Kohlenstoffnanoröhren (engl. carbon nanotubes, CNT)-Polymer-Komposite haben ein großes Potential im Bereich sensorischer Anwendungen. Dabei spielen die elektrischen Eigenschaften des Komposits und deren Änderungen unter mechanischer Belastung eine entscheidende Rolle. Einen maßgeblichen Einfluss nimmt dabei das Aspektverhältnis der CNT-Agglomerate sowie der CNTs selbst ein, welches jeweils vom CNT-Desagglomerationsprozess bestimmt wird. Die Dispergierung beeinflusst folglich auch die elektrische Leitfähigkeit und Reproduzierbarkeit des Komposits sowohl im mechanisch unbelasteten als auch belasteten Zustand. Dies wurde anhand von (teil-)analytischen Modellen gezeigt. Die Dispersionsqualität wird dabei von vielen Faktoren beeinflusst, wobei die Prozessparameter beim Ultraschalldispergieren derzeit nach der Trial-and-Error-Methode bestimmt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Dispergiergleichung für zylindrische Partikel, die CNTs näherungsweise sind, erstmals für die Dispergierung von CNTs in Lösungsmitteln entwickelt, angewendet sowie verifiziert. Die Gültigkeit der Gleichung für CNTs wurde durch Variation der Ultraschallparameter Zeit sowie Energie und deren Einfluss auf den Dispergiergrad gezeigt. Die mittels UV-VIS-Spektroskopie gemessene Extinktion diente dabei als indirekte Messgröße des Dispergiergrads. Nach Vorversuchen zur geeigneten Materialauswahl wurden alle relevanten Einflussparameter berechnet oder experimentell bestimmt. Die experimentelle Verifikation erfolgte an CNT-N-Methyl-2-pyrrolidon-Dispersionen, die mittels Ultraschallsonotrode kontrolliert dispergiert wurden. Im Ergebnis wurde gezeigt, dass die Bestimmung der optimalen Ultraschallparameter möglich ist und die bis dahin übliche Praxis der experimentellen Bestimmung der Dispergierparameter für CNTs ablösen kann. Mithin wurde die Grundlage für die Herstellung elektrisch reproduzierbarer CNT-Polymer-Komposit-basierter Sensoren gelegt. Darüber hinaus wurde das Anwendungspotential dieses Sensorkonzepts für Einzelsensoren zur punktuellen Druckmessung über eine Druckverteilungsmessung als Sensormatrix bis hin zur Anwendung als Einlegesohle im Schuh zur Überwachung des Drucks gezeigt. / Carbon nanotubes (CNT) polymer composites in the field of sensory applications have considerable potential. However, their electrical properties and their changes under mechanical stress play a decisive role. The deagglomeration process of the CNTs also has a great influence on the aspect ratio of the CNT agglomerates as well as the CNTs themselves and thus the electrical conductivity and reproducibility of the composite in both the mechanically unloaded and loaded state.This is shown by means of (partially) analytical models. The dispersion quality is influenced by many factors. The process parameters during ultrasound dispersion are currently being determined by a trial-and-error method. Within the scope of the work, a dispersing equation for cylindrical particles, which are approximate to CNTs, was first developed, applied and verified for the dispersion of CNTs in solvents. The validity of the equation for CNTs was shown by the variation of the ultrasonic parameters time as well as energy and their influence on the degree of dispersion. The absorbance measured by means of UV-VIS spectroscopy serves as an indirect measure of the degree of dispersion. After pre-testing for suitable material selection, all relevant influencing parameters were calculated or determined experimentally. Experimental verification was carried out on CNT-N-methyl-2-pyrrolidone dispersions, which were dispersed in a controlled manner by means of an ultrasonic sonotrode. As a result, it is illustrated that the determination of the optimal ultrasonic parameters is possible and can replace the conventional practice of the experimental determination of the dispersing parameters for CNTs. Accordingly, the basis for the production of electrically reproducible CNT polymer composite-based sensors has been established. In addition, the application potential of this sensor concept ranging from individual sensors for selective pressure measurement over pressure distribution measurement as a sensor matrix to the application as a shoe insole for pressure monitoring was shown.

Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung im Bereich der pränatalen Diagnostik in den letzten Jahren werden mehr angeborene Fehlbildungen zu einem früheren Zeitpunkt der Schwangerschaft und detaillierter erkannt. Das führt dazu, dass die zur Autopsie gelangenden Feten zunehmend kleiner sind und komplexere Befunde aufweisen. Gleichzeitig werden die genetischen Ursachen von mehr Erkrankungen, Fehlbildungen und Syndromen aufgedeckt, so dass die DNA-Diagnostik, Chromosomenanlyse u.a. molekulargenetische und biochemische Erkenntnisse die klinisch-genetische Diagnostik zunehmend ergänzen. Durch Festlegung einer gezielten Autopsiestrategie und Nutzung moderner Kommunikationsmittel kann der Pathologe die in den letzten Jahren gestiegenen klinischen Anforderungen erfüllen. Ein Problem ist es jedoch, dass nicht genügend Pathologen auf dem Gebiet der Fetalpathologie spezialisiert sind. Das trifft nicht nur für Deutschland zu, sondern das ist mehr oder weniger eine weltweite Situation. Ein möglicher Lösungsansatz dieses Problems wäre die Nutzung von Softwareprogrammen, die dazu dienen, unerfahrene Pathologen moderne Anleitungen während der Autopsie von Feten zu geben. Das kann mit einer telepathologischen Betreung durch einen Experten auf diesem Gebiet kombiniert werden. Darüberhinaus erlaubt die derzeitige digitalisierte Befunddokumentation den Vergleich aktueller mit gespeicherten Fällen sowie Recherchen und stellt eine gute Basis zur Erstellung von Lehrmaterial dar. / Due to the enormous technical developments in recent years in the area of prenatal ultrasound more malformations are detected in greater detail and at an earlier point in time during pregnancy than in the past. As a result, fetuses of increasingly smaller size and with complex diagnoses are presented for autopsy. At the same time, the genetic causes of ever more diseases, malformations and syndromes are being discovered, so that DNA diagnostics, chromosome analysis and, among others, molecular-genetic and biochemical investigations have come increasingly to complement clinical-genetic diagnostics. Through establishment of a clinically oriented autopsy strategy and the use of modern communication media, pathologists can satisfy the increased clinical demands of recent years. The remaining problem is that we do not have enough pathologists experienced in fetal pathology. This is not only true for Germany, it is more less the situation worldwide. One means of dealing with this problem may be the use of software programs to guide inexperienced pathologists through the modern autopsy procedure. This can be combined with the use of telepathological advise given by an expert in the field. Over and above this, digitized documentation of findings can be used in research, which allows the comparison of current with previously saved cases and presents a good basis for the development of education material.

Sehnen übertragen die Muskelkräfte und ihre Eigenschaften beeinflussen unsere Bewegungsleistungen. Infolge mechanischer Belastungen adaptieren Sehnen. Die Effekte spezifischer Parameter des mechanischen Dehnungsstimulus sowie allgemeiner Belastungsbedingungen auf die Anpassung sind bisher ungeklärt und sollen durch die vorliegende Arbeit beleuchtet werden. Das adaptive Potential wurde durch einen Vergleich der Sehneneigenschaften zwischen beiden Beinen, in Bezug auf seitenabhängige Belastungen, experimentell untersucht. Um den Effekt verschiedener interventionsinduzierter Belastungen auf die Anpassung zu bestimmen, wurde ein systematischer Review nebst Metaanalyse durchgeführt. Der Einfluss spezifischer Parameter des Dehnungsstimulus (Rate und Dauer) wurde mittels zweier Trainingsinterventionen untersucht. Der Vergleich zwischen den Achillessehneneigenschaften des dominanten und nicht dominanten Beins zeigte einen signifikanten Unterschied des Young''s Modulus (Materialeigenschaften), mutmaßlich eine Folge seitenabhängiger Alltagsbelastungen. Die Metaanalyse ermittelte hohe Effektgrößen auf die mechanischen und Materialeigenschaften sowie eine niedrige Effektgröße auf die Morphologie, mit einem signifikanten Einfluss der unterschiedlichen Belastungen. Die beiden Interventionen belegten, dass eine hohe Rate der Dehnung und eine lange Dauer keinen übergeordneten Stimulus zur Sehnenanpassung im Vergleich zu einer hohen Magnitude und niedrigen Frequenz darstellen. Die Ergebnisse zeigen, dass Materialeigenschaften sensitiver gegenüber Belastungsänderungen sind und im Vergleich zur Morphologie zeitiger adaptieren. Die Interventionsresultate lassen den Schluss zu, dass eine hohe Dehnungsmagnitude, eine adäquate Dauer und repetitive Belastung essentiell für einen effektiven Stimulus sind. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse bezüglich einer Verbesserung von Sehneneigenschaften im Kontext der athletischen Leistung sowie Verletzungsprävention und -rehabilitation. / Tendons transmit the force exerted by a muscle and their properties influence human locomotor performance. Furthermore, tendons adapt to mechanical loading. The effect of specific parameters of the mechanical strain stimulus as well as general loading conditions on tendon adaptation is not completely understood and, therefore, the focus of research in the present thesis. Adaptive responses were investigated by means of a comparison of tendon properties between both legs to assess the effect of side-dependent loading pattern. A systematic review and meta-analysis was applied to examine the influence of various intervention-induced loading conditions on the magnitude of adaption. To investigate specific parameters of the mechanical strain stimulus (rate and duration), two controlled exercise interventions were conducted. The comparison of the Achilles tendon properties between the non-dominant and dominant leg revealed a significant difference of the Young''s modulus (i.e. material properties), likely a result of side-dependent daily loading pattern. The meta-analysis revealed high intervention effect sizes on the tendon mechanical and material properties and a low effect size on the morphology, with a notable effect of the various loading conditions. The two exercise interventions showed that a higher rate of strain and longer duration did not provide a superimposed effect for tendon adaptation compared to high magnitude and low frequency. The findings indicate that the material properties seem to be more sensitive and quicker in response to changes in the loading conditions compared to the morphological properties. The results of the two interventions suggest that a high strain magnitude, an appropriate strain duration and repetitive loading are essential for an effective stimulus. These findings provide valuable information with regard to the improvement of tendon properties in the context of athletic performance as well as injury prevention and rehabilitation.

Charakterisierung von Lebertumoren nach kontrastverstärkter Sonographie und digitaler Graustufenbestimmung Ziel: Die Charakterisierung fokaler Leberläsionen ist Bestandteil des klinischen Alltags und für Patienten von therapeutischer und prognostischer Relevanz. Auf diesem Gebiet wurde bisher die native Sonographie regulär eingesetzt. Eine sichere Artdiagnose bei unklaren Lebertumoren ist jedoch nur selten möglich. Die Einführung der kontrastmittelverstärkten Sonographie hat die differentialdiagnostischen Optionen erweitert. Ziel dieser Studie war es, den Nutzen des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls und der anschließenden digitalen Graustufenanalyse bei fokalen Leberläsionen zu bewerten. Methodik: In einer prospektiven Studie wurde bei 50 Patienten mit CT oder MRT gesicherten Lebertumoren eine Sonographie des Oberbauches in nativer Sonographie und in Phaseninversionstechnik mit intravenöser Gabe des Ultraschallkontrastmittels SonoVue® durchgeführt. Nach Kontrastmittelgabe wurden über 120 s digitale Standbilder akquiriert. Mittels Software ermittelte man den dynamischen Graustufenverlauf für jeden einzelnen Tumor. Es folgte der Vergleich der einzelnen bildgebenden Modalitäten untereinander. Ergebnisse: Der Anteil der artdiagnostisch korrekten Zuordnungen belief sich in der CT bzw. MRT auf 78% und in der nativen Sonographie auf 60%. Mit Hilfe des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls konnte er auf 86% gesteigert werden. Die digitale Graustufenanalyse lieferte für die einzelnen Tumorentitäten charakteristische Kurvenverläufe. Hierbei erwiesen sich die Zeitpunkte 20 s und 100 s nach Kontrastmittelgabe für die artspezifische Charakterisierung und für die Differenzierung in benigne und maligne Tumoren als optimal. Schlussfolgerung: Die kontrastmittelverstärkte Sonographie und deren digitale Graustufenbestimmung bilden eine Ergänzung der bisherigen Diagnostik von Lebertumoren und ermöglichen eine bessere Charakterisierung der Herde. Dies sollte in zusätzlichen Studien evaluiert werden. / Characterization of Hepatic Tumors with Contrast-enhanced Ultrasound and Digital Gray-Scale Analysis Purpose: The characterization of liver tumors is of therapeutic and prognostic relevance. Although ltrasound offers the opportunity to detect hepatic tumors, its previous techniques did not lead towards a definitve differentiation. The purpouse of this study was the evaluation of contrast enhanced ultrasound followed by quantitative digital analysis in patients with focal hepatic tumors. Materials and Methods: In a prospective stuy, 50 patients with liver tumors previously detected by CT or MRI were examined by ultrasound of the upper abdomen using conventional and phase inversion technique after intravenous application of an ultrasound contrast agent. Digital images were stored over 120 s and software powerd digital gray-scale curves were produced for each individual lesion. Results: While the percentage of tumors correctly characterised by CT/MRI amounted to 78%, the percentage increased from 60% using conventional ultrasound to 86% using contrast enhanced ultrasound including gray-scale analysis. Typical graphs were achieved for different tumor entities on digital gray-scale analysis. Time intervals at 20 and 100 seconds showed optimal for differantiation between particualar entities. Conclusion: Quantification of contrast enhanced ultrasound is an addition to the previous diagnostic procedure in hepatic tumors. It offers the possibility of an investigator-independent characterization of lesions and should be evaluated in further studies.

