München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Landscapes evolve in a complex interplay between climate and tectonics. Thus, the geomorphic characteristics of a landscape can only be understood if both, climatic and tectonic signals of past and ongoing processes can be identified. In order to evaluate the impact of both forcing factors it is crucial to quantify the evolution of geomorphic markers in natural environments. The Cenozoic Andes are an ideal setting to evaluate tectonic and climatic aspects of landscape evolution at different time and length scales in different natural compartments. The Andean Cordillera constitutes the type subduction orogen and is associated with the subduction of the oceanic Nazca Plate beneath the South American continent since at least 200 million years. In Chile and the adjacent regions this convergent margin is characterized by active tectonics, volcanism, and mountain building. Importantly, along the coast of Chile megathrust earthquakes occur frequently and influence landscape evolution. In fact, the largest earthquake ever recorded occurred in south-central Chile in 1960 and comprised a rupture zone of ~ 1000 km length. However, on longer time scales beyond historic documentation of seismicity it is not well known, how such seismotectonic segments have behaved and how they influence the geomorphic evolution of the coastal realms. With several semi-independent morphotectonic segments, recurrent megathrust earthquakes, and a plethora of geomorphic features indicating sustained tectonism, the margin of Chile is thus a key area to study relationships between surface processes and tectonics. In this study, I combined geomorphology, geochronology, sedimentology, and morphometry to quantify the Pliocene-Pleistocene landscape evolution of the tectonically active south-central Chile forearc. Thereby, I provide (1) new results about the influence of seismotectonic forearc segmentation on the geomorphic evolution and (2) new insights in the interaction between climate and tectonics with respect to the morphology of the Chilean forearc region. In particular, I show that the forearc is characterized by three long-term segments that are not correlated with short-lived earthquake-rupture zones that may. These segments are the Nahuelbuta, Toltén, and Bueno segments, each recording a distinct geomorphic and tectonic evolution. The Nahuelbuta and Bueno segments are undergoing active tectonic uplift. The long-term behavior of these two segments is manifested in form of two doubly plunging, growing antiforms that constitute an integral part of the Coastal Cordillera and record the uplift of marine and river terraces. In addition, these uplifting areas have caused major changes in flow directions or rivers. In contrast, the Toltén segment, situated between the two other segments, appears to be quasi-stable. In order to further quantify uplift and incision in the actively deforming Nahuelbuta segment, I dated an erosion surface and fluvial terraces in the Coastal Cordillera with cosmogenic 10Be and 26Al and optically stimulated luminescence, respectively. According to my results, late Pleistocene uplift rates corresponding to 0.88 mm a-1 are faster than surface-uplift rates averaging over the last 5 Ma, which are in the range of 0.21 mm a-1. This discrepancy suggests that surface uplift is highly variable in time and space and might preferably concentrate along reverse faults as indicated by a late Pleistocene flow reversal. In addition, the results of exposure dating with cosmogenic 10Be and 26Al indicate that the morphotectonic segmentation of this region of the forearc has been established in Pliocene time, coeval with the initiation of uplift of the Coastal Cordillera about 5 Ma ago, inferred to be related to