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Die Basis der vorliegenden kumulativen Arbeit bilden vier wissenschaftliche Publikationen. Im Mittelpunkt steht dabei die Vibrationssensibilität des Menschen. Diese Modalität der Hautwahrnehmung besitzt insbesondere am Fuß eine große Relevanz für jegliche Bewegung und Haltung. Die ersten zwei Publikationen thematisieren Anpassungen der Haut der Fußsohle an physiologische Belastungen bei Gesunden (Publikation 1) und erkrankungsbezogene Prozesse im Zuge eines Diabetes mellitus bzw. einer diabetischen peripheren Neuropathie (Publikation 2) und deren Zusammenhänge mit der Vibrationssensibilität. Da die Vibrationssensibilität im Anwendungsfall Diabetes mellitus zur Diagnose neuronaler Abbauprozesse dient, diskutiert Publikation drei das Potential zusätzlicher, niedriger und hoher Vibrationsfrequenzen zur Frühdiagnose neurodegenerativer Prozesse. Die vierte Publikation beleuchtet schließlich die Wirkung einer nicht spürbaren, elektrischen Rauschstimulation auf die durch Diabetes mellitus herabgesetzte Vibrationssensibilität. Die übergreifende Diskussion im Rahmen dieser Arbeit verbindet genannte Veröffentlichungen und leitet praxisbezogene Schlussfolgerungen ab.:Inhaltsverzeichnis Bibliografische Beschreibung III Abstract IV Inhaltsverzeichnis V Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII Abkürzungsverzeichnis VIII 1. Einleitung 2 1.1 Struktur der Arbeit 9 2. Theorie der Arbeit 11 2.1 Diabetes mellitus 11 2.2 Diabetische periphere Neuropathie 13 2.3 Die unbehaarte Haut 17 2.4 Die kutane Sensibilität 20 2.5 Die Mechanorezeptoren der unbehaarten Haut (LTMR) 21 Merkel-Zellen-Neuriten-Komplex (SA I-LTMR) 21 Ruffini-Körperchen (SA II-LTMR) 22 Meissner-Körperchen (FA I-LTMR) 22 Pacini-Körperchen (FA II-LTMR) 23 2.6 Reizleitung und zentrale Verschaltung der Mechanorezeptoren 24 3. Methodische Hinweise 27 3.1 Das Shaker- Messsystem 27 3.2 Die Erfassung der mechanischen Hauteigenschaften 30 4. Eigene Beiträge 33 4.1 Erste Publikation 33 4.2 Zweite Publikation 37 4.3 Dritte Publikation 41 4.4 Vierte Publikation 46 5. Diskussion 52 5.1 Biomechanische Hauteigenschaften und Vibrationssensibilität 53 5.2 Biomechanische Beiträge zur Früherkennung 63 5.3 Unterschwelliges, elektrisches Rauschen 73 6. Schlussbemerkung 81 Literaturverzeichnis 83 Anhang 104 / This cumulative dissertation is based on four scientific publications. The focus hereby is on vibration sensitivity. This modality of skin perception, especially at the foot, has a great relevance for any movement and posture. The first two publications address adaptations of plantar skin to physiological load in healthy subjects (publication 1) and disease-related processes in the course of diabetes mellitus and diabetic peripheral neuropathy (publication 2) and their correlations with vibration sensitivity. Since vibration sensitivity is used to diagnose neural degeneration processes in diabetes mellitus, publication three discusses the potential of additional low and high vibration frequencies for the early diagnosis of neurodegenerative processes. Finally, the fourth publication highlights the effect of subliminal electrical noise stimulation on vibration sensitivity, which is decreased by diabetes mellitus. The overarching discussion in this work connects the publications mentioned and derives practice-related conclusions.:Inhaltsverzeichnis Bibliografische