OPEN FAU Online-Publikationssystem der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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Influence of Messa di Voce speed on vocal stability of untrained, healthy subjects
No full textIntroduction
Despite its importance in voice training, comprehensive research into sustained vowel phonation with constant pitch and increasing and decreasing loudness, the so-called Messa di Voce, is lacking. The study examines the laryngeal behavior during Messa di Voce, regarding the impact of the speed of execution on voice stability parameters.
Materials and methods
Nine untrained, healthy subjects (5 female, 4 male) were asked to perform Messa di Voce exercises on the vowel [i:], involving a gradual increase and decrease of volume. During the first task, each phase should take 3 s, whereas in the second task, each phase should take 1 s. Female subjects sang pitch B3 (fundamental frequency fo ≈ 247 Hz), and male subjects pitch B2 (fo ≈ 124 Hz). Throughout phonation, synchronous recordings were captured through high-speed videolaryngoscopy (HSV), electroglottography, and audio signals. Subsequently, the Glottal Area Waveform was extracted from the HSV data. The tasks’ duration and calculated parameters (including, e.g., Open Quotient (OQ), Closing Quotient (ClQ), Relative Average Perturbation (RAP)), excluding parts of the signal with stationary sound pressure level (SPL), were analyzed with correlation analysis and statistical analysis (Analysis of Variance and subsequent multiple comparisons).
Results
Subjects shortened the requested task length by factor ≈ 0.5. The fo remained almost stable for most subjects and tasks. There were strong negative correlations between SPL and both OQ and ClQ. The median RAP appears to decrease towards the SPL apex and then increase again. Statistical effects were shown especially for females during the fast task, which may be due to raised SPL.
Conclusion
There was no specific effect on stability found corresponding to the task’s speed. Also, no major vocal instabilities at a specific sound pressure level were apparent, indicating no transitions as they exist for fo regions with registration events
Large scale and regional demographic responses to climatic changes in Europe during the Final Palaeolithic
No full textThe European Final Palaeolithic witnessed marked changes in almost all societal domains. Despite a rich body of evidence, our knowledge of human palaeodemographic processes and regional population dynamics still needs to be improved. In this study, we present regionally differentiated population estimates for the Greenland Interstadial 1d-a (GI-1d-a; 14-12.7 ka cal BP) and the Greenland Stadial 1 (GS-1; 12.7-11.6 ka cal BP) for Southern, Western, Northern and Central Europe. The data were obtained by applying the Cologne Protocol, a geostatistical approach for estimating prehistoric population size and density, to a newly compiled dataset of Final Palaeolithic sites. On a large spatio-temporal scale and compared to preceding Upper Palaeolithic phases, areas north of the Alps become the dominant demographic growth area for the first time since the dispersal of anatomically modern humans into Europe. At smaller scales, we observe divergent regional trends, with a conspicuous lack of archaeological evidence appearing in previously occupied areas of central France and Germany. Our study also shows that during the Final Palaeolithic, the climatic cooling of GS-1 coincides with a pronounced population decline in most parts of the study area. An apparent increase in population density occurs only in north-eastern Central Europe and north-eastern Italy. Our estimates suggest that the total population was reduced by half. Similar results, with a relationship between decreasing temperatures and decreasing populations, have already been observed for the late phase of the Gravettian, when populations were reduced to only one third of those estimated for the early phase. Yet, in contrast to the collapse of local populations during the late Gravettian, the increase in population densities in Central Europe during GS-1 indicates population movements eastwards, possibly in response to deteriorating climatic conditions, particularly in western regions during the Younger Dryas
Veränderung der Lebensqualität bei Patienten mit fortgeschrittenem Rektumkarzinom von 2010 bis 2022
No full textHintergründe und Ziele
Das Rektumkarzinom ist eine der häufigsten Krebsarten weltweit und hat einen erheblichen Einfluss auf die öffentliche Gesundheit. Durch multimodale Behandlungskonzepte in der Therapie des Rektumkarzinoms konnte bereits ein gutes und langfristiges Überleben erreicht werden. Ein weiteres wichtiges Therapieziel stellt die Lebensqualität dar. Ziel der Studie war es, die Lebensqualität der Patienten zwischen 2010 und 2022 anhand verschiedener Funktions- und Symptom-Scores zu bewerten, sowie Veränderungen im Zeitverlauf zu untersuchen.
