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Cross-scale analysis of temperature compensation in the cyanobacterial circadian clock system
Authors: Furuike Yoshihiko , Ouyang Dongyan , Tominaga Taiki , Matsuo Tatsuhito , Mukaiyama Atsushi , Kawakita Yukinobu , Fujiwara Satoru , Akiyama Shuji 
Published: April 2022

AbstractCircadian clock proteins often reveal temperature-compensatory responses that counteract temperature influences to keep their enzymatic activities constant over a physiological range of temperature. This temperature-compensating ability at the reaction level is likely crucial for circadian clock systems, to which the clock proteins are incorporated, to achieve the system-level temperature compensation of the oscillation frequency. Nevertheless, temperature compensation is yet a puzzling phenomenon, since side chains that make up the clock proteins fluctuate more frequently due to greater thermal energy at higher temperature. Here, we investigated temperature influences on the dynamics of KaiC, a temperature-compensated enzyme (ATPase) that hydrolyzes ATP into ADP in the cyanobacterial circadian clock system, using quasielastic neutron scattering. The frequency of picosecond to sub-nanosecond incoherent local motions in KaiC was accelerated by a factor of only 1.2 by increasing the temperature by 10 °C. This temperature insensitivity of the local motions was not necessarily unique to KaiC, but confirmed also for a series of temperature-sensitive mutants of KaiC and proteins other than clock-related proteins. Rather, the dynamics associated with the temperature-compensatory nature of the reaction- and system-level was found in global diffusional motions, which was suggested to regulate the temperature dependence of ATPase activity and dephosphorylation process presumably through changes in the hexamer conformation of KaiC. The spatiotemporal scale at which cross-scale causality of the temperature sensitivity is established is finite, and extends down to picosecond to sub-nanosecond dynamics only in a very limited part of KaiC, not in its entire part.
A dynamic‐range self‐compensation technique in a noise shaping SAR ADC utilizing mismatch error shaping
Authors: Chen Zhijie , Li Hongyou , Jiang Mengqian , Zhu Sha , Wan Peiyuan 
Published: April 2022

AbstractThis letter proposes a dynamic‐range (DR) self‐compensation technique to compensate the 6‐dB DR loss caused by the utilization of 1‐MSB mismatch error shaping (MES) in a noise shaping (NS) successive‐approximation‐register ADC. The DR self‐compensation technique is realized by using an additional conversion to reduce the total input voltage in the analog domain, preventing overload effect in the conversion process. A compensation to the output binary code in the digital domain is also added to make the digital output match the analog input. The proposed DR self‐compensation technique can compensate 4.8 dB of the 6‐dB DR loss averagely.
Autonomous control of unmanned aerial vehicle for chemical detection using deep reinforcement learning
Authors: Byun Hyung Joon , Nam Hyunwoo 
Published: April 2022

AbstractThe unmanned aerial vehicle (UAV) is a promising platform for remote chemical sensing to minimize human contact with toxic chemicals. Most previous studies in this field used predefined paths to search for areas based on sensor measurements at fixed points. However, operations on a predefined flight path are inefficient because in real‐life scenarios, gas dispersion is stochastic and unpredictable. Thus, a model‐free reinforcement‐learning approach using a deep Q‐network for autonomous UAV control is proposed. The UAV automatically selects its trajectory based on sensor measurements and GPS location data to map the contaminated area in real time. Path planning is simulated using Gaussian model‐based gas dispersion data and its feasibility in outdoor experiments using gas simulants is proved. This study provides guidelines for developing a model that can perform autonomous chemical detection and source localization using UAV.
Numerical simulation of the interfacial stress between epoxy resin and metal conductor of power equipment during epoxy curing
Authors: Wang Chuang , Zhou Gang , Sun Qing , Chen Chi , Zhang Zaiqin , Li Hui , Peng ZongRen 
Published: April 2022

AbstractThere are many metal and epoxy resin interfacial structures in power equipments, which can generate interfacial stress concentrations and may induce accidents due to epoxy curing. In this paper, through simplifying interface structure into a coaxial cylindrical model, the formation mechanism of interfacial stress concentration of this interface structure was studied during epoxy resin curing process. The strain and temperature at the interface were measured by the strain and temperature measurement system. Then a model for calculating the interface stress distribution was established, including the heat conduction module, curing dynamics module and curing deformation module. The validity of the model was verified by comparing the calculated results with the measured results. In addition, the air gap defects at the interface, appearing after the curing process, were simulated. The results show that, after the curing process, the first principal stress at the centre of the interface gradually increases from the centre to the edge, reaching 41.06 and 40.20 MPa at the upper and lower edges respectively. The existence of air gap leads to partial discharge at low voltage. The calculation model can be extended to the stress prediction between the metal and epoxy resin in other power equipments.
FSR‐SSL: A fault sample rebalancing framework based on semi‐supervised learning for PV fault diagnosis
Authors: Liu Qi , Wang Xinyi , Yang Bo , Wang Zhaojian , Liu Yuxiang , Guan Xinping 
Published: April 2022