a shift in subduction mode from erosion to accretion. Finally, I dated volcanic clasts obtained from alluvial surfaces in the Central Depression, a low-relief sector separating the Coastal from the Main Cordillera, with stable cosmogenic 3He and 21Ne, in order to reveal the controls of sediment accumulation in the forearc. My results document that these gently sloping surfaces have been deposited 150 to 300 ka ago. This deposition may be related to changes in the erosional regime during glacial episodes. Taken together, the data indicates that the overall geomorphic expression of the forearc is of post-Miocene age and may be intimately related to a climatic overprint of the tectonic system. This climatic forcing is also reflected in the topography and local relief of the Central and Southern Andes that vary considerably along the margin, determined by the dominant surface process that in turn is eventually controlled by climate. However, relief also partly reflects surface processes that have taken place under past climatic conditions. This emphasizes that due care has to be exercised when interpreting landscapes as mirrors of modern climates. / Landschaften entwickeln sich im komplexen Zusammenspiel von Klima und Tektonik. Demzufolge können sie nur verstanden werden, wenn sowohl klimatische als auch tektonische Signale vergangener und rezenter Prozesse identifiziert werden. Um den Einfluss beider Faktoren zu bewerten, ist es deshalb wichtig, die Evolution geomorphologischer Marker in der Natur zu quantifizieren. Die känozoischen Anden sind eine ideale Region, um tektonische und klimatische Aspekte der Landschaftsentwicklung auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen zu erforschen. Sie sind das Modell-Subduktionsorogen, assoziiert mit der Subduktion der ozeanischen Nazca-Platte unter den südamerikanischen Kontinent seit ca. 200 Mio Jahren. In Chile ist dieser konvergente Plattenrand geprägt von aktiver Tektonik, Vulkanismus und Gebirgsbildung. Bedeutenderweise ereignen sich entlang der Küste häufig Megaerdbeben, die die Landschaftsentwicklung stark beeinflussen. Tatsächlich ereignete sich das größte jemals aufgezeichnete Erdbeben mit einer Bruchzone von ca. 1000 km Länge 1960 im südlichen Zentralchile. Nichtsdestotrotz ist auf längeren Zeitskalen über historische Dokumentationen hinaus nicht bekannt, wie sich solche seismotektonischen Segmente verhalten und wie sie die geomorphologische Entwicklung der Küstengebiete beeinflussen. Mit semi-unabhängigen morphotektonischen Segmenten, wiederkehrenden Megaerdbeben und einer Fülle geomorphologischer Marker, die aktive Tektonik anzeigen, ist somit der Plattenrand von Chile ein Schlüsselgebiet für das Studium von Zusammenhängen zwischen Oberflächenprozessen und Tektonik. In dieser Arbeit kombiniere ich Geomorphologie, Geochronologie, Sedimentologie und Morphometrie, um die plio-pleistozäne Landschaftsentwicklung des tektonisch aktiven süd-zentralchilenischen Forearcs zu quantifizieren. Mit dieser Analyse liefere ich (1) neue Ergebnisse über den Einfluss seismotektonischer Forearc-Segmentierung auf die geomorphologischen Entwicklung und (2) neue Erkenntnisse über die Interaktion zwischen Klima und Tektonik bezüglich der Gestaltung des chilenischen Forearcs. Ich zeige, dass der Forearc in drei langlebige morphotektonische Segmente gegliedert ist, die nicht mit kurzlebigen Erdbebenbruchzonen korrelieren. Die Segmente heißen Nahuelbuta, Toltén und Bueno Segment, wovon jedes eine andere geomorphologische und tektonische Entwicklung durchläuft. Die Nahuelbuta und Bueno Segmente unterliegen aktiver tektonischer Hebung. Das langfristige Verhalten dieser beiden Segmente manifestiert sich in zwei beidseitig abtauchenden, wachsenden Antiklinalen, die integraler Bestandteil des Küstengebirges sind