Le taux d’infection postopératoires des prothèses orthopédiques peut atteindre jusqu’au 2% des patients ce qui peut provoquer des douleurs persistant ou augmentant après l'intervention, un décèlement précoce et la présence d'un gros hématome. Le développement des prothèses de hanche à libération prolongée locale de médicaments peut prévenir ces complications. Le but est d’optimiser la fonctionnalisation des implants en titane (TiAl6V4) revêtus d’une couche de titane microporeux et d’une couche d’hydroxyapatite de 80 µm (HA) par des cyclodextrines (CDs) afin d’obtenir des propriétés anti-infectieuses améliorées. Le revêtement est également stérilisable et biorésorbable en quelques mois. Ce système permet d’avoir une activité thérapeutique locale, modulable (choix de la molécule bio-active jugé le plus opportun par le chirurgien) et prolongée, ce qui conduira à un dispositif polyvalent d’une nouvelle génération, capable de réduire les infections post opératoires et de favoriser l’intégration de l’implant. / Bacterial infections still presents as a common complication in orthopaedic surgery, the overall infection rate after total hip replacement is 0.5% to 2 %,which may cause many serious problems e.g. morbidity, poor functional outcomes. and become the major barrier for extended use. For preventing such risks, combining antibiotics with implants for increasing local drug concentration at targeted sites could be a solution. This study aims at modifying the HA coated titanium material (Ti-HA) surface with cyclodextrins (CDs) for loading the therapeutic molecules (biodegradable antibiotic carrier system), to achieve a sustained local drug delivery for implant materials. The prolonged antibacterial activity of antibiotic loaded Ti-HA-MeβCD samples confirmed that it could be a promising drug-delivery system for sustained antibiotics release to prevent post-operatory infection or other potential applications e.g. antimitotic agent release.

Meiotic nuclear oscillations in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe are crucial for proper chromosome pairing and recombination. We report a mechanism of these oscillations on the basis of collective behavior of dynein motors linking the cell cortex and dynamic microtubules that extend from the spindle pole body in opposite directions. By combining quantitative live cell imaging and laser ablation with a theoretical description, we show that dynein dynamically redistributes in the cell in response to load forces, resulting in more dynein attached to the leading than to the trailing microtubules. The redistribution of motors introduces an asymmetry of motor forces pulling in opposite directions, leading to the generation of oscillations. Our work provides the first direct in vivo observation of self-organized dynamic dynein distributions, which, owing to the intrinsic motor properties, generate regular large-scale movements in the cell.

Konsens ist entscheidend für viele Aspekte unseres täglichen Lebens. Von der Sprache über soziale Normen bis hin zu den Regeln eines einfachen Kartenspiels ist breite Übereinstimmung erforderlich, um den jeweiligen Zweck zu erfüllen. Auch die Meinungen zu den zentralen Themen unserer Zeit sollten so weit übereinstimmen, dass wichtige Herausforderungen gemeinsam in Angriff genommen werden können. Dies ist jedoch häufig nicht der Fall. Sowohl politische Meinungen als auch Einstellungen zu ethischen Fragen sind oft tief gespalten. Die Ursprünge einer solchen Meinungspolarisierung haben die Soziologie lange Zeit vor ein Rätsel gestellt, da soziale Einflüsse uns oft näher zusammenzubringen scheinen. Was müssen wir also annehmen, um Meinungsspaltungen zu erklären? Wann wird ein Konsens gebildet? Und welche Rolle könnte die gestiegene Kommunikation zwischen Menschen bei diesen Prozessen spielen? In dieser Arbeit werden wir uns solchen Fragen mit Hilfe mathematischer Modellierung und der Analyse sozialer Daten nähern. Im Speziellen soll dazu beigetragen werden, die Lücke zwischen mikroskopischen Annahmen über den sozialen Einfluss und der Bildung von makroskopischen Meinungszuständen in sozialen Netzwerken zu schließen. / Consensus is key for many aspects of our daily lives. Concepts ranging from language, to social norms, to the rules of a simple card game require population-scale agreement to fulfil their function. People's opinions on major issues of our time should also be reasonably consistent such that important challenges can be tackled collectively. However, this is often not the case. Political opinions as well as the attitudes towards ethical issues are often deeply divided. The origins of such opinion polarization have puzzled sociology for a long time, as social influence often seems to bring us closer together. Hence, what do we have to assume in order to explain opinion cleavages? When will consensus be formed? And what might be the role of increased communication among people in these processes? In this thesis, we tackle such questions by means of mathematical modeling and the analysis of social data. More specifically, we aim to contribute to bridging the gap between microscopic assumptions about social influence and the formation of macroscopic opinion states in social networks.