Beschreibung III Abstract IV Inhaltsverzeichnis V Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII Abkürzungsverzeichnis VIII 1. Einleitung 2 1.1 Struktur der Arbeit 9 2. Theorie der Arbeit 11 2.1 Diabetes mellitus 11 2.2 Diabetische periphere Neuropathie 13 2.3 Die unbehaarte Haut 17 2.4 Die kutane Sensibilität 20 2.5 Die Mechanorezeptoren der unbehaarten Haut (LTMR) 21 Merkel-Zellen-Neuriten-Komplex (SA I-LTMR) 21 Ruffini-Körperchen (SA II-LTMR) 22 Meissner-Körperchen (FA I-LTMR) 22 Pacini-Körperchen (FA II-LTMR) 23 2.6 Reizleitung und zentrale Verschaltung der Mechanorezeptoren 24 3. Methodische Hinweise 27 3.1 Das Shaker- Messsystem 27 3.2 Die Erfassung der mechanischen Hauteigenschaften 30 4. Eigene Beiträge 33 4.1 Erste Publikation 33 4.2 Zweite Publikation 37 4.3 Dritte Publikation 41 4.4 Vierte Publikation 46 5. Diskussion 52 5.1 Biomechanische Hauteigenschaften und Vibrationssensibilität 53 5.2 Biomechanische Beiträge zur Früherkennung 63 5.3 Unterschwelliges, elektrisches Rauschen 73 6. Schlussbemerkung 81 Literaturverzeichnis 83 Anhang 104

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Background: Bipolar disorders (BD) are among the most severe mental disorders with first clinical signs and symptoms frequently appearing in adolescence and early adulthood. The long latency in clinical diagnosis (and subsequent adequate treatment) adversely affects the course of disease, effectiveness of interventions and health-related quality of life, and increases the economic burden of BD. Despite uncertainties about risk constellations and symptomatology in the early stages of potentially developing BD, many adolescents and young adults seek help, and most of them suffer substantially from symptoms already leading to impairments in psychosocial functioning in school, training, at work and in their social relationships. We aimed to identify subjects at risk of developing BD and investigate the efficacy and safety of early specific cognitive-behavioural psychotherapy (CBT) in this subpopulation. Methods/Design: EarlyCBT is a randomised controlled multi-centre clinical trial to evaluate the efficacy and safety of early specific CBT, including stress management and problem solving strategies, with elements of mindfulness-based therapy (MBT) versus unstructured group meetings for 14 weeks each and follow-up until week 78. Participants are recruited at seven university hospitals throughout Germany, which provide in- and outpatient care (including early recognition centres) for psychiatric patients. Subjects at high risk must be 15 to 30 years old and meet the combination of specified affective symptomatology, reduction of psychosocial functioning, and family history for (schizo)affective disorders. Primary efficacy endpoints are differences in psychosocial functioning and defined affective symptomatology at 14 weeks between groups. Secondary endpoints include the above mentioned endpoints at 7, 24, 52 and 78 weeks and the change within groups compared to baseline; perception of, reaction to and coping with stress; and conversion to full BD. Discussion: To our knowledge, this is the first study to evaluate early specific CBT in subjects at high risk for BD. Structured diagnostic interviews are used to map the risk status and development of disease. With our study, the level of evidence for the treatment of those young patients will be significantly raised.

