Modern bottom-hole assemblies are equipped with various sensors which measure the geological and directional information of the borehole while drilling. It is very crucial to get the measured downhole information to the surface in real time in order to be able to monitor, steer and optimize the drilling process while drilling. The transmission of the information to the surface is most commonly carried out by coded pressure pulses (the technology called mud pulse telemetry) which propagate through the drilling mud inside the drill string towards the surface. However, hardly any specific experimental research on the hydraulic data transmission can be found in the literature. Moreover, it is essential to use a reliable model/simulation tool which can more accurately simulate the pressure pulse propagation in fluids inside drill strings under various drilling operation conditions in order to improve the performance of the data transmission process. The aims of this study are to develop and test a laboratory experimental setup, a simulation model and a novel method for detecting and decoding of measurement while drilling pressure pulse propagation in fluids inside drill strings. This thesis presents a laboratory experimental setup for investigating the process of data transmission in boreholes by mud pulse telemetry. The test facility includes a flow loop, a centrifugal pump, a positive mud pulser or alternatively a mud siren, pressure transducers at four different locations along the flow loop and a data collection system. Moreover, it includes an “actuator system” for the simulation of typical noise patterns created by the common duplex or triplex mud pumps. This laboratory setup with great capabilities opens the way for testing and developing new concepts for data transmission. A theoretical model using ANSYS CFX11 (Computational Fluid Dynamics (CFD) commercial code) was successfully developed to simulate dynamic pressure pulse transmission behavior in the fluid inside the flow loop. The collected laboratory data which simulate various data transmission processes in boreholes were used to verify and calibrate the theoretical method. A pretty good agreement is achieved between the predicted and measured pressure pulses at different locations along the flow loop for positive pulses with various durations using different flow rates and for continuous pressure pulses using different carrier frequencies. A novel approach (continuous wavelet transformation) for detecting and decoding the received continuous pressure pulses in a noisy environment was applied to various simulated drilling operation conditions for data transmission in boreholes in the laboratory. The concept was registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2011. The results indicate that the continuous wavelet transformation can be used to clearly identify and better detect the continuous pressure pulse periods, frequencies and discontinuity positions in the time domain compared to the conventional method (Fourier transformation). This method will contribute to the possibility of transmitting the data at higher rates and over longer distances. A concept for developing an innovative pulser using electrical discharge or acoustic sources for inducing pulses keeping the drill strings fully open (eliminating the problem of plugging the pulser by pumped lost circulation materials) and without any mechanical moving parts (eliminating the failure related to the pulser moving parts) was also registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2012. With this pulser, it is expected that it would be possible to transmit the data over longer distances and at higher rates. Realizing the concept of the new pulser and using continuous wavelet transformation for detecting and decoding the pulser signal are recommended for future work.

This thesis deals with the possibility of using neural networks in the analysis of a racing vehicle telemetry data. The analysis consists of finding and classifying the driving states of the vehicle as well as reconstruction and prediction of the data signal. The thesis consists of a research of machine learning focusing on neural networks. It describes the main types of the most commonly used neural networks with the description of their structure and their learning process. It also deals with the problem of classification and an in-depth analysis of the signal prediction and reconstruction. The conclusion is devoted to the implementation of the network into a TeleMatrix application.

Read up protocol OBD-II and familiarize yourself with the concept of existing devices, which use this protocol for wireless data transmission diagnostics car. Different conception mutually compare and suggest own concept device. The device should be consist from standard components without development own hardware. Implement the proposed device. Verify function of device and measure its range and data throughput. Discuss the connection to the database server and simple presentation of data.

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Modern bottom-hole assemblies are equipped with various sensors which measure the geological and directional information of the borehole while drilling. It is very crucial to get the measured downhole information to the surface in real time in order to be able to monitor, steer and optimize the drilling process while drilling. The transmission of the information to the surface is most commonly carried out by coded pressure pulses (the technology called mud pulse telemetry) which propagate through the drilling mud inside the drill string towards the surface. However, hardly any specific experimental research on the hydraulic data transmission can be found in the literature. Moreover, it is essential to use a reliable model/simulation tool which can more accurately simulate the pressure pulse propagation in fluids inside drill strings under various drilling operation conditions in order to improve the performance of the data transmission process. The aims of this study are to develop and test a laboratory experimental setup, a simulation model and a novel method for detecting and decoding of measurement while drilling pressure pulse propagation in fluids inside drill strings. This thesis presents a laboratory experimental setup for investigating the process of data transmission in boreholes by mud pulse telemetry. The test facility includes a flow loop, a centrifugal pump, a positive mud pulser or alternatively a mud siren, pressure transducers at four different locations along the flow loop and a data collection system. Moreover, it includes an “actuator system” for the simulation of typical noise patterns created by the common duplex or triplex mud pumps. This laboratory setup with great capabilities opens the way for testing and developing new concepts for data transmission. A theoretical model using ANSYS CFX11 (Computational Fluid Dynamics (CFD) commercial code) was successfully developed to simulate dynamic pressure pulse transmission behavior in the fluid inside the flow loop. The collected laboratory data which simulate various data transmission processes in boreholes were used to verify and calibrate the theoretical method. A pretty good agreement is achieved between the predicted and measured pressure pulses at different locations along the flow loop for positive pulses with various durations using different flow rates and for continuous pressure pulses using different carrier frequencies. A novel approach (continuous wavelet transformation) for detecting and decoding the received continuous pressure pulses in a noisy environment was applied to various simulated drilling operation conditions for data transmission in boreholes in the laboratory. The concept was registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2011. The results indicate that the continuous wavelet transformation can be used to clearly identify and better detect the continuous pressure pulse periods, frequencies and discontinuity positions in the time domain compared to the conventional method (Fourier transformation). This method will contribute to the possibility of transmitting the data at higher rates and over longer distances. A concept for developing an innovative pulser using electrical discharge or acoustic sources for inducing pulses keeping the drill strings fully open (eliminating the problem of plugging the pulser by pumped lost circulation materials) and without any mechanical moving parts (eliminating the failure related to the pulser moving parts) was also registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2012. With this pulser, it is expected that it would be possible to transmit the data over longer distances and at higher rates. Realizing the concept of the new pulser and using continuous wavelet transformation for detecting and decoding the pulser signal are recommended for future work.