Einleitung: Die Vena jugularis interna (VJI) gilt als das wichtigste Gefäß der zerebralen Drainage. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass das vertebrale Venensystem in Abhängigkeit von der Körperposition, an der zerebralen venösen Drainage beteiligt ist. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Bedeutung der VJI und des vertebralen Venensystems für die zerebralvenöse Drainage in unterschiedlichen Körperpositionen untersucht werden. Methode: Bei 23 gesunden Probanden wurde der Blutfluss in den VJI und den Vv. vertebrales (VV) duplexsonographisch bestimmt. Dazu wurde die Person auf einem Kipptisch gelagert. Die Messungen wurden in den Positionen -15° (Kopftieflage), 0° (horizontal), 15°, 30°, 45°, und 90° (Stehen) durchgeführt. Der arterielle zerebrale Blutfluss (CBFA) wurde in den Positionen 0° und 45° bestimmt. Ergebnisse: Der Blutfluss der VJI ging von 810 ? 360 ml/min in Kopftieflage (-15°) auf 70 ? 100 ml/min im Stehen zurück. Gleichzeitig stieg der Blutfluss VV von 20 ? 15 ml/min in Kopftieflage auf 210 ? 120 ml/min im Stehen an. Der CBFA betrug 800 ? 153 ml/min in der 0°-Position und 720 ? 105 ml/min in der 45°-Position. Diskussion: Es konnte eine deutliche Lageabhängigkeit der zerebralvenösen Drainage nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass die zentrale Bedeutung der VJI für die zerebrale venöse Drainage auf die liegende Position beschränkt ist. Im Stehen verläuft die zerebrale venöse Drainage weitgehend über das vertebrale Venensystem. / Background: The internal jugular veins (IJV) are considered to be the main outflow of cerebral venous blood. However, there is evidence that the vertebral venous system also forms part of the cerebral venous outflow, depending on the position of the body. This paper asseses the hemodynamic consequences of postural changes in cerebral venous drainage by color-coded duplex sonography. Methods: Volume-blood-flow-measurements were conducted in 23 healthy volunteers in supine position on a tilt table. Both IJV and VV were studied in -15° (head-down tilt), 0°, 15°, 30°, 45°, and 90° (upright position) tilt. Arterial cerebral blood flow (CBFA) was measured in 0° and 45°-position. Results: Bloodflow in the IJV dropped from 810 ? 360 ml/min in the head-down-position (-15°) to 70 ? 100 ml/min at 90°. Simultaneously blood flow in the VV increased from 20 ? 15 ml/min in -15°-position to 210 ? 120 ml/min in the 90°-position. Discussion: The results show, that the cerebral blood drainage pathways depend heavily on the inclination of the body. The role of the IJV as the main drainage pathway of the cerebral blood appears to be confined to the supine position. In the erect position, the vertebral venous system was found to be the major outflow pathway in humans.