und die Hebung von marinen und fluvialen Terrassen aufzeichnen. Die Hebung verursachte weitreichende Veränderungen in den Fließrichtungen des Gewässernetzes. Im Gegensatz dazu ist das Toltén Segment, das sich zwischen den beiden anderen Segmenten befindet, quasi-stabil. Um die Hebung und Einschneidung in dem tektonisch aktiven Nahuelbuta Segment zu quantifizieren, habe ich eine Erosionsfläche und fluviale Terrassen in dem Küstengebirge mit kosmogenem 10Be und 26Al bzw. optisch stimulierter Lumineszenz datiert. Meinen Ergebnissen zufolge sind die spätpleistozänen Hebungsraten, die ca. 0,88 mm a-1 betragen, höher als die Oberflächenhebungsraten, die über die letzten 5 Mio Jahre mitteln und ca. 0,21 mm a-1 betragen. Diese Diskrepanz deutet an, dass die Hebung der Oberfläche räumlich und zeitlich sehr stark variiert und sich präferiert an Aufschiebungen konzentriert. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse der Expositionsdatierung mit kosmogenem 10Be und 26Al, dass die morphotektonische Segmentierung im Pliozän etabliert wurde, zeitgleich mit dem Beginn der Hebung des Küstengebirges vor ca. 5 Mio Jahren infolge eines Wechsels des Subduktionsmodus von Erosion zu Akkretion. Schließlich habe ich vulkanische Klasten, die aus alluvialen Flächen im Längstal stammen, mit den stabilen kosmogenen Nukliden 3He und 21Ne datiert, um Aufschluss über die Faktoren zu erhalten, die die Sedimentablagerung im Forearc bestimmen. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese flach einfallenden Oberflächen, die vor 150.000 bis 300.000 Jahren abgelagert wurden, in Zusammenhang mit Änderungen des Erosionsregimes in glazialen Episoden entstanden sind. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass der heutige geomorphologische Ausdruck des Forearcs post-Miozän und eng mit einer klimatischen Überprägung des tektonischen Systems verknüpft ist. Der klimatische Einfluss spiegelt sich ebenfalls in der Topographie und dem lokalen Relief der Zentral- und Südanden wider. Beide Parameter variieren stark entlang des Plattenrandes, bestimmt durch den jeweils dominierenden Oberflächenprozess, der wiederum letztendlich vom vorherrschenden Klima abhängt. Allerdings reflektiert das Relief teilweise Oberflächenprozesse, die unter vergangenen Klimaten aktiv waren. Das betont die äußerst große Vorsicht, die nötig ist, wenn Landschaften als Spiegel des aktuellen Klimas interpretiert werden.

In der vorliegenden Dissertation wurde anhand von 1042 extraoralen Fotos im Profil und en face untersucht, wie sich das Wachstum longitudinal bei 166 gesunden Kindern, je zehn Kindern mit isolierter Gaumenspalte, einseitiger Lippen-Kiefer-Gaumenspalte sowie doppelseitiger Lippen-Kiefer-Gaumenspalte operiert nach dem Leipziger Konzept entwickelt, sowie inwiefern sich die einzelnen Gruppen in verschiedenen Altersstufen voneinander unterscheiden. Dazu wurden pro Gruppe jeweils fünf Jungen und fünf Mädchen kaukasischer Herkunft, geboren in den Jahren 1994 bis 2001, mit einer nichtsyndromalen Spalte ausgewählt, die ab der Geburt über mehrere Jahre hinweg fotografiert wurden. Diese Fotos wurden digitalisiert und denen von Kontrollpatienten gegenüber gestellt. Anhand von Winkeln der klassischen Morphometrie und Grafiken und Statistiken der geometrischen Morphometrie wurden die Veränderungen im Wachstum analysiert und die Kontrollpatienten mit dem Leipziger OP-Konzept verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die geometrische Morphometrie durchaus geeignet ist, das Gesichtswachstum anhand von extraoralen Fotos zu beurteilen. Weiterhin konnte bestätigt werden, dass mit dem Leipziger Konzept zur funktionellen Rehabilitation von Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten sehr gute Operationsergebnisse und vor allem Langzeitergebnisse erzielt werden können.

