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Externe Validierung eines KI-gestützten Modells zur Erkennung und Klassifizierung der Molaren-Inzisiven-Hypomineralisation
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Generative AI for cone-beam CT dose reduction and intensity correction in adaptive radiotherapy
Get PDFIn image-guided radiotherapy (IGRT), cone-beam computed tomography (CBCT) is used to align patients in the treatment position. CBCT scans administer radiation exposure and subject patients to secondary cancer risk. However, lowering CBCT imaging dose continues to be challenging as the image quality degrades. In current practice, the frequency of scanning can be limited, leading to a potential decrease in localisation precision. Moreover, in cases of adaptation, patients are required to undergo an addition planning CT due to insufficient CBCT image quality, resulting in extra radiation exposure and prolonged treatment time.
This thesis reports on investigations towards the minimum CBCT imaging dose without loss of accuracy in terms of synthetic CT (sCT) image generation using generative artificial intelligence (AI) for adaptive radiotherapy (ART). Many studies translated full dose CBCT images into sCT images using deep learning (DL) algorithms such as U-Net, cycle-consistent generative adversarial network (cycleGAN) or contrastive unpaired translation (CUT). However, only few studies investigated the potential of low imaging dose CBCT. In this thesis, the lowest achievable CBCT imaging dose for online adaptation was investi- gated. Compared to the previous studies, this work provides a structured investigation on imaging dose levels (100%, 25%, 15%, 10%) and evaluations with IGRT-related metrics, including patient positioning, treatment dose calculations and organ contouring.
Online adaptation in IGRT is currently limited by the CBCT image quality. In the first part of this thesis, the basics of cancer and IGRT in chapter 1, the adaptation workflow in chapter 2 and the physics of CBCT in chapter 3 are discussed, respectively. This will serve as an introduction to explain how CBCT-guided IGRT works and to identify the challenges of using CBCT in ART.
While DL is used to enhance full dose CBCT images, generating sCT images from low dose CBCT requires additional under-sampling streaks removal. The improvements and recent studies for DL-enabled full dose CBCT-to-CT translation are discussed in chapter 4. In chapter 5, the significance of low imaging dose CBCT, and the synthesis of low imaging dose sCT images and the DL algorithms that can be used are discussed. In chapter 6, the metrics for evaluating sCT images are discussed.
To investigate the minimum CBCT imaging dose for IGRT adaptation, we conducted two studies with generative AI models using a retrospective prostate patient dataset. In chapter 7, the patient database and the contributions of the two studies are explained. In chapter 8, the published papers for each of the studies for reference are attached. Especially in the second study, it was found that 25% is the minimum CBCT imaging dose for accurate treatment dose calculation and organ contouring when using the AI methods selected in this project.
Finally, in chapter 9 Discussion, the findings and limitations in this work, the challenges that hinder the development of low imaging dose CBCT, and possible future works that can extend this study and facilitate clinical implementations of the new low imaging dose CBCT technique in the ART workflow are discussed
Dynamics of High Redshift galaxies
Get PDFThis thesis presents a study of the kinematics and chemical abundance distributions of massive star-forming galaxies (SFGs) during the 1.5 billion years after the Big Bang at redshifts 4<z<6. It utilises a powerful probe of galaxy assembly, namely their dynamics, which have been very poorly explored at a critical time in cosmic history: the period between the End of Reionisation and peak cosmic star formation.
At the core of the analysis and interpretation of data sets is kinematic modelling, which poses challenges at high redshifts due to lower signal-to-noise ratio (S/N) and resolution compared to data from local galaxies. The thesis begins with an extensive investigation of current methodologies for modelling data cubes obtained from state-of-the-art facilities, using a large sample of mock galaxies with realistic observing conditions. A comparison of different modelling tools reveals that, for typical S/N values, while existing methodologies can accurately recover rotation velocities, there is a pronounced difference in velocity dispersion, with the impact of methodology differences being most apparent. Parametric methods excel in terms of stability and better fidelity in recovering key kinematic parameters of interest.