The most widespread of invasive crayfish in the Czech Republic is the spiny-cheek crayfish (Orconectes limosus). It is a major disease carrier of crayfish plague, caused by the pathogen Aphanomyces astaci. The infection is lethal to European native species of crayfish. Transmission of this disease is usually associated with the spread of crayfish, which is dependent on their movement. The main aim of this work was to evaluate the differences in crayfish migratory activity in the Pšovka brook among seasons, and assess the factors that may affect it, by the use of radiotelemetry and trapping. We tested the hypothesis that crayfish use brook in the period from spring to autumn and then return back into a pond to overwinter. Furthermore, we evaluated how far from the pond crayfish migrate, and whether there is any relationship between migration and the season or water temperature. The results demonstrate that the activity varies among seasons (being strongly affected by breeding season) but in most studied periods did not significantly depend on water temperature. According to our monitoring, the spiny-cheek crayfish does not spread substantially to upstream parts of the Pšovka. Seasonal migration between the pond and the brook was monitored using two-way flow-through traps installed at the mouth of...

Hintergrund: Die Herzinsuffizienz ist ein internistisches Krankheitsbild, welches weltweit eines der höchsten Morbiditäten und Mortalitäten aufweist. Trotz etablierter Behandlungsmethoden sterben mehr als die Hälfte der Patienten innerhalb der ersten fünf Jahren nach Diagnosestellung. Zur pharmakologischen Therapie gehören in erster Linie die Betablocker, welche durch kompetitive Hemmung am β- Adrenorezeptor die β- Signalkaskade und somit die sympathische Wirkung am Herzen reduzieren. Gleichzeitig wird durch die Hemmung die Anzahl an β- Adrenorezeptoren erhöht, wodurch die Rezeptorsensitivität insgesamt herabgesetzt wird. Zudem verhindern sie ein Remodeling der Ventrikel, führen zu einer verbesserten myokardialen Energie- und Calciumnutzung, sowie zu einer Reduzierung von kardialen Arrhythmien. Aufgrund ihres Nebenwirkungsspektrums - Hypotonie, Bradykardie und erektile Dysfunktion - tolerieren nur wenige Patienten eine wirksame Dosis des Medikamentes. Fragestellung: Die Phosphodiesterasen stellen einen von mehreren Regulatoren der β-Signalkaskade dar, indem sie deren Second Messenger cAMP hydrolysieren und die Sympathikusaktivierung drosseln. In vorangegangenen Studien im Menschen ist die PDE2 bei einer Herzinsuffizienz hochreguliert. Gleichzeitig bildet die PDE2 eine Verbindung zum NO – sGC – cGMP – Signalweg, da sie als einzige PDE von cGMP allosterisch aktiviert werden kann und infolgedessen vermehrt cAMP hydrolysiert. PDE2 ist ein entscheidendes Enzym im negativen cross talk von der cAMP und cGMP Signalkaskade. Diese Arbeit untersucht die Funktion der PDE2 in der chronischen Herzinsuffizienz. Inwieweit zeigen sich vermehrt Rhythmusstörungen bei einem Mausgenotyp, dessen PDE2 überexprimiert vorliegt, im Gegensatz zum Wildtyp? Wie reagiert die transgene Maus auf adrenergen Stress? Und abschließend, schützt eine überexprimierte PDE2 vor einer Angiotensin II- induzierten kardialen Hypertrophie? Methoden: Nach Genotypisierung der Mäuse mit Hilfe von PCR Testung der Schwanzspitzen konnte mittels transthorakaler Echokardiographie die Morphologie des Herzens (Durchmesser der Ventrikelwand und des Ventrikels selbst) festgestellt und somit die Herzleistung (Ejektionsfraktion, systolisches und diastolisches Volumen) und das Herzgewicht errechnet werden. Zur dauerhaften Ableitung der Herzaktivität wurden den Mäusen (n = 7) pectoral telemetrische Transmitter implantiert, um die Herzfrequenzvariabilität und Arrhythmien (Salven, Extrasystolen, ventrikuläre Tachykardien) abzuleiten. Zur Arrhythmieprovokation wurde den Mäusen (n = 4) Ivabradin und Isoproterenol intraperitoneal verabreicht. Zur Provokation einer Kardiohypertrophie erhielten die Wildtyp (WT, n = 9) und transgenen Mäuse (TG, n = 10) mittels einer im zerviko-thorakalen Rückenbereich implantierten osmotischen Minipumpe für 14 bzw. 28 Tage Angiotensin II. Die Herzparameter zur Messung einer Hypertrophie wurden mittels transthorakaler Echokardiographie alle 7 Tage für maximal 28 Tage erfasst. Zudem wurden die Herzgewichte nach Tötung der Mäuse mittels vorausgehender Isoflurannarkose und anschließendem Genickbruch durch sofortiges Wiegen der