Methoden
Am Universitätsklinikum Erlangen in Deutschland wurden über einen Zeitraum von 13 Jahren Daten zur gesundheitsbezogenen Lebensqualität von Patienten mit Rektumkarzinom erhoben. Die Beantwortung des QLQ-C30-Fragebogens sowie des Moduls spezifisch für das Rektumkarzinom – QLQ-CR38 der European Organization for Research and Treatment of Cancer (EORTC) – erfolgte in der Studie durch insgesamt 516 Patienten vor, während und bei jährlichen Nachuntersuchungen der Behandlung. Als statistisch signifikant definiert wurden p-Werte < 0.05 und Differenzen von 10 oder mehr Prozentpunkten (pp).
Ergebnisse und Beobachtungen
Unmittelbar nach der Radiochemotherapie zeigte sich die ausgeprägteste Verschlechterung der Scores, insbesondere bei den Symptomen Schmerz (+19,8 pp), Müdigkeit (+16,1 pp) und Durchfall (+24,8 pp). Ein Jahr nach Beendigung der Therapie hatten sich die meisten Werte wieder verbessert oder waren vergleichbar mit denen der deutschen Allgemeinbevölkerung. Nur die Rollenfunktion (-19,8 pp), das soziale Funktionieren (-24,6 pp), Durchfall (-21,6 pp) und finanzielle Schwierigkeiten (-16,3 pp) blieben im Vergleich deutlich verschlechtert. Einige prätherapeutische Ausgangswerte verschlechterten sich über die Jahre von 2010 bis 2022, dazu gehörten die Rollenfunktion (-23,9 pp), das soziale Funktionieren (-17,3 pp), das Körperbild (-15,2 pp), sowie die Symptome Müdigkeit (+13,8 pp) und Übelkeit/Erbrechen (+10,5 pp).
Schlussfolgerungen und Diskussion
Erfolge in der Therapie des fortgeschrittenen Rektumkarzinoms in Bezug auf eine Verringerung der Nebenwirkungen und damit Verbesserung der Lebensqualität in den Jahren 2010 bis 2022 konnten nicht nachgewiesen werden. Die beobachtete Verschlechterung der individuellen Werte im Zeitverlauf scheint jedoch kein spezifisches Problem der Patienten mit Rektumkarzinom zu sein, sondern vielmehr mit gesellschaftlichen Entwicklungen oder systemischen Gesundheitsfaktoren der deutschen Gesellschaft zusammenzuhängen, die nicht direkt mit onkologischen Erkrankungen korrelieren
Dose threshold values for endovascular photodynamic therapy (PDT) in normal pig pancreas and human pancreatic cancer
No full textBackground Pancreatic cancers often involve major blood vessels, making complete surgical removal difficult or impossible. We are developing endovascular photodynamic therapy (PDT) as a novel minimally invasive ablation method to clear tumours from these vessels, to enable potentially curative surgery. The goal is to determine the required endovascular irradiation times for effective treatment. Methods Threshold doses for PDT were estimated using Monte Carlo simulations, based on clinical data from previous Phase I/II studies involving Photodynamic Therapy of pancreatic cancer using interstitial needle-based irradiation. These thresholds were then compared to our recent in vivo study, which used endovascular catheter-based irradiation in a normal pig pancreas. Using these dose thresholds, we estimated the PDT irradiation times needed to achieve necrotic tissue margins of 4–12 mm around blood vessels in pancreatic cancer patients, based on a fixed energy range and increasing doses of photosensitiser. Results The threshold dose for Verteporfin-mediated PDT was determined to be 1.43–2.37 × 10 17 hv cm⁻ 3 for human pancreatic cancer and 1.27 × 10 18 hv cm⁻ 3 for normal pig pancreas. Based on these values, and assuming homogeneous tissue optical properties and a Verteporfin dose of 0.4 mg kg⁻ 1 , and an optical power of 300 mW cm −2 @ 690 nm, necrotic margins of circa 8 mm beyond the vessel adventitia can be anticipated in pancreatic cancer patients. The required irradiation times range from 337 to 636 s, inversely related to vessel diameters of 10 mm and 3 mm, respectively. Conclusions These findings suggest that PDT can potentially create a margin around major pancreatic blood vessels free of viable tumour tissue. The calculated dosimetry supports the feasibility of clinical application using the proposed Verteporfin dose and light delivery parameters, warranting further investigation in Clinical trials.Ontario Ministry of Economic Development, Job Creation and Tradehttps://doi.org/10.13039/501100013569Agence Nationale de la Recherchehttps://doi.org/10.13039/50110000166
Treatment differences in IDH–wildtype glioma – the impact of surgery and adjuvant therapy