The third chapter presents a systematic study of a sample of 32 massive SFGs at 4<z<6, providing the largest systematic, kiloparsec-scale characterisation of the kinematics of typical massive SFGs at these epochs. The results show that ~50% of the sample exhibits disk-like properties. The disks are characterised by high velocity dispersions of ~70 km s-1 in median, with low rotational support. These findings support gravitational instabilities as the primary driver of turbulence in these gas-rich systems, with their properties being in excellent agreement with predicted evolution based on Toomre theory, in which the disk's own gravity outweighs the stabilising effects of rotation and internal motions.
The distribution of metals across galaxies is closely linked to their gas motion. To investigate this, the thesis examines the gas-phase radial metallicity profiles of SFGs at 4<z<6 with JWST/NIRSpec. These galaxies show flat-to-slightly positive metallicity gradients, pointing to efficient metal mixing. Their gas richness, dispersion-dominated kinematics, and consistency with a large literature sample, where velocity-dispersion dominated systems likewise display flat or positive gradients, indicate that gravitational instabilities could drive rapid radial mixing through large-scale inflows and clump migration. There is no marked difference in metallicity gradients between the disks and non-disks, a similarity that likely reflects the vigorous cosmic accretion characteristic of this epoch.Diese Arbeit präsentiert eine Studie über die Kinematik und die chemische Häufigkeitsverteilung massereicher sternbildender Galaxien (SFGs) während der ersten 1.5 Milliarden Jahre nach dem Urknall bei Rotverschiebungen von 4<z<6. Sie nutzt eine leistungsstarke Sonde zur Untersuchung der Galaxienentstehung, nämlich deren Dynamik, die bislang in der entscheidenden Phase der kosmischen Geschichte — dem Zeitraum zwischen dem Ende der Reionisierung und dem Höhepunkt der kosmischen Sternentstehung — nur sehr unzureichend erforscht wurde.
Im Mittelpunkt der Analyse und Interpretation von Datensätzen steht die kinematische Modellierung, die bei hohen Rotverschiebungen, im Vergleich zu Daten lokaler Galaxies, aufgrund des Signal-Rausch-Verhältnisses (S/R) und der geringeren Auflösung Herausforderungen mit sich bringt. Die Arbeit beginnt mit einer umfassenden Untersuchung der aktuellen Methoden zur Modellierung von dreidimensionalen Datenätzen, die mit modernsten Instrumenten gewonnen wurden. Hierbei wird eine große Menge Modellgalaxien unter realistischen Beobachtungsbedingungen verwendet. Ein Vergleich verschiedener Modellierungscodes zeigt, dass bei typischen S/R-Werten die bestehenden Methoden zwar die Rotationsgeschwindigkeiten genau wiederherstellen können, es jedoch einen deutlichen Unterschied in der Geschwindigkeitsdispersion gibt, wobei die Auswirkungen der methodischen Unterschiede am deutlichsten zu erkennen sind. Parametrische Methoden zeichnen sich durch Stabilität und eine höhere Genauigkeit bei der Wiederherstellung wichtiger kinematischer Parameter aus.
Das dritte Kapitel präsentiert dann eine systematische Untersuchung von 32 massiven SFGs bei 4<z<6 und liefert damit die größte systematische Charakterisierung der Kinematik typischer massiver SFGs in diesen Epochen auf Kiloparsec-Skala. Die Ergebnisse zeigen, dass etwa 50% der Galaxien scheibenartige Eigenschaften aufweisen. Die Scheiben zeichnen sich durch hohe Geschwindigkeitsdispersionen von etwa 70km s-1 im Median aus, mit geringer Rotationsunterstützung. Diese Ergebnisse stützen die Annahme, dass gravitative Instabilitäten der Hauptgrund für Turbulenzen in diesen gasreichen Systemen sind, deren Eigenschaften hervorragend mit der auf der Toomre-Theorie basierenden vorhergesagten Entwicklung übereinstimmen, wonach die eigene Schwerkraft der Scheibe die stabilisierenden Effekte der Rotation und der internen Bewegungen überwiegt.