Biometrische und funktionsanalytische Röntgenuntersuchungen des Kopf-Hals-Überganges von in dieser Region nicht erkrankten Hunden der Rasse Deutscher Schäferhund sowie verschiedener Zwergrassen werden verglichen. Für die Morphologischen Untersuchungen werden standardisiert gelagerte Röntgenaufnahmen von 129 anästhesierten Hunden angefertigt und die Parameter Atlaslänge, Axislänge (ohne Dens), Denslänge, Länge von C3 sowie Breite und Höhe des Foramen magnum vermessen. Die zur Länge von C3 ins Verhältnis gesetzten Längenparameter ergeben für Deutsche Schäferhunde eine signifikant größere relative Länge des dorsalen Atlasbogen (0,72 ± 0,07) als für Yorkshire Terrier (0,64 ± 0,08) und eine größere relative Länge des Dens axis beim Deutschen Schäferhund (0,40 ± 0,04) als bei Yorkshire Terriern (0,33 ± 0,05) und Zwergrassen allgemein (0,34 ± 0,06). Die relative Länge des Axiskörpers differierte dagegen unwesentlich. Der radiologisch ermittelte Foramen-magnum-Index ist bei den untersuchten Zwergrassen (0,57 ± 0,11) deutlich geringer als er bei kleinen Rassen mit dorsaler Kerbe des Foramen magnum (Mazerationspräparate) in der Literatur beschrieben wird. Für die Funktionsanalyse wird ein in der Humanmedizin etabliertes Verfahren nach ARLEN (1979) auf den Kopf-Hals-Übergang des Hundes angewandt und die Differenz der Intervertebralwinkel zwischen maximaler Beugung und Streckung im Bereich des Kopf-Hals-Überganges gemessen. Für Deutsche Schäferhunde wird eine signifikant höhere Beweglichkeit im Atlantookzipitalgelenk (89,26° ± 9,12°) als bei Zwergrassen (77,43° ± 11,91°) gemessen. Die Beweglichkeit im Bereich des Atlantoaxialgelenkes ist bei Zwergrassen (26,37° ± 6,32°) signifikant größer als bei Deutschen Schäferhunden (20,69° ± 5,29°). Bei der Beurteilung der funktionsanalytischen Parameter in Zusammenhang mit den morphologischen Parametern ergibt sich für die Rasse Yorkshire Terrier ein geringerer Bewegungsausschlag im Atlantookzipitalgelenk bei kurzem Dens (72,91° ± 11,82°) im Vergleich zum langen Dens (83,78° ± 10,34°). Eine positive Korrelation zwischen Denslänge und Bewegungsausschlag im Atlantookzipitalgelenk (r = 0,25) und eine negative Korrelation zwischen Atlaslänge und Bewegungsausschlag im Atlantoaxialgelenk (r = - 0,19) werden statistisch gesichert. Die Arbeit ist Grundlagenforschung, deren Ergebnisse verglichen mit Messwerten von im Kopf-Hals-Übergang funktionell erkrankten Hunden zu Aussagen mit klinischer Relevanz führen kann.

Universiẗat, Diss--Leipzig, 2004.

Stuttgart, Univ., Diplomarb., 2005.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Beim Prostatakarzinom handelt es sich, auf Deutschland bezogen, eindeutig um die häufigste Krebserkrankung und die dritthäufigste Krebstodesursache bei Männern. Neben diversen Umwelt- und Lifestyle-Faktoren konnte das Patientenalter als weiterer zentraler Risikofaktor identifiziert werden. Allerdings liegt als onkologische Besonderheit ein Großteil der Prostatakarzinome in einem klinisch inapparenten Stadium vor und hat daher keinen Einfluss auf die Lebensqualität und erwartung des betroffenen Mannes. Daraus leiten sich wiederum besondere Herausforderungen an mögliche Screeningprogramme und die verschiedenen Therapiekonzepte ab, da die Gefahr einer Überdiagnose und Übertherapie droht. Dabei reichen die momentan etablierten, kurativen und unter anderem vom Tumorstadium abhängigen Therapieoptionen von einer engmaschigen Befundkontrolle (Active Surveillance) bis hin zu einer radikalen Entfernung der Prostata. Grundlage für die Diagnosestellung und Therapieentscheidung bildet dabei das histologische Gleason Grading des Pathologen. Im Allgemeinen beruht das Gleason Grading auf einer Analyse der Mengenanteile verschiedener histologischer Muster und einer morphologischen Beschreibung der