Background: Bipolar disorders (BD) are among the most severe mental disorders with first clinical signs and symptoms frequently appearing in adolescence and early adulthood. The long latency in clinical diagnosis (and subsequent adequate treatment) adversely affects the course of disease, effectiveness of interventions and health-related quality of life, and increases the economic burden of BD. Despite uncertainties about risk constellations and symptomatology in the early stages of potentially developing BD, many adolescents and young adults seek help, and most of them suffer substantially from symptoms already leading to impairments in psychosocial functioning in school, training, at work and in their social relationships. We aimed to identify subjects at risk of developing BD and investigate the efficacy and safety of early specific cognitive-behavioural psychotherapy (CBT) in this subpopulation. Methods/Design: EarlyCBT is a randomised controlled multi-centre clinical trial to evaluate the efficacy and safety of early specific CBT, including stress management and problem solving strategies, with elements of mindfulness-based therapy (MBT) versus unstructured group meetings for 14 weeks each and follow-up until week 78. Participants are recruited at seven university hospitals throughout Germany, which provide in- and outpatient care (including early recognition centres) for psychiatric patients. Subjects at high risk must be 15 to 30 years old and meet the combination of specified affective symptomatology, reduction of psychosocial functioning, and family history for (schizo)affective disorders. Primary efficacy endpoints are differences in psychosocial functioning and defined affective symptomatology at 14 weeks between groups. Secondary endpoints include the above mentioned endpoints at 7, 24, 52 and 78 weeks and the change within groups compared to baseline; perception of, reaction to and coping with stress; and conversion to full BD. Discussion: To our knowledge, this is the first study to evaluate early specific CBT in subjects at high risk for BD. Structured diagnostic interviews are used to map the risk status and development of disease. With our study, the level of evidence for the treatment of those young patients will be significantly raised.

The early non-invasive diagnosis of epithelial tissue alterations in daily clinical routine is still challenging. Since optical coherence tomography (OCT) shows the potential to differentiate between benign and malignant tissue of primal endothelium, OCT could be beneficial for the early diagnosis of malignancies in routine health checks. In this research, a new handheld endoscopic scanning unit was designed and connected to a spectral domain OCT system of our workgroup for the in vivo imaging of the human oral mucosa.

Dissertation of Chief Fire Officer Dipl.-Ing. M. Sc. Dirk Schneider for achieving the academic degree of Dr.-Ing. of the Faculty of Forestry, Geo and Hydro Sciences of the Technical University of Dresden with the title: “Early Detection of Fires in Areas of Forests and other Vegetation” Fires threaten and destroy extensive forest and vegetation areas every year, endangering people and its settlements, leading to significant pressures on the environment and destroying considerable high value resources. The expenditures in manpower, logistics and finance for safety in general and fire suppression in particular are considerable. To minimize these varied and extensive consequences of fires, early detection is desirable, making an effective firefighting strategy possible. This early detection is particularly of importance in remote, large-scale areas and territories not under observation by the population, especially if they are subject to an increased or high vulnerability. After investigating and considering the causes, that repeatedly lead to forest fires not only in the Federal Republic of Germany but worldwide, the author describes different traditional and modern methods for early detection of fires in areas of forests and other vegetation. Furthermore the author develops a performance item catalog, basing on practical and economic experience, by which not only novel early warning systems can be developed, but the systems and methods described in the present study also are assessed and compared. The comparison of various early warning systems is guided not only by means of technical features, but also from an economic perspective. Financial calculation methods, staff costs and the peculiarities in public administration are particularly noted. The author also shows the different parameters that influence the selection of an appropriate early warning system for the detection of forest and vegetation areas. It becomes clear that it is the scene of the incident with its specific parameters that determines the most useful early warning system.