Die Verteilung von Metallen in Galaxien hängt eng mit ihrer Gasbewegung zusammen. Um dies zu untersuchen, analysiert die Arbeit die radialen Metallizitätsprofile der Gasphase von SFGs bei 4<z<6 mit JWST/NIRSpec. Diese Galaxien weisen flache bis leicht positive Metallizitätsgradienten auf, was auf eine effiziente Metallvermischung hindeutet. Ihr Gasreichtum, ihre dispersionsdominierte Kinematik und ihre Übereinstimmung mit einer großen Menge an Literaturdaten, in der geschwindigkeitsdispersionsdominierte Systeme ebenfalls flache oder positive Gradienten aufweisen, deuten darauf hin, dass gravitative Instabilitäten durch großskalige Zuflüsse und Klumpenmigration eine schnelle radiale Vermischung bewirken könnten. Es gibt keinen deutlichen Unterschied in den Metallizitätsgradienten zwischen Scheiben und Nicht-Scheiben, eine Ähnlichkeit, die wahrscheinlich die für diese Epoche charakteristische starke kosmische Akkretion widerspiegelt
Untersuchung der zelltypspezifischen Lokalisation und Funktion des P2X7-Rezeptors im enterischen Nervensystem in einem BAC transgenen P2X7R-EGFP Reportermausmodell
Get PDFDer P2X7-Rezeptor (P2X7R) ist ein durch ATP aktivierter Kationenkanal [1]. Er wird durch Zellen des angeborenen und adaptiven Immunsystems exprimiert [37, 106, 118, 257, 263] und spielt eine wichtige Rolle bei entzündlichen Prozessen [50]. Die Aktivierung des P2X7R führt u.a. zur Zusammenlagerung des NLRP3-Inflammasom, zur Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen wie IL-1ß [18, 37-41] und kann zum Zelltod durch Apoptose führen [18, 54, 57, 264].
Die Beteiligung des P2X7R an der Pathogenese von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) konnte in verschiedenen CED-Modellen gezeigt werden [105, 235, 236]. Der P2X7R Antagonist AZD9056 verbesserte in einer Phase IIa Studie mit einer kleinen Gruppe von an Morbus Crohn erkrankter Patienten die klinische Symptomatik [237]. Während die P2X7R Lokalisation und Funktion in Neuronen des ZNS umstritten ist [76], wurde die Lokalisation in Neuronen des Plexus myentericus und des Plexus submucosus mehrfach beschrieben [99, 231, 258, 259]. Diesbezüglich wird angenommen, dass der Untergang enterischer Neuronen während einer Colitis und die damit verbundenen enteralen Motilitätsstörungen durch die Aktivierung neuronaler P2X7R vermittelt wird [99, 231, 265].
Um die zelltypspezifische Lokalisation und Funktion des P2X7R im enterischen Nervensystem (ENS) näher zu untersuchen, wurden in der vorliegenden Arbeit zunächst verschiedene Colonpräparationen eines BAC-transgenen P2X7R-EGFP-Mausmodells mittels EGFP- und P2X7R-spezifischen Antikörpern sowie eines P2X7R-spezifischen Nanobodies analysiert und mit dem Wildtyp (wt) verglichen. Die Immunfluoreszenzuntersuchungen von Colonquerschnitten, LMMP (longitudinal muscle myenteric plexus)-Präparationen, Präparationen des Plexus submucosus sowie planarer Mukosapräparationen zeigten die P2X7R- und EGFP-Expression in Enterozyten, Zellen der Lamina propria und in der Muscularis externa. Mittels Durchflusszytometrie konnte die Vergleichbarkeit der P2X7R-Expression in Immunzellen von wt und transgenen Mäusen gezeigt werden.
Weiterhin wurden übereinstimmende Expressionsmuster in LMMP-Präparationen von wt und transgenen Mäusen
demonstriert und die Spezifität der Antikörper und des Nanobodies durch knockout-Kontrollen belegt.
