Weiterentwicklung einer Produktionsanlage und der Speicherungs- bzw. Transportkonzepte für hochpolarisiertes 3He

Der Bedarf an hyperpolarisiertem 3He in Medizin und physikalischer Grundlagenforschung ist in den letzten ca. 10-15 Jahren sowohl in Bezug auf die zu Verfügung stehende Menge, als auch auf den benötigten Grad der Kernspinpolarisation stetig gestiegen. Gleichzeitig mußten Lösungen für die polarisationserhaltende Speicherung und den Transport gefunden werden, die je nach Anwendung anzupassen waren. Als Ergebnis kann mit dieser Arbeit ein in sich geschlossenes Gesamtkonzept vorgestellt werden, daß sowohl die entsprechenden Mengen für klinische Anwendungen, als auch höchste Polarisation für physikalische Grundlagenfor-schung zur Verfügung stellen kann. Verschiedene unabhängige Polarimetriemethoden zeigten in sich konsistente Ergebnisse und konnten, neben ihrer eigenen Weiterentwicklung, zu einer verläßlichen Charakterisierung des neuen Systems und auch der Transportzellen und –boxen eingesetzt werden. Die Polarisation wird mittels „Metastabilem Optischen Pumpen“ bei einem Druck von 1 mbar erzeugt. Dabei werden ohne Gasfluß Werte von P = 84% erreicht. Im Flußbetrieb sinkt die erreichbare Polarisation auf P ≈ 77%. Das 3He kann dann weitgehend ohne Polarisationsver-luste auf mehrere bar komprimiert und zu den jeweiligen Experimenten transportiert werden. Durch konsequente Weiterentwicklung der vorgestellten Polarisationseinheit an fast allen Komponenten kann somit jetzt bei einem Fluß von 0,8 barl/h eine Polarisation von Pmax = 77% am Auslaß der Apparatur erreicht werden. Diese skaliert linear mit dem Fluß, sodaß bei 3 barl/h die Polarisation immer noch bei ca. 60% liegt. Dabei waren die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Verbesserungen an den Lasern, der Optik, der Kompressionseinheit, dem Zwischenspeicher und der Gasreinigung wesentlich für das Erreichen dieser Polarisatio-nen. Neben dem Einsatz eines neuen Faserlasersystems ist die hohe Gasreinheit und die lang-lebige Kompressionseinheit ein Schlüssel für diese Leistungsfähigkeit. Seit Herbst 2001 er-zeugte das System bereits über 2000 barl hochpolarisiertes 3He und ermöglichte damit zahl-reiche interdisziplinäre Experimente und Untersuchungen. Durch Verbesserungen an als Prototypen bereits vorhandenen Transportboxen und durch weitgehende Unterdrückung der Wandrelaxation in den Transportgefäßen aufgrund neuer Erkenntnisse über deren Ursachen stellen auch polarisationserhaltende Transporte über große Strecken kein Problem mehr dar. In unbeschichteten 1 Liter Kolben aus Aluminosilikatglä-sern werden nun problemlos Speicherzeiten von T1 > 200h erreicht. Im Rahmen des europäi-schen Forschungsprojektes „Polarized Helium to Image the Lung“ wurden während 19 Liefe-rungen 70barl 3He nach Sheffield (UK) und bei 13 Transporten 100 barl nach Kopenhagen (DK) per Flugzeug transportiert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß die Problematik der Kernspinpolarisationser-zeugung von 3He, die Speicherung, der Transport und die Verwendung des polarisierten Ga-ses in klinischer Diagnostik und physikalischen Grundlagenexperimenten weitgehend gelöst ist und das Gesamtkonzept die Voraussetzungen für allgemeine Anwendungen auf diesen Gebieten geschaffen hat.