Drüsenarchitektur, wobei die Summe der beiden häufigsten Wachstumsformen einen Score ergibt. Unter anderem in Übereinstimmung mit dem rezidivfreien Überleben werden im aktuellen Gleason Grading die Kombinationen aus fünf histologischen Wachstumsmustern zu fünf Malignitätsgruppen zusammengefasst und unterschieden. Aufgrund der relativ subjektiven qualitativen und quantitativen Beurteilung durch den Pathologen, weist das Gleason Grading trotz aller Anpassungen und Verbesserungen teils noch erhebliche Defizite in der intra und interindividuellen Reproduzierbarkeit auf. Aufgrund der auf einer Beschreibung der Drüsenmorphologie beruhenden Beurteilung des Prostatakarzinoms kann die medizinische Bildverarbeitung nicht nur durch die immensen Möglichkeiten der Musterextraktionsalgorithmen den Pathologen in seinem Arbeitsprozess beziehungsweise seiner Entscheidungsfindung unterstützen und insbesondere zu einer Standardisierung und Verbesserung der Reproduzierbarkeit beitragen. In der vorliegenden Arbeit wird das Gleason Grading unter Anwendung expliziter histopathologischer Kenntnisse durch morphometrische Deskriptoren der medizinischen Bildverarbeitung abgebildet. Der hier etablierte Algorithmus gliedert sich in drei Abschnitte. Zunächst werden mit Hilfe diverser vorverarbeitender Bildbearbeitungsschritte die Drüsenepithelien aus den digitalisierten H&E gefärbten Schnitten von Nadelstanzbiopsien der Prostata extrahiert, um diese anschließend im zweiten Abschnitt der Tumordetektion zuführen zu können. Hierbei werden verschiedene Malignitätskriterien des Prostatakarzinoms unter bildmorphologischen Gesichtspunkten miteinander verknüpft und eine Identifikation der tumorösen Strukturen vorgenommen. Im dritten Abschnitt werden die gefundenen Tumorareale mittels zweier morphometrischer Deskriptoren verschiedenen Malignitätsstufen zugeordnet.:Bibliographische Beschreibung 3 Inhaltsverzeichnis 4 1 Einführung und Motivation zur Arbeit 6 1.1 Intention 6 1.2 Vorarbeiten 8 1.3 Forschungsstand 13 2 Pathologie des Prostatakarzinoms 18 2.1 Anatomie und Physiologie der Prostata 18 2.2 Ätiologie und Pathogenese 20 2.3 Diagnostik 22 2.4 Grading 27 2.5 Therapie 35 3 Methoden für ein formbasiertes Grading 41 3.1 Überblick 41 3.2 Vorverarbeitung 43 3.2.1 Skalierung 43 3.2.2 Farbseparierung 43 3.2.3 Histogrammanpassung 46 3.2.4 Kantenerhaltende Glättung 48 3.2.5 Binarisierung der Epithelien 50 3.3 Detektion 53 3.3.1 Wanddickenmessung 53 3.3.2 Formbetrachtung 60 3.3.3 Nachbarschaftsanalyse 61 3.4 Klassifikation 62 3.4.1 Inverse Kompaktheit 62 3.4.2 Lochanzahl 64 4 Material 68 4.1 Probenart und -gewinnung 68 4.2 Pilotdatensatz 70 4.3 Kohorte 70 5 Ergebnisse 73 5.1 Pilotdatensatz 76 5.2 Kohorte 81 6 Diskussion 85 7 Ausblick 92 8 Zusammenfassung 94 9 Literaturverzeichnis 97 Appendix 114 A.1 Abbildungsverzeichnis 114 A.2 Tabellenverzeichnis 117 A.3 Eigene Beiträge 118 A.4 Programmcode 119 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 124 Lebenslauf 125 Danksagung 126

Die Forschungsergebnisse der letzten Jahre beweisen, dass die Informationsverarbeitung im ZNS auf eine ausgewogene Interaktion zwischen den Neuronen und den Astrozyten im Sinne eines funktionellen Netzwerkes angewiesen ist. Allerdings liegen nur unzureichende Erkenntnisse über den strukturellen Charakter dieser symbiotischen Beziehung vor. Zu den grundlegenden Aufgaben der Astrozyten gehört die Modulation der synaptischen Aktivität von Neuronen, Aufrechterhaltung der extrazellulären Homoöstase, Ausbildung der Blut-Hirn-Schranke, Pufferung der lokalen Kaliumkonzentration und die Synthese von Zytokinen, Wachstumsfaktoren sowie Neurotransmittern. Ein Hauptbestandteil des Zytoskelettes der Astrozyten stellen die Intermediärfilamente (z.B. GFAP, Vimentin) dar. Funktionell dienen sie dem Aufbau von Zell-Zell- Kontakten, der