Optimal dose levels in screening chest CT for unimpaired detection and volumetry of lung nodules, with and without computer assisted detection at minimal patient radiation

OBJECTIVES The aim of this phantom study was to minimize the radiation dose by finding the best combination of low tube current and low voltage that would result in accurate volume measurements when compared to standard CT imaging without significantly decreasing the sensitivity of detecting lung nodules both with and without the assistance of CAD. METHODS An anthropomorphic chest phantom containing artificial solid and ground glass nodules (GGNs, 5-12 mm) was examined with a 64-row multi-detector CT scanner with three tube currents of 100, 50 and 25 mAs in combination with three tube voltages of 120, 100 and 80 kVp. This resulted in eight different protocols that were then compared to standard CT sensitivity (100 mAs/120 kVp). For each protocol, at least 127 different nodules were scanned in 21-25 phantoms. The nodules were analyzed in two separate sessions by three independent, blinded radiologists and computer-aided detection (CAD) software. RESULTS The mean sensitivity of the radiologists for identifying solid lung nodules on a standard CT was 89.7% ± 4.9%. The sensitivity was not significantly impaired when the tube and current voltage were lowered at the same time, except at the lowest exposure level of 25 mAs/80 kVp [80.6% ± 4.3% (p = 0.031)]. Compared to the standard CT, the sensitivity for detecting GGNs was significantly lower at all dose levels when the voltage was 80 kVp; this result was independent of the tube current. The CAD significantly increased the radiologists' sensitivity for detecting solid nodules at all dose levels (5-11%). No significant volume measurement errors (VMEs) were documented for the radiologists or the CAD software at any dose level. CONCLUSIONS Our results suggest a CT protocol with 25 mAs and 100 kVp is optimal for detecting solid and ground glass nodules in lung cancer screening. The use of CAD software is highly recommended at all dose levels.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Ultrafast Relaxation Dynamics of Osmium-Polypyridine Complexes in Solution

We present steady-state absorption and emission spectroscopy and femtosecond broadband photoluminescence up-conversion spectroscopy studies of the electronic relaxation of Os(dmbp)3 (Os1) and Os(bpy)2(dpp) (Os2) in ethanol, where dmbp is 4,4′-dimethyl-2,2′-biypridine, bpy is 2,2′-biypridine, and dpp is 2,3-dipyridyl pyrazine. In both cases, the steady-state phosphorescence is due to the lowest 3MLCT state, whose quantum yield we estimate to be ≤5.0 × 10–3. For Os1, the steady-state phosphorescence lifetime is 25 ns. In both complexes, the photoluminescence excitation spectra map the absorption spectrum, pointing to an excitation wavelength-independent quantum yield. The ultrafast studies revealed a short-lived (≤100 fs) fluorescence, which stems from the lowest singlet metal-to-ligand-charge-transfer (1MLCT) state and decays by intersystem crossing to the manifold of 3MLCT states. In addition, Os1 exhibits a 50 ps lived emission from an intermediate triplet state at an energy 2000 cm–1 above that of the long-lived (25 ns) phosphorescence. In Os2, the 1MLCT–3MLCT intersystem crossing is faster than that in Os1, and no emission from triplet states is observed other than the lowest one. These observations are attributed to a higher density of states or a smaller energy spacing between them compared with Os1. They highlight the importance of the energetics on the rate of intersystem crossing.

Volumetric analysis of lung nodules in computed tomography (CT): comparison of two different segmentation algorithm softwares and two different reconstruction filters on automated volume calculation.

BACKGROUND A precise detection of volume change allows for better estimating the biological behavior of the lung nodules. Postprocessing tools with automated detection, segmentation, and volumetric analysis of lung nodules may expedite radiological processes and give additional confidence to the radiologists. PURPOSE To compare two different postprocessing software algorithms (LMS Lung, Median Technologies; LungCARE®, Siemens) in CT volumetric measurement and to analyze the effect of soft (B30) and hard reconstruction filter (B70) on automated volume measurement. MATERIAL AND METHODS Between January 2010 and April 2010, 45 patients with a total of 113 pulmonary nodules were included. The CT exam was performed on a 64-row multidetector CT scanner (Somatom Sensation, Siemens, Erlangen, Germany) with the following parameters: collimation, 24x1.2 mm; pitch, 1.15; voltage, 120 kVp; reference tube current-time, 100 mAs. Automated volumetric measurement of each lung nodule was performed with the two different postprocessing algorithms based on two reconstruction filters (B30 and B70). The average relative volume measurement difference (VME%) and the limits of agreement between two methods were used for comparison. RESULTS At soft reconstruction filters the LMS system produced mean nodule volumes that were 34.1% (P < 0.0001) larger than those by LungCARE® system. The VME% was 42.2% with a limit of agreement between -53.9% and 138.4%.The volume measurement with soft filters (B30) was significantly larger than with hard filters (B70); 11.2% for LMS and 1.6% for LungCARE®, respectively (both with P < 0.05). LMS measured greater volumes with both filters, 13.6% for soft and 3.8% for hard filters, respectively (P < 0.01 and P > 0.05). CONCLUSION There is a substantial inter-software (LMS/LungCARE®) as well as intra-software variability (B30/B70) in lung nodule volume measurement; therefore, it is mandatory to use the same equipment with the same reconstruction filter for the follow-up of lung nodule volume.