Die steigenden Anforderungen an eingebettete Systeme bewirken eine stetig steigende Komplexität sowohl der Hardware- als auch der Softwarekomponenten eines solchen Systems. Zunehmend werden auch im Embedded-Bereich 32-Bit- Mikrocontroller und Echtzeitbetriebssysteme eingesetzt. Entwickler benötigen daher eine geeignete Emulationsumgebung für den Entwurf eines eingebetteten Systems. Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Laufzeit- verhaltens von Echtzeitbetriebssystemen. Es werden Leistungsbeschränkungen dieser Systeme dargestellt sowie Möglichkeiten zur Umgehung dieser Schranken behandelt.

Gemeinsamer Workshop von Universitaetsrechenzentrum und Professur Rechnernetze und verteilte Systeme (Fakultaet fuer Informatik) der TU Chemnitz. Workshop-Thema: Infrastruktur der ¨Digitalen Universitaet¨ Zur unmittelbaren Kommunikation zweier oder mehrerer Kommunikationspartner werden heute sogenannte Instant Messaging Systeme eingesetzt. Der Vortrag zeigt zwei moegliche Ansaetze fuer ein Protokoll, das diese Art von Kommunikation bewerkstelligen kann. Zum einen handelt es sich um das Protokoll einer freien Implementierung eines IM Systems, Jabber. Zum anderen ist dies das Protokoll eines im Rahmen einer Diplomarbeit an der Fakultaet fuer Informatik entstandenen IM Systems, Locom.

Die Informatik ist von besonderer Bedeutung für die Gestaltung unser alltäglichen Lebensumstände und ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Fakultät für Informatik vertritt dieses Fachgebiet umfassend und kompetent mit anwendungsorientierten Schwerpunktsetzungen. In unseren Forschungsschwerpunkten - Eingebettete selbstorganisierende Systeme - Intelligente multimediale Systeme - Parallele verteilte Systeme bieten wir international wettbewerbsfähige Forschung und Entwicklung zu aktuellen Problemstellungen. Unsere Lehre basiert auf dem Leitmotiv der beständigen Erneuerung aus der Forschung. Hieraus abgeleitet bieten wir zeitgemäße Bachelor- und Masterstudiengänge mit hervorragenden Studienbedingungen. Die Fakultät hat den Anspruch eines möglichst persönlichen Umgangs zwischen Lehrkörper und Studenten. Mit der Schriftenreihe „Chemnitzer Informatik Berichte“ geben wir Einblicke in die Forschungspraxis der Fakultät. Dabei werden unterschiedliche Forschungsthemen aus den drei Forschungsschwerpunkten und allen Professuren der Fakultät vorgestellt. / Computer science, as a key technology of the 21th century, has an exceptional impact on our everyday life and living standards. The Faculty of Computer Science represents this scientific field in a comprehensive and proficient manner with an application-orientated choice of topics. In the fields of - Embedded and self-organizing systems - Intelligent multimedia systems - Parallel and distributed systems we offer research and development for current problems and challenges on an internationally competitive level. The guiding principle of our education is the continuous innovation through advances in research. Consequently, we are able to provide modern Bachelor and Master programs with excellent academic conditions. The faculty strives to provide a maximally personal interaction between students and staff. With the series of publications „Chemnitz Computer Science Reports“ we give insigths into the reasearch practice of the faculty. We present different subjects of research from the tree research fields and all of the professorships of the Faculty of Computer Science.

