästhesisten in den USA erhoben und in der empirischen Analyse mit der Methodik der Hazard-Raten-Modelle verknüpft. --Adoption,Adoptionsforschung,Netzwerk,Netzwerkanalyse,Hazard-Raten-Modelle,Hazard-Modelle,Innovation,zeitvariable Kovariablen,Adoptionsprozess,Stufen der Adoption,Adoptionsphasen,dynamische Einflüsse,dynamische Einflussfaktoren

Analysis of the primary tumor and blood based “Real-Time-Liquid Biopsy”

Trotz Fortschritten in der Behandlung erleiden mehr als 50% der Patientinnen mit Ovarialkarzinom ein Rezidiv, wobei 15 % der Fälle platinresistent sind, was meist jedoch nur retrospektiv erkannt wird. In diesem Zusammenhang war Ziel dieser Dissertation, neue primärtumor- sowie blutbasierte Biomarkerkonzepte im Hinblick auf Platinresistenz und Prognose zu etablieren. Dies wurde zunächst im Rahmen einer primärtumorbasierten LOH-Analyse an vier tumorbiologisch relevanten chromosomalen Regionen realisiert. In diesem Zusammenhang erwies sich LOH proximal zum M6P/IGF2R-Lokus als neuer Biomarkerkandidat für die Tumorzelldisseminierung in das KM. Da Tumorgewebe jedoch nur einmal zum Zeitpunkt der Primärdiagnose zur Verfügung steht und sich nicht für ein Therapiemonitoring eignet, wurden nachfolgend experimentelle Strategien zur Biomarkeridentifikation auf ein blutbasiertes System transferiert. In diesem Sinne wurde die Methodik der primärtumorbasierten LOH-Detektion auf zirDNA im Blutserum der Patientinnen übertragen. Im Rahmen einer zusätzlichen Fraktionierung der zirDNA in HMF bzw. NMF, konnte die Sensitivität der LOH-Detektion deutlich verbessert werden. Des Weiteren zeigte sich nach Chemotherapie eine signifikante Reduktion des zirDNA Gehaltes in der NMF, jedoch nicht in der HMF. Diese Befunde implizierten, dass tumorassoziierte DNA in der Zirkulation vermutlich niedermolekularen Charakter aufweist. Somit könnte die Fraktionierungsmethodik eine selektive Untersuchung tumorassoziierter DNA im Blut erlauben. Ferner wurde LOH am PTEN-Lokus bzw. proximal zum M6P/IGF2R-Lokus als neuer blutbasierte Biomarker für die Tumorzelldisseminierung in das KM sowie für ein verkürztes OS beschrieben. Ergänzend wurde das Profil zirkulierender miRNA im Serum von Ovarialkarzinompatientinnen analysiert. In diesem Zusammenhang konnte miR-1246 im Vergleich zu Normalspenderinnen als signifikant hochreguliert identifiziert werden. Interessanterweise wurde während der experimentellen Phase dieser Dissertation durch eine Kooperationsgruppe gezeigt, dass der miR-1246 Detektionsassay eine starke Kreuzreaktivität mit RNU2-1f im Serum aufweist. Somit war das beobachtete miR-1246 Signal mit großer Wahrscheinlichkeit auf RNU2-1f und nicht auf miR-1246 zurückzuführen. Im Weiteren konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen der RNU2-1f Expression im Serum und dem FIGO-Stadium bzw. dem verbleibenden Tumorrest nach Operation beschrieben werden. Ferner identifizierte eine persistierende bzw. neu erworbene RNU2-1f Positivität nach Chemotherapie eine Patientinnengruppe mit tendenziell verkürztem OS. Dies ist die erste Beschreibung einer nicht kodierenden RNA, die als blutbasierter Biomarker für das Ovarialkarzinom fungieren könnte. Abschließend wurde auf die immunomagnetische Isolation bzw. molekulare Charakterisierung intakter ZTZ aus dem Blut fokussiert. Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Präsenz von ZTZ im Blut vor Operation bzw. nach Chemotherapie mit einem verkürzten OS korrelierte. Weiterführend sollte die Hypothese überprüft werden, inwieweit der beobachtete prognostisch-negative Einfluss der ZTZ im Blut auf einen platinresistenzassoziierten Phänotyp dieser Zellen zurückzuführen sein mag. Daher wurde die Expression der DNA-Reparatur Endonuklease ERCC1, die bereits mit Platinsensitivität ovarieller Tumoren in Verbindung gebracht werden konnte, in ZTZ untersucht. ERCC1-Positivität wurde mit einer Inzidenz von 36 % vor Operation und 35% nach Chemotherapie beobachtet, interessanterweise auch in 30% der Patientinnen, die gemäß AdnaTest OvarianCancer, als ZTZ-negativ galten. Ein statistischer Zusammenhang zwischen der ERCC1-Expression und klinisch definierter Platinsensitivität ergab sich nicht, jedoch zeigte sich bei Patientinnen mit persistierend ERCC1-positiven ZTZ ein signifikant verkürztes DFS bzw. OS. Diese Befunde sprechen für eine Implementierung von ERCC1 in die ZTZ-Analyse und beschreiben ERCC1 als möglichen klinisch relevanten Biomarker, der Patientinnen mit besonders schlechter Prognose identifizieren könnte bzw. die Notwendigkeit einer Therapieänderung voraussagen mag. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass ZTZ von Ovarialkarzinompatientinnen zu etwa 14% EMT- bzw. stammzellassoziierte Marker exprimieren. Dies wurde auch bei Patientinnen beobachtet, die gemäß AdnaTest OvarianCancer ZTZ-negativ galten, was für die Heterogenität der ZTZ im Blut spricht. Die Detektion sowie das zielgerichtete Vorgehen gegen stammzellähnliche ZTZ könnte von großer klinischer Relevanz sein, da diese ZTZ-Subgruppe bereits mit Therapieversagen und Rezidiventwicklung in Verbindung gebracht wurde. Zusammenfassend konnte die vorliegende Dissertation einen relevanten Beitrag zur Etablierung neuer primärtumorbasierter Biomarkerkonzepte für das Ovarialkarzinom liefern und die Hypothese unterstützen, dass Patientinnenblut im Sinne einer „Real-Time-Liquid-Biopsy“ genutzt werden könnte.Despite advances in treatment, more than 50% of patients with epithelial ovarian