Pattern and process: competition causes regular spacing of individuals within plant populations

1 We used simulated and experimental plant populations to analyse mortality-driven pattern formation under size-dependent competition. Larger plants had an advantage under size-asymmetric but not under symmetric competition. Initial patterns were random or clumped. 2 The simulations were individual-based and spatially explicit. Size-dependent competition was modelled with different rules to partition overlapping zones of influence. 3 The experiment used genotypes of Arabidopsis thaliana with different morphological plasticity and hence size-dependent competition. Compared with wild types, transgenic individuals over-expressed phytochrome A and had decreased plasticity because of disabled phytochrome-mediated shade avoidance. Therefore, competition among transgenics was more asymmetric compared with wild-types. 4 Density-dependent mortality under symmetric competition did not substantially change the initial spatial pattern. Conversely, simulations under asymmetric competition and experimental patterns of transgenic over-expressors showed patterns of survivors that deviated substantially from random mortality independent of initial patterns. 5 Small-scale initial patterns of wild types were regular rather than random or clumped. We hypothesize that this small-scale regularity may be explained by early shade avoidance of seedlings in their cotyledon stage. 6 Our experimental results support predictions from an individual-based simulation model and support the conclusion that regular spatial patterns of surviving individuals should be interpreted as evidence for strong, asymmetric competitive interactions and subsequent density-dependent mortality.

Progress in Simulations with Twisted Mass Fermions at the Physical Point

In this contribution, results from Nf = 2 lattice QCD simulations at one lattice spacing using twisted mass fermions with a clover term at the physical pion mass are presented. The mass splitting between charged and neutral pions (including the disconnected contribution) is shown to be around 20(20) MeV. Further, a first measurement using the clover twisted mass action of the average momentum fraction of the pion is given. Finally, an analysis of pseudoscalar meson masses and decay constants is presented involving linear interpolations in strange and charm quark masses. Matching to meson mass ratios allows the calculation of quark mass ratios: ms=ml = 27:63(13), mc=ml = 339:6(2:2) and mc=ms = 12:29(10). From this mass matching the quantities fK = 153:9(7:5) MeV, fD = 219(11) MeV, fDs = 255(12) MeV and MDs = 1894(93) MeV are determined without the application of finite volume or discretization artefact corrections and with errors dominated by a preliminary estimate of the lattice spacing.

Fault development and interaction in distributed strike-slip shear zones: an experimental approach

Analogue model experiments using both brittle and viscous materials were performed to investigate the development and interaction of strike-slip faults in zones of distributed shear deformation. At low strain, bulk dextral shear deformation of an initial rectangular model is dominantly accommodated by left-stepping, en echelon strike-slip faults (Riedel shears, R) that form in response to the regional (bulk) stress field. Push-up zones form in the area of interaction between adjacent left-stepping Riedel shears. In cross sections, faults bounding push-up zones have an arcuate shape or merge at depth. Adjacent left-stepping R shears merge by sideways propagation or link by short synthetic shears that strike subparallel to the bulk shear direction. Coalescence of en echelon R shears results in major, through-going faults zones (master faults). Several parallel master faults develop due to the distributed nature of deformation. Spacing between master faults is related to the thickness of the brittle layers overlying the basal viscous layer. Master faults control to a large extent the subsequent fault pattern. With increasing strain, relatively short antithetic and synthetic faults develop mostly between old, but still active master faults. The orientation and evolution of the new faults indicate local modifications of the stress field. In experiments lacking lateral borders, closely spaced parallel antithetic faults (cross faults) define blocks that undergo clockwise rotation about a vertical axis with continuing deformation. Fault development and fault interaction at different stages of shear strain in our models show similarities with natural examples that have undergone distributed shear.