Das Arbeitsumfeld und die Arbeitsabläufe im Operationssaal werden durch die Einführung neuer technischer Systeme zunehmend komplexer. Dies resultiert in einem erhöhten Aufwand für Konfiguration und Informationssuche und kann den Arbeitsprozess des Chirurgen langwieriger und fehleranfälliger gestalten. Ein situationsangepasstes Verhalten der technischen Systeme kann zur Reduktion dieses zusätzlichen Arbeitsaufwands führen. Chirurgische Arbeitsprozesse sind jedoch durch eine hohe Varianz und schwer quantifizierbare Einflüsse, wie z.B. Patientenanatomie und -pathologie, gekennzeichnet. Im Rahmen der Dissertation werden die Workflowmanagementkonzepte auf die Anforderungen in der Chirurgie angepasst und damit ein Beitrag zur Weiterentwicklung des Operationssaals zu einer kooperativen technischen Arbeitsumgebung geleistet. Informationen über den aktuellen Verwendungskontext eines Medizingerätes, insbesondere über den chirurgischen Arbeitsprozess, sind für die Implementierung von intelligentem Verhalten technischer Systeme erforderlich. Im Fokus der Dissertation stehen dabei drei relevante Aufgabenbereiche für die Umsetzung situationsbezogener Konfiguration der technischen OP-Umgebung: Die formale Modellierung chirurgischer Arbeitsabläufe und ihrer Varianz, die intraoperative Verarbeitung von Prozessinformationen und, basierend darauf, die Implementierung geeigneter Assistenzfunktionen für den Chirurgen und das OP-Personal. Zur Umsetzung eines situationsangepassten Systemverhaltens von Medizingeräten wird ein Workflowinformationssystem (WIS) konzipiert und implementiert. Das WIS stellt prozessbezogene Informationen taxonomisch strukturiert im OP-Netzwerk bereit. Im Rahmen der Arbeit werden basierend darauf Implementierungsstrategien für eine regelbasierte Adaption von Medizingeräten vorgeschlagen. Die entwickel\ten Modellformen und Algorithmen werden anhand klinischer Anwendungsfälle aus der Augen-, der HNO- und der Neurochirurgie mit insgesamt rund zweihundert Aufzeichnungen chirurgischer Prozesse evaluiert. Außerdem werden exemplarische Anwendungen der entwickelten Technologien in Szenarien aus der HNO-Chirurgie im Rahmen eines realitätsnahen Demonstrators umgesetzt. Die Dissertation kombiniert und adaptiert Methoden aus den Bereichen maschinelles Lernen, Workflowmanagement und wissensbasierte Systeme, um Strategien zur Implementierung von workflow-gestützten Mehrwertfunktionen in vernetzten Operationssälen aufzuzeigen. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf der formalen Repräsentation chirurgischer Abläufe und ihrer Varianzen sowie der Realisierung von regelbasiertem, situationsabhängigem Systemverhalten unter Berücksichtigung des erforderlichen Risiko\-managements für Medizingeräte.:1 Introduction 1 1.1 Scopes and aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Background 7 2.1 Today's operating rooms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Digital operating rooms and integration infrastructures . . . . . . . . . . 10 2.3 Workflows and process modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.1 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.2 Business process modeling approaches . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.3 Workflows in the surgical domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.4 Surgical workflow recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 Knowledge-based systems and context-awareness . . . . . . . . . . . . . 20 2.5 Clinical use cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.1 Eye cataract surgery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.2 Functional Endoscopic Sinus Surgery . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.3 Lumbar discectomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.4 Intracranial tumor removal procedures . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.6 Positioning of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3 Modeling of surgical procedures 31 3.1 General modeling approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.1.1 Requirements of modeling and intraoperative tracking of surgical procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.1.2 Multi-perspective workflow modeling . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 Process instance models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 Generalized surgical process models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3.1 State-transition models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.3.2 Surgical Workflow Trace Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3.3 Adaptive Trace Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4 Abstract surgical process models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.4.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.2 Modeling method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4.3 Technical resource usage modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5 Discussion on modeling of surgical procedures . . . . . . . . . . . . . . . 54 4 Intraoperative processing and contextual information 57 4.1 Modeling of surgical situations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1.1 Model network processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1.2 Evaluation of the situation classification . . . . . . . . . . . . . . 59 4.1.3 Discussion of situation classification . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.2 Prediction of forthcoming work steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.1 Process projection in graph-based models . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.2 Evaluation of projection results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.3 Additional information entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3.1 Surgical procedure meta information . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3.2 Prediction of remaining intervention time . . . . . . . . . . . . . 77 4.4 Surgical process context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5 Framework for workflow-driven surgical assistance 91 5.1 Design of workflow-driven assistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.1.1 System environment and requirements . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.1.2 Risk management considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1.3 Distributed assistance functionalities . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2 Workflow Information System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.2.1 Conceptualization of a Workflow Information System . . . . . . . 96 5.2.2 System design and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2.3 Discussion of the Workflow Information System concept . . . . . 101 5.3 Rule-based automation of OR configuration . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.3.1 Infrastructure and interaction patterns . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.3.2 Representation of rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.3.3 OR configuration profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6 Demonstration applications 109 6.1 Process-related data analysis tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.2 Example clinical use case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6.2.1 Simulated procedures in the demonstrator . . . . . . . . . . . . . 111 6.2.2 Demonstration setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.3 Workflow recognition under laboratory conditions . . . . . . . . . . . . . 113 6.4 Implemented assistance functionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.4.1 Information presentation and documentation support . . . . . . . 118 6.4.2 Context-aware adaptation of OR equipment . . . . . . . . . . . . 125 6.5 Distributed context-aware automation in an integrated surgical working environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.5.1 Validation of the context-aware applications . . . . . . . . . . . . 131 6.5.2 Example assisted surgical procedure . . . . . . . . . . . . . . . . 139 7 Conclusion and Outlook 143 7.1 Modeling of surgical procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.2 Intraoperative processing and contextual information . . . . . . . . . . . 145 7.3 Context-aware assistance technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Wirtschaftliche und ökologische Rahmenbedingungen zwingen die Forschung immer weiter, die Betriebseigenschaften von Maschinenelementen zu verbessern. Für hydrodynamische Gleitlager wird die Abweichung der zylindrischen Form untersucht, um gezielt Betriebsparameter zu begünstigen. Untersuchungen mit ALP3T dienen der Ermittlung lastfallabhängiger Vorzugsgeometrien. Weiterführende Simulationsuntersuchungen mit Creo Simulate ermöglichen im Anschluss die praxisnahe Formgenerierung. Eine Überführung der Ergebnisse zwischen den beiden Programmen liefert die lastfall- und formabhängigen Betriebsparameter des Gleitlagers. Mit Hilfe der Kopplung können in iterativen Simulationsschritten Fehler reduziert und somit lastfallspezifische Lagergeometrien präsentiert werden. Ferner lässt sich für das Gleitlager ein Demonstrator konzipieren, der diese Lagergeometrien aufbringt.