Koulun kestävän kehityksen työn merkitys kiinteistön jätehuollossa Case: Helsingin peruskoulujen jätekustannukset ja -määrät

Koulujen kestävän kehityksen työllä tarkoitetaan ekologiseen, taloudelliseen, sosiaaliseen ja kulttuuriseen kestävyyteen pohjautuvaa ympäristökasvatusta. Helsingissä peruskoulujen kestävän kehityksen työvälineet (ympäristökartoitukset ja – ohjelmat) ovat perustuneet koulujen ympäristöasioiden suunnitteluun, opetussuunnitelmien toteutumiseen ja ylläpitotoimintoihin, kuten jätehuoltoon. Opetusvirasto käytti vuosina 2005 ja 2009 ympäristötoiminnan arvioinnissa ympäristötasokuvauksia 1-3, joista arvosana 3 kuvaa ympäristöasioissa edistyneintä koulua. Tutkielman tavoitteena on tutkia ympäristötoiminnan tasojen perusteella ryhmiteltyjen peruskoulujen välisiä eroja jätekustannuksissa ja – määrissä (euroa/henkilö ja kg/henkilö) ja löytää mahdollisesti eroihin vaikuttavia tekijöitä. Tutkielman toimeksiantajana on 4V-Välitä, vaikuta, viihdy, voi hyvin – hanke, jonka yhtenä toiminnan osa-alueena on koulujen kestävän kehityksen työ. Tuloksista tullaan johtamaan tietoa Opetusviraston sekä muiden tahojen, kuten HSY:n ja Palmian ympäristötyöhön sekä Kiinteistöviraston Tilakeskuksen hallinnassa olevien koulukiinteistöjen jätehuollon kehittämiseen. Tutkimusaineistoina käytettiin Helsingin peruskoulujen vuoden 2009 jätekustannuksia ja tutkielman yhteydessä kerätyn jäteseurannan tuloksia vuodelta 2010. Jätekustannus- ja jätemääräaineistot yhdistettiin vuoden 2009 ympäristötoiminnan tasoluokitusten perusteella otokseksi (n=64). Lopullinen jätekustannus- ja jätemääräanalyysi tehtiin 29 koulun otoksella, josta oli rajattu pois kiinteistöt, joilla on koulun toiminnan lisäksi muita käyttötarkoituksia. Analyysiin sisällytettiin myös tarkempi tarkastelu koulujen seka- ja biojätejakeiden kustannuksista ja määristä. Tutkimuksen johtopäätöksenä todettiin, että eri ympäristötasoisten peruskoulujen välillä on huomattavia euro- ja kilomääräisiä eroja henkilöä kohden lasketuissa jätekustannuksissa ja –määrissä. Kokonaisjätemäärässä ei ole tapahtunut merkittävää muutosta tarkasteluvuosien välillä, mutta lajittelu näyttäisi kuitenkin tehostuneen. Tulosten perusteella ympäristöasioissa edistyneiden tason 3 koulujen keskimääräiset sekajätemäärät ja -kustannukset olivat pienimmät tasojen 1 ja 2 kouluihin verrattuna. Biojätemäärät ja –kustannukset olivat suurimmat tason 2 kouluissa. Jätekustannuksiin ja – määriin näyttäisivät vaikuttavan jäteastioiden määrien, kokojen ja tyhjennysrytmien optimointi sekä jäteastioiden täyttöasteet. Peruskoulujen tulisi keskittyä kestävän kehityksen työn avulla jätteiden synnyn ehkäisyyn ja vähentämiseen, jotta jätekustannuksetkin vähentyisivät jätehuollon kehittämistoimenpiteiden seurauksena.

MRT Letter: Light Sheet Based Imaging Flow Cytometry on a Microfluidic Platform

We propose a light sheet based imaging flow cytometry technique for simultaneous counting and imaging of cells on a microfluidic platform. Light sheet covers the entire microfluidic channel and thus omits the necessity of flow focusing and point scanning based technology. Another advantage lies in the orthogonal detection geometry that totally cuts-off the incident light, thereby substantially reducing the background in the detection. Compared to the existing state-of-art techniques the proposed technique shows marked improvement. Using fluorescently-coated Saccharomyces cerevisiae cells we have recorded cell counting with throughput as high as 2,090 cells/min in the low flow rate regime and were able to image the individual cells on-the-go. Overall, the proposed system is cost-effective and simple in channel geometry with the advantage of efficient counting in operational regime of low laminar flow. This technique may advance the emerging field of microfluidic based cytometry for applications in nanomedicine and point of care diagnostics. Microsc. Res. Tech. 76:1101-1107, 2013. (c) 2013 Wiley Periodicals, Inc.

