Fakultät für Physik und Astronomie
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Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein innovatives tomographisches Bildgebungsverfahren, mit dem Tracerpartikel äußerst sensitiv und schnell mehrdimensional abgebildet werden können. Die Methode basiert auf der nichtlinearen Magnetisierungsantwort superparamagnetischer Eisenoxidnanopartikel (SPION) in einem Messpunkt, welcher ein Messvolumen rastert. In vorliegender Arbeit wurde das sog. Traveling Wave MPI (TWMPI) Verfahren eingesetzt, wodurch im Vergleich zu konventionellen MPI-Scannern ein größeres Field of View (FOV) und eine geringere Latenz bis zur Bildanzeige erreicht werden konnte. TWMPI weist einige für medizinische Zwecke vielversprechende Eigenschaften auf: Es liefert zwei- und dreidimensionale Bildrekonstruktionen in Echtzeit mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Dabei ist die Bildgebung von Grund auf hintergrundfrei und erfordert keinerlei ionisierende Strahlung. Zudem ist die Technik äußerst sensitiv und kann SPION-Tracer noch in mikromolaren Konzentrationen detektieren.
Ziel dieser Arbeit war es daher zu untersuchen, inwiefern es mittels TWMPI möglich ist, künstliche Stenosen im Gefäßmodell visuell in Echtzeit darzustellen und quantitativ zu beurteilen sowie überdies eine perkutane transluminale Angioplastie (PTA) im Gefäßmodell unter TWMPI-Echtzeit-Bildgebung durchzuführen.
Alle Experimente wurden in einem speziell angefertigten TWMPI-Scanner durchgeführt (JMU Würzburg, Experimentelle Physik V (Biophysik), FOV: 65 x 29 x 29 mm³, Auflösung: ca. 1.5 - 2 mm). Die Lumen-Darstellungen erfolgten mittels des SPION-Tracers Ferucarbotran in einer Verdünnung von 1 : 50 (entspr. 10 mmol [Fe]/l). Das PTA-Instrumentarium wurde mit eigens hergestelltem ferucarbotranhaltigem Lack (100 mmol [Fe]/l) markiert. Für die verschiedenen Teilexperimente wurden den jeweiligen speziellen Anforderungen entsprechend mehrere Gefäßmodelle handgefertigt.
Für die visuelle Stenosequantifizierung wurden fünf starre Stenosephantome unterschiedlicher Stenosierung (0%, 25%, 50%, 75%, 100%) aus Polyoxymethylen hergestellt (l: 40 mm, ID: 8 mm). Die Gefäßmodelle wurden mehrfach zentral im FOV platziert und das stenosierte Lumen mittels sog. Slice-Scanning Modus (SSM, Einzelaufnahme inkl. 10 Mittelungen: 200 ms, Bildfrequenz: 5 Bilder pro Sekunde, Latenz: ca. 100 ms) als zweidimensionale Quasi-Projektionen abgebildet. Diese Aufnahmen (n = 80, 16 je Phantom) wurden mit einer einheitlichen Grauskalierung versehen und anschließend entsprechend den NASCET-Kriterien visuell ausgewertet.
Alle achtzig Aufnahmen waren unabhängig vom Stenosegrad aufgrund einheitlicher Fensterung sowie konstanter Scannerparameter untereinander gut vergleichbar. Niedriggradige Stenosen konnten insgesamt genauer abgebildet werden als höhergradige, was sich neben der subjektiven Bildqualität auch in geringeren Standardabweichungen zeigte (0%: 3.70 % ± 2.71, 25%: 18.64 % ± 1.84, 50%: 52.82 % ± 3.66, 75%: 77.84 % ± 14.77, 100%: 100 % ± 0). Mit zunehmendem Stenosegrad kam es vermehrt zu geometrischen Verzerrungen im Zentrum, sodass bei den 75%-Stenosen eine breitere Streuung der Messwerte mit einer höheren Standardabweichung von 14.77% einherging. Leichte, randständige Artefakte konnten bei allen Datensätzen beobachtet werden.
Für die PTA wurden drei interaktive Gefäßmodelle aus Polyvinylchlorid (l: 100 mm, ID: 8 mm) mit zu- und abführendem Schlauchsystem entwickelt, welche mittels Kabelband von außen hochgradig eingeengt werden konnten. Analog zu einer konventionellen PTA mittels röntgenbasierter digitaler Subtraktionsangiographie (DSA), wurden alle erforderlichen Arbeitsschritte (Gefäßdarstellung, Drahtpassage, Ballonplatzierung, Angioplastie, Erfolgskontrolle) unter (TW)MPI-Echtzeit-Bildgebung (Framerate: 2 - 4 FPS, Latenz: ca. 100 ms) abgebildet bzw. durchgeführt.
