TY - THES A1 - Schmid, Benjamin T1 - Surface preparation and Mn states of (Ga,Mn)As investigated by means of soft- and hard x-ray photoemission spectroscopy T1 - Oberflächenpräparation und Untersuchung der Mn Zustände in (Ga,Mn)As mit Hilfe von Photoemissionsspektroskopie im weichen und harten Röntgenbereich N2 - The present thesis deals with surface treatment, material improvement, and the electronic structure of the diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)As. The two key issues are the preparation of clean surfaces and the observation of potential valence hybridizations in (Ga,Mn)As by means of photoemission spectroscopy. Several cleaning methods are applied individually to (Ga,Mn)As and their e ects are compared in detail by various methods. Based on the results of each method, a sophisticated recipe has been elaborated, which provides clean, stoichiometric, and reconstructed surfaces, even if the sample was exposed to air prior to preparation. Moreover, the recipe works equally well for intentionally oxidized surfaces. The individual advantages of ex-situ wet- chemical etching and in situ ion-milling and tempering can be combined in an unique way. In regard to the post-growth annealing in order to optimize the electronic and magnetic properties of (Ga,Mn)As, the effect of surface segregation of interstitial Mn was quantifed. It turns out that the Mn concentration at the surface increases by a factor 4.3 after annealing at 190 C for 150 h. The removal of the segregated and oxidized species by wet-chemical etching allows a tentative estimate of the content of interstitial Mn. 19-23% of the overall Mn content in as-grown samples resides on interstitial positions. The complementary results of core level photoemission spectroscopy and resonant photoemission spectroscopy give hints to the fact that a sizeable valence hybridization of Mn is present in (Ga,Mn)As. This outlines that the simple Mn 3d5-con guration is too naive to refect the true electronic structure of substitutional Mn in (Ga,Mn)As. Great similarities in the core level spectra are found to MnAs. The bonding is thus dominantly of covalent, not ionic, character. Transport measurements, in particular for very low temperatures (<10 K), are in agreement with previous results. This shows that at low temperature, the conduction is mainly governed by variable-range hopping which is in line with the presence of an impurity band formed by substitutional Mn. In the light of the presented results, it is therefore concluded that a double-exchange interaction is the dominant mechanism leading to ferromagnetic coupling in (Ga,Mn)As. The valence hybridization and the presents of an impurity band, both of which are inherent properties of substitutional Mn, are indications for a double-exchange scenario, being at variance to a RKKY-based explanation. Contributions from a RKKY-like mechanism cannot definitely be excluded, however, they are not dominant. N2 - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Oberflächenbehandlung, der Materialoptimierung und der elektronischen Struktur des verdünnten magnetischen Halbleiters (Ga,Mn)As. Die beiden Hauptaspekte sind dabei die Präparation sauberer Oberflächen und die Identifikation einer möglichen Valenzhybridisierung in (Ga,Mn)As mithilfe von Photoemissionspektroskopie. Mehrere Reinigungsmethoden wurden einzeln auf (Ga,Mn)As Oberflächen angewandt und deren Wirkung anhand mehrerer Untersuchungsmethoden verglichen. Basierend auf den Einzelergebnissen wurde eine spezielle Reinigungsprozedur ausgearbeitet, welche stöchiometrische, reine und wohldefinierte Oberflächen liefert, selbst wenn die Proben Umgebungsluft ausgesetzt wurde. Die beschriebene Vorgehensweise funktioniert des Weiteren auch bei absichtlich oxidierten Proben. Hierbei werden die individuellen Vorteile von ex situ nass-chemischen Ätzen, in situ Ionenstrahlätzen und Erhitzen auf besondere Art und Weise kombiniert. Im Hinblick auf das Ausheilen nach dem Wachstum konnte die Oberflächensegregation von interstitiellem Mangan quantifiziert werden, wobei sich zeigte, dass die Mangankonzentration an der Oberfläche um einen Faktor 4.3 nach 150 Stunden Ausheilen an Luft zunahm. Ein Vergleich zwischen ausgeheilten und anschließend geätzen Proben lässt eine vorsichtige Abschätzung des Anteils an interstitiellem Mangan in nicht ausheilten Proben zu. Hierbei zeigt sich, dass sich 19-23% das Gesamtgehalts an Mangan auf interstitiellen Gitterplätzen befindet. Komplementäre Untersuchungen mit Photoemissionsmethoden an Rumpfniveaus und mithilfe resonanter Photoemission geben Hinweis