AbstractPhotovoltaics face the threat of many potential faults in daily operation, which calls for accurate fault diagnosis to avoid huge economical losses. This paper investigates practical and troublesome scenarios, where the photovoltaics station has a large number of unlabeled samples and only a few are labelled. In the labelled set, the sample sizes of different types are unbalanced. To this end, a new fault sample rebalancing framework based on semi‐supervised learning (FSR‐SSL) is proposed. Specifically, a dual‐threshold selection mechanism is proposed to choose trusted pseudo‐label samples from unlabeled data to expand the training set. Moreover, a fault sample rebalancing strategy is designed to further filter the obtained trusted pseudo‐label samples, thereby flexibly adding different amounts of pseudo‐label data to various types. As the training rounds increase, the fault samples are gradually rebalanced and the model learning bias caused by type imbalance is well overcome. The extensive numerical experiments show that the proposed FSR‐SSL method reaches 99% accuracy. Compared with existing methods, the accuracy is increased by up to 33%.
A modified between‐receiver single‐difference‐based fault detection and exclusion algorithm for real‐time kinematic positioning
Authors: Gao Yuting , Gao Yang , Jiang Yang , Liu Baoyu 
Published: April 2022

AbstractWith the increasing number of available satellites from multi‐global navigation satellite systems (GNSS) and their applications in complicated environments, an increased number of faults in measurements are inevitable. Fault detection and exclusion (FDE) is an effective way to reject observation faults in order to guarantee the integrity of a GNSS positioning and navigation system. We propose a modified between‐receiver single‐differencing (SD)‐based FDE algorithm for real‐time kinematic (RTK) positioning. First, a modified between‐receiver SD model‐based FDE is proposed for testing the estimated float ambiguities. This is helpful in rejecting observations with unreliable float ambiguities and obtaining reliable double‐differencing (DD) integer ambiguities, denoted as the SD float model in the sequel. Second, DD ambiguities are resolved by the DD model and used to update the previous SD float ambiguity. After that, a modified SD fix model, taking the DD ambiguities as the known parameters, is further developed to detect any unreliable or fault‐resolved ambiguities. To verify the modified SD model‐based FDE algorithm, a kinematic vehicle test is conducted. The fault detection test statistics of the SD float model and the SD fix model, time‐to‐first‐fix, ambiguity‐fix rate, SD residuals, and positioning performances are examined. The results show that the modified FDE method can detect and exclude fault satellites accurately and effectively, which is verified by the SD residuals of fault satellites. The ambiguity‐fix rate of the proposed modified FDE algorithm is improved by approximately 3% with 70 more epochs of fixes. Regarding the 3D positioning performance, the modified proposed SD‐based FDE algorithm can achieve 54.11%, 57.78%, and 73.11% improvements for standard deviation, root mean square, and mean bias, respectively, when compared with the processing strategy without the use of the proposed FDE.
SRAS‐net: Low‐resolution chromosome image classification based on deep learning
Authors: Liu Xiangbin , Fu Lijun , Chun‐Wei Lin Jerry , Liu Shuai 
Published: April 2022

AbstractPrenatal karyotype diagnosis is important to determine if the foetus has genetic diseases and some congenital diseases. Chromosome classification is an important part of karyotype analysis, and the task is tedious and lengthy. Chromosome classification methods based on deep learning have achieved good results, but if the quality of the chromosome image is not high, these methods cannot learn image features well, resulting in unsatisfactory classification results. Moreover, the existing methods generally have a poor effect on sex chromosome classification. Therefore, in this work, the authors propose to use a super‐resolution network, Self‐Attention Negative Feedback Network, and combine it with traditional neural networks to obtain an efficient chromosome classification method called SRAS‐net. The method first inputs the low‐resolution chromosome images into the super‐resolution network to generate high‐resolution chromosome images and then uses the traditional deep learning model to classify the chromosomes. To solve the problem of inaccurate sex chromosome classification, the authors also propose to use the SMOTE algorithm to generate a small number of sex chromosome samples to ensure a balanced number of samples while allowing the model to learn more sex chromosome features. Experimental results show that our method achieves 97.55% accuracy and is better than state‐of‐the‐art methods.
Polynomial expansion of the star formation history in galaxies
Authors: Jiménez-López D. , Corcho-Caballero P. , Zamora S. , Ascasibar Y. 
Published: April 2022