Organe erlangt. Verglichen wurden die Ergebnisse der für 14 und der für 28 Tage dem Angiotensin II ausgesetzten Tieren. Post mortem wurden die Herzen der Mäuse nach Trennung der Ventrikel von den Vorhöfen kryokonserviert und das Ventrikelgewebe zur proteinchemischen Analyse mechanisch aufgeschlossen. Der zentrifugierte Überstand wurde für die Proteinbestimmung nach Bradford zur Erlangung der Proteinkonzentration verwendet. Im Anschluss erfolgte zur Größenselektion der Proteine eine Gelelektrophorese mit anschließendem Western Blotting zum Nachweis der Proteine. Zur Auswertung und Vergleichbarkeit der Ergebnisse wurden die Proteinlevel auf das Kardiomyozyten-spezifische Calsequestrin normiert. Ergebnisse: Bei überexprimierter PDE2 bestand eine grundsätzlich niedrigere Herzfrequenz mit erhaltender chronotroper Adaptionsfähigkeit und kompensatorisch erhöhter Kontraktilität. Zudem war bei den TG- Mäuse die Herzfrequenzvariabilität höher als bei den WT. Es zeigte sich kein Anhalt für eine Beeinflussung des HCN-Kanals durch die erhöhte PDE2. Bei vermehrter Stimulation der β-adrenergen Rezeptoren bestand kein signifikanter Unterschied in der Zunahme der Herzfrequenz, jedoch präsentierten sich deutlich weniger ventrikuläre Extrasystolen und Arrhythmien bei den TG- Mäusen als bei den WT- Mäusen. Bei den durch stete Ang. II-Applikation hypertrophierten Herzen stellte sich über die Zeit eine Zunahme der Herzfrequenz bei sowohl den WT- als auch den TG- Mäusen dar, bei gleichzeitig aufrecht erhaltener linksventrikulärer Funktion. Es zeigte sich ebenfalls bei beiden eine noch bestehende β-adrenerge Rezeptorsensibilität, vor allem bezüglich der Ejektionsfraktion. Von PKA- bzw. CaMKII-abhängige Zielproteine wiesen bei beiden Phänotypen keine vermehrte Phosphorylierung auf. Schlussfolgerung: Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die PDE2 als Cross Link zwischen der cGMP- und der cAMP-Signalkaskade bei Überexpression ähnlich wie ein Betablocker die Herzfrequenz reduziert ohne die Herzleistung zu beinträchtigen. Sie schützte vor Arrhythmien und zeigte bei einer Kardiohypertrophie dennoch eine bestehende β-adrenerge Rezeptorsensibilität. Ein Schutz vor einer kardialen Hypertrophie bei den PDE2- überexprimierten Mäusen konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Klinische Daten zeigen eine Hochregulation der PDE2 bei herzinsuffizienten Patienten. Ob eine Überstimulation der PDE2 in vivo und somit eine Zunahme der cAMP- Hydrolyse tatsächlich kardioprotektiv in der terminalen Herzinsuffizienz ist - oder sogar davor - bedarf noch weiterer Forschung.:Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis V Abkürzungsverzeichnis VI 1 Einleitung 1 1.1 Herzinsuffizienz 1 1.1.1 Epidemiologie 1 1.1.2 Ätiologie 2 1.1.3 Pathophysiologie 3 1.2 Behandlung der Herzinsuffizienz 4 1.2.1 Medikamentöse Behandlung 5 1.2.1.1 ACE-Hemmer und AT1-Antagonisten 5 1.2.1.2 Betablocker 5 1.2.1.3 Ivabradin 6 1.3 Wirkungen des vegetativen Nervensystems am Herzen 7 1.3.1 Physiologie der kardialen β-adrenergen Signalkaskade 7 1.3.2 Kompartimentierung in Kardiomyozyten 8 1.4 Physiologie der Phosphodiesterasen 9 1.4.1 Cyclisches Guanosinmonophosphat 9 1.4.2 Die Subtypen der Phosphodiesterasen 10 1.4.3 Die Interaktion von cGMP und cAMP 14 1.4.4 Die PDE2 in der Herzinsuffizienz 16 1.5 Vordaten 17 1.5.1 Überexpression von PDE2 im Mausmodell 17 1.6 Ziele dieser Arbeit 18 2 Material und Methoden 20 2.1 Herkunft und Gewinnung der Wildtyp- und transgenen Mäuse 20 2.1.1 Tierhaltung und Tötung 20 2.1.2 Genotypisierung der Mäuse 20 2.2 Echokardiographie zur Messung der kardiologischen Parameter 21 2.3 Einbau der telemetrischen Transmitter 24 2.4 Aufzeichnung des EKG 25 2.5 Einbau der osmotischen Minipumpen 25 2.6 Herzentnahme bei Mäusen 26 2.7 Proteinchemische Methode 26 2.7.1 Aufschluss des Herzgewebes zur proteinchemischen Analyse 26 2.7.2 Proteinbestimmung nach Bradford 27 2.7.3 SDS-PAGE 28 2.7.4 Transfer der Proteine auf Membranen (Westernblot) 29 2.7.5 Auftragen der Antikörper auf die Membranen 30 2.7.6 Aufnahmen 32 2.8 Statistische Auswertungen 32 3 Ergebnisse 33 3.1 Charakterisierung der Herzfunktion bei PDE2-Überexpression mittels EKG 33 3.1.1 Zirkadiane Messung der Herzfrequenz und Aktivität 33 3.1.2 Herzfrequenzvariabilität 35 3.1.3 Autonome Herzfunktion unter Ivabradin 36 3.1.4 Arrhythmieprovokation mit Isoproterenol 37 3.2 Die Rolle von PDE2 im Angiotensin II- induzierten kardialen Remodeling 41 3.2.1 Grundcharakterisierung der Herzfunktion bei niedriger PDE2- Überexpression mittels Echokardiographie 41 3.2.2 Auswirkung erhöhter PDE2-Spiegel nach chronischer Angiotensin II Applikation 43 3.3 Auswertung der Western Blots der PDE2A3-4808 Mäuse 49 4 Diskussion 54 4.1 Phosphodiesterase 2 reguliert die Herzfrequenz 54 4.2 Phosphodiesterase 2 schützt vor ventrikulären Arrhythmien 55 4.3 Phosphodiesterase 2 im kardialen Remodeling 56 4.4 Limitation der Überexpression durch zelluläre Kompartimentierung 58 4.5 Diskussion der Methodik und Bewertung der Ergebnisse 58 4.6 Ausblick: PDE2 als Downstream Target für Beta-Adrenorezeptor-Blockade? 