MRT Letter: Experimental Verification of Vectorial Theory to Determine Field at the Geometrical Focus of a Cylindrical Lens

We provide experimental evidence supporting the vectorial theory for determining electric field at and near the geometrical focus of a cylindrical lens. This theory provides precise distribution of field and its polarization effects. Experimental results show a close match (approximate to 95% using (2)-test) with the simulation results (obtained using vectorial theory). Light-sheet generated both at low and high NA cylindrical lens shows the importance of vectorial theory for further development of light-sheet techniques. Potential applications are in planar imaging systems (such as, SPIM, IML-SPIM, imaging cytometry) and spectroscopy. Microsc. Res. Tech. 77:105-109, 2014. (c) 2014 Wiley Periodicals, Inc.

MRT Letter: Two-Photon Excitation-Based 2pi Light-Sheet System for Nano-Lithography

We propose two-photon excitation-based light-sheet technique for nano-lithography. The system consists of 2 -configured cylindrical lens system with a common geometrical focus. Upon superposition, the phase-matched counter-propagating light-sheets result in the generation of identical and equi spaced nano-bump pattern. Study shows a feature size of as small as few tens of nanometers with a inter-bump distance of few hundred nanometers. This technique overcomes some of the limitations of existing nano-lithography techniques, thereby, may pave the way for mass-production of nano-structures. Potential applications can also be found in optical microscopy, plasmonics, and nano-electronics. Microsc. Res. Tech. 78:1-7, 2015. (c) 2014 Wiley Periodicals, Inc.

MRT Letter: A Unified Accelerated Maximum Likelihood Technique for Widefield, Confocal, and Super-Resolution 4Pi Microscopy

We propose an algorithmic technique for accelerating maximum likelihood (ML) algorithm for image reconstruction in fluorescence microscopy. This is made possible by integrating Biggs-Andrews (BA) method with ML approach. The results on widefield, confocal, and super-resolution 4Pi microscopy reveal substantial improvement in the speed of 3D image reconstruction (the number of iterations has reduced by approximately one-half). Moreover, the quality of reconstruction obtained using accelerated ML closely resembles with nonaccelerated ML method. The proposed technique is a step closer to realize real-time reconstruction in 3D fluorescence microscopy. Microsc. Res. Tech. 78:331-335, 2015. (c) 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Hyperpolarisation-activated inward current in isolated sheep mesenteric lymphatic smooth muscle.

1. Freshly isolated sheep lymphatic smooth muscle cells were studied using the perforated patch-clamp technique. Hyperpolarisation with constant-current pulses caused a time-dependent rectification evident as a depolarising 'sag' followed by an anode-break overshoot at the end of the pulse. Both sag and overshoot were blocked with 1 mM Cs+. 2. Cells were voltage clamped at -30 mV and stepped to -120 mV in 10 mV steps of 2 s duration. Steps negative to -60 mV evoked a slowly activating, non-inactivating inward current which increased in size and rate of activation with increasing hyperpolarisation. 3. The slowly activating current was reduced in Na+-free bathing solution but enhanced when the extracellular K+ concentration was increased to 60 mM. The current was significantly reduced by 1 mM Cs+ and 1 microM ZD7288 but not by 1.8 mM Ba2+. 4. The steady-state activation curve of the underlying conductance showed a threshold at -50 mV and half-maximal activation at -81 mV. Neither threshold nor half-maximal activation was significantly affected by increasing the external K+ concentration to 60 mM. 5. The frequency of spontaneous contractions and fluid propulsion in isolated cannulated segments of sheep mesenteric lymphatics were decreased by 1 mM Cs+ and by 1 microM ZD7288. 6. We conclude that sheep lymphatics have a hyperpolarisation-activated inward current similar to the If seen in sinoatrial node cells of the heart. Blockade of this current slows spontaneous pumping in intact lymphatic vessels suggesting that it is important in normal pacemaking.