In weiteren Untersuchungen wurden Co-Färbungen mit Antikörpern für verschiedene Markerproteine (Neuronen, ICC, Gliazellen, Mastzellen und Makrophagen) durchgeführt.
Im Gegensatz zu früheren Studien [99, 231, 258, 259] zeigten diese Untersuchungen keine P2X7R Lokalisation in Neuronen des Plexus myentericus und des Plexus submucosus, sondern eine dominante P2X7R Expression und Synthese durch S-100ß positive Gliazellen sowie durch F4/80 und CD68 positive Makrophagen. Ferner konnten hierbei zwei unterschiedliche Makrophagentypen differenziert werden, die sich hinsichtlich ihrer Lokalisation, Morphologie und der IBA-1 Expression und Synthese unterscheiden. Die Quantifizierung der F4/80 positiven Makrophagen ergab eine um 40% erhöhte Makrophagenanzahl im transgenen P2X7R-EGFP-Mausmodell im Vergleich zum wt und in diesen Zellen konnte interessanterweise auch der Proliferationsmarker Ki-67 nachgewiesen werden.
Schließlich wurde untersucht, ob eine neuronale P2X7R-Expression und Synthese unter pathophysiologischen Bedingungen induziert werden kann und ob die P2X7R-Überexpression im P2X7R-EGFP-Mausmodell mit einer höheren Suszeptibilität bei Induktion einer Colitis einhergeht.
In einem ex vivo Modell führte die Applikation des physiologischen Agonisten ATP zu keiner nachweisbaren neuronalen P2X7R Expression und Synthese des Plexus myentericus, jedoch zu einer verminderten Neuronenanzahl in Übereinstimmung mit früheren Beobachtungen [99]. Die Quantifizierung der Neuronenanzahl im ex vivo Modell nach Applikation des selektiveren P2X7R Agonisten BzATP, zeigte eine geringere Anzahl an Neuronen im P2X7R-EGFP-Mausmodell und wt im Vergleich zum P2rx7-/--Mausmodell, die jedoch nicht signifikant war.
Nach in vivo Colitis-Induktion mittels DSS sowie im T-Zell-Transfer-Colitismodell, konnte ebenfalls keine P2X7R-Hochregulation nachgewiesen werden. Die Überexpression des P2X7R im P2X7R-EGFP-Mausmodell führte im DSS-Colitismodell zudem zu keinen signifikanten Unterschieden im Vergleich zum wt.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass der P2X7R im ENS vor allem durch Makrophagen und S-100β-positiven Gliazellen exprimiert wird. Die ATP-induzierte neuronale Schädigung des ENS ist somit wahrscheinlich ein indirekter Effekt der P2X7R Aktivierung in Makrophagen und/oder Gliazellen. Dies ähnelt der Situation im ZNS, wo P2X7R in hohem Maße von Mikroglia und S-100β-positiven Astrozyten exprimiert werden. Interessanterweise ähneln Mikroglia im ZNS in vielerlei Hinsicht den Makrophagen im ENS [266].