darauf, dass für Mangan in (Ga,Mn)As eine Valenzhybridisierung vorliegt. Dies führt zu dem Schluss, dass die simple Annahme eines zweifach positiv geladenen Mn-Atoms in 3d5-Kon guration zu pauschal ist, um die tatsächliche elektronische Struktur von substitutionellem Mn in (Ga,Mn)As widerzuspiegeln. Die Spektren zeigen eine große Ähnlichkeit zu Manganarsenid, was beweißt, dass die Bindung vorherrschend kovalenter und nicht ionischer Natur ist. Darüber hinaus sind ebenfalls durchgeführte Transportmessungen im Einklang mit bereits veröffentlichten Ergebnissen aus der Literatur. Dabei zeigt sich, dass der Ladungstransport, vor allem bei tiefen Temperaturen unterhalb von 10 K, durch variable range hopping statt findet. Dieses Verhalten steht im Einklang mit dem Vorhandensein eines Störstellenbandes, welches von substitutionellem Mn gebildet wird. Angesichts der hier gezeigten Daten kann gefolgert werden, dass ein Doppelaustausch der ausschlaggebende Mechanismus für das Auftreten ferromagnetischer Kopplung in (Ga,Mn)As ist. Sowohl die Valenzhybridisierung substitutionellem Mn als auch die Ausbildung eines Störstellenbandes durch selbiges, deuten auf einen Doppelaustausch in, was im Gegensatz zu einer RKKY-basierten Erklärung steht. Hierbei kann ein gewisse Bedeutung des RKKY-Modells nicht vollständig ausgeschlossen werden, jedoch ist diese definitiv nicht dominant. KW - Photoelektronenspektroskopie KW - Galliumarsenid KW - Manganarsenide KW - Magnetischer Halbleiter KW - Ferromagnetische Halbleiter KW - (Ga KW - Mn)As KW - Oberflächenpräparation KW - Photoemission spectroscopy KW - ferromagnetic semiconductors KW - (Ga KW - Mn)As KW - surface preparation Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-50057 ER - TY - JOUR A1 - Schmid, Benjamin A1 - Schindelin, Johannes A1 - Cardona, Albert A1 - Longair, Martin A1 - Heisenberg, Martin T1 - A high-level 3D visualization API for Java and ImageJ N2 - Background: Current imaging methods such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), Confocal microscopy, Electron Microscopy (EM) or Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM) yield three-dimensional (3D) data sets in need of appropriate computational methods for their analysis. The reconstruction, segmentation and registration are best approached from the 3D representation of the data set. Results: Here we present a platform-independent framework based on Java and Java 3D for accelerated rendering of biological images. Our framework is seamlessly integrated into ImageJ, a free image processing package with a vast collection of community-developed biological image analysis tools. Our framework enriches the ImageJ software libraries with methods that greatly reduce the complexity of developing image analysis tools in an interactive 3D visualization environment. In particular, we provide high-level access to volume rendering, volume editing, surface extraction, and image annotation. The ability to rely on a library that removes the low-level details enables concentrating software development efforts on the algorithm implementation parts. Conclusions: Our framework enables biomedical image software development to be built with 3D visualization capabilities with very little effort. We offer the source code and convenient binary packages along with extensive documentation at http://3dviewer.neurofly.de. KW - Visualisierung KW - Java 3D KW - ImageJ KW - framework Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67851 ER - TY - THES A1 - Schmid, Benjamin T1 - Computational tools for the segmentation and registration of confocal brain images of Drosophila melanogaster T1 - Software Tools für die Segmentierung und Registrierung konfokaler Gehirnbilder von Drosophila melanogaster N2 - Neuroanatomical data in fly brain research are mostly available as spatial gene expression patterns of genetically distinct fly strains. The Drosophila standard brain, which was developed in the past to provide a reference coordinate system, can be used to integrate these data. Working with the standard brain requires advanced image processing methods, including visualisation, segmentation and registration. The previously published VIB Protocol addressed the problem of image registration. Unfortunately, its usage was severely limited by the necessity of manually labelling a predefined set of neuropils in the brain images at hand. In this work I present novel tools to facilitate the work with the Drosophila standard brain. These tools are integrated in a well-known open-source image processing framework which can potentially serve as a common platform