Context. There are typically two different approaches to inferring the mass formation history (MFH) of a given galaxy from its luminosity in different bands. Non-parametric methods are known for their flexibility and accuracy, while parametric models are more computationally efficient.
Aims. In this work we propose an alternative, based on a polynomial expansion around the present time, that combines the advantages of both techniques.
Methods. In our approach, the MFH is decomposed through an orthonormal basis of N polynomials in lookback time. To test the proposed framework, synthetic observations are generated from models based on common analytical approximations (exponential, delayed-τ, and Gaussian star formation histories), as well as cosmological simulations for the Illustris-TNG suite. A normalized distance is used to measure the quality of the fit, and the input MFH is compared with the polynomial reconstructions both at the present time and through cosmic evolution. Our polynomial expansion is also compared with widely used parametric and non-parametric methods such as CIGALE and PROSPECTOR.
Results. The observed luminosities are reproduced with an accuracy of around 10 per cent for a constant star formation rate (N = 1) and better for higher-order polynomials. Our method provides good results on the reconstruction of the total stellar mass, the star formation rate, and even its first derivative for smooth star formation histories, but it has difficulties in reproducing variations on short timescales and/or star formation histories that peak at the earliest times of the Universe.
Conclusions. The polynomial expansion appears to be a promising alternative to other analytical functions used in parametric methods, combining both speed and flexibility.
Resektionsstrategien beim BD-IPMN - Enukleation oder onkologische Resektion?
Authors: Pergolini Ilaria , Friess Helmut , Demir Ihsan Ekin 
Published: April 2022

Zusammenfassung
Hintergrund Das maligne Potenzial und die chirurgische Behandlung intraduktaler papillärer muzinöser Neoplasien der Seitengänge der Bauchspeicheldrüse (BD-IPMNs) bleiben umstritten.
Die Enukleation (EN) als parenchymsparende Resektion des Pankreas kann eine wertvolle Alternative zu Standardresektionen (SR), z. B. Whipple oder distale Pankreatektomie, für die Behandlung
von BD-IPMNs darstellen, ihre Rolle ist jedoch noch unzureichend definiert. Ziel dieser Übersichtsarbeit ist es, Indikationen und postoperative Ergebnisse nach Pankreas-Enukleation im
Vergleich zur Standardresektion (SR) zu vergleichen.
Methoden Es wurde eine selektive Literaturrecherche durchgeführt. Die postoperativen Kurz- und Langzeitergebnisse beider Operationsverfahren wurden ausgewertet.
Ergebnisse Die EN ist im Vergleich zur SR mit einer kürzeren Operationszeit und einem geringeren Blutverlust verbunden. Die chirurgische Gesamtmorbidität unterscheidet sich nicht
zwischen den beiden Verfahren. Obwohl die EN weniger invasiv ist, stellt die Entwicklung einer Pankreasfistel die häufigste Komplikation nach EN dar, und in mehreren Studien wird über eine
höhere Rate an Pankreasfisteln nach EN als nach SR berichtet. Die Unterschiede, bezogen auf die Pankreasfistel, werden zwischen den beiden Verfahren in High-Volume-Zentren abgemildert. Die
EN ermöglicht im Vergleich zur SR öfter den Erhalt der exokrinen und endokrinen Funktion der Bauchspeicheldrüse, dies ist der wichtigste Vorteil dieses Verfahrens.
Schlussfolgerungen Die EN scheint eine sichere und wirksame Alternative in der Behandlung der Seitengang-IPMN mit geringem Risiko zu sein, die den Erhalt der endokrinen und exokrinen
Funktion ermöglicht. Außerdem sind die postoperativen Komplikationen und Rezidivraten nach EN vergleichbar mit den wesentlich umfangreicheren chirurgischen Verfahren. Die EN der
Bauchspeicheldrüse sollte jedoch von erfahrenen Chirurgen durchgeführt werden. Da es sich um ein nicht onkologisches Verfahren handelt, muss die Auswahl der Patienten sehr genau erfolgen,
was die Bedeutung der Behandlung in Einrichtungen mit hohem Patientenaufkommen unterstreicht.
Suizidpräventive Effekte von Ketamin und Esketamin
Authors: Plöderl Martin , Hengartner Michael P. , Volkmann Constantin 
Published: April 2022