No full textBackground and objectives Isocitrate dehydrogenase (IDH) wildtype (wt) astrocytomas without the microscopic features of glioblastoma have high recurrence rates and were re-classified in the presence of certain molecular features as CNS WHO grade 4 tumors in the latest WHO classification of 2021. This study examines the clinical heterogeneity within this histologically defined group and explores implications for treatment decisions, with particular focus on the role of surgical resection. Methods Data acquisition was conducted as a multi-center retrospective analysis at 6 University Hospitals (2016-2019). Patients with IDH-wt diffuse astrocytoma without histological features of glioblastoma were enrolled. Patients presenting with IDH-wt classical glioblastoma from one institution served as controls. Primary outcome parameters were extent of resection (EOR) according to RANO 2.0 criteria, progression-free survival (PFS), and overall survival (OS). Results 160 patients with IDH-wt astrocytoma (37.5 % females) and 203 patients with IDH-wt glioblastoma (43.8 % females), were enrolled. The median age in patients with astrocytoma was younger (58.1 vs. 67.6 years; p98% is achieved. In IDH-wt glioblastoma, resection of more than 80% of the tumor volume is needed to achieve tripled OS. MGMT methylation was not associated with longer survival in IDH-wt astrocytoma (p=.2124). While concomitant radiochemotherapy (Stupp/CeTeG) was superior to monotherapy in IDH-wt glioblastoma (p=.0094) it is non-superior to sequential therapy (radiotherapy followed by chemotherapy) in IDH-wt astrocytoma (p=.1134). Conclusion The presented data suggests that the clinical course of IDH-wt astrocytoma, is different from IDH-wt glioblastoma with an early onset and longer survival. As concomitant radiochemotherapy is non-superior in IDH-wt astrocytoma, maximum safe resection is even more important than in classical IDH-wt glioblastoma.Open Access funding enabled and organized by Projekt DEAL.Universität zu Lübeck (3165
Chronic kidney disease and incident cancer risk: an individual participant data meta-analysis
No full textBackground Studies examining the association of chronic kidney disease (CKD) with cancer risk have demonstrated conflicting results. Methods This was an individual participant data meta-analysis including 54 international cohorts contributing to the CKD Prognosis Consortium. Included cohorts had data on albuminuria [urine albumin-to-creatinine ratio (ACR)], estimated glomerular filtration rate (eGFR), overall and site-specific cancer incidence, and established risk factors for cancer. Included participants were aged 18 years or older, without previous cancer or kidney failure. Results Among 1,319,308 individuals, the incidence rate of overall cancer was 17.3 per 1000 person-years. Higher ACR was positively associated with cancer risk [adjusted hazard ratio 1.08 (95% CI 1.06–1.10) per 8-fold increase in ACR]. No association of eGFR with overall cancer risk was seen. For site-specific cancers, lower eGFR was associated with urological cancer and multiple myeloma, whereas higher ACR was associated with many cancer types (kidney, head/neck, colorectal, liver, pancreas, bile duct, stomach, larynx, lung, hemolymphatic, leukaemia, and multiple myeloma). Results were similar in a 1-year landmark analysis. Discussion Albuminuria, but not necessarily eGFR, was independently associated with the subsequent risk of cancer. Our results warrant an investigation into mechanisms that explain the link between albuminuria and cancer.U.S. Department of Health & Human Services | NIH | National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (National Institute of Diabetes & Digestive & Kidney Diseases)https://doi.org/10.13039/100000062Wellcome Trust (Wellcome)https://doi.org/10.13039/10000444
Entwicklung von Reaktivierungsstrategien für nukleationsinhibierte Katalysatorbetten am Beispiel der Wasserstofffreisetzung aus flüssigen organischen Wasserstoffträgern
No full textDas Auftreten von Blasennukleation kann technische Prozesse beeinflussen. Bisher am besten verstanden ist die Steigerung des Wärmeübertragungskoeffizienten in Wärmeübertragern. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Blasennukleation auf den Stofftransport eines Katalysators untersucht. Die Dehydrierung von H12-BT und H18-DBT sind gasbildende Reaktion aus einer Flüssigkeit an einem heterogenen Katalysator. Bei der Reaktion kann der poröse Katalysator in zwei verschiedenen Zuständen vorliegen. Im aktivierten Zustand findet ein oszillierender Stofftransport statt, der durch eine hohe Aktivität gekennzeichnet ist. Im inhibierten Zustand wird der Wasserstoff diffusiv abtransportiert, es bilden sich keine Gasblasen und die Aktivität ist gehemmt.
Ziel dieser Arbeit war es, die Nukleationsinhibierung von Katalysatorbetten bei der Dehydrierung von flüssigen LOHC-Systemen und den Einfluss der Reaktionsbedingungen auf diese zu untersuchen. Es wurden Maßnahmen zur Reaktivierung inhibierter Katalysatorbetten entwickelt und ein Reaktorkonzept zur mechanischen Reaktivierung entworfen.
Charakterisierung der verwendeten Reaktoren
Es wurde festgestellt, dass in den Reaktoren, in denen die heiße Oberfläche quer angeströmt wird, eine homogenere Temperaturverteilung vorliegt, im Vergleich zu den Reaktoren, in denen die heiße Oberfläche längs angeströmt wird. In zweiteren bildet sich ein radiales Temperaturprofil aus, welches zu Temperaturdifferenzen innerhalb der Schüttung führt. Die Verweilzeit in den Reaktoren ist von den Reaktionsbedingungen sowie der Art und Weise der Einbringung des Katalysators in den Reaktor abhängig. Bei der Verwendung eines Katalysatorkorbs kann ein Anstieg der Rückvermischung sowie ein Anstieg der Verweilzeit beobachtet werden. Die Folge ist eine reduzierte Produktivität und Leistungsdichte, was den Betrieb technischer Reaktoren negativ beeinflusst. Mit steigenden Reaktionstemperaturen und einem erhöhten Volumenstrom an Edukt verkürzt sich bei konstantem Druck die Verweilzeit der LOHC-Spezies am Katalysatorbett. Für die Ermittlung des DoDs in einem stationären Betriebspunkt genügt es diesen über eine Bilanzierung der Stoffströme zu bestimmen, da die analytisch bestimmten Werte weniger als 1,2 % von diesen abweichen.
Nukleationsinhibierung
Unter Reaktionsbedingungen, welche eine Dehydrierung bedingen, bilden sich an der Oberfläche sowie an den Porenmündern von Katalysatorpellets, die initial mit Gas gefüllt sind, Wasserstoffblasen. Kühlt man den Reaktor für 20 Minuten auf ≤ 180 °C in der Flüssigkeit ab und erhitzt das System auf die vorherigen Reaktionsbedingungen, wird ein Aktivitätsverlust in Form einer geminderten Freisetzungsleistung festgestellt. An der Oberfläche inhibierter Katalysatorpellets kann keine Blasenbildung beobachtet werden. Der Effekt der Nukleationsinhibierung ist reproduzierbar. Der Aktivitätsverlust steigt nicht durch mehrmaliges Abkühlen. Unabhängig davon wie oft das Festbett abgekühlt wird, kann die ursprüngliche Aktivität zu 100 % mit geeigneten Mechanismen wiederhergestellt werden.
Die Untersuchung der Temperatur zum Eintritt der Nukleationsinhibierung hat ergeben, dass der Eintritt der Inhibierung vom chemischen Gleichgewicht der Reaktion abhängt. Bei sinkenden Temperaturen verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht von der Dehydrierung zur Hydrierung. Dieser Übergang führt zum Verbrauch des restlichen gasförmigen Wasserstoffs in den Poren während des Abkühlens, wodurch die Katalysatorpellets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt werden. Folglich geht das Katalysatorbett in einen inhibierten Zustand über. Dies impliziert, dass das im Porennetzwerk verbleibende Gas durch die Hydrierung chemisch gebunden wird.