59 5 Zusammenfassung/ Summary 61 5.1 Zusammenfassung 61 5.2 Summary 63 6 Anhang 66 6.1 Puffer 70 7 Literaturverzeichnis 72 / Background: Congestive heart failure is a medical condition, which has one of the highest morbidity and mortality rates worldwide. Despite having established treatments, more than half of the patients die within the five years after diagnosis. First-line pharmacological therapy includes beta-blockers. By competitive inhibition at the β-adrenoreceptor, they reduce the β-signal cascade and thus the sympathetic effect on the heart. Simultaneously, this inhibition increases the number of β-adrenoreceptors, which then reduces the sensitivity of the receptors. Additionally, beta-blockers prevent remodeling of the ventricles, lead to improved myocardial energy and calcium utilization, and reduce the risk of cardiac arrhythmias. Due to its side effects – such as hypotension, bradycardia, and erectile dysfunction – only few patients tolerate an effective dose of the drug. Hypothesis: Phosphodiesterases are one of several regulators of the β- signaling cascade. They hydrolyze their second messenger cAMP and reduce sympathetic activation. Previous studies in humans showed an upregulated PDE2 in heart failure. PDE2 is a special PDE, since it forms a connection between the β adrenergic and the NO – sGC – cGMP signaling pathway. It is the only PDE, which is activated by cGMP allosterically. As a result, PDE2 increasingly hydrolyzes cAMP. Therefore, PDE2 is a key enzyme in the negative cross talk of the cAMP and cGMP signaling cascade. This thesis investigates the function of PDE2 in chronic heart failure. Are there increased cardiac arrhythmias in mice, which have an overexpressed PDE2, in comparison to wild type mice? How do these mice react to adrenergic stress? And finally, does an overexpressed PDE2 protect against an Angiotensin II-induced cardiac hypertrophy? Methods: After genotyping the mice’s tail tips with the help of PCR tests, the morphology of the heart (diameter of the ventricular wall and the ventricle itself) could be determined with the help of transthoracic echocardiography. With this data, the cardiac output (ejection fraction, systolic and diastolic volume) and the heart weight were calculated. To record cardiac activity permanently, telemetric transmitters were implanted pectoral in the mice (n = 7), in order to gain heart rate variability and arrhythmia data (salvos, extrasystoles, ventricular tachycardias). To provoke the arrhythmia, mice (n = 4) were intraperitoneally administered ivabradine and isoproterenol. To provoke cardiac hypertrophy, the wild type (WT, n = 9) and transgenic mice (TG, n = 10) received angiotensin II using osmotic minipumps, implanted in the cervicothoracic back area for 14 or 28 days. The cardiac parameters for hypertrophy were measured using transthoracic echocardiography every 7 days, recorded for a maximum of 28 days. In addition, each heart was weighted immediately after killing the mice using isoflurane anesthesia and subsequent neck fracture. The results of the animals exposed to angiotensin II for 14 and 28 days were compared. After separating the ventricles from the atria, the hearts of the mice were cryopreserved, and the ventricular tissue was mechanically crushed for protein-chemical analysis. The centrifuged supernatant was used for Bradford protein determination to identify the protein concentration. Following this, a gel electrophoresis and Western blotting took place to detect and to determine the size of the proteins. To evaluate and to compare the results, protein levels were calibrated to the cardiomyocyte specific Calsequestrin. Results: Overexpression of PDE2 resulted in a fundamentally lower heart rate with preserved chronotropic adaptability and compensatory increased contractility. In