A complementary radiographic projection of the equine temporomandibular joint

The complexity of the equine skull makes the temporomandibular joint a difficult area to evaluate radiographically. The goal of this study was to determine the optimal angle for a complementary radiographic projection of the equine temporomandibular joint based on a computed tomography (CT) cadaver study. CT was performed on six equine cadaver heads of horses that were euthanized for other reasons than temporomandibular joint disease. After the CT examination, 3D reconstruction of the equine skull was performed to subjectively determine the angle for a complementary radiographic projection of the temporomandibular joint. The angle was measured on the left and right temporomandibular joint of each head. Based on the measurements obtained from the CT images, a radiographic projection of the temporomandibular joint in a rostra-145 degrees ventral-caudodorsal oblique (R45 degrees V-CdDO) direction was developed by placing the X-ray unit 30 degrees laterally, maintaining at the same time the R45 degrees V-CdDO angle (R45 degrees V30 degrees L-CdDLO). This radiographic projection was applied to all cadaver heads and on six live horses. In three of the live horses abnormal findings associated with the temporomandibular joint were detected. We conclude that this new radiographic projection of the temporomandibular joint provides superior visualization of the temporomandibular joint space and the articular surface of the mandibular condyle.

Influence of the sunspot cycle on the Northern Hemisphere wintertime circulation from long upper-air data sets

Here we present a study of the 11 yr sunspot cycle's imprint on the Northern Hemisphere atmospheric circulation, using three recently developed gridded upper-air data sets that extend back to the early twentieth century. We find a robust response of the tropospheric late-wintertime circulation to the sunspot cycle, independent from the data set. This response is particularly significant over Europe, although results show that it is not directly related to a North Atlantic Oscillation (NAO) modulation; instead, it reveals a significant connection to the more meridional Eurasian pattern (EU). The magnitude of mean seasonal temperature changes over the European land areas locally exceeds 1 K in the lower troposphere over a sunspot cycle. We also analyse surface data to address the question whether the solar signal over Europe is temporally stable for a longer 250 yr period. The results increase our confidence in the existence of an influence of the 11 yr cycle on the European climate, but the signal is much weaker in the first half of the period compared to the second half. The last solar minimum (2005 to 2010), which was not included in our analysis, shows anomalies that are consistent with our statistical results for earlier solar minima.

Estimating and quantifying uncertainties on level sets using the Vorob'ev expectation and deviation with Gaussian process models

Several methods based on Kriging have recently been proposed for calculating a probability of failure involving costly-to-evaluate functions. A closely related problem is to estimate the set of inputs leading to a response exceeding a given threshold. Now, estimating such a level set—and not solely its volume—and quantifying uncertainties on it are not straightforward. Here we use notions from random set theory to obtain an estimate of the level set, together with a quantification of estimation uncertainty. We give explicit formulae in the Gaussian process set-up and provide a consistency result. We then illustrate how space-filling versus adaptive design strategies may sequentially reduce level set estimation uncertainty.

Foundations of stochastic geometry and theory of random sets

The first section of this chapter starts with the Buffon problem, which is one of the oldest in stochastic geometry, and then continues with the definition of measures on the space of lines. The second section defines random closed sets and related measurability issues, explains how to characterize distributions of random closed sets by means of capacity functionals and introduces the concept of a selection. Based on this concept, the third section starts with the definition of the expectation and proves its convexifying effect that is related to the Lyapunov theorem for ranges of vector-valued measures. Finally, the strong law of large numbers for Minkowski sums of random sets is proved and the corresponding limit theorem is formulated. The chapter is concluded by a discussion of the union-scheme for random closed sets and a characterization of the corresponding stable laws.

Dimension Distortion by Sobolev Mappings in Foliated Metric Spaces

We quantify the extent to which a supercritical Sobolev mapping can increase the dimension of subsets of its domain, in the setting of metric measure spaces supporting a Poincaré inequality. We show that the set of mappings that distort the dimensions of sets by the maximum possible amount is a prevalent subset of the relevant function space. For foliations of a metric space X defined by a David–Semmes regular mapping Π : X → W, we quantitatively estimate, in terms of Hausdorff dimension in W, the size of the set of leaves of the foliation that are mapped onto sets of higher dimension. We discuss key examples of such foliations, including foliations of the Heisenberg group by left and right cosets of horizontal subgroups.