Dissertation of Chief Fire Officer Dipl.-Ing. M. Sc. Dirk Schneider for achieving the academic degree of Dr.-Ing. of the Faculty of Forestry, Geo and Hydro Sciences of the Technical University of Dresden with the title: “Early Detection of Fires in Areas of Forests and other Vegetation” Fires threaten and destroy extensive forest and vegetation areas every year, endangering people and its settlements, leading to significant pressures on the environment and destroying considerable high value resources. The expenditures in manpower, logistics and finance for safety in general and fire suppression in particular are considerable. To minimize these varied and extensive consequences of fires, early detection is desirable, making an effective firefighting strategy possible. This early detection is particularly of importance in remote, large-scale areas and territories not under observation by the population, especially if they are subject to an increased or high vulnerability. After investigating and considering the causes, that repeatedly lead to forest fires not only in the Federal Republic of Germany but worldwide, the author describes different traditional and modern methods for early detection of fires in areas of forests and other vegetation. Furthermore the author develops a performance item catalog, basing on practical and economic experience, by which not only novel early warning systems can be developed, but the systems and methods described in the present study also are assessed and compared. The comparison of various early warning systems is guided not only by means of technical features, but also from an economic perspective. Financial calculation methods, staff costs and the peculiarities in public administration are particularly noted. The author also shows the different parameters that influence the selection of an appropriate early warning system for the detection of forest and vegetation areas. It becomes clear that it is the scene of the incident with its specific parameters that determines the most useful early warning system.:Vorwort 3 Abstract 6 Inhaltsverzeichnis 7 1 Einleitung 12 2 Ziel- und Aufgabenstellung 17 3 Vorbetrachtungen und Stand des Wissens 18 3.1 Die Waldbrandsituation 18 3.2 Brandursachen in Wäldern und Vegetationsgebieten 21 3.3 Methoden der Waldbrandfrüherkennung 27 3.3.1 Herkömmliche Methoden der Waldbrandfrüherkennung 27 3.3.1.1 Notrufmeldung durch die Öffentlichkeit 27 3.3.1.2 Feuerwachtürme 29 3.3.1.3 Luftbeobachtung 35 3.3.1.3.1 Feuerwehrflugdienst Niedersachsen 39 3.3.1.3.2 Luftrettungsstaffel Bayern 44 3.3.1.3.3 Avialesookhrana 47 3.3.2 Moderne Systeme 50 3.3.2.1 Terrestrische Systeme 51 3.3.2.1.1 Firewatch 53 3.3.2.1.2 Firehawk Forestwatch 69 3.3.2.1.3 Integriertes Waldbrand-Beobachtungssystem (IPNAS) 72 3.3.2.1.4 FireALERT 76 3.3.2.1.5 Fire Wall 83 3.3.2.1.6 Radio-Akustisches-Sondierungssystem (RASS) 87 3.3.2.1.7 Mobile Biological Sensors (MBS) 93 3.3.2.1.8 Light Detection And Ranging (LIDAR) 101 3.3.2.1.9 Golden Eye 104 3.3.2.2 Aeronautische Systeme 108 3.3.2.2.1 National Infrared Operations Program (NIROPS) 108 3.3.2.2.2 Wildfire Airborne Sensor Program (WASP) 116 3.3.2.2.3 Unmanned Aerial Vehicles (UAV) 121 3.3.2.2.4 