addition, the TG mice showed a higher heart rate variability than the WT mice. There were no signs of influence on the HCN channel by the increased PDE2. With intensified stimulation of the β-adrenergic receptors, there was no significant difference in the increase in heart rate, but significantly fewer ventricular extrasystoles and arrhythmias in the TG mice than in the WT mice. Over time, the hypertrophic hearts, induced by Angiotensin II, showed an increased heart rate with preserved left ventricular function within both the WT and the TG mice. Nevertheless, both still showed an unspoiled sensitivity of the β-receptors, especially in regard of the ejection fraction. Both PKA- or CaMKII-dependent target proteins did not show an increased phosphorylation in neither of the phenotypes. Conclusion: As a summary, this thesis demonstrates that an overexpression of PDE2 as a cross link between the cGMP and cAMP signaling cascade reduces the heart rate similar to a beta blocker, without affecting the cardiac output. PDE2 prevented arrhythmias and still showed existing β-adrenergic receptor sensitivity in cardiac hypertrophy. This thesis could not show a protection against cardiac hypertrophy within the transgenic mice. Clinical data show upregulation of PDE2 in heart failure patients. Whether overstimulation of PDE2 in vivo and a consecutive increase in cAMP hydrolysis is actually cardioprotective in end-stage heart failure - or even before - requires further research.:Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis V Abkürzungsverzeichnis VI 1 Einleitung 1 1.1 Herzinsuffizienz 1 1.1.1 Epidemiologie 1 1.1.2 Ätiologie 2 1.1.3 Pathophysiologie 3 1.2 Behandlung der Herzinsuffizienz 4 1.2.1 Medikamentöse Behandlung 5 1.2.1.1 ACE-Hemmer und AT1-Antagonisten 5 1.2.1.2 Betablocker 5 1.2.1.3 Ivabradin 6 1.3 Wirkungen des vegetativen Nervensystems am Herzen 7 1.3.1 Physiologie der kardialen β-adrenergen Signalkaskade 7 1.3.2 Kompartimentierung in Kardiomyozyten 8 1.4 Physiologie der Phosphodiesterasen 9 1.4.1 Cyclisches Guanosinmonophosphat 9 1.4.2 Die Subtypen der Phosphodiesterasen 10 1.4.3 Die Interaktion von cGMP und cAMP 14 1.4.4 Die PDE2 in der Herzinsuffizienz 16 1.5 Vordaten 17 1.5.1 Überexpression von PDE2 im Mausmodell 17 1.6 Ziele dieser Arbeit 18 2 Material und Methoden 20 2.1 Herkunft und Gewinnung der Wildtyp- und transgenen Mäuse 20 2.1.1 Tierhaltung und Tötung 20 2.1.2 Genotypisierung der Mäuse 20 2.2 Echokardiographie zur Messung der kardiologischen Parameter 21 2.3 Einbau der telemetrischen Transmitter 24 2.4 Aufzeichnung des EKG 25 2.5 Einbau der osmotischen Minipumpen 25 2.6 Herzentnahme bei Mäusen 26 2.7 Proteinchemische Methode 26 2.7.1 Aufschluss des Herzgewebes zur proteinchemischen Analyse 26 2.7.2 Proteinbestimmung nach Bradford 27 2.7.3 SDS-PAGE 28 2.7.4 Transfer der Proteine auf Membranen (Westernblot) 29 2.7.5 Auftragen der Antikörper auf die Membranen 30 2.7.6 Aufnahmen 32 2.8 Statistische Auswertungen 32 3 Ergebnisse 33 3.1 Charakterisierung der Herzfunktion bei PDE2-Überexpression mittels EKG 33 3.1.1 Zirkadiane Messung der Herzfrequenz und Aktivität 33 3.1.2 Herzfrequenzvariabilität 35 3.1.3 Autonome Herzfunktion unter Ivabradin 36 3.1.4 Arrhythmieprovokation mit Isoproterenol 37 3.2 Die Rolle von PDE2 im Angiotensin II- induzierten kardialen Remodeling 41 3.2.1 Grundcharakterisierung der Herzfunktion bei niedriger PDE2- Überexpression mittels Echokardiographie 41 3.2.2 Auswirkung erhöhter PDE2-Spiegel nach chronischer Angiotensin II Applikation 43 3.3 Auswertung der Western Blots der PDE2A3-4808 Mäuse 49 4 Diskussion 54 4.1 Phosphodiesterase 2 reguliert die Herzfrequenz 54 4.2 Phosphodiesterase 2 schützt vor ventrikulären Arrhythmien 55 4.3 Phosphodiesterase 2 im kardialen Remodeling 56 4.4 Limitation der Überexpression durch zelluläre Kompartimentierung 58 4.5 Diskussion der Methodik und Bewertung der Ergebnisse 58 4.6 Ausblick: PDE2 als Downstream Target für Beta-Adrenorezeptor-Blockade? 59 5 Zusammenfassung/ Summary 61 5.1 Zusammenfassung 61 5.2 Summary 63 6 Anhang 66 6.1 Puffer 70 7 Literaturverzeichnis 72