Zusammenfassend liefern die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit eine wichtige Grundlage zum Verständnis der physiologischen und pathophysiologischen P2X7R-Funktionen und seine Validierung als Zielstruktur für die Entwicklung neuartiger Arzneistoffe zur Behandlung entzündlicher Erkrankungen
Fahrlässigkeitsstrafbarkeit im deutschen und taiwanischen Strafrecht unter besonderer Berücksichtigung des Konzepts der „Leichtfertigkeit“ und dessen gesetzgeberischer Nutzen für das taiwanische StGB
Get PDFEs besteht seit Langem die Absicht, das Merkmal „Leichtfertigkeit” ins taiwanische Strafgesetzbuch (tStGB) aufzunehmen. Der Strafrahmen zwischen vorsätzlichem Totschlag und fahrlässiger Tötung im tStGB führt zu einer unzureichenden Bestrafung schwerwiegender Fälle von Fahrlässigkeit und ruft öffentliche Kritik hervor, insbesondere nach tragischen Vorfällen wie dem Taroko-Eisenbahnunfall. Diese Arbeit zielt darauf ab, die bestehenden rechtlichen Lücken zu identifizieren und Vorschläge zur Verbesserung der gesetzlichen Regelungen zu unterbreiten. Nach einer Sichtung der deutschen Literatur zum Thema Leichtfertigkeit, um das Konzept der Leichtfertigkeit zu definieren, wird in diesem Beitrag analysiert, welche strukturellen Elemente eines Fahrlässigkeitsdelikts für die Abgrenzung der Leichtfertigkeit von einem Fahrlässigkeitsdelikt herangezogen werden können. Diese Analyse kommt zu dem Ergebnis, dass nur die Verletzung der Sorgfaltspflicht und die Vorhersehbarkeit handhabbare Kriterien sind, um die Intensität des Handlungsunwerts zwischen Fahrlässigkeit und Leichtfertigkeit zu unterscheiden. Aufbauend auf diesem Ergebnis legt die Arbeit die Gründe für die Einführung der Leichtfertigkeit ins StGB dar und weist mögliche Kritik an der Einführung dieses Merkmals zurück. Schließlich werden verschiedene Entwürfe vorgestellt, von denen einer sich mit dem Delikt „leichtfertige Tötung” auseinandersetzt.
Chih-Yu Lin verfügt über zehn Jahre Erfahrung als Staatsanwältin in Taiwan. In dieser Zeit hat sie eine Kurzzeitforschung an der LMU durchgeführt und später im taiwanischen Justizministerium gearbeitet, wo sie für die Reform des Strafrechts zuständig war. Während dieser Tätigkeit begegnete sie oft Diskussionen über Leichtfertigkeit, was ihr Interesse an einer eingehenderen Forschung in Deutschland weckte.The concept of 'recklessness' has long been under discussion for inclusion in the Taiwanese Criminal Code (tStGB). The range of penalties for intentional manslaughter and negligent homicide under the tStGB results in inadequate sentencing for serious cases of negligence, which has led to public criticism, particularly following tragic incidents such as the Taroko train accident. This work aims to identify existing legal gaps and suggest improvements to the legal regulations.
After reviewing German literature on recklessness to define the concept, this study analyses which structural elements of a negligence offence can distinguish recklessness from negligence. The analysis concludes that the violation of the duty of care and foreseeability are the only manageable criteria for distinguishing the intensity of culpability between negligence and recklessness. Based on this finding, the paper sets out the reasons for introducing recklessness into the Criminal Code and counters possible objections to this. Finally, various drafts are presented, one of which deals with the offence of 'reckless homicide'.
Chih-Yu Lin has over ten years' experience working as a public prosecutor in Taiwan. During this time, she undertook short-term research at the University of Munich, after which she worked at the Taiwanese Ministry of Justice, where she was responsible for criminal law reform. It was during this time that she encountered frequent discussions about recklessness, which sparked her interest in conducting more in-depth research in Germany
Klinischer und radiologischer Vergleich der arthroskopischen isolierten coracoclaviculären und der kombinierten acromioclaviculären AC-Gelenkstabilisierung mittels Tight-Rope Verfahren
Get PDFBackground and objective: Despite advancements in surgical techniques, there remains a high rate of recurrent instability following arthroscopic stabilization surgery for acute AC joint dislocations. In par-ticular, horizontal instability with residual posterior translation of the clavicle is an inadequately ad-dressed and therefore persistent issue. The aim of this investigation is to compare the technical advance-ment of arthroscopic surgical techniques for the treatment of acromioclavicular joint dislocations through additional horizontal stabilization (CC-AC) with a control cohort that only received isolated coracocla-vicular stabilization (CC).