Revised response criteria for polycythemia vera and essential thrombocythemia:an ELN and IWG-MRT consensus project

Standardized response criteria to interpret and compare clinical trials are needed for approval of new therapeutic agents by regulatory agencies. The European LeukemiaNet (ELN) response criteria for essential thrombocythemia (ET) and polycythemia vera (PV) issued in 2009 have been widely adopted as end points in a number of recent clinical trials. However, evidence exists that they do not predict response or provide clinically relevant measures of benefit for the patients. This article presents revised recommendations for assessing response in ET and PV provided by a working group established by ELN and International Working Group-Myeloproliferative Neoplasms Research and Treatment. New definitions of complete and partial remission incorporate clinical, hematological, and histological response assessments that include a standardized symptom assessment form and consider absence of disease progression and vascular events. We anticipate that these criteria will be adopted widely to facilitate the development of new and more effective therapies for ET and PV.

Clinical end points for drug treatment trials in BCR-ABL1-negative classic myeloproliferative neoplasms: consensus statements from European LeukemiaNET (ELN) and Internation Working Group-Myeloproliferative Neoplasms Research and Treatment (IWG-MRT)

The discovery of somatic mutations, primarily JAK2V617F and CALR, in classic BCR-ABL1-negative myeloproliferative neoplasms (MPNs) has generated interest in the development of molecularly targeted therapies, whose accurate assessment requires a standardized framework. A working group, comprised of members from European LeukemiaNet (ELN) and International Working Group for MPN Research and Treatment (IWG-MRT), prepared consensus-based recommendations regarding trial design, patient selection and definition of relevant end points. Accordingly, a response able to capture the long-term effect of the drug should be selected as the end point of phase II trials aimed at developing new drugs for MPNs. A time-to-event, such as overall survival, or progression-free survival or both, as co-primary end points, should measure efficacy in phase III studies. New drugs should be tested for preventing disease progression in myelofibrosis patients with early disease in randomized studies, and a time to event, such as progression-free or event-free survival should be the primary end point. Phase III trials aimed at preventing vascular events in polycythemia vera and essential thrombocythemia should be based on a selection of the target population based on new prognostic factors, including JAK2 mutation. In conclusion, we recommended a format for clinical trials in MPNs that facilitates communication between academic investigators, regulatory agencies and drug companies.

Development of a New Transform:MRT

Fourier transform methods are employed heavily in digital signal processing. Discrete Fourier Transform (DFT) is among the most commonly used digital signal transforms. The exponential kernel of the DFT has the properties of symmetry and periodicity. Fast Fourier Transform (FFT) methods for fast DFT computation exploit these kernel properties in different ways. In this thesis, an approach of grouping data on the basis of the corresponding phase of the exponential kernel of the DFT is exploited to introduce a new digital signal transform, named the M-dimensional Real Transform (MRT), for l-D and 2-D signals. The new transform is developed using number theoretic principles as regards its specific features. A few properties of the transform are explored, and an inverse transform presented. A fundamental assumption is that the size of the input signal be even. The transform computation involves only real additions. The MRT is an integer-to-integer transform. There are two kinds of redundancy, complete redundancy & derived redundancy, in MRT. Redundancy is analyzed and removed to arrive at a more compact version called the Unique MRT (UMRT). l-D UMRT is a non-expansive transform for all signal sizes, while the 2-D UMRT is non-expansive for signal sizes that are powers of 2. The 2-D UMRT is applied in image processing applications like image compression and orientation analysis. The MRT & UMRT, being general transforms, will find potential applications in various fields of signal and image processing.