In natürlichen neuronalen Systemen finde der Informationsaustausch auf der Basis diffundierender Transmittermoleküle statt. Die synaptische Verbindungsstärke zwischen den Neuronen ist der relativen Häufigkeit der Inanspruchnahme einer synaptischen Verbindung angepaßt und die Mächtigkeit des transferierten Transmitterstroms der Depolarisationshäufigkeit eines jeden Neurons. Damit ist die neuronale Struktur sowohl an verschiedene Erregungsmuster anpassungsfähig als auch invariant gegenüber partiellen Ausfällen der Topologie. Der davon abgeleitete Ansatz zur Topologiesynthese für massiv parallele Systeme basiert auf naheliegenden Analogieschlüssen zwischen beiden Systemen. Für das massiv parallele System wird die im Teil 1 (Topologieanalyse) angegebene Prinzipdarstellung eines Prozessorfeldes mit zugeordnetem Verkehrsfeld zugrundegelegt. Die synaptische Verbindungsstärke sei durch die topologische Weglänge zwischen zwei Verkehrsknoten nachgebildet und die genannte Transferrate durch die von einem Verkehrsknoten immittierbare maximale Datenrate. Auch die Dynamik eines massiv parallelen Systems läßt sich anschaulich als Diffusionsprozeß darstellen, beschrieben durch eine Diffusionsgleichung. Die Parameter dieser Gleichung sind geeignet, die Güte der Topologie des massiv parallelen Systems quantitativ zu beurteilen. An zwei ausgewählten Referenzmustern wird dies vorgenommen.

Parallel strukturierte Informationsverarbeitungssysteme werden untergliedert in distributed und in shared memory systems. Massiv parallele Systeme werden den distributed memory systems zugeordnet, konfiguriert aus Prozessorfeld und Verkehrsfeld. Das Prozessorfeld ist durch die Anzahl der Prozessoren und durch die relative Referenzhäufigkeit zwischen den Prozessoren charakterisiert. Das Verkehrsfeld besteht aus miteinander kommunizierenden Verkehrsknoten und ist durch seine Topologie gekennzeichnet. Unterschiedliche Topologien eignen sich dementsprechend differenziert für unterschiedliche relative Referenzhäufigkeiten zwischen den Prozessoren des Prozessorfeldes. Das Verkehrsfeld hat die Aufgabe, den aus den Referenzierungen zwischen den Prozessoren des Prozessorfeldes resultierenden Datenstrom verzögerungsfrei zu transferieren. Demzufolge muß ein Kanal des Verkehrsfeldes auf Anforderung wartefrei zur Verfügung stehen. Geschieht die Bereitstellung eines Kanals ohne Rückstellung eines anderen Kanals, dann wird das Verkehrsfeld als balanciert bezeichnet. Es steht die Frage: Wie groß ist bei gegebener Referenzierung zwischen den Prozessoren des Prozessorfeldes und bei gegebener Topologie des Verkehrsfeldes die maximale Mächtigkeit transferierter Datenströme zwischen den Knoten des Verkehrsfeldes. Zu deren Beantwortung wird ein Modell zur Berechnung der Mächtigkeit transferierter Datenströme abgeleitet. Auf Grundlage dieses Modells wird die Transparenz des gegebenen Verkehrsfeldes erörtert. Aussagen dieser Art sind relevant für die Beurteilung des Verkehrsfeldes gegenüber Änderungen des Referenzmusters im Prozessorfeld.