Methodology: This study is a retrospective analysis of prospectively collected data from 40 patients with acute high-grade ACJ dislocations (Rockwood type IV-V), evaluating and comparing mid-term clinical and radiological postoperative outcomes using various scores (ACJI, Taft, SSV, CS). Both groups (CC-AC and CC) were matched for age, gender, and injury severity. Statistical analyses were performed using Wilcoxon and Mann-Whitney U-tests.
Results: Clinical outcomes showed no significant differences between the groups in terms of the Subjec-tive Shoulder Value (SSV) and Constant Scores (CS) (p>0,202). Postoperative strength development and clinical subscores for strength development in the ACJI score also showed no significant differences (p>0,107). However, the ACJI score (86,1 vs. 77,1 points, p=0,018) and the Taft score (11,0 vs. 10,1 points, p=0,049) were significantly higher for the CC-AC group. Radiological assessments indicated a tendency for better horizontal stability and lower rates of implant migration in the CC-AC group (p<0,026).
Conclusion: Additional horizontal stabilization in the surgical treatment of acromioclavicular joint dislo-cations leads to improved radiological outcomes, particularly concerning horizontal stability. Clinical outcomes such as strength, pain, and function, however, show no significant differences between the analyzed groups. Despite better radiological results, clinical results show no relevant difference and a high rate of vertical and horizontal recurrent instability persists.Hintergrund und Ziel der Studie: Trotz Weiterentwicklung der chirurgischen Techniken verbleibt eine hohe Rate an Rezidivinstabilitäten nach arthroskopischer Stabilisierungsoperation von akuten AC-Gelenkluxationen. Insbesondere die horizontale Instabilität mit residualer posteriorer Translation der Cla-vicula ist eine bisher inadäquat adressierte und persistierende Problematik. Ziel ist der Vergleich der tech-nischen Weiterentwicklung der arthroskopischen Operationstechnik zur Behandlung von acromioclaviculä-ren Gelenkluxationen durch zusätzliche horizontale Stabilisierung (CC-AC) mit einer Vergleichskohorte, die nur eine isolierte coracoclaviculäre Stabilisierung (CC) erhalten hatte.
Methodik: Es handelt sich um eine retrospektive Analyse von prospektiv erhobenen Datensätzen von 40 Patienten mit akuten ACG-Luxationen (Typ Rockwood IV-V), wobei die mittelfristigen klinischen und radiologischen postoperativen Ergebnisse mittels verschiedener Scores (ACJI, Taft, SSV, CS) evaluiert und verglichen wurden. Beide Gruppen (CC-AC und CC) wurden hinsichtlich Alter, Geschlecht und Schweregrad der Verletzung gepaart. Statistische Auswertungen erfolgten mittels Wilcoxon- und Mann-Whitney-U-Tests.
Ergebnisse: Die klinischen Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen hinsichtlich des Subjective Shoulder Value (SSV) und des Constant Scores (CS) (p>0,202). Die postope-rative Kraftentwicklung und die klinischen Subscores zur Kraftentwicklung im ACJI Score zeigten eben-falls keine signifikanten Unterschiede (p>0,107). Jedoch ergaben der ACJI Score (86,1 vs. 77,1 Punkte, p=0,018) und der Taft Score signifikant höhere Werte für die CC-AC Gruppe (11,0 vs. 10,1 Punkte, p=0,049). Radiologische Auswertungen zeigten eine tendenziell bessere horizontale Stabilität und gerin-gere Raten von Implantatmigration in der CC-AC Gruppe (p<0,026).
Zusammenfassung: Die zusätzliche horizontale Stabilisierung bei der operativen Behandlung von höher-gradigen acromioclaviculären Gelenkluxationen führt zu verbesserten radiologischen Ergebnissen, insbe-sondere hinsichtlich der horizontalen Stabilität. Klinische Ergebnisse wie Kraft, Schmerz und Funktion zeigen jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den untersuchten Gruppen. Trotz optimierter radiologischer Ergebnisse zeigen sich gleichwertig gute klinische Ergebnisse bei einer verbliebenen hohen Rate an vertikalen und horizontalen Rezidivinstabilitäten
