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Generation and characterization of genetically modified donor pigs for islet xenotransplantation
Get PDFThe intricate interplay between protoplanetary disc winds, giant planets, and discs
Get PDFProtoplanetary discs, as the birthplaces and nurseries of planets, are crucial to understanding planet formation. Disc winds and planet-disc interactions are fundamental mechanisms shaping the structure and evolution of protoplanetary discs and the planets within them. Massive planets can influence their discs by creating substructures such as gaps and spiral density waves, significantly impacting the dynamics of gas and dust within the disc. Winds can strip material from the disc, eventually dispersing it and setting an upper limit on both its lifetime and the timeframe available for planet formation. Despite their importance, the detailed mechanisms driving these winds – particularly the roles of thermal and magnetic processes at various locations and evolutionary stages – remain poorly constrained. This thesis investigates the intricate interplay between a thermal disc wind launched by X-ray photoevaporation and the substructures produced by giant planets. While previous detailed studies examined these processes separately, this work integrates them into one comprehensive model to investigate their interactions. Additional focus is put on producing synthetic observations of atomic forbidden emission lines in several disc wind models that can be compared to observational data and help constrain the launching conditions of disc winds.
This work quantifies the impact of planets on the wind and vice versa by conducting 3D hydrodynamic simulations of X-ray-irradiated protoplanetary discs hosting giant planets. The models show that a gap carved by a massive planet significantly alters the structure of a photoevaporative wind. Winds cannot be launched within or above the gap; Instead, the wind launched nearby is directed towards the gap, transporting substantial mass into it. This process creates a feedback mechanism with notable implications for the planet and disc, including partial refilling of the gap, increased mass accretion onto the planet, and reduced torque on the planet, which impacts its migration behaviour. Due to a partial recycling of the inner wind and an increased mass transport across the gap, inner disc lifetimes are prolonged. Considering these findings in synthetic disc population models could significantly alter their outcome.
The predicted spectral profiles of wind-tracing emission lines suggest that variable line profiles with periodically redshifted peaks could indicate the presence of embedded planets. The X-ray photoevaporation model aligns well with spatially and spectrally observed [OI] 6300 Å emission in TW Hya, supporting the idea of a predominantly X-ray photoevaporative wind in this system. The luminosities and spectral profiles of the [OI] 6300 Å and [NeII] 12.81 μm lines predicted by X-ray irradiated magnetothermal wind models are consistent with observations when the magnetic wind component is weak. However, stronger magnetic wind components sometimes produce higher blueshifts in the [NeII] 12.81 μm lines than observed. On the other hand, they can reproduce [OI] 6300 Å profiles with high blueshifts that the other models do not reproduce.Protoplanetare Scheiben sind entscheidend für das Verständnis der Planetenentstehung. Die Struktur und Entwicklung von Scheiben ist insbesondere geprägt durch die Wechselwirkungen mit ihren Planeten, aber auch durch Scheibenwinde. Riesenplaneten prägen ihre Scheibe durch die Bildung von Substrukturen wie Lücken und Spiralarmen, was weitreichende Auswirkungen auf die Dynamik des Gases und des Staubs innerhalb der Scheibe hat. Scheibenwinde tragen Material ab und begrenzen so die Lebensdauer der Scheiben sowie die verfügbare Zeit für die Planetenentstehung. Ihre genauen Antriebsmechanismen, vor allem die Rolle thermischer und magnetischer Prozesse, sind jedoch weitgehend ungeklärt. Diese Dissertation untersucht das Zusammenspiel zwischen einem durch Röntgen-Photoevaporation angetriebenen Scheibenwind mit den von einem Gasriesen erzeugten Substrukturen. Dabei werden beide Prozesse in einem umfassenden Modell kombiniert, um ihre Wechselwirkung im Detail zu untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Simulation von Beobachtungen verschiedener Modelle von Scheibenwinden. Diese können mit echten Beobachtungen verglichen werden, um mehr über die realen Bedingungen zu erfahren, unter denen Scheibenwinde angetrieben werden.