Osteoporose und gestörte Heilungsverläufe von Knochenbrüchen verursachen immer noch beachtliche klinische Komplikationen. Ein vielversprechender Ansatz für die nichtinvasive und nichtionisierende Abschätzung des Frakturrisikos und der Bildgebung von Frakturheilung ist quantitativer Ultraschall (QUS). Dennoch liegt die derzeitige Akzeptanz für die Knochenqualitätsabschätzung noch weit hinter herkömmlichen röntgenbasierten Anwendungen. Es wurden akustische Mikroskopie und Synchrotronstrahlen-Mikrotomographie für die Anatomie und altersabhängige Erfassung von strukturellen und elastischen Variationen auf der mikroskopischen Ebene von humanen Femora verwendet. Die gewonnenen Daten dienten als Grundlage für die Erstellung mikromechanischer Modelle von Knochen für numerische Simulationen der Schallausbreitung im humanen Femurhals. Dabei wurde der Aufbau eines US-basierten Femur-Scanners in transversaler Transmission (TT) nachempfunden. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurde QUS in TT in in vitro Experimenten am Rattenfrakturmodell auf eine Anwendung für die Bildgebung der Frakturheilung getestet. Die Studien konnten zeigen, dass ein Großteil der adaptiven Fähigkeiten von Knochen auf mikroskopischer Ebene auf eine Kombination von extrazellulärer Matrixelastizität und Gewebeporosität zurückzuführen ist. Die Simulationen des zweiten Teils konnten die Existenz von geführten Wellen im humanen Femurhals bestätigen. Die sensitive Abhängigkeit von US-parametern von frakturrelevanten Knocheneigenschaften zeigt das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung. Der zweite Teil der Arbeit konnte erfolgreich die Möglichkeit von QUS in TT zur Diskriminierung von zeitigen Heilungsstadien demonstrieren. Zusammenfassend bestätigt die Studie das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung und die Bildgebung der Frakturheilung. / Osteoporosis and impaired bone healing are of high relevance. A promising non-invasive, non-ionizing candidate for fracture risk prediction and monitoring fracture healing is quantitative ultrasound (QUS). However, the acceptance of QUS for bone quality assessment is still not comparable to X-ray based methods. Scanning acoustic microscopy (SAM) and Synchrotron Radiation micro-computer tomography (SRµCT) has been used to investigate anatomical and age dependent variations of micro elastic, structural and mineralization parameters at the tissue level of human femoral bone. Femoral neck models were created based on these data for numerical sound propagation simulations emulating a transverse transmission (TT) setup of an in vivo QUS prototype. In the last part of the project the TT approach has been tested in ex vivo experiments in a rat healing model. The power of QUS, to discriminate two early healing stages has been compared to µCT measurements at the same specimens. It was found that the major contributor to bone adaptation is related to a combination of extracellular matrix elasticity and tissue porosity. It is hypothesized that these parameters are likely to have a considerable impact on the reliability of in silico models. The simulations of the second part confirmed the existence of guided wave propagation in the cortical shell and a high dependency of US parameters on fracture relevant bone properties. The results demonstrate the high potential for bone fracture risk prediction at the femoral neck using QUS. Finally, it was successfully demonstrated that early healing stage discrimination of QUS in TT was superior compared to µCT. In summary these investigations not only show the importance for a precise estimation of micro mechanical properties for numerical modelling but also demonstrate the feasibility and high potential of QUS for bone quality assessment and monitoring of fracture healing.

Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung im Bereich der pränatalen Diagnostik in den letzten Jahren werden mehr angeborene Fehlbildungen zu einem früheren Zeitpunkt der Schwangerschaft und detaillierter erkannt. Das führt dazu, dass die zur Autopsie gelangenden Feten zunehmend kleiner sind und komplexere Befunde aufweisen. Gleichzeitig werden die genetischen Ursachen von mehr Erkrankungen, Fehlbildungen und Syndromen aufgedeckt, so dass die DNA-Diagnostik, Chromosomenanlyse u.a. molekulargenetische und biochemische Erkenntnisse die klinisch-genetische Diagnostik zunehmend ergänzen. Durch Festlegung einer gezielten Autopsiestrategie und Nutzung moderner Kommunikationsmittel kann der Pathologe die in den letzten Jahren gestiegenen klinischen Anforderungen erfüllen. Ein Problem ist es jedoch, dass nicht genügend Pathologen auf dem Gebiet der Fetalpathologie spezialisiert sind. Das trifft nicht nur für Deutschland zu, sondern das ist mehr oder weniger eine weltweite Situation. Ein möglicher Lösungsansatz dieses Problems wäre die Nutzung von Softwareprogrammen, die dazu dienen, unerfahrene Pathologen moderne Anleitungen während der Autopsie von Feten zu geben. Das kann mit einer telepathologischen Betreung durch einen Experten auf diesem Gebiet kombiniert werden. Darüberhinaus erlaubt die derzeitige digitalisierte Befunddokumentation den Vergleich aktueller mit gespeicherten Fällen sowie Recherchen und stellt eine gute Basis zur Erstellung von Lehrmaterial dar. / Due to the enormous technical developments in recent years in the area of prenatal ultrasound more malformations are detected in greater detail and at an earlier point in time during pregnancy than in the past. As a result, fetuses of increasingly smaller size and with complex diagnoses are presented for autopsy. At the same time, the genetic causes of ever more diseases, malformations and syndromes are being discovered, so that DNA diagnostics, chromosome analysis and, among others, molecular-genetic and biochemical investigations have come increasingly to complement clinical-genetic diagnostics. Through establishment of a clinically oriented autopsy strategy and the use of modern communication media, pathologists can satisfy the increased clinical demands of recent years. The remaining problem is that we do not have enough pathologists experienced in fetal pathology. This is not only true for Germany, it is more less the situation worldwide. One means of dealing with this problem may be the use of software programs to guide inexperienced pathologists through the modern autopsy procedure. This can be combined with the use of telepathological advise given by an expert in the field. Over and above this, digitized documentation of findings can be used in research, which allows the comparison of current with previously saved cases and presents a good basis for the development of education material.

Eine effektive Strategie zur Verhinderung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten in der Aquakultur ist die Anwendung geeigneter Präventionsmaßnahmen, insbesondere die Impfung von Fischen. Das effektivste Impfverfahren stellt die individuelle Injektion des Impfstoffes dar. Bei Milliarden von Fischen jährlich ist dies jedoch sehr zeit- und kostenintensiv. Bei Säugetieren gilt Niederfrequenz-Sonophorese (LFS) als eine der fortschrittlichsten Technologien zur transdermalen Verabreichung von Wirkstoffen. So entstand die Idee, bei Fischen die Aufnahme von Wirkstoffen während einer Tauchbadbehandlung mit Hilfe von LFS zu verbessern. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass mit einer Beschallungsintensität von etwa 60 mW/cm^2 die Aufnahme eines Bakterienimpfstoffs in das Kiemengewebe von Regenbogenforellen um den Faktor 240 erhöht werden konnte. Bei dieser Intensität traten geringe oder keine Nebenwirkungen auf. Bei höheren Beschallungsintensitäten wurde eine noch höhere Aufnahme des Bakterienimpfstoffes, aber auch schädliche Nebenwirkungen beobachtet. Darüber hinaus zeigte LFS eine durch eine lokale Entzündungsreaktion und Aktivierung von T-Helferzellen in den Kiemen charakterisierte, Adjuvans-ähnliche Wirkung. Ein Impfversuch mit Koi Karpfen und einem inaktivierten Impfstoff gegen das Koi-Herpesvirus zeigte, dass LFS das Potential hat, den mit einer Tauchbadimpfung erzielbaren Immunschutz zu verbessern. LFS konnte auch für die Verabreichung anderer Substanzen wie Antibiotika verwendet und die Aufnahme von Oxytetracyclin um den Faktor fünf erhöht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Effektivität einer Tauchbadimpfung von Fischen mit LFS durch die gesteigerte Impfstoffaufnahme und dessen Adjuvans-ähnlichen Wirkung verbessert werden kann. Darüber hinaus könnte mithilfe LFS die therapeutische Dosis von Antibiotika bei Badbehandlungen verringert werden. Es erfordert jedoch noch weitere Studien, um diese Technologie aus dem Labor in die Praxis zu übertragen. / In aquaculture, the use of prevention methods, such as vaccination of fish, is an effective strategy to avoid infectious diseases. However, the most effective route of vaccination for fish is the one-by-one intraperitoneal injection, which that is very laborious and expensive to apply for billions of fish every year. Low Frequency Sonophoresis (LFS) has been recognized as one of the most advanced technologies in transdermal delivery of substances in mammals. Thus, it has been suggested to use LFS to enhance the uptake of substances in fish during bath treatments. The present study shows that a low sonication intensity of ca. 60 mW/cm^2 at 37 kHz increased the uptake of a bacterin into the gill tissue of rainbow trout by up to a factor of 240. At this intensity, no or only minimal side effects occurred. At higher sonication intensities, an even higher bacterin uptake but also deleterious side effects were observed. In addition, LFS showed an adjuvant-like effect characterized by a local inflammatory response and T-helper cell activation in the gills. A vaccination trial with koi carp and an inactivated vaccine against the Koi Herpes Virus (KHV) showed that LFS has the potential to enhance the immune protection achieved by immersion vaccination. In addition LFS can also be used for the administration of other substances, such as antibiotics, here we showed that the uptake of Oxytetracycline could be increased by factor five. In summary, the efficacy of the immersion vaccination of fish could be improved by low-frequency ultrasound due, to the increased vaccine uptake along with its adjuvant-like effect. Furthermore, LFS could also reduce the required therapeutic dose of antibiotics in bath treatments, making them more effective, cheaper and environmentally friendly. However, further practical studies will be required to transfer this technology from the lab to the field.