Expression, purification, and projection structure by single particle electron microscopy of functional human TRPM4 heterologously expressed in Xenopus laevis oocytes

Despite efforts implicating the cationic channel transient receptor potential melastatin member 4 (TRPM4) to cardiac, nervous, and immunological pathologies, little is known about its structure and function. In this study, we optimized the requirements for purification and extraction of functional human TRPM4 protein and investigated its supra-molecular assembly. We selected the Xenopus laevis oocyte expression system because it lacks endogenous TRPM4 expression, it is known to overexpress functional human membrane channels, can be used for structure-function analysis within the same system, and is easily scaled to improve yield and develop moderate throughput capabilities through the use of robotics. Negative-stain electron microscopy (EM) revealed various sized low-resolution particles. Single particle analysis identified the majority of the projections represented the monomeric form with additional oligomeric structures potentially characterized as tetramers. Two-electrode voltage clamp electrophysiology demonstrated that human TRPM4 is functionally expressed at the oocyte plasma membrane. This study opens the door for medium-throughput screening and structure-function determination of this important therapeutically relevant target.

OPTiSPIM: integrating optical projection tomography in light sheet microscopy extends specimen characterization to nonfluorescent contrasts.

Mesoscopic 3D imaging has become a widely used optical imaging technique to visualize intact biological specimens. Selective plane illumination microscopy (SPIM) visualizes samples up to a centimeter in size with micrometer resolution by 3D data stitching but is limited to fluorescent contrast. Optical projection tomography (OPT) works with fluorescent and nonfluorescent contrasts, but its resolution is limited in large samples. We present a hybrid setup (OPTiSPIM) combining the advantages of each technique. The combination of fluorescent and nonfluorescent high-resolution 3D data into integrated datasets enables a more extensive representation of mesoscopic biological samples. The modular concept of the OPTiSPIM facilitates incorporation of the transmission OPT modality into already established light sheet based imaging setups.

Transconvolution and the virtual positron emission tomograph--a new method for cross calibration in quantitative PET∕CT imaging

PURPOSE Positron emission tomography (PET)∕computed tomography (CT) measurements on small lesions are impaired by the partial volume effect, which is intrinsically tied to the point spread function of the actual imaging system, including the reconstruction algorithms. The variability resulting from different point spread functions hinders the assessment of quantitative measurements in clinical routine and especially degrades comparability within multicenter trials. To improve quantitative comparability there is a need for methods to match different PET∕CT systems through elimination of this systemic variability. Consequently, a new method was developed and tested that transforms the image of an object as produced by one tomograph to another image of the same object as it would have been seen by a different tomograph. The proposed new method, termed Transconvolution, compensates for differing imaging properties of different tomographs and particularly aims at quantitative comparability of PET∕CT in the context of multicenter trials. METHODS To solve the problem of image normalization, the theory of Transconvolution was mathematically established together with new methods to handle point spread functions of different PET∕CT systems. Knowing the point spread functions of two different imaging systems allows determining a Transconvolution function to convert one image into the other. This function is calculated by convolving one point spread function with the inverse of the other point spread function which, when adhering to certain boundary conditions such as the use of linear acquisition and image reconstruction methods, is a numerically accessible operation. For reliable measurement of such point spread functions characterizing different PET∕CT systems, a dedicated solid-state phantom incorporating (68)Ge∕(68)Ga filled spheres was developed. To iteratively determine and represent such point spread functions, exponential density functions in combination with a Gaussian distribution were introduced. Furthermore, simulation of a virtual PET system provided a standard imaging system with clearly defined properties to which the real PET systems were to be matched. A Hann window served as the modulation transfer function for the virtual PET. The Hann's apodization properties suppressed high spatial frequencies above a certain critical frequency, thereby fulfilling the above-mentioned boundary conditions. The determined point spread functions were subsequently used by the novel Transconvolution algorithm to match different PET∕CT systems onto the virtual PET system. Finally, the theoretically elaborated Transconvolution method was validated transforming phantom images acquired on two different PET systems to nearly identical data sets, as they would be imaged by the virtual PET system. RESULTS The proposed Transconvolution method matched different PET∕CT-systems for an improved and reproducible determination of a normalized activity concentration. The highest difference in measured activity concentration between the two different PET systems of 18.2% was found in spheres of 2 ml volume. Transconvolution reduced this difference down to 1.6%. In addition to reestablishing comparability the new method with its parameterization of point spread functions allowed a full characterization of imaging properties of the examined tomographs. CONCLUSIONS By matching different tomographs to a virtual standardized imaging system, Transconvolution opens a new comprehensive method for cross calibration in quantitative PET imaging. The use of a virtual PET system restores comparability between data sets from different PET systems by exerting a common, reproducible, and defined partial volume effect.

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.

Local Stereology of Tensors of Convex Bodies

In this paper, we present local stereological estimators of Minkowski tensors defined on convex bodies in ℝ d . Special cases cover a number of well-known local stereological estimators of volume and surface area in ℝ3, but the general set-up also provides new local stereological estimators of various types of centres of gravity and tensors of rank two. Rank two tensors can be represented as ellipsoids and contain information about shape and orientation. The performance of some of the estimators of centres of gravity and volume tensors of rank two is investigated by simulation.