In the continuous search for Hydrocarbon and Geothermal resources in the earth, wells are drilled for various purposes. Wildcat, Appraisal, Production and Injection wells are drilled for proper field development and operation. Based on the purpose and plan for the wells, trajectory and targets are defined. During drilling, continuous monitoring of trajectory, rock and fluid characteristics are required to achieve defined objectives. Measurement while Drilling (MWD) and Logging while Drilling (MWD) systems are included as part of the Bottom Hole Assembly (BHA) to perform continuous measurement and transmission of downhole data to the surface. Measured data are converted to binary form and transferred to the surface for further processing and interpretation. Several methods of data transfer are possible albeit with various pros and cons. Currently, the most widely used method of transfer still remains the Mud Pulse Telemetry (MPT) system which makes use of the mud (drilling fluid) within the system for transmission of data. The major focus of this research was to further expand the envelope in the research towards increasing data transmission rates using the mud siren, a form of mud pulse telemetry. This research includes practical investigations which was conducted within the unique Flow Loop Laboratory at the Institute of Drilling and Fluid Mining, TU Bergakademie Freiberg. Within the research, minor adjustments were made to the flow loop facility to align with realities expected on the Rig. Effects of the changes made were evaluated and presented. The pulser section of the flow loop was also redesigned and new mud sirens manufactured to allow for the practical investigation in series and parallel. The major concept for increasing data transmission rate investigated in this research is the Multifrequency Mud Siren transmission in series and parallel. Following up with previous research, simulation of the flop loop scenario using ANSYS CFX was done to allow for numerical evaluation of the multifrequency transmission concept. Simulation runs were performed with various scenarios both in series and parallel, results evaluated and analyzed thereafter. A little mention on the amplification theory was also investigated and results shown. For the practical experiments, the pulser section was redesigned to allow investigations both into the series and parallel conditions for multifrequency transmission. Various experimental flow runs were successfully performed, observations recorded, data analyzed using MATLAB and results discussed. In closing, a conceptual design that contributes towards the possible field application of the Multifrequency transmission concept was developed. The Compact Double Multifrequency Siren concept was designed to aid easier adaptation of the Multifrequency transmission concept both in series and parallel.:Table of Contents Declaration ii Abstract iii Acknowledgements v List of Abbreviations vi List of Symbols viii Table of Contents x 1. Introduction 1 2. Literature Review and Fundamentals 5 2.1. Historical perspective 5 2.1.1. Introduction 5 2.1.2. Mud Pulse Telemetry 6 2.1.3. Telemetry drill pipe 7 2.1.4. Electromagnetic telemetry 7 2.1.5. Acoustic Telemetry 8 2.2. Mud Pulse Telemetry devices 9 2.2.1. Positive Pulser 9 2.2.2. Negative Pulser 10 2.2.3. Mud Siren 11 2.2.4. Oscillating Shear Valve 12 2.3. Modulation Techniques for Data Transmission 13 2.3.1. Baseband Transmission 13 2.3.2. Passband Transmission 15 2.4. Signal Transformation and Processing 16 2.4.1. Fourier Transformation 17 2.4.2. Short time Fourier Transformation 17 2.4.3. Continuous Wavelet Transformation 18 2.5. Summary of Previous Research Work on the Flowloop 19 3. Flowloop setup and current changes 21 3.1. Description of Flowloop 21 3.1.1. General overview of Flowloop 21 3.1.2. Pulser Prototypes 25 3.2. Improvement in Flow Loop Set-Up 28 3.2.1. Pump Change Justification 28 3.2.2. Pump replacement 35 3.2.3. Analysis of Pump Replacement 36 4. ANSYS Modelling and Simulation of the Multi Frequency Mud Siren in Series and Parallel 47 4.1. Basics of Numerical simulation with ANSYS CFX 48 4.2. Mesh Generation and Quality 51 4.3. Modelling 53 4.4. CFX-Pre Set-up and Post view 54 4.5. Flow Simulation Results in Series and Parallel 57 5. Laboratory Investigation on the Multi-Frequency Mud Siren Concept 64 5.1. Experiment Background and setup 64 5.2. Laboratory Practical Results and Analysis 68 5.2.1. Series Transmission Test 1: Single Siren vs Double Siren, Same Frequency 69 5.2.2. Series Transmission Test 2: Double Siren, Multi Frequency 72 5.2.3. Series Transmission Test 3: Double Siren, Multi Frequency Data String Transmission 75 5.2.4. Parallel Transmission Test 1: Single Siren vs Double Siren, Same Frequency 79 5.2.5. Parallel transmission test 2: Double siren, multi frequency 82 5.2.6. Parallel transmission test 3: Double siren, multi frequency Data String Transmission 84 6. Discussion on the Multi-Frequency Mud Siren Simulation and Practical Results 89 6.1. Result Discussion 89 6.2. Challenges and Sources of Errors 93 7. Outlook 100 7.1 Future Work (Compact Multifrequency Mud Siren) 100 7.2 Recommendations 106 8. Conclusion 107 9. References 111 10. List of Figures 114 11. List of Tables 120 12. Appendix 121