Wirkung der Nukleationsinhibierung
Die Erhöhung der Reaktionstemperatur führt zu einer exponentiellen Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit, wodurch die Übersättigung der Flüssigkeit mit gelöstem Wasserstoff zunimmt. Eine steigende Übersättigung in einem flüssigkeitsgefüllten Pellet begünstigt die Nukleation von Wasserstoffblasen. Bildet sich eine Blase in einem Katalysatorpellet, reaktiviert dieses vollständig und liegt anschließend im aktivierten Zustand vor. Beim H0-/H18-DBT-System sinkt der Aktivitätsverlust mit steigender Temperatur, während beim H0-/H12-BT-System der Aktivitätsverlust bei ausreichend hoher Temperatur auf null sinkt. Dies liegt am deutlich höheren Dampfdruck des H0-/H12-BT-Systems. Die Hx-BT-Verbindungen verdampfen bereits vor dem Erreichen des Siedepunkts. Diese Dampfblasen dienen als Nukleationskeim für Wasserstoffblasen, wodurch das Katalysatorbett reaktiviert wird.
Der Reaktionsdruck hat einen Einfluss auf die Gleichgewichtslage der Reaktion und somit auf die Nukleationsinhibierung. Ein Anstieg des Drucks führt zu einer Verringerung des DoDGGW. Infolgedessen sinkt die Wasserstofffreisetzung und somit die Übersättigung mit gelöstem Wasserstoff und eine Reaktivierung wird unwahrscheinlicher.
Neben Druck und Temperatur hat der DoD Einfluss auf die Reaktionskinetik. Eine langsame Reaktionskinetik bedingt eine niedrigere Übersättigung der Flüssigphase mit gelöstem Wasserstoff, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer spontanen Reaktivierung von Katalysatorpellets sinkt. Ein niedriger DoD-Wert resultiert in einem reduzierten Wasserstoffverbrauch während des Abkühlens, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Gas in den Poren verbleibt und die Nukleationsinhibierung ausbleibt. Folglich ist ein niedrigerer Aktivitätsverlust zu verzeichnen, wenn der DoD im Katalysatorbett vor dem Abkühlen gering ist. In der Dehydrierung von H12-BT ist ein sinkender Aktivitätsverlust mit steigenden Umsätzen zu verzeichnen, denn mit steigenden Umsätzen nimmt der Grad der Hx-BT Verdampfung zu. Daher nimmt der Anteil der Dampfphase zu, was nach dem Kondensieren zu einem geringeren Flüssigkeitsfüllstand führt. In der Folge sind weniger Katalysatorpellets beim Abkühlen von Flüssigkeit bedeckt, wodurch weniger Pellets inhibieren.
Reaktivierung inhibierter Katalysatorbetten
Die Wahrscheinlichkeit der Reaktivierung inhibierter Katalysatorpellets, d. h. die Nukleation einer Blase in einem mit Flüssigkeit gefüllten Katalysatorpellet, korreliert mit der Übersättigung an gelöstem Wasserstoff und somit mit der Reaktionsgeschwindigkeit der Dehydrierung. Es wurde gezeigt, dass ein inhibiertes Katalysatorbett in der Dehydrierung von H12-BT sowohl durch erhöhte Reaktionstemperaturen von über 295 °C als auch durch Drücke unterhalb des Dampfdrucks vollständig reaktiviert werden kann. In der Dehydrierung von H18-DBT erreichen diese Maßnahmen keine vollständige Reaktivierung. Daher wird eine Absenkung des DoD im Katalysatorbett und eine anschließende Temperaturerhöhung zur Reaktivierung empfohlen, wobei dennoch ein gewisser Aktivitätsverlust verbleibt.
Ist der Impuls einer mechanischen Reaktivierung ausreichend hoch, kann das komplette Katalysatorbett reaktiviert werden, unabhängig vom verwendeten LOHC-System. Durch die Erschütterung der Pellets kommt es zur Kavitation in den Poren, wodurch Nukleationskeime für Wasserstoffblasen entstehen und die Pellets vollständig reaktivieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Reaktorsysteme entwickelt, die eine mechanische Reaktivierung ermöglichen. Dafür wurde das Katalysatorbett mechanisch von der Reaktorwand durch einen Korb entkoppelt, wodurch die Rückvermischung im System zunimmt und die maximal einzubringende Menge an Katalysator sinkt.
