Visualisierung vergrabener Objekte: Ein Sampling-Verfahren für die Maxwell-Gleichungen

Wir untersuchen die numerische Lösung des inversen Streuproblems der Rekonstruktion der Form, Position und Anzahl endlich vieler perfekt leitender Objekte durch Nahfeldmessungen zeitharmonischer elektromagnetischer Wellen mit Hilfe von Metalldetektoren. Wir nehmen an, dass sich die Objekte gänzlich im unteren Halbraum eines unbeschränkten zweischichtigen Hintergrundmediums befinden. Wir nehmen weiter an, dass der obere Halbraum mit Luft und der untere Halbraum mit Erde gefüllt ist. Wir betrachten zuerst die physikalischen Grundlagen elektromagnetischer Wellen, aus denen wir zunächst ein vereinfachtes mathematisches Modell ableiten, in welchem wir direkt das elektromagnetische Feld messen. Dieses Modell erweitern wir dann um die Messung des elektromagnetischen Feldes von Sendespulen mit Hilfe von Empfangsspulen. Für das vereinfachte Modell entwickeln wir, unter Verwendung der Theorie des zugehörigen direkten Streuproblems, ein nichtiteratives Verfahren, das auf der Idee der sogenannten Faktorisierungsmethode beruht. Dieses Verfahren übertragen wir dann auf das erweiterte Modell. Wir geben einen Implementierungsvorschlag der Rekonstruktionsmethode und demonstrieren an einer Reihe numerischer Experimente die Anwendbarkeit des Verfahrens. Weiterhin untersuchen wir mehrere Abwandlungen der Methode zur Verbesserung der Rekonstruktionen und zur Verringerung der Rechenzeit.

Coarse-grained peptide models: conformational sampling, peptide association and dynamical properties for peptides

In dieser Arbeit wird ein vergröbertes (engl. coarse-grained, CG) Simulationsmodell für Peptide in wässriger Lösung entwickelt. In einem CG Verfahren reduziert man die Anzahl der Freiheitsgrade des Systems, so dass manrngrössere Systeme auf längeren Zeitskalen untersuchen kann. Die Wechselwirkungspotentiale des CG Modells sind so aufgebaut, dass die Peptid Konformationen eines höher aufgelösten (atomistischen) Modells reproduziert werden.rnIn dieser Arbeit wird der Einfluss unterschiedlicher bindender Wechsel-rnwirkungspotentiale in der CG Simulation untersucht, insbesondere daraufhin,rnin wie weit das Konformationsgleichgewicht der atomistischen Simulation reproduziert werden kann. Im CG Verfahren verliert man per Konstruktionrnmikroskopische strukturelle Details des Peptids, zum Beispiel, Korrelationen zwischen Freiheitsgraden entlang der Peptidkette. In der Dissertationrnwird gezeigt, dass diese “verlorenen” Eigenschaften in einem Rückabbildungsverfahren wiederhergestellt werden können, in dem die atomistischen Freiheitsgrade wieder in die CG-Strukturen eingefügt werden. Dies gelingt, solange die Konformationen des CG Modells grundsätzlich gut mit der atomistischen Ebene übereinstimmen. Die erwähnten Korrelationen spielen einerngrosse Rolle bei der Bildung von Sekundärstrukturen und sind somit vonrnentscheidender Bedeutung für ein realistisches Ensemble von Peptidkonformationen. Es wird gezeigt, dass für eine gute Übereinstimmung zwischen CG und atomistischen Kettenkonformationen spezielle bindende Wechselwirkungen wie zum Beispiel 1-5 Bindungs- und 1,3,5-Winkelpotentiale erforderlich sind. Die intramolekularen Parameter (d.h. Bindungen, Winkel, Torsionen), die für kurze Oligopeptide parametrisiert wurden, sind übertragbarrnauf längere Peptidsequenzen. Allerdings können diese gebundenen Wechselwirkungen nur in Kombination mit solchen nichtbindenden Wechselwirkungspotentialen kombiniert werden, die bei der Parametrisierung verwendet werden, sind also zum Beispiel nicht ohne weiteres mit einem andere Wasser-Modell kombinierbar. Da die Energielandschaft in CG-Simulationen glatter ist als im atomistischen Modell, gibt es eine Beschleunigung in der Dynamik. Diese Beschleunigung ist unterschiedlich für verschiedene dynamische Prozesse, zum Beispiel für verschiedene Arten von Bewegungen (Rotation und Translation). Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Untersuchung der Kinetik von Strukturbildungsprozessen, zum Beispiel Peptid Aggregation.rn

Poor performance of microbiological sampling in the prediction of recurrent arthroplasty infection

During a two-stage revision for prosthetic joint infections (PJI), joint aspirations, open tissue sampling and serum inflammatory markers are performed before re-implantation to exclude ongoing silent infection. We investigated the performance of these diagnostic procedures on the risk of recurrence of PJI among asymptomatic patients undergoing a two-stage revision. A total of 62 PJI were found in 58 patients. All patients had intra-operative surgical exploration during re-implantation, and 48 of them had intra-operative microbiological swabs. Additionally, 18 joint aspirations and one open biopsy were performed before second-stage reimplantation. Recurrence or persistence of PJI occurred in 12 cases with a mean delay of 218 days after re-implantation, but only four pre- or intraoperative invasive joint samples had grown a pathogen in cultures. In at least seven recurrent PJIs (58%), patients had a normal C-reactive protein (CRP, < 10 mg/l) level before re-implantation. The sensitivity, specificity, positive predictive and negative predictive values of pre-operative invasive joint aspiration and CRP for the prediction of PJI recurrence was 0.58, 0.88, 0.5, 0.84 and 0.17, 0.81, 0.13, 0.86, respectively. As a conclusion, pre-operative joint aspiration, intraoperative bacterial sampling, surgical exploration and serum inflammatory markers are poor predictors of PJI recurrence. The onset of reinfection usually occurs far later than reimplantation.

