Mesh adaptation for high-order flow simulations

Mesh adaptation has only been considered for high-order flow simulations in recent years and many techniques are still to be made more robust and efficient with curvilinear meshes required by these high-order methods. This thesis covers the developments made to improve the mesh generation and adaptation capabilities of the open-source spectral/hp element framework Nektar++ and its dedicated mesh utility NekMesh. This thesis first covers the generation of quality initial meshes typically required before an iterative adaptation procedure can be used. For optimal performance of the spectral/hp element method, quadrilateral and hexahedral meshes are preferred and two methods are presented to achieve this, either entirely or partially. The first method, inspired from cross field methods, solves a Laplace problem to obtain a guiding field from which a valid two-dimensional quadrilateral block decomposition can be automatically obtained. In turn, naturally curved meshes are generated. The second method takes advantage of the medial axis to generate structured partitions in the boundary layer region of three-dimensional domains. The method proves to be robust in generating hybrid high-order meshes with boundary layer aligned prismatic elements near boundaries and tetrahedral elements elsewhere. The thesis goes on to explore the adaptation of high-order meshes for the simulation of flows using a spectral/hp element formulation. First a new approach to moving meshes, referred to here as r-adaptation, based on a variational framework, is described. This new r-adaptation module is then enhanced by p-adaptation for the simulation of compressible inviscid flows with shocks. Where the flow is smooth, p-adaptation is used to benefit from the spectral convergence of the spectral/hp element methods. Where the flow is discontinuous, e.g. at shock waves, r-adaptation clusters nodes together to better capture these field discontinuities. The benefits of this dual, rp-adaptation approach are demonstrated through two-dimensional benchmark test cases.Open Acces

Die Rolle der Dual-Energy Computertomographie in der Subtypisierung und Graduierung des Nierenzellkarzinoms – Korrelation mit der mikrovaskulären Dichte in histopathologischen Präparaten

Die Dual-Energy Computertomographie (DECT) hat in den letzten Jahren vermehrte Bedeutung in der Schnittbildgebung suspekter Läsionen unterschiedlicher Organsysteme erlangt. Durch die Verwendung zweier Röntgenspektren mit unterschiedlichen Energieeinstellungen und die erhöhte Kontrastierungsfähigkeit des Verfahrens können schon geringfügige KM-Aufnahmen im Gewebe farbkodiert sichtbar gemacht werden. Die DECT ist bereits in der abdominalen Schnittbildgebung bei der Beurteilung von Raumforderungen von Pankreas und Leber im Einsatz, sowie bei der Diagnostik der Leberfibrose. Darüber hinaus ist eine Verwendung des Verfahrens bei der Beurteilung der Zusammensetzung von Konkrementen bei Urolithiasis möglich. Bei der Bildgebung von Nierentumoren ist die lokale Tumorkonfiguration und –position ein entscheidendes Kriterium für die weitere operative Therapie. Eine wünschenswerte Eigenschaft der Schnittbildgebung, insbesondere im Hinblick auf Ansatzpunkte für eine medikamentöse Therapie bei metastasierter Erkrankung, wäre eine weitere Einschätzung bzgl. des histologischen Subtyps eines Nierenzellkarzinoms über die Beurteilung der Gewebeperfusion. Die Subtypen des Nierenzellkarzinoms unterscheiden sich in mikroskopischen Präparaten hinsichtlich der Histomorphologie und der immunhistochemischen Expression von Endothelmarkern. In Zusammenarbeit mit unserem hausinternen Institut für Klinische Radiologie und dem Pathologischen Institut wurde vorliegende Arbeit koordiniert, wobei die histopathologischen Präparate von 74 Patienten untersucht wurden, die zwischen 2007 und 2011 in unserem Zentrum partiell oder radikal nephrektomiert worden waren. Jeder eingeschlossene Patient hatte präoperativ eine Dual-Energy-CT Bildgebung erhalten. Die Anwendung immunhistochemischer Färbemethoden und die Auswertung hinsichtlich der mikrovaskulären Dichte, anhand des Auszählens gefärbter Endothelzellen pro Gesichtsfeld, zielten hierbei auf die Beurteilung der intratumoralen Vaskularisation ab. Es erfolgte zudem eine Korrelation mit der in der Dual-Energy-CT gemessenen Jodaufnahme im Gewebe, um die Aussagekraft der Bildgebung auf die Perfusion vitaler Tumorareale und bzgl. eines Subtypisierungspotenzials zu beleuchten. Ferner wurden die Parameter aus Bildgebung und histopathologischer Auswertung auf die Möglichkeit einer Eingruppierung nach Differenzierungsgrad der Tumoren untersucht

Die Rolle der Dual-Energy Computertomographie in der Subtypisierung und Graduierung des Nierenzellkarzinoms – Korrelation mit der mikrovaskulären Dichte in histopathologischen Präparaten