Vermeidung der Nukleationsinhibierung
Zur Vermeidung der Nukleationsinhibierung während des Abkühlens wurden zwei Maßnahmen entwickelt. Eine Reduktion des DoDs vor dem Abkühlen ist durch niedrige Temperaturen und Fluten mit vollhydriertem Edukt möglich, wodurch keine Hydrierung beim Abkühlen stattfinden kann. Diese Maßnahme ist nur anwendbar, wenn der DoD des Edukts minimal ist und das teildehydrierte Material komplett aus dem Reaktor verdrängt wird. Insbesondere bei technischen Reaktoren besteht ein hoher Bedarf an vollhydrierten LOHC-Spezies.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Inhibierung des Katalysatorbetts durch Trocknen zu vermeiden. Da sich inhibierte Katalysatoren beim Betrieb mit Hx-BT zufriedenstellend durch eine Druckabsenkung reaktivieren lassen, wurde die Trocknung lediglich für das H0-/H18-DBT-System untersucht. Ein Festbett bestehend aus 342 g Katalysator konnte innerhalb von 2,5 Minuten, bei einer Temperatur von 300 °C und einem Stickstoff- oder Wasserstoffvolumenstrom von 5 Nl min-1 soweit getrocknet werden, dass beim anschließenden Aufheizen kein Aktivitätsverlust durch Nukleationsinhibierung festgestellt wurde.
Bei Verwendung von H18-DBT als Edukt ist eine Reaktivierung, die auf einer Reduzierung des DoD basiert und durch eine anschließende Übertemperatur ergänzt wird, sinnvoll. Die Trocknung des Katalysatorbetts beim Herunterfahren der Anlage ist eine valide Maßnahme zur Reaktivierung. Falls ein Katalysatorbett inhibiert ist, wenn H12-BT dehydriert wurde, kann dieses durch ein kurzzeitiges Absenken des Drucks bei Reaktionsbedingungen unterhalb des Dampfdrucks oder durch Reaktionstemperaturen von über 295 °C reaktiviert werden. In großtechnischen Anlagen muss getestet werden, welche spezifischen Betriebsbedingungen für eine vollständige Reaktivierung ausreichend sind.
Ausblick
Ein Reaktorkonzept, das eine mechanische Reaktivierung ermöglicht, wurde entwickelt und erfolgreich getestet. Beim Einsatz eines Katalysatorkorbs sinkt die maximal einbringbare Katalysatormasse und die Rückvermischung steigt, wodurch die Leistungsdichte abnimmt. Aus diesem Grund wird empfohlen inhibierte Katalysatorbetten verfahrenstechnisch zu reaktivieren oder diese zu trocknen.
Die Nukleation gasförmiger Blasen in einer Flüssigkeit und der daraus entstehende oszillierende Stofftransport sind die grundlegenden Effekte des untersuchten Phänomens. Unter anderem werden bei der Elektrolyse, der Zersetzung von Wasserstoffperoxid oder der Methanol-Brennstoffzelle ähnliche Effekte beobachtet. Die Kontrolle der Stoffeigenschaften, ein oszillierender Stofftransport oder regelmäßige externe Impulse, bieten die Möglichkeit Reaktionen zu optimieren, bei denen eine Gasphase in einer Flüssigkeit entsteht. So kann Beispielsweise die Wasserstoff-Entstehungsreaktion bei der Elektrolyse durch eine externe Oszillation beschleunigt werden
Comparison of Effective Dose From Intraoperative 3D Imaging Using Mobile and Fixed C-Arms Versus Computed Tomography When Evaluating the Lumbar Spine
No full textStudy design Experimental Study. Objectives Intraoperative three-dimensional (3D) imaging has been shown to increase patient safety by assuring proper implant placement and often makes postoperative CT imaging obsolete. Nonetheless, there is no data about effective radiation doses in comparison to CT imaging. Methods Effective doses of 3D and CT scans were measured with an anthropomorphic phantom (CIRS Inc, ATOM® Dosimetry Phantoms, Norfolk, VA, USA). Clinical presets of the C-arms were used and measured separately (mobile: Cios Spin; fixed: ARTIS pheno; both Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany). For CT imaging, a protocol for high-contrast imaging was used (SOMATOM X.cite, Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany). Results Depending on presets, effective doses with the mobile C-arm ranged from .51 ± .02 mSv (dose-sparing preset) to 3.14 ± .01 mSv (high-quality preset, P < .001). With the fixed C-arm, the effective dose ranged from .52 ± .0 mSv (dose-sparing preset) to 1.6 ± .02 mSv (standard-quality preset, P < .001). With CT imaging, the effective dose was 2.0 mSv. Conclusions When evaluating the lumbar spine, the effective dose from intraoperative 3D imaging using mobile and fixed C-arms is comparable to that from CT scans. Proper choice of intraoperative protocol is essential, as there can be up to a 6-fold variation in dose between protocols. Intraoperative 3D imaging with (mobile or fixed) C-arms has been proven to avoid revision surgery. In this study, effective doses were shown to be comparable to those of CT scans. To avoid unnecessary exposure, indications need to be clear, and the choice of acquiring settings must respect the ALARA principle (“as low as reasonably achievable”)