Luftschiffe 130 3.3.2.3 Orbitale Systeme 135 3.3.2.3.1 Nomos 137 3.3.2.3.2 Bispectral Infrared Detection (BIRD) 141 3.3.2.3.3 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 146 3.3.2.3.4 Polar Operational Environmental Satellite Project (POES) 151 4 Material und Methoden 154 4.1 Material 155 4.1.1 Fachliteratur und Forschungsberichte 155 4.1.2 Fachberichte internationaler staatlicher Dienststellen 155 4.1.3 Technische Betriebsunterlagen von Herstellern 155 4.2 Methoden 156 4.2.1 Gespräche und Interviews 156 4.2.2 Praxisorientiertes Erfahrungs- und Anwenderwissen 156 4.2.3 Vergleich zur Bewertung der technischen Leistungsfähigkeit 157 4.2.4 Wirtschaftlichkeit 159 4.2.4.1 Wirtschaftlichkeit unter betriebs- und finanzwirtschaftlicher Betrachtung 160 4.2.4.1.1 Die Wirtschaftlichkeitsanalyse 161 4.2.4.1.1.1 Wirtschaftlichkeitsrechnung 161 4.2.4.1.1.1.1 Statische Verfahren 161 4.2.4.1.1.1.1.1 Kosten- und Gewinnvergleichsrechnung 162 4.2.4.1.1.1.1.2 Rentabilitätsvergleichsrechnung 162 4.2.4.1.1.1.1.3 Amortisationsvergleichsrechnung 162 4.2.4.1.1.1.2 Dynamische Verfahren 163 4.2.4.1.1.1.2.1 Kapitalwertmethode 163 4.2.4.1.1.1.2.2 Internal Rate of Return 164 4.2.4.1.1.1.2.3 Annuitätenmethode 164 4.2.4.1.1.2 Kosten-Nutzen-Analyse 165 4.2.4.1.1.3 Nutzwertanalyse 165 4.2.4.2 Wirtschaftlichkeit in der öffentlichen Verwaltung 166 4.2.4.3 Personalkosten 170 4.2.4.4 Kostenvergleich verschiedener Früherkennungssysteme 172 5 Entwicklung eines Leistungspositionskataloges 174 5.1 Funktionale Anforderungen 176 5.1.1 Melde- und Dispositionszeiten 176 5.1.1.1 Frühzeitige Branderkennung 176 5.1.1.2 Schnelle Meldewege 177 5.1.1.3 Automatisierte Ortsbestimmung 177 5.1.2 Einsatzbereitschaft 177 5.2 Nicht-Funktionale Anforderungen 178 5.2.1 Zuverlässigkeit 178 5.2.1.1 Geringe Fehlalarm- und Detektionsverlustrate 178 5.2.1.2 Wetterunabhängigkeit 179 5.2.1.3 Temperaturunabhängigkeit 179 5.2.1.4 UV-Beständigkeit 179 5.2.1.5 Elektromagnetische Verträglichkeit 179 5.2.1.6 Reduktion von Täuschungsalarmen 180 5.2.1.7 Zwei-Linien-Abhängigkeit 180 5.2.2 Leistungsvermögen 181 5.2.2.1 Automatisches Wirken 181 5.2.2.2 Einsatzinformationsprojektion 181 5.2.3 Benutzbarkeit 181 5.2.3.1 Bedienbarkeit 181 5.2.3.2 Intuitive Erfassbarkeit 182 5.2.4 Portierung und Übertragung 182 5.2.4.1 Leitstellenaufschaltung 182 5.2.4.2 Geoinformationssystem 182 5.2.4.3 Schnittstelle für Wetterinformationen 183 5.2.4.4 Kommunikationsredundanz 183 5.2.4.5 Kompatibilität 183 5.2.4.6 Ergonomie, Design und Ästhetik 183 5.3 Sicherheitsanforderungen 184 5.3.1 Umweltsicherheit 184 5.3.1.1 Gesundheitsschutz 184 5.3.1.2 Umweltverträglichkeit 184 5.3.2 Technische Betriebssicherheit 185 5.3.2.1 Systemstabilität 185 5.3.2.2 Unabhängigkeit von Dritten 185 5.3.2.3 Zwei-Wege-Energieversorgung 185 5.3.2.4 Umweltresistenz 186 5.4 Wirtschaftlichkeit 186 5.4.1 Wartung und Instandsetzung 186 5.4.2 Erweiterbarkeit 186 5.5 Der Leistungspositionskatalog 187 6 Ergebnisse 188 6.1 Die Notwendigkeit des Einsatzes von Früherkennungssystemen 189 6.2 Grundlegende Bewertung der Leistungsfähigkeit 190 6.2.1 Public Report (Notrufmeldung durch die Öffentlichkeit) 192 6.2.2 Feuerwachtürme 193 6.2.3 Luftbeobachtung 193 6.2.4 Unmanned Aerial Vehicles (UAV) 