Selective inferior petrosal sinus sampling without venous outflow diversion in the detection of a pituitary adenoma in Cushing's syndrome

Conventional MRI may still be an inaccurate method for the non-invasive detection of a microadenoma in adrenocorticotropin (ACTH)-dependent Cushing's syndrome (CS). Bilateral inferior petrosal sinus sampling (BIPSS) with ovine corticotropin-releasing hormone (oCRH) stimulation is an invasive, but accurate, intervention in the diagnostic armamentarium surrounding CS. Until now, there is a continuous controversial debate regarding lateralization data in detecting a microadenoma. Using BIPSS, we evaluated whether a highly selective placement of microcatheters without diversion of venous outflow might improve detection of pituitary microadenoma.

Comparison of gingival crevicular fluid sampling methods in patients with severe chronic periodontitis

The analysis of samplings from periodontal pockets is important in the diagnosis and therapy of periodontitis. In this study, three different sampling techniques were compared to determine whether one method yielded samples suitable for the reproducible and simultaneous determination of bacterial load, cytokines, neutrophil elastase, and arginine-specific gingipains (Rgps). Rgps are an important virulence factor of Porphyromonas gingivalis, the exact concentration of which in gingival crevicular fluid (GCF) has not been quantified.

Enhanced Sensitivity by Nonuniform Sampling Enables Multidimensional MAS NMR Spectroscopy of Protein Assemblies

We report dramatic sensitivity enhancements in multidimensional MAS NMR spectra by the use of nonuniform sampling (NUS) and introduce maximum entropy interpolation (MINT) processing that assures the linearity between the time and frequency domains of the NUS acquired data sets. A systematic analysis of sensitivity and resolution in 2D and 3D NUS spectra reveals that with NUS, at least 1.5- to 2-fold sensitivity enhancement can be attained in each indirect dimension without compromising the spectral resolution. These enhancements are similar to or higher than those attained by the newest-generation commercial cryogenic probes. We explore the benefits of this NUS/MaxEnt approach in proteins and protein assemblies using 1-73-(U-C-13,N-15)/74-108-(U-N-15) Escherichia coil thioredoxin reassembly. We demonstrate that in thioredoxin reassembly, NUS permits acquisition of high-quality 3D-NCACX spectra, which are inaccessible with conventional sampling due to prohibitively long experiment times. Of critical importance, issues that hinder NUS-based SNR enhancement in 3D-NMR of liquids are mitigated in the study of solid samples in which theoretical enhancements on the order of 3-4 fold are accessible by compounding the NUS-based SNR enhancement of each indirect dimension. NUS/MINT is anticipated to be widely applicable and advantageous for multidimensional heteronuclear MAS NMR spectroscopy of proteins, protein assemblies, and other biological systems.

Magnetic resonance imaging based determination of body compartments with the versatile, interactive sparse sampling (VISS) method

To investigate the inhomogeneity of radiofrequency fields at higher field strengths that can interfere with established volumetric methods, in particular for the determination of visceral (VAT) and subcutaneous adipose tissue (SCAT). A versatile, interactive sparse sampling (VISS) method is proposed to determine VAT, SCAT, and also total body volume (TBV).

Using scenario tree modelling for targeted herd sampling to substantiate freedom from disease

BACKGROUND: In order to optimise the cost-effectiveness of active surveillance to substantiate freedom from disease, a new approach using targeted sampling of farms was developed and applied on the example of infectious bovine rhinotracheitis (IBR) and enzootic bovine leucosis (EBL) in Switzerland. Relevant risk factors (RF) for the introduction of IBR and EBL into Swiss cattle farms were identified and their relative risks defined based on literature review and expert opinions. A quantitative model based on the scenario tree method was subsequently used to calculate the required sample size of a targeted sampling approach (TS) for a given sensitivity. We compared the sample size with that of a stratified random sample (sRS) with regard to efficiency. RESULTS: The required sample sizes to substantiate disease freedom were 1,241 farms for IBR and 1,750 farms for EBL to detect 0.2% herd prevalence with 99% sensitivity. Using conventional sRS, the required sample sizes were 2,259 farms for IBR and 2,243 for EBL. Considering the additional administrative expenses required for the planning of TS, the risk-based approach was still more cost-effective than a sRS (40% reduction on the full survey costs for IBR and 8% for EBL) due to the considerable reduction in sample size. CONCLUSIONS: As the model depends on RF selected through literature review and was parameterised with values estimated by experts, it is subject to some degree of uncertainty. Nevertheless, this approach provides the veterinary authorities with a promising tool for future cost-effective sampling designs.