DIODEM – A Diverse Inertial and Optical Dataset of kinEmatic chain Motion
No full textInertial Motion Tracking (IMT) faces critical challenges including magnetometer-free sensing, sparse sensor configurations, sensor-to-segment alignment, and motion artifact compensation. Current IMT algorithms require systematic evaluation across combinations of these challenges in controlled environments with accurate ground truth data. This paper presents DIODEM–a comprehensive dataset comprising 46 minutes of synchronized optical and inertial data from five-segment Kinematic Chains (KCs). The dataset features 20 markers and ten IMUs (both rigidly and foam-attached) across two distinct kinematic configurations: an “arm” chain with hinge and spherical joints, and a “gait” chain with hinge and saddle joints. The KCs perform diverse motions including random movements at various speeds, pick-and-place tasks, and gait-like patterns. Key technical contributions include: (1) mechanically controlled setup with known kinematics, (2) systematic inclusion of motion artifacts through foam-attached IMUs, (3) diverse joint types including 1D, 2D, and 3D joints, and (4) comprehensive motion variety supporting sparse sensing scenarios. The dataset enables researchers to systematically study individual and combined IMT challenges, facilitating algorithm development for applications ranging from biomechanics to autonomous systems
Rauschskalierung bei kohärenter Strahlkombination
No full textHigh power fibre lasers find essential applications in scientific research and industrial manufacturing. Although the last few decades have witnessed an unprecedented rise in the output power scaling of fibre lasers, state-of-the-art technology offers quantum-noise-limited laser power only up to a few hundred Watts. This in turn limits the achievable sensitivity in quantum metrology and the performance of coherent parametric processes. These requirements have created an exigency of producing higher output powers with an excellent beam quality. However, the onset of transverse mode instabilities in fibre lasers, restricts power scaling beyond a certain threshold, with fibre amplifiers. Coherent beam combination (CBC) serves as a technique to scale laser power beyond the physical limits of optical amplifiers. In this technique, multiple independent noisy beams can be combined via constructive interference in a cascade of beam splitters, to generate a bright output beam with a very low noise profile. The noise variance of the final output beam then crucially depends upon the relative phase stability of the intermediate beams at each combination. In this work, we analyse the dependence of the output noise variance in CBC to the correlation in noise among the input beams. More particularly, by coherently combining two noisy beams on a Mach-Zehnder interferometer, we individually study the contribution of amplitude and phase noises among the input beams at the combined output. Interestingly, we demonstrate that the interferometric phase lock, coherently and incoherently combines the phase and amplitude noises, respectively, among the input beams, within its bandwidth. Beyond the locking bandwidth, our theoretical results and their experimental realizations confirm a reduction in both amplitude and phase noise scaling at the combined output, in coherent combination of uncorrelated noisy input beams. This effect can be suitably exploited to achieve a favourable output noise scaling in coherent beam combining. Additionally, we introduce a conservative approach for the coherent combining of quantum-noise-limited input beams, and explicitly compare its performance to that of: (a) a more efficient Fourier transform based CBC scheme, and (b) a quantum-limited linear amplifier. We show that the output noise variance of this conservative method also approaches the quantum-noise-limit asymptotically over many combinations, due to the inherent statistical noise cancellation effect in CBC. All these investigations highlight the provision for the generation of brightest beams in CBC with (nearly) quantum-limited noise footprints