Die Dual-Energy Computertomographie (DECT) hat in den letzten Jahren vermehrte Bedeutung in der Schnittbildgebung suspekter Läsionen unterschiedlicher Organsysteme erlangt. Durch die Verwendung zweier Röntgenspektren mit unterschiedlichen Energieeinstellungen und die erhöhte Kontrastierungsfähigkeit des Verfahrens können schon geringfügige KM-Aufnahmen im Gewebe farbkodiert sichtbar gemacht werden. Die DECT ist bereits in der abdominalen Schnittbildgebung bei der Beurteilung von Raumforderungen von Pankreas und Leber im Einsatz, sowie bei der Diagnostik der Leberfibrose. Darüber hinaus ist eine Verwendung des Verfahrens bei der Beurteilung der Zusammensetzung von Konkrementen bei Urolithiasis möglich. Bei der Bildgebung von Nierentumoren ist die lokale Tumorkonfiguration und –position ein entscheidendes Kriterium für die weitere operative Therapie. Eine wünschenswerte Eigenschaft der Schnittbildgebung, insbesondere im Hinblick auf Ansatzpunkte für eine medikamentöse Therapie bei metastasierter Erkrankung, wäre eine weitere Einschätzung bzgl. des histologischen Subtyps eines Nierenzellkarzinoms über die Beurteilung der Gewebeperfusion. Die Subtypen des Nierenzellkarzinoms unterscheiden sich in mikroskopischen Präparaten hinsichtlich der Histomorphologie und der immunhistochemischen Expression von Endothelmarkern. In Zusammenarbeit mit unserem hausinternen Institut für Klinische Radiologie und dem Pathologischen Institut wurde vorliegende Arbeit koordiniert, wobei die histopathologischen Präparate von 74 Patienten untersucht wurden, die zwischen 2007 und 2011 in unserem Zentrum partiell oder radikal nephrektomiert worden waren. Jeder eingeschlossene Patient hatte präoperativ eine Dual-Energy-CT Bildgebung erhalten. Die Anwendung immunhistochemischer Färbemethoden und die Auswertung hinsichtlich der mikrovaskulären Dichte, anhand des Auszählens gefärbter Endothelzellen pro Gesichtsfeld, zielten hierbei auf die Beurteilung der intratumoralen Vaskularisation ab. Es erfolgte zudem eine Korrelation mit der in der Dual-Energy-CT gemessenen Jodaufnahme im Gewebe, um die Aussagekraft der Bildgebung auf die Perfusion vitaler Tumorareale und bzgl. eines Subtypisierungspotenzials zu beleuchten. Ferner wurden die Parameter aus Bildgebung und histopathologischer Auswertung auf die Möglichkeit einer Eingruppierung nach Differenzierungsgrad der Tumoren untersucht

A semi-structured approach to curvilinear mesh generation around streamlined bodies

We present an approach for robust high-order mesh generation specially tailored to streamlined bodies. The method is based on a semi-sructured approach which combines the high quality of structured meshes in the near-field with the flexibility of unstructured meshes in the far-field. We utilise medial axis technology to robustly partition the near-field into blocks which can be meshed coarsely with a linear swept mesher. A high-order mesh of the near-field is then generated and split using an isoparametric approach which allows us to obtain highly stretched elements aligned with the flow field. Special treatment of the partition is performed on the wing root juntion and the trailing edge --- into the wake --- to obtain an H-type mesh configuration with anisotropic hexahedra ideal for the strong shear of high Reynolds number simulations. We then proceed to discretise the far-field using traditional robust tetrahedral meshing tools. This workflow is made possible by two sets of tools: CADfix, focused on CAD system, the block partitioning of the near-field and the generation of a linear mesh; and NekMesh, focused on the curving of the high-order mesh and the generation of highly-stretched boundary layer elements. We demonstrate this approach on a NACA0012 wing attached to a wall and show that a gap between the wake partition and the wall can be inserted to remove the dependency of the partitioning procedure on the local geometry.Comment: Preprint accepted to the 2019 AIAA Aerospace Sciences Meetin

Penile fractures: the price of a merry Christmas

Objectives To explore whether Christmas might be a risk factor for penile fractures due to the Christmas spirit related to the intimacy and euphoria of these holly jolly days. Patients and methods We evaluated the incidence of penile fractures during Christmas and New Year's Eve through the GeRmAn Nationwide inpatient Data (GRAND) from the Research Data Center of the Federal Bureau of Statistics (Wiesbaden, Germany). Furthermore, we assessed the impact of COVID-19 on penile fractures and their seasonality. Results A total of 3,421 patients with a median, interquartile range (IQR) age of 42 (32–51) years had a penile fracture requiring a hospital stay from 2005 to 2021. In all, 40 (1.2%) penile fractures occurred in 51 days of Christmas (from 24/12 to 26/12 in each year). The daily incidence of penile fractures during Christmas was 0.78 with an incidence rate ratio (IRR) of 1.43 (95% confidence interval [CI] 1.05–1.95, P = 0.02). If every day was like Christmas, 43% more penile fractures would have occurred in Germany from 2005 on. Interestingly, only 28 (0.82%) penile fractures occurred during the New Year's Eve period (31/12 to 02/01 from 2005 to 2021). This resulted in an IRR of 0.98 (95% CI 0.69–1.5, P = 0.98) in the New Year's Eve period. Most patients with penile fractures were admitted to hospital at the weekend (n = 1,322; IRR 1.58, 95% CI 1.48–1.69; P < 0.001). Summer was also associated with more penile fractures (n = 929; IRR 1.11, 95% CI 1.03–1.19; P = 0.008). Both the COVID-19 pandemic (n = 385; IRR 1.06, 95% CI 0.95–1.18, P = 0.29) and its lockdown period (n = 93; IRR 1, 95% CI 0.82–1.23; P = 0.96) did not affect the incidence of penile fractures. Conclusion The incidence of penile fractures displays a seasonality. Last Christmas penile fractures occurred more often. This year to save us from tears, we will NOT do something special (the new Christmas hit of the year)