Angelerfolg hängt vom Fischverhalten ab und selektiver Fang aufgrund vererbbarer Verhaltensmerkmale kann sich auf Fischpopulationen auswirken. Die anglerische Vulnerabilität ergibt sich aus einer Kombination aus dem Zustand des Fisches, dem Zusammentreffen mit dem Fanggerät und den Eigenschaften desselben. Höhere Aktivität sollte die Begegnungswahrscheinlichkeit mit dem Fanggerät und dadurch die Vulnerabilität steigern. Ziel dieser Arbeit war es zu verstehen, wie Bewegungsmuster die Vulnerabilität durch die Angelfischerei beeinflussen. Dazu habe ich das Verhalten von vier Arten (Karpfen, Cyprinuscarpio, Schleie, Tinca tinca, Barsch, Perca fluviatilis, und Hecht, Esox lucius) in einem See mittels akustischer Telemetrie gemessen. Zudem habe ich verhaltensselektives Angeln auf Benthivore (Karpfen und Schleie) von festen Plätzen mit dem mobilen Angeln auf einen aktiven Raubfisch (Barsch) und einen Lauerjäger (Hecht) verglichen. Barsche wurden gezielt von freiwilligen, unterschiedlich versierten Anglern in GPS-überwachten Booten beangelt, um zu verstehen, wie Anglerfähigkeiten verhaltensbasierte Selektion beeinflussen. Für die individuell wiederholbare Aktivität von Karpfen, Schleie und Barsch lag keine Angelselektivität vor, da das Zusammentreffen mit Fanggeräten in keinem Zusammenhang mit der Vulnerabilität stand. Beim Barsch hingegen hing die Vulnerabilität mit der Habitatwahl zusammen. Die Geschicklichkeit der Angler verstärkte die Selektion durch höhere Mortalität. Für große Hechte mit großem Aktionsradius kann ein auf Begegnungen basierender Mechanismus nicht ausgeschlossen werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die wichtigsten Verhaltensweisen, die die Vulnerabilität durch die Angelfischerei ausmachen und nach denen eine Selektion erwartet wird, häufig erst nach dem Zusammentreffen von Fisch und Fischer stattfinden. Jedoch kann die Bedeutung dieser Fisch-Fischer Begegnungen für die Vulnerabilität art- und fischereispezifisch sein. / Capturing fish by angling depends on fish behaviour. Selective capture based on heritable behaviours may have ramifications for fish populations and fishing communities, but the behavioural components of angling vulnerability are unclear. Conceptually, vulnerability derives from a combination of a fish’s internal state, gear encounter rate and gear quality. Accordingly, greater activity or space use is expected to increase vulnerability via elevated encounter rates with fishing gear. However, behaviourally selective angling may also interact with angler behaviour (e.g. skill). My aim was to understand the role of fish movement and space use in driving angling vulnerability. I measured the behaviour and angling vulnerability of four species (viz. carp, Cyprinus carpio, tench, Tinca tinca, perch, Perca fluviatilis, and northern pike, Esox lucius) using whole-lake high resolution acoustic telemetry. Perch were targeted by variably skilled anglers in GPS tracked boats to understand how skill affects selection. I have therefore contrasted behaviourally selective angling of benthivores (carp and tench) targeted from fixed angling sites, an active top predator (perch) targeted by searching anglers and an ambush predator (northern pike) targeted by searching anglers. Angling was unselective for repeatable carp, tench or perch activity and movement as encounter was unrelated to vulnerability. Vulnerability related to perch habitat choice as shown by a latitudinal division of captured and uncaptured perch and high skilled anglers only strengthened selection via greater enacted mortality. Finally, large pike with greater space use were most vulnerable to angling and an encounter based mechanism cannot be ruled out. In conclusion, the key behaviours distinguishing angling vulnerability, upon which selection should be expected, frequently operate after a fish-fisher encounter, but the importance of fish-fisher encounters for vulnerability may be species and fishery specific.