ZUSAMMENFASSUNGKetamin und Esketamin werden als rasch und stark wirksame Mittel zur Reduktion von Depressivität und Suizidalität beschrieben. Dieser Beitrag gibt einen Überblick zur Wirksamkeit von Ketamin und Esketamin zur Reduktion von suizidalen Gedanken und Handlungen, basierend auf randomisierten kontrollierten Studien, die bis Dezember 2021 publiziert wurden. Für Ketamin gibt es Hinweise für eine beträchtliche Reduktion von Suizidgedanken, aber nur in den ersten 3 Tagen und die tatsächliche Effektstärke ist aufgrund der Schätzunsicherheit ungewiss. Für suizidale Handlungen fehlen zudem Daten. Die wenigen, aber qualitativ hochwertigeren Studien zu Esketamin fanden bestenfalls schwache Effekte bezüglich Suizidgedanken, auch unter Berücksichtigung der Schätzunsicherheit, und für suizidale Handlungen können keine gesicherten Aussagen getroffen werden. Das Nutzen-Schaden-Verhältnis von Ketamin und Esketamin in der Suizidprävention ist deshalb ungewiss.
Inzidenz, Behandlung und Überleben beim Pankreaskarzinom – Daten der bundesweiten onkologischen Qualitätskonferenz aus chirurgischer Perspektive
Authors: Deichmann Steffen , Dworschak Oliver , Kulemann Birte , Höppner Jens , Bolm Louisa , Klinkhammer-Schalke Monika , Zeissig Sylke Ruth , Kleihus van Tol Kees , Braun Ruediger , Lapshyn Hryhoriy , Keck Tobias , Wellner Ulrich Friedrich , Honselmann Kim Christin 
Published: April 2022

Zusammenfassung
Hintergrund In den letzten Jahren haben sich Veränderungen in der Behandlung des duktalen Pankreaskarzinoms bezüglich der multimodalen Therapie und auch der chirurgischen Therapie
ergeben. Diese Veränderungen sind bisher noch nicht in großen landesweiten Studien in Deutschland untersucht worden. Die vorliegende Arbeit gibt einen ersten Überblick aus chirurgischer
Perspektive über die Entwicklungen in Diagnose, Therapie und Überleben des Pankreaskarzinoms innerhalb der letzten 19 Jahre in Deutschland.
Methoden In dieser Kohorte aus 18 klinischen Krebsregistern Deutschlands wurden Patienten mit Diagnose eines duktalen Pankreaskarzinoms von 2000–2018 eingeschlossen. Die Patienten
wurden nach Diagnosejahren (2000–2009 vs. 2010–2018) und nach Behandlungsmodalitäten aufgeteilt und verglichen.
Ergebnisse In der Kohorte von ca. 48000 Patienten mit duktalem Pankreaskarzinom zeigte sich eine Erhöhung der Zahl der Neuerkrankungen von ca. 18000 auf 30000 Patienten in den beiden
10-Jahres-Abschnitten. Das mediane Gesamtüberleben stieg marginal, aber statistisch signifikant von 7,1 auf 7,9 Monate (p < 0,001). Die Resektionsrate erhöhte sich von 25% auf 32%, wobei
sich der Anteil der Patienten, für die keine spezifische Therapie gemeldet wurde, um 11% senkte. Auch die Rate an palliativer Chemotherapie und neoadjuvanter Chemotherapie erhöhte sich von
16% auf 20% der Patienten bzw. von unter 1% auf 2% der Patienten. Das mediane Überleben in den kurativ behandelten Subgruppen betrug bis zu 24 Monate.
Zusammenfassung Die Krebsregisterdaten scheinen den bekannten Anstieg der Inzidenz des Pankreaskarzinoms in der westlichen Welt zu bestätigen. Resektionsraten sowie die Raten an
Behandlung in neoadjuvanter sowie palliativer Intention erhöhten sich ebenfalls. Das Gesamtüberleben aller Patienten mit einem duktalen Pankreaskarzinom verlängerte sich allerdings nur
marginal. In Subgruppen von Patienten, die in kurativer Intention behandelt wurden, zeigten sich jedoch mitunter deutlich längere Überlebenszