Universiẗat, Diss., 2000--Mainz. / Auch als gedr. Diss.

Techn. Univ., Diss., 2000--Darmstadt

Techn. Universiẗat, Diss., 2000--Darmstadt.

University, Diss., 2002--Heidelberg.

University, Diss., 2002--Osnabrück.

Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, das Antwortverhalten nichtlinearer Reaktionen auf zielgerichtete Störungen zu untersuchen. Dabei beschäftigt sie sich mit zwei nichtlinearen chemischen Sauerstoff-Oszillatoren. Bei den beiden nichtlinearen chemischen Reaktionen handelt es sich um den Polyacrylamid-Methylenblau-Sauerstoff- (PA-MBO) Oszillator und um die Kupfer(II)ionen katalysierte Oxidation von Ascorbinsäure durch Luftsauerstoff. Im ersten Fall wird durch selektive Belichtung des Reaktionsmediums die gebildete Geloberfläche durch ein computergenerirtes Muster kodiert. Die Systemantwort wird mit Hilfe einer CCD-Kamera aufgenommen und danach einer Analyse unterzogen. Die erhaltenen Ergebnisse werden anschließend durch eine Computersimulation verifiziert. Die zweite untersuchte Möglichkeit, das PA-MBO-System einer Störung zu unterwerfen, ist das Anlegen eines externen elektrischen Feldes. In einer speziell dafür entworfenen Anordnung bildet sich ein quasi-eindimensionales Turing-Muster. In dieser quasi-eindimensionalen Anordnung kann die Reaktion leicht elektrischen Strömen von bis zu 200 mA/cm2 ausgesetzt werden. Die experimentellen Daten werden anschließend der Karhunen-Loeve Zerlegung unterworfen, um die komplexe Dynamik der Systemantwort zu studieren. Die Oxidation von Ascorbinsäure durch Luftsauerstoff in Gegenwart von Kupfer(II)ionen, wird im CSTR durchgeführt. Dabei läßt sich das Phänomen der stochastischen Resonanz beobachten, wenn man die Flußrate sinusförmig moduliert und dieser Frequenz zusätzlich weißes Rauschen überlagert. / In this work two nonlinear chemical oxygen-oscillators are presented. The two chemical reactions are: the methylene blue-sulfide-oxygen chemical oscillator (MBO) and the oxidation of ascorbic acid by air oxygen catalyzed by copper(II) ions. The effect of various perturbations on these systems is investigated. In the PA-MBO system the gel components acrylamide, N,N'-methylene-bisacrylamide, triethanolamine and the initiator peroxodisulfate are mixed with the components of the methyleneblue-sulfide-oxygen oscillating reaction. The latter are sodiumsulfide, methyleneblue and molecular oxygen from the air. In the MBO reaction sulfide is oxidized by molecular oxygen where methyleneblue acts as redox-catalyst. During the gelation process of acrylamide, chemical reactions between the gel components and the reactants of the MBO are considered to be crucial for the formation of the observed hexagonal and striped patterns. The nonlinearity results from a competitive autocatalysis of polymer species with high molecular weight and low diffusivity.

Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung von morphologischen und funktionellen Techniken zur Untersuchung der Lunge am Niederfeld MRT bei Patienten mit Mukoviszidose. Patienten mit Mukoviszidose und lungengesunde Probanden wurden an einem Niederfeld-MRT (0,2 Tesla) mittels coronaren TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D Sequenzen untersucht. T1 und T2*-Messungen wurden während Atmung von Raumluft und Atmung von 100 % Sauerstoff durchgeführt und die Parameterkarten pixelweise berechnet. Die für die Lungenbildgebung am Niederfeld-MRT optimierten 2D und 3D FLASH Sequenzen zeigten ein signifikant besseres Signalverhalten als die Standardsequenz TrueFISP. Zur Beurteilung der Parenchymveränderungen wurde ein MR-Score in Anlehnung an den Chrispin-Norman-Score angewandt. Es zeigte sich eine gute Korrelation zwischen dem MR-Score der FLASH-Sequenzen und dem etablierten CN-Score der konventionellen Bildgebung mit einer geringen Interobservariabiliät für die 2D und 3D FLASH Sequenzen. Schließlich konnte eine O2-gestütze funktionelle Bildgebung der Lunge bei Patienten mit Mukoviszidose am offenen Niederfeld-MRT etabliert werden. Es zeigten sich gute Korrelationen zwischen der relativen Änderung der T1 Relaxationszeit und der spirometrisch bestimmten Lungenfunktion. Ein solcher Zusammenhang konnte für die T2*-Messungen nicht hergestellt werden. Aufgrund der Patientenfreundlichkeit ist diese Technik insbesondere für die Untersuchung von Kindern geeignet. / The purpose of the present thesis was to evaluate the clinical relevance of morpholocical and functional MRI of the human lung using an open-designed magnet system for patients with cystic fibrosis. Such patients and healthy volunteers were investigated in a low-field (0,2 Tesla) MR-scanner by TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D sequences (Magnetom Open 0,2 Tesla, Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany). For functional lung imaging the patients and volunteers alternately breathed room air and 100 % oxygen. All images were fitted pixel by pixel and T1 and T2* parameter maps were generated. The optimized FLASH 2D and 3D sequences demonstrated a significantly higher signal-to-noise ratio in comparison to TrueFISP sequence. The here proposed modified CN-Score for low-field MRI correlated well with the established score of Chrispin and Norman in CXR and showed a low interobserver variability for FLASH 2D und FLASH 3D sequences. Oxygen-enhanced T1 und T2* mapping of the human lung was successfully etablished at an open low field scanner in patients with cystic fibrosis. Observed relative changes of the average pulmonary relaxation times T1 and T2* were related to pulmonary function tests. The measured T1 values were in good agreement with the severity of disease in CF defined by the pulmonary function test. This was not the case for navigated T2* mapping. The open design provides superior patient comfort and relieves the examination of children.

Zugl.: Bayreuth, Univ., Diss., 2006

Stuttgart, Univ., Diss., 2008.