Im Rahmen der PTA war eine Echtzeit-Visualisierung der Stenose im Gefäßmodell durch Tracer-Bolusgabe sowie die Führung des markierten Instrumentariums zum Zielort möglich. Die Markierung der Instrumente hielt der Beanspruchung während der Prozedur stand und ermöglichte eine genaue Platzierung des Ballonkatheters. Die Stenose konnte mittels Angioplastie-Ballons unter Echtzeit-Darstellung gesprengt werden und der Interventionserfolg im Anschluss durch erneute Visualisierung des Lumens validiert werden.
Insgesamt zeigt sich MPI somit als adäquate Bildgebungstechnik für die beiden in der Fragestellung bzw. Zielsetzung definierten experimentellen Anwendungen. Stenosen im Gefäßmodell konnten erfolgreich in Echtzeit visualisiert und bildmorphologisch nach NASCET-Kriterien quantifiziert werden. Ebenso war eine PTA im Gefäßmodell unter TWMPI-Echtzeit-Bildgebung machbar. Diese Ergebnisse unterstreichen das grundlegende Potenzial von MPI für medizinische Zwecke. Um zu den bereits etablierten Bildgebungsmethoden aufzuschließen, ist jedoch weitere Forschung im Bereich der Scanner-Hard- und -Software sowie bezüglich SPION-Tracern nötig.
A measurement of B\(^0_s\)→J/ψϕ decay parameters, including the CP -violating weak phase ϕ\(_s\) and the decay width difference ΔΓ\(_s\) is reported, using 4.9 fb\(^{−1}\) of integrated luminosity collected in 2011 by the ATLAS detector from LHC pp collisions at a centre-of-mass energy √s=7 TeV. The mean decay width Γ\(_s\) and the transversity amplitudes |A\(_0\)(0)|\(^2\) and |A\(_∥\)(0)|\(^2\) are also measured. The values reported for these parameters are:
ϕ\(_s\)=0.22±0.41 (stat.)±0.10 (syst.) rad
ΔΓ\(_s\)=0.053±0.021 (stat.)±0.010 (syst.)ps\(^{−1}\)
Γ\(_s\)=0.677±0.007 (stat.)±0.004 (syst.) ps\(^{−1}\)
|A\(_0\)(0)|\(^2\)=0.528±0.006 (stat.)±0.009 (syst.)
|A\(_∥\)(0)|\(^2\)=0.220±0.008 (stat.)±0.007 (syst.)
where the values quoted for ϕ\(_s\) and ΔΓ\(_s\) correspond to the solution compatible with the external measurements to which the strong phase δ\(_⊥\) is constrained and where ΔΓ\(_s\) is constrained to be positive. The fraction of S-wave KK or f\(_0\) contamination through the decays B\(^0_s\)→J/ψK\(^+\)K\(^−\)(f\(_0\)) is measured as well and is found to be consistent with zero. Results for ϕ\(_s\) and ΔΓ\(_s\) are also presented as 68%, 90% and 95% likelihood contours, which show agreement with Standard Model expectations.
The production of a \(Z\) boson and a photon in association with a high-mass dijet system is studied using 20.2 fb\(^{−1}\) of proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of \(\sqrt{s}\) = 8 TeV recorded with the ATLAS detector in 2012 at the Large Hadron Collider. Final states with a photon and a Z boson decaying into a pair of either electrons, muons, or neutrinos are analysed. Electroweak and total \(pp\) → \(Zγjj\) cross-sections are extracted in two fiducial regions with different sensitivities to electroweak production processes. Quartic couplings of vector bosons are studied in regions of phase space with an enhanced contribution from pure electroweak production, sensitive to vector-boson scattering processes \(V V → Zγ\). No deviations from Standard Model predictions are observed and constraints are placed on anomalous couplings parameterized by higher-dimensional operators using effective field theory.