Durch 3D-hydrodynamische Simulationen von Röntgen-bestrahlten protoplanetaren Scheiben, die einen Gasriesen beherbergen, quantifiziert diese Arbeit die Auswirkungen des Planeten auf den Wind und umgekehrt. Die Simulationen zeigen, dass eine von einem Riesenplaneten geformte Lücke die Struktur des Windes erheblich verändert. Innerhalb der Lücke kann kein Wind angetrieben werden. Stattdessen wird der Wind aus der Umgebung in die Lücke gelenkt und transportiert so eine große Menge Gas hinein, was erhebliche Auswirkungen sowohl auf den Planeten als auch auf die Scheibe hat: Die Lücke wird teilweise wieder aufgefüllt, der Planet kann dadurch deutlich mehr Masse aufnehmen und auch die Kräfte, die die Migration des Planeten vorantreiben, werden reduziert. Der verringerte Massenverlust durch den Wind und ein erhöhter Massentransport über die Lücke führt zu einer längeren Lebensdauer der inneren Scheibe. Die Berücksichtigung dieser Ergebnisse in Simulationen von Scheibenpopulation könnte deren Ausgang grundlegend verändern.
Die simulierten Beobachtungen zeigen, dass eine periodische Variabilität von Spektrallinienprofilen ein Hinweis auf in der Scheibe eingebettete Riesenplaneten sein kann. Die Beobachtungen des Röntgen-Photoevaporationsmodells stimmen gut mit räumlich und spektral aufgelösten Beobachtungen der [OI] 6300 Å Emissionslinie in TW Hya überein. Vorhersagen der Helligkeiten und Linienprofile von [OI] 6300 Å und [NeII] 12.81 μm aus magnetisch-thermisch angetriebenen Windmodellen sind mit den Beobachtungen vereinbar, wenn der magnetische Anteil des Winds schwach ist. Wenn der magnetische Anteil hingegen stark ist, sind manche [NeII] 12.81 μm Linienprofile nicht mehr mit den Beobachtungen kompatibel, allerdings können dann bestimmte [OI] 6300 Å- Beobachtungen reproduziert werden, die mit den anderen Modellen nicht reproduzierbar sind
Task scheduling on FPGA-based accelerators with limited partial reconfiguration
Get PDFField Programmable Gate Arrays (FPGAs) are integrated circuits that can be reconfigured dynamically. Accelerators for offloading computation based on FPGAs demonstrate potential as energy-efficient and flexible alternatives to conventional accelerators in High-Performance and Cloud Computing. Scheduling tasks on FPGAs is comparable to the allocation of resources on a chip: each offloaded task occupies an area of the chip during its execution. Task scheduling on FPGAs is typically done using Partial Reconfiguration (PR), where a subset of the FPGA is configured to execute a task while the remaining circuits remain unchanged, inspired years of research for scheduling strategies based on PR. However, PR's reliance on low-level features limits its portability and necessitates expert knowledge, hindering the application of existing research for task scheduling and the overall adoption of FPGA-based accelerators. In this work, we aim to support software developers in integrating accelerators based on FPGAs by asking how to optimize task scheduling on FPGA-based accelerators without relying on PR?
To address our research question, we present three key contributions: first, we introduce an abstraction-agnostic methodology for describing FPGAs and scheduling strategies, centered around deducing scheduling constraints from a machine model representing a target FPGA. Given a task graph, optimal schedules can be generated with constraint programming and analyzed systematically afterwards. We apply our methodology exemplarily in a case study for two machine models -- one supporting PR and one without PR -- and compare the resulting schedules generated for task graphs of existing applications, demonstrating that avoiding PR is feasible. Second, we introduce an algorithm that uses heuristics to find schedules in polynomial time, since optimal scheduling is an NP-complete problem. The algorithm supports the scheduling of tasks on FPGAs without a dependency on PR. It is evaluated and the derived schedules are compared against optimal schedules. Third, we apply a genetic algorithm to perform Design Space Exploration (DSE) for the machine model. Its goal is to recommend minimal or automated changes to the input program, which in turn affect the quality of possible schedules. We show that effective recommendations can be generated.