Aktuelle In-vivo-Methoden zur Bewertung der Belastung und Dehnung der Achillessehne (AT) in der biomechanischen Literatur haben bestimmte Einschränkungen, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Daher hatte die erste Studie zum Ziel, die AT-Dehnung und -Kraft während der Fortbewegung mithilfe einer genauen, nicht-invasiven Methode zu messen. Die Länge der AT wurde unter Berücksichtigung ihrer Krümmung mit reflektierenden Folienmarkern von der Insertion am Fersenbein bis zum Übergang zwischen der Muskel-Sehnen-Verbindung des Musculus gastrocnemius medialis (GM-MTJ) gemessen. Die Kraft der AT wurde durch Anpassung einer quadratischen Funktion an die experimentelle Kraft-Längen-Kurve der Sehne ermittelt, die aus maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktionen (MVC) gewonnen wurde. Die Ergebnisse der zweiten Studie zeigen, dass eine Erhöhung der Gehgeschwindigkeit zu einer 21%igen Abnahme der maximalen AT-Kraft bei höheren Geschwindigkeiten im Vergleich zur bevorzugten Geschwindigkeit führt, während die Nettobelastung der AT-Kraft am Sprunggelenk (ATF-Arbeit) in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit zunimmt. Darüber hinaus trugen eine frühere Plantarflexion, erhöhte elektromyografische Aktivität der Muskeln Sol und GM sowie der Energieübertrag von Knie- zu Sprunggelenk durch die biartikulären Musculi gastrocnemii zu einer 1,7- bzw. 2,4-fachen Zunahme der netto ATF-Mechanik-Arbeit bei Übergangs- und maximalen Gehgeschwindigkeiten bei. Das Ziel der dritten Studie war es, die in der ersten Studie vorgeschlagene Methode zu vereinfachen, indem die Anzahl der reflektierenden Folienmarker reduziert wurde, jedoch die hohe Genauigkeit beibehalten wurde. Die Krümmung der AT wurde mithilfe von reflektierenden Folienmarkern zwischen dem Ursprung des GM-MTJ und dem Einführungsmarker am Fersenbein beurteilt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Reduzierung der Anzahl der Folienmarker um 70% beim Gehen und um 50% beim Laufen zu einem marginalen Fehler führen würde und somit einen vernachlässigbaren Effekt auf die Länge der AT und die maximale Dehnungsmessung hätte. / Current in vivo methods to assess the Achilles tendon (AT) strain and loading in the biomechanics literature have certain limitations that require careful consideration. Therefore, the first study was to measure the AT strain and quantify AT force during locomotion with an accurate non-invasive method. AT length was measured considering its curvature using reflective foil markers from AT insertion at calcaneus to gastrocnemius medialis muscle-tendon junction (GM-MTJ). The force of the AT was calculated by fitting a quadratic function to the experimental tendon force-length curve obtained from maximum voluntary isometric contractions (MVC). The findings in second study indicate that an increase in walking speed leads to a 21% decrease in maximum AT force at higher speeds compared to the preferred speed, yet the net work of the AT force at the ankle joint (ATF-work) increased as a function of walking speed. Additionally, an earlier plantar flexion, increased electromyographic activity of the Sol and GM muscles, and knee-to-ankle joint energy transfer via the biarticular gastrocnemii contributed to a 1.7 and 2.4-fold increase in the net ATF-mechanical work in the transition and maximum walking speeds. The objective of the third study was to simplify the proposed method in the first study by reducing the number of foil reflective markers while preserving high accuracy. The AT curvature was assessed using reflective foil markers between the GM-MTJ origin and the calcaneal insertion marker. Our results indicate that reducing the number of foil markers by 70% during walking and 50% during running would result in a marginal error and, thus, a negligible effect on the AT length and maximum strain measurement.