Schwankungen des arteriellen Blutdrucks (BP) im niederfrequenten Bereich (LF, 0.02-0.2 Hz) sind möglicherweise Ausdruck von endokrinen Regulationssystemen bei der Aufrechterhaltung der kardiovaskulären Homöostase, wie beispielsweise des Renin-Angiotensin-Systems (RAS). Bei Untersuchungen an Ratten mit sogenannter "one-clip, two-kidney" (1C-2K) Goldblatt Hypertonie wurde ein Anstieg der LF Komponente des BP-Powerspektrums unter aktiviertem RAS gefunden. Trotz der bisherigen Untersuchungen blieb jedoch die Frage ungeklärt, ob dieser Anstieg LF(BP)-Power auf einer Stimulation des RAS beruht, oder durch die Blutdruckerhöhung selbst bedingt ist. Aus diesem Grund wurden die Auswirkungen eines stimulierten RAS auf BP-Oszillationen im LF-Bereich in dieser Studie untersucht, während ein Blutdruckanstieg pharmakologisch verhindert wurde. Zweiundzwanzig normotensive Wistar- und siebzehn normotensive Brown-Norway-Katholiek-Ratten wurden aus diesem Grunde chronisch mit einem Telemetriesender instrumentiert. Es erfolgten Blutentnahmen zur Reninaktivitsbestimmung, der BP wurde jeden zweiten Tag telemetrisch aufgezeichnet. Nach drei Wochen wurden die Tiere in zwei Behandlungsgruppen aufgeteilt. Entweder wurden die Tiere einer Behandlung mit Placebo zugewiesen (n=14 bei den Wistar-Ratten und n=8 bei den Brown-Norway-Katholiek-Ratten), oder sie erhielten eine Behandlung mit Hydralazin (n=8 bei den Wistar-Ratten und n=9 bei den Brown-Norway-Katholiek-Ratten, 40-120 mg/kg/Tag). Ein Silberclip (innerer Durchmesser 200 Mikrometer) wurde auf die linke Nierenarterie plaziert, eine erneute Blutentnahme erfolgte und der BP wurde für weitere drei Wochen gemessen. Hiernach wurde die Behandlung beendet, der Clip von der Nierenarterie entfernt und eine letzte Blutabnahme erfolgte. Abschließende Blutdruck-Registrierungen wurden über einen Zeitraum von drei Wochen durchgeführt. Die Power im LF-Bereich wurde aus den aufgezeichneten Blutdrucksignalen berechnet. Nach Implantation eines Nierenclips stieg der BP bei den mit Placebo behandelten Tieren signifikant an (+37 +/- 5.7 mmHg bei den Wistar-Ratten und +50 +/- 7.4 mmHg bei den Brown-Norway-Katholiek-Ratten, p / Low frequency (LF, 0.02-0.2 Hz) blood pressure (BP) fluctuations may result from cardiovascular regulation by endocrine systems such as the renin-angiotensin system (RAS). Studies employing one-clip, two-kidney (1C-2K) Goldblatt hypertension in rats demonstrated an increase in the LF component of the BP power spectrum. However it remains controversial, whether this increase in LF(BP)-Power is due to the stimulation of the RAS or to the elevation in BP itself. Therefore, we investigated the effect of RAS stimulation on LF(BP) fluctuation while the increase in BP was prevented pharmacologically. Twenty-two normotensive Wistar and seventeen Brown-Norway Katholiek rats were chronically instrumented with telemetric BP sensors, blood samples for measurement of the renin activity were taken and BP was monitored every other day. Three weeks later, rats were subjected to oral treatment with either placebo (n=14 in the Wistar rats and n=8 in the Brown-Norway Katholiek rats) or hydralazine (n=8 in the Wistar rats and n=9 in the Brown-Norway Katholiek rats, 40-120 mg/kg/day). A stainless steel clip (inner diameter 200 micrometer) was placed on the left renal artery, again blood samples were taken and BP was recorded for another three weeks. Finally, treatment was discontinued, the clip was removed from the renal artery, a last blood sample was taken and BP was monitored for a final period of three weeks. LF spectral power was calculated off-line from the recorded BP signal. After renal artery clipping BP significantly increased in placebo-treated rats (+37 +/- 5.7 mmHg in the Wistar rats, +50 +/- 7.4 mmHg in the Brown-Norway Katholiek rats, p