Our results can help vendors provide significantly more streamlined workflows for programming FPGAs and thus make the platform more appealing for users. The insights can also be used to extend established programming models, such as OpenCL, to accommodate the unique characteristics of FPGAs. Based on our research, architectural optimizations for an approach with a vastly simplified PR implementation both in hardware and software can be considered. Lastly, automating the generation of constraints for an accelerator would support the selection of the most suitable scheduling strategy without human interaction
Der Zusammenhang zwischen Halsumfang und Blutungen nach Schilddrüsenoperationen
Get PDFEinleitung
Eine postoperative zervikale Blutung ist eine seltene, aber lebensbedrohliche Komplikation, die mit einer hohen Morbidität einhergeht. Die Messung des Halsumfangs zur Erkennung einer Nachblutung ist nichtinvasiv, überall verfügbar und kostengünstig. Bislang gibt es keinen evidenzbasierten Schwellenwert, der eine Revisionsoperation begründen würde.
Methoden
Zwischen November 2015 und Mai 2017 wurden sowohl der Halsumfang als auch klinische Zeichen des zervikalen Kompartiments als Instrument des Qualitätsmanagements bei Patienten mit Risikofaktoren für Blutungen nach Schilddrüsenoperationen erfasst. Bei klinischen Anzeichen für eine Nachblutung mit einer Zunahme des Halsumfangs wurde die klinische Entscheidung zur Entlastung und zur operativen Blutstillung gefällt. Wir haben unsere Daten innerhalb dieser 18 Monate retrospektiv ausgewertet, um eine nichtinvasive Methode als Schwellenwert für die Durchführung einer Revisionsoperation zu finden.
Ergebnisse
Von den 349 Patienten, die sich in unserer Abteilung einer Schilddrüsenoperation unterzogen, wurden 75 Patienten mit Risikofaktoren (RF-Gruppe) für eine Nachblutung identifiziert und der Halsumfang gemessen. In der RF-Gruppe entwickelten 4 Patienten (5,3 %) eine Nachblutung und erforderten infolgedessen eine Revisionsoperation. Alle chirurgisch revidierten Patienten in der RF-Gruppe wiesen eine Zunahme des Halsumfangs von mindestens 10 % vor der erneuten chirurgischen Intervention auf. Kein Patient verstarb an einer Nachblutung.
Schlussfolgerung
Unsere Daten zeigen, dass eine Zunahme des Halsumfangs um mindestens 10 % eine wirksame Schwelle für die Durchführung einer chirurgischen Intervention darstellt.Background
Postoperative cervical hemorrhage is a rare but life-threatening complication that carries a high morbidity. Measuring neck circumference to detect a post-thyroidectomy hemorrhage is non-invasive, widely available and inexpensive. Previously, there is no evidence-based threshold level to trigger revision surgery.
Methods
Between November 2015 and May 2017, both neck circumference and clinical signs of cervical compartment syndrome were recorded as a quality management tool in patients with risk factors for bleeding following thyroid surgery. Upon the appearance of clinical signs of rebleeding, accompanied by an increase in neck circumference, the wound was opened at the bedside to promptly release compartment pressure. Patients were then transported to the operating room for revision surgery. We retrospectively evaluated our data within this 18-month period to identify a non-invasive method for determining the threshold level that triggers revision surgery.
Results
Of 349 patients who underwent thyroid surgery in our department, 75 patients (RF-group) with risk factors for postoperative hemorrhage were identified and neck circumference was measured. In RF-group 4 patients (5.3 %) developed cervical hematoma and required revision surgery consequently. All surgically revised patients in an RF-group showed a minimum of 10 % increase in neck circumference before surgical reintervention.
Conclusion
Our data showed a minimum of a 10 % increase in neck circumference as an effective threshold to trigger surgical reintervention