for image analysis in the neuroanatomical research community: ImageJ. In particular, a hardware-accelerated 3D visualisation framework was developed for ImageJ which extends its limited 3D visualisation capabilities. It is used for the development of a novel semi-automatic segmentation method, which implements automatic surface growing based on user-provided seed points. Template surfaces, incorporated with a modified variant of an active surface model, complement the segmentation. An automatic nonrigid warping algorithm is applied, based on point correspondences established through the extracted surfaces. Finally, I show how the individual steps can be fully automated, and demonstrate its application for the successful registration of fly brain images. The new tools are freely available as ImageJ plugins. I compare the results obtained by the introduced methods with the output of the VIB Protocol and conclude that our methods reduce the required effort five to ten fold. Furthermore, reproducibility and accuracy are enhanced using the proposed tools. N2 - Expressionsmuster genetisch manipulierter Fliegenstämme machen den Großteil neuroanatomischer Daten aus, wie sie in der Gehirnforschung der Taufliege Drosophila melanogaster entstehen. Das Drosophila Standardgehirn wurde u.a. entwickelt, um die Integration dieser Daten in ein einheitliches Referenz-Koordinatensystem zu ermöglichen. Die Arbeit mit dem Standardgehirn erfordert hochentwickelte Bildverarbeitungsmethoden, u.a. zur 3D Visualisierung, Segmentierung und Registrierung. Das bereits publizierte "VIB Protocol" stellte bisher eine Möglichkeit für die Registrierung zur Verfügung, die aber duch die Notwendigkeit manueller Segmentierung bestimmter Neuropile nur eingeschränkt verwendbar war. In der vorliegenden Arbeit stelle ich neue Werkzeuge vor, die den Umgang mit dem Standardgehirn erleichtern. Sie sind in ein bekanntes, offenes Bildverarbeitungsprogramm integriert, das potentiell als Standardsoftware in der neuroanatomischen Forschung dienen kann: ImageJ. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine hardwarebeschleunigte 3D Visualisierungs-Bibliothek entwickelt, die die Visualisierungsmöglichkeiten von ImageJ ergänzt. Auf Basis dieser Entwicklung wurde anschließend ein neuer halbautomatischer Segmentierungs-Algorithmus erstellt. In diesem Algorithmus werden Neuropil-Oberflächen, ausgehend von ausgewählten Ausgangspunkten, aufgebaut und erweitert. Vorlagen von Neuropil-Oberflächen aus der Segmentierung eines Referenz-Datensatzes, die anhand eines modifizierten "Active Surface" Modells einbezogen werden können, ergänzen die aktuelle Segmentierung. Die so erhaltenen Oberflächen ermöglichen es, korrespondierende Landmarken in den Bildern zu ermitteln, die für eine nicht-rigide Registrierung verwendet werden. Schließlich wird dargelegt, wie die einzelnen Schritte voll automatisiert werden können, um die Bilder der Fliegengehirne aufeinander abzubilden. Die vorgestellten Methoden sind frei als Erweiterungen für ImageJ verfügbar (Plugins). Ein direkter Vergleich mit dem VIB Protokoll zeigt, dass durch die vorgestellten Methoden nicht nur der Benutzeraufwand auf ein Sechstel reduziert, sondern dass gleichzeitig auch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erhöht wird. KW - Taufliege KW - Segmentierung KW - Bildverarbeitung KW - Gehirn KW - Drosophila KW - Gehirnanatomie KW - Konfokalmikroskopie KW - Deformable models KW - Drosophila KW - brain anatomy KW - confocal microscopy KW - deformable models Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51490 ER - TY - JOUR A1 - Lombardi, Jolina A1 - Mayer, Benjamin A1 - Semler, Elisa A1 - Anderl‐Straub, Sarah A1 - Uttner, Ingo A1 - Kassubek, Jan A1 - Diehl‐Schmid, Janine A1 - Danek, Adrian A1 - Levin, Johannes A1 - Fassbender, Klaus A1 - Fliessbach, Klaus A1 - Schneider, Anja A1 - Huppertz, Hans‐Jürgen A1 - Jahn, Holger A1 - Volk, Alexander A1 - Kornhuber, Johannes A1 - Landwehrmeyer, Bernhard A1 - Lauer, Martin A1 - Prudlo, Johannes A1 - Wiltfang, Jens A1 - Schroeter, Matthias L. A1 - Ludolph, Albert A1 - Otto, Markus T1 - Quantifying progression in primary progressive aphasia with structural neuroimaging JF - Alzheimer's & Dementia N2 - Introduction The term primary progressive aphasia (PPA) sums up the non‐fluent (nfv), the semantic (sv), and the logopenic (lv) variant. Up to now, there is only limited data available concerning magnetic resonance imaging volumetry to monitor disease progression. Methods Structural brain imaging and an extensive assessment were applied at baseline and up to 4‐year(s) follow‐up in 269 