194 6.2.5 Luftschiffe 195 6.2.6 Terrestrische CCTV-Technik 196 6.2.7 Terrestrische OSS-Videotechnik 196 6.2.8 Erdgebundene Infrarotsysteme 197 6.2.9 Erdgebundene Temperatursensoren 197 6.2.10 Light Detection And Ranging (LIDAR) 198 6.2.11 Sonic Detection and Ranging (SODAR) und Radio-Akustische-Sondierungssysteme (RASS) 199 6.2.12 Mobile biologische Sensoren (MBS) 200 6.2.13 Satellitentechnologie 201 6.2.14 Zusammenfassung der grundlegenden Bewertung 201 6.3 Bewertung nach dem Leistungspositionskatalog 204 6.3.1 Erfüllung der funktionalen Anforderungen 205 6.3.2 Erfüllung der nicht-funktionalen Anforderungen 206 6.3.3 Erfüllung der Sicherheitsanforderungen 206 6.3.4 Betrachtung der Wirtschaftlichkeit 207 6.3.5 Public Report (Notrufmeldung durch die Öffentlichkeit) 207 6.3.6 Feuerwachturm 209 6.3.7 Luftbeobachtung 212 6.3.8 Unmanned Aerial Vehicles (UAV) 213 6.3.9 Luftschiffe 216 6.3.10 CCTV-Technik 218 6.3.11 OSS-Videotechnik 220 6.3.12 Erdgebundene Infrarotsysteme 222 6.3.13 Erdgebundene Temperatursysteme 224 6.3.14 Light Detection And Ranging (LIDAR) 226 6.3.15 Sonic Detection and Ranging (SODAR) und Radio-Akustische-Sondierungssysteme (RASS) 228 6.3.16 Mobile biologische Sensoren (MBS) 229 6.3.17 Satellitentechnologie 232 6.3.18 Zusammenfassung der Bewertung nach dem Leistungspositionskatalog 235 6.4 Bewertung anhand komplexer Kriterien 243 6.5 Die Vulnerabilität von Ökosystemen 244 6.6 Kostenvergleich ausgewählter Früherkennungssysteme 246 6.7 Bewertung der betriebs- und finanzwirtschaftlichen Methoden 257 6.8 Wirtschaftlichkeit und beeinflussende Nebenaspekte 258 6.9 Die Anwendung von Analysemethoden 261 7 Diskussion 263 7.1 Grundlagen und Methoden der Waldbrandfrüherkennung 263 7.2 Die Komplexität der Findung eines geeigneten Früherkennungssystems 276 7.3 Der Kostenvergleich von Früherkennungssystemen 276 7.4 Allgemeine Wirtschaftlichkeit 278 7.5 Technische Wirtschaftlichkeit 278 7.6 Finanz- und betriebswirtschaftliche Methoden 279 8 Schlussfolgerungen 280 8.1 Lehre zur Bedeutung von Wald- und Vegetationsgebieten 280 8.2 Prävention und Aufklärung 281 8.3 Schutzbedarf feuerunabhängiger Ökosysteme 282 8.4 Notwendigkeit des Einsatzes von Früherkennungssystemen 282 8.5 Der Einfluss der Empfindlichkeit eines Ökosystems 283 8.6 Technische Weiterentwicklung des Systems Feuerwachturm 284 8.7 Erfüllung funktionaler und nicht-funktionaler Anforderungen 285 8.8 Die Gewährleistung der Umweltsicherheit 286 8.9 Unzulässigkeit der Verwendung von Tieren als Früherkennungssystem 286 8.10 Die Wirtschaftlichkeit von Früherkennungssystemen 287 8.11 Die interdisziplinäre Nutzung zur Senkung von Kosten 288 8.12 Der Leistungspositionskatalog als Werkzeug 288 8.13 Orbitaler Systemverbund für den globalen Umweltschutz 289 8.14 Minimierung von Fehlalarmen durch Zwei-Linien-Abhängigkeit 290 8.15 Kombination unterschiedlicher Methoden zum Erhalt eines Idealsystems 291 8.16 Örtliche Bedingungen bestimmen das Früherkennungssystem 292 9 Zusammenfassung 293 10 Quellen- und Literaturverzeichnis (numerisch) 296 11 Quellen- und Literaturverzeichnis (alphabetisch) 338 Anhang I: Abkürzungsverzeichnis 344 Anhang II: Bilderverzeichnis 348 Anhang III: Tabellenverzeichnis 353 Anhang IV: Index 354