This article presents searches for the \({Zγ}\) decay of the Higgs boson and for narrow high-mass resonances decaying to \(Z\)γ, exploiting \(Z\) boson decays to pairs of electrons or muons. The data analysis uses 36.1 fb\(^{−1}\) of \({pp}\) collisions at \(\sqrt{s}=13\) recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The data are found to be consistent with the expected Standard Model background. The observed (expected — assuming Standard Model \({pp} → H → {Z}γ\) production and decay) upper limit on the production cross section times the branching ratio for \({pp} → H → {Z}γ\) is 6.6. (5.2) times the Standard Model prediction at the 95% confidence level for a Higgs boson mass of 125.09 GeV. In addition, upper limits are set on the production cross section times the branching ratio as a function of the mass of a narrow resonance between 250 GeV and 2.4 TeV, assuming spin-0 resonances produced via gluon-gluon fusion, and spin-2 resonances produced via gluon-gluon or quark-antiquark initial states. For high-mass spin-0 resonances, the observed (expected) limits vary between 88 fb (61 fb) and 2.8 fb (2.7 fb) for the mass range from 250 GeV to 2.4 TeV at the 95% confidence level.
This paper reports a search for triboson \({W^\pm}{W^\pm}{W^\mp}\) production in two decay channels (\({W^\pm}{W^\pm}{W^\mp}\) → \({ℓ^\pm}{νℓ^\pm}{νℓ^\mp}{ν}\) and \({W^\pm}{W^\pm}{W^\mp}\) → \({ℓ^\pm}{νℓ^\pm}{νjj}\) with \(ℓ=e,μ\)) in proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb\(^{−1}\) at a centre-of-mass energy of 8 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Events with exactly three charged leptons, or two leptons with the same electric charge in association with two jets, are selected. The total number of events observed in data is consistent with the Standard Model (SM) predictions. The observed 95% confidence level upper limit on the SM \({W^\pm}{W^\pm}{W^\mp}\) production cross section is found to be 730 fb with an expected limit of 560 fb in the absence of SM \({W^\pm}{W^\pm}{W^\mp}\) production. Limits are also set on \(WWWW\) anomalous quartic gauge couplings.
This article presents a search for flavour-changing neutral currents in the decay of a top quark into an up-type (\({q = c, u}\)) quark and a Higgs boson, where the Higgs boson decays into two photons. The proton-proton collision data set analysed amounts to 36.1 fb\(^{−1}\) at \(\sqrt{s} = 13\) TeV collected by the ATLAS experiment at the LHC. Top quark pair events are searched for, where one top quark decays into \(qH\) and the other decays into \(bW\). Both the hadronic and leptonic decay modes of the \(W\) boson are used. No significant excess is observed and an upper limit is set on the \({t → cH}\) branching ratio of 2.2 × 10\(^{−3}\) at the 95% confidence level, while the expected limit in the absence of signal is 1.6 × 10\(^{−3}\). The corresponding limit on the \(tcH\) coupling is 0.090 at the 95% confidence level. The observed upper limit on the \({t → uH}\) branching ratio is 2.4 × 10\(^{−3}\).
This letter reports the results of a search for top and bottom squarks from gluino pair production in 4.7 fb\(^{−1}\) of pp collisions at √s=7 TeV using the ATLAS detector at the LHC. The search is performed in events with large missing transverse momentum and at least three jets identified as originating from a b-quark. Exclusion limits are presented for a variety of gluino-mediated models with gluino masses up to 1 TeV excluded.
A search for supersymmetry (SUSY) in events with large missing transverse momentum, jets, and at least one hadronically decaying τ lepton, with zero or one additional light lepton (e/μ), has been performed using 4.7 fb\(^{−1}\) of proton-proton collision data at \(\sqrt s\)=7TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. No excess above the Standard Model background expectation is observed and a 95 % confidence level visible cross-section upper limit for new phenomena is set. In the framework of gauge-mediated SUSY-breaking models, lower limits on the mass scale Λ are set at 54 TeV in the regions where the \(\tilde τ_1\) is the next-to-lightest SUSY particle (tanβ>20). These limits provide the most stringent tests to date of GMSB models in a large part of the parameter space considered.
A search for supersymmetric partners of gluons and quarks is presented, involving signatures with jets and either two isolated leptons (electrons or muons) with the same electric charge, or at least three isolated leptons. A data sample of proton-proton collisions at root s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018, corresponding to a total integrated luminosity of 139 fb(-1), is used for the search. No significant excess over the Standard Model expectation is observed. The results are interpreted in simplified supersymmetric models featuring both R-parity conservation and R-parity violation, raising the exclusion limits beyond those of previous ATLAS searches to 1600 GeV for gluino masses and 750 GeV for bottom and top squark masses in these scenarios.