cancer will experience recurrence. Moreover, resistance to platinum based chemotherapy occurs in about 20% of cases and can only be assessed retrospectively during post-chemotherapy follow-up. In this regard, intention of this PhD thesis was to identify novel biomarkers, predicting therapy response and prognosis. This was initially realized by a primary tumor based LOH-analysis at four ovarian cancer relevant chromosomal regions. In this context, allelic loss proximal to the M6P/IGF2R locus was revealed as a novel biomarker candidate, predicting tumor cell dissemination into the bone marrow (BM). Given that primary tumor tissue is available uniquely by resection and does not allow therapy monitoring, experimental strategies for biomarker identification were subsequently transferred to a blood based context. In this regard, methods for primary tumor based LOH-detection were transferred to circulating DNA (cirDNA) in the blood serum of ovarian cancer patients. Fractionation of cirDNA into high- and low molecular weight fraction (HMWF, LMWF) broadly improved sensitivity of LOH-detection in the blood and cirDNA content in the LMWF but not in the HMWF significantly decreased after chemotherapy. These data implied that tumor-associated cirDNA in the circulation might primarily be of low molecular weight character and that cirDNA fractionation technique could allow selective analysis of tumor related DNA in the blood. Moreover, LOH at the PTEN-locus and proximal to M6P/IGF2R were suggested as novel blood based biomarkers for tumor cell dissemination into the BM and a reduced overall survival (OS). In addition to this approach, the profile of circulating microRNA in the blood of ovarian cancer patients was analyzed. In this context, miR-1246 was found to be significantly overexpressed in the blood of cancer patients compared to healthy donors. Interestingly, during the experimental stage of the experiments, a cooperation group showed that the miR-1246 detection assay was highly cross-reactive with U2 small nuclear RNA fragments (RNU2-1f). Consequently, the observed miR-1246 signal in the circulation was likely derived from RNU2-1f than from miR-1246. Circulating RNU2-1f levels at primary diagnosis paralleled the tumor stage, whereas RNU2-1f expression after chemotherapy correlated with residual tumor burden left after surgery. Moreover, persisting or newly acquired RNU2-1f positivity after chemotherapy trended to identify a patient group with reduced OS. This is the first report, suggesting a small non coding RNA as blood-based biomarker for ovarian cancer patients. Finally, experimental strategies focused on the immunomagnetic isolation and molecular characterisation of circulating tumor cells (CTC) in the blood. In this regard, the presence of CTC before surgery and after chemotherapy was previously ascertained to predict a reduced overall survival. Continuatively, it should be investigated, whether negative prognostic impact of CTC may arise from a cellular phenotype being associated with platinum resistance. In this regard, we assessed expression of Excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 1 (ERCC1) in CTC, which takes part in the DNA nucleotide excision repair pathway and has already been described as a primary tumor-based biomarker for platinum resistance in ovarian cancer. ERCC1-positivty rate was 36% before surgery and 35% after chemotherapy. Interestingly, 30% of patients with positive CTC-status, according to AdnaTest OvarianCancer, were positive for ERCC1-expression. No association between clinically defined platinum resistance and ERCC1-positivity was observed. However, patients with persistently positive ERCC1-expression in paired blood samples before surgery and after chemotherapy had a significantly decreased OS and DFS. Thus, implementing ERCC1 expression in CTC analysis of patients may identify a subgroup of ovarian cancer patients with worse prognosis. Apart from this, ERCC1 might serve as a valuable biomarker for monitoring disease to possibly change treatment in case of ERCC1-persistent CTC. Moreover, the expression of EMT- and stem cell associated transcripts was demonstrated in 14% of ovarian cancer patients. This was also observed in case of CTC-negative patients, suggesting the heterogeneity of CTC in the blood. Given that stem cell like CTC may be associated with therapy failure and recurrence of ovarian carcinomas, detecting and targeting of these cells could be of prior interest for the clinic. Conclusively, this PhD-thesis contributed to the identification of novel primary tumor based biomarker concepts for ovarian cancer and corroborates the hypothesis that the patient’s blood could be utilized in terms of a “Real-Time-Liquid-Biospy”

pyerrors: a python framework for error analysis of Monte Carlo data

We present the pyerrors python package for statistical error analysis of Monte Carlo data. Linear error propagation using automatic differentiation in an object oriented framework is combined with the $\Gamma$-method for a reliable estimation of autocorrelation times. Data from different sources can easily be combined, keeping the information on the origin of error components intact throughout the analysis. pyerrors can be smoothly integrated into the existing scientific python ecosystem which allows for efficient and compact analyses.Comment: 22 pages, 2 figures, version accepted for publication in Computer Physics Communication