Die Physik der Lauterzeugung (Phonation) wurde mit Hilfe der Theorie der Nichtlinearen Dynamik untersucht. Digitale Hochgeschwindigkeitsaufnamen von Schwingungen in menschlichen und nichtmenschlichen Kehlkoepfen, digitale Bildanalyse, Signalanalyse und Modenanalyse wurden zur quantitativen Beschreibung nichtlinearer Phaenomene eingesetzt. Es wurden nichtlineare Phaenomene bei stimmkranker (pathologischer) menschlicher Lauterzeugung untersucht, wie auch in stimmgesunden Singstimmen und in Kehlkoepfen von nichtmenschlichen Saeugetieren mit Stimmlippen-Membranen. Durch Bifurkationsanalyse eines einfachen mathematischen Modells fuer Stimmlippen mit Membranen konnten beobachtete Lautmuster nichtmenschlicher Saeugetiere qualitativ "nichtlinear gefittet" werden. Die Schwerpunkte dieser Arbeit waren: 1. die Klassifikation von Lautmustern in zeitgenoessischer Vokalmusik, um Erzeugungsmechanismen fuer komplexe Stimmklaenge zu erklaeren, die im kuenstlerischen Kontext vorkommen. Im besonderen war die Rolle der Quelle-Trakt-Kopplung von Interesse; 2. Instabilitaeten in Stimmpatienten, die durch Asymmetrien in einzelnen Stimmlippen wie auch zwischen den Stimmlippen verursacht wurden; 3. dynamische Effekte von duennen, leichten und schwingenden Stimmlippen-Membranen, vertikalen Fortsaetzen der Stimmlippen bei Saeugetieren. Stimmlippen-Membrane finden sich in Kehlkoepfen von Fledermaeusen und Primaten, wo sie einerseits zur Ultraschallerzeugung verwendet werden und andererseits fuer eine grosse Lautvielfalt sorgen. Ein Stimmlippen-Membran-Modell wurde entwickelt, um dieses diverse Lautrepertoire zu reproduzieren. Dieses Modell zeigte zwei Stimmregister. Ueber die Geometry der Stimmlippen-Membrane konnte der subglottale Einsatzdruck minimiert werden und der Druckbereich fuer Phonationen vergroessert werden. Numerische Simulationen demonstrierten, dass das phaenomenologische Stimm-Membran-Modell das Lautrepertoire von Fledermaeusen und Primaten qualitativ reproduzieren konnte. / In this thesis, the physics of phonation was discussed using the theory of nonlinear dynamics. Digital high speed recordings of human and nonhuman laryneal oscillations, image processing, signal analysis, and modal analysis have been used to quantitatively describe nonlinear phenomena in pathological human phonation, healthy voices in singing, and nonhuman mammalian larynges with vocal membranes. Bifurcation analysis of a simple mathematical model for vocal folds with vocal membranes allowed a qualitative ''nonlinear fit'' of observed vocalization patterns in nonhuman mammals. The main focus of the present work was on: 1. the classification of vocalizations of contemporary vocal music to provide insight to production mechanisms of complex sonorities in artistic contexts, especially to nonlinear source-tract coupling; 2. pathological voice instabilities induced by asymmetries within single vocal folds and between vocal folds; 3. the dynamic effects of thin, lightweight, and vibrating vocal membranes as upward extensions of vocal folds in nonhuman mammals. In nonhuman mammals, vocal membranes are one widespread morphological variation of vocal folds. In bats they are responsible to produce ultrasonic echolocation calls. In nonhuman primates they facilitate the production of highly diverse vocalizations. A vocal membrane model was developed to understand the production of these complex calls. Two voice registers were found in the vocal membrane model. The vocal membrane geometry could minimize phonation onset pressure and enlarge the phonatory pressure range of the model. Numerical simulations of the model revealed instabilities that qualitatively resembled observed vocalization patterns in bats and primates.