participants. With automated atlas‐based volumetry 56 brain regions were assessed. Atrophy progression served to calculate sample sizes for therapeutic trials. Results At baseline highest atrophy appeared in parts of the left frontal lobe for nfvPPA (–17%) and of the left temporal lobe for svPPA (–34%) and lvPPA (–24%). Severest progression within 1‐year follow‐up occurred in the basal ganglia in nfvPPA (–7%), in the hippocampus/amygdala in svPPA (–9%), and in (medial) temporal regions in lvPPA (–6%). Conclusion PPA presents as a left‐dominant, mostly gray matter sensitive disease with considerable atrophy at baseline that proceeds variant‐specific. KW - atlas‐based volumetry KW - disease progression KW - frontotemporal dementia KW - longitudinal magnetic resonance imaging KW - primary progressive aphasia KW - sample size calculation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262605 VL - 17 IS - 10 SP - 1595 EP - 1609 ER - TY - JOUR A1 - Rauch, Bernhard A1 - Salzwedel, Annett A1 - Bjarnason-Wehrens, Birna A1 - Albus, Christian A1 - Meng, Karin A1 - Schmid, Jean-Paul A1 - Benzer, Werner A1 - Hackbusch, Matthes A1 - Jensen, Katrin A1 - Schwaab, Bernhard A1 - Altenberger, Johann A1 - Benjamin, Nicola A1 - Bestehorn, Kurt A1 - Bongarth, Christa A1 - Dörr, Gesine A1 - Eichler, Sarah A1 - Einwang, Hans-Peter A1 - Falk, Johannes A1 - Glatz, Johannes A1 - Gielen, Stephan A1 - Grilli, Maurizio A1 - Grünig, Ekkehard A1 - Guha, Manju A1 - Hermann, Matthias A1 - Hoberg, Eike A1 - Höfer, Stefan A1 - Kaemmerer, Harald A1 - Ladwig, Karl-Heinz A1 - Mayer-Berger, Wolfgang A1 - Metzendorf, Maria-Inti A1 - Nebel, Roland A1 - Neidenbach, Rhoia Clara A1 - Niebauer, Josef A1 - Nixdorff, Uwe A1 - Oberhoffer, Renate A1 - Reibis, Rona A1 - Reiss, Nils A1 - Saure, Daniel A1 - Schlitt, Axel A1 - Völler, Heinz A1 - Känel, Roland von A1 - Weinbrenner, Susanne A1 - Westphal, Ronja T1 - Cardiac rehabilitation in German speaking countries of Europe — evidence-based guidelines from Germany, Austria and Switzerland LLKardReha-DACH — Part 1 JF - Journal of Clinical Medicine N2 - Background: Although cardiovascular rehabilitation (CR) is well accepted in general, CR-attendance and delivery still considerably vary between the European countries. Moreover, clinical and prognostic effects of CR are not well established for a variety of cardiovascular diseases. Methods: The guidelines address all aspects of CR including indications, contents and delivery. By processing the guidelines, every step was externally supervised and moderated by independent members of the “Association of the Scientific Medical Societies in Germany” (AWMF). Four meta-analyses were performed to evaluate the prognostic effect of CR after acute coronary syndrome (ACS), after coronary bypass grafting (CABG), in patients with severe chronic systolic heart failure (HFrEF), and to define the effect of psychological interventions during CR. All other indications for CR-delivery were based on a predefined semi-structured literature search and recommendations were established by a formal consenting process including all medical societies involved in guideline generation. Results: Multidisciplinary CR is associated with a significant reduction in all-cause mortality in patients after ACS and after CABG, whereas HFrEF-patients (left ventricular ejection fraction <40%) especially benefit in terms of exercise capacity and health-related quality of life. Patients with other cardiovascular diseases also benefit from CR-participation, but the scientific evidence is less clear. There is increasing evidence that the beneficial effect of CR strongly depends on “treatment intensity” including medical supervision, treatment of cardiovascular risk factors, information and education, and a minimum of individually adapted exercise volume. Additional psychologic interventions should be performed on the basis of individual needs. Conclusions: These guidelines reinforce the substantial benefit of CR in specific clinical indications, but also describe remaining deficits in CR-delivery in clinical practice as well as in CR-science with respect to methodology and presentation. KW - cardiac rehabilitation standards KW - scientific guidelines KW - secondary prevention KW - coronary artery disease KW - chronic heart failure KW - heart valve repair KW - ICD-CRT KW - ventricular assist device KW - heart transplantation KW - peripheral artery disease KW - pulmonary hypertension KW - myocarditis KW - adults with congenital heart disease Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239709 SN - 2077-0383 VL - 10 IS - 10 ER -