Stabilisierung des Zytoskelettes und der Verankerung der Zellorganellen im Zytoplasma. Charakteristisch für den strukturellen Aufbau der Astrozyten ist das GFAP, welches hauptsächlich in den Zellfortsätzen lokalisiert ist. Aktuelle Forschungen legen nahe, dass es sowohl unter physiologischen Alterungsprozessen als auch im Rahmen von pathologischen Vorgängen im ZNS (beispielsweise chronischer Alkoholabusus, Alexanderkrankheit, Ischämien und Epilepsie) zu einem prozentualen Anstieg der GFAP-Expression kommt, wobei der Einfluss dieser erhöhten GFAP-Synthese auf die Funktionsfähigkeit der Astrozyten noch nicht umfassend geklärt werden konnte. Im Zentrum dieser Dissertation steht deshalb die Fragestellung, haben Alter und Intermediärfilamente (GFAP, Vimentin) Einfluss auf Morphologie und Zellzahl der Astrozyten im Hippokampus einer Maus? Initial erfolgte die Volumenbestimmung der Astrozytendomänen mittels LSM- Aufnahmen im Reflexionsmodus sowie Vermessung nach Bearbeitung der Präparate mit der Silber Imprägnationstechnik. Die Domäne eines Astrozyten stellt das von einem Astrozyten mit Soma und allen Fortsätzen okkupierte Volumen dar. Nach der Auswahl von S100ß als immunhistochemischen Astrozytenmarker wurde die Zellzählung in entsprechenden Hippokampusarealen durchgeführt. Aus den ermittelten Daten wurde rechnerisch der Überlappungsgrad der hippokampalen Astrozytendomänen bestimmt. Von entscheidendem Interesse war dabei die Möglichkeit einer Überschneidung benachbarter Astrozytendomänen. Aus den Messungen resultiert ein ca 1,6 fach grösseres Volumen der Wildtyp-Tiere im Vergleich zu den Doppel-knock-out-Mäusen. Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse der Zellzählung sowohl in der Kontrollgruppe als auch in der Gruppe der Versuchstiere eine vergleichbare Astrozytenanzahl pro mm3. Entsprechend lag der Überlappungsfaktor bei den Doppel-Knock-out-Tieren (0,49) unter dem der Wildtyp-Tiere (0,7). Die abschließende Auswertung erbrachte in allen Untersuchungsgruppen einen Überlappungsfaktor < 1. Ausgehend von der essentiellen Bedeutung der Astrozyten für die Funktionsfähigkeit der Nervenzellen käme es z.B. im Rahmen pathologischer Prozesse, welche mit Gliazellschäden einhergehen, bei einem Überlappungsfaktor < 1 zu erheblichen Engpässen in der neuronalen Versorgung, sowie in der Kompensation äußerer Einflüsse. Die Wahrscheinlichkeit irreversibler Schädigung der Nervenzellen steigt.

In der vorliegenden Dissertation wurde anhand von 1042 extraoralen Fotos im Profil und en face untersucht, wie sich das Wachstum longitudinal bei 166 gesunden Kindern, je zehn Kindern mit isolierter Gaumenspalte, einseitiger Lippen-Kiefer-Gaumenspalte sowie doppelseitiger Lippen-Kiefer-Gaumenspalte operiert nach dem Leipziger Konzept entwickelt, sowie inwiefern sich die einzelnen Gruppen in verschiedenen Altersstufen voneinander unterscheiden. Dazu wurden pro Gruppe jeweils fünf Jungen und fünf Mädchen kaukasischer Herkunft, geboren in den Jahren 1994 bis 2001, mit einer nichtsyndromalen Spalte ausgewählt, die ab der Geburt über mehrere Jahre hinweg fotografiert wurden. Diese Fotos wurden digitalisiert und denen von Kontrollpatienten gegenüber gestellt. Anhand von Winkeln der klassischen Morphometrie und Grafiken und Statistiken der geometrischen Morphometrie wurden die Veränderungen im Wachstum analysiert und die Kontrollpatienten mit dem Leipziger OP-Konzept verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die geometrische Morphometrie durchaus geeignet ist, das Gesichtswachstum anhand von extraoralen Fotos zu beurteilen. Weiterhin konnte bestätigt werden, dass mit dem Leipziger Konzept zur funktionellen Rehabilitation von Patienten mit Lippen-Kiefer-Gaumenspalten sehr gute Operationsergebnisse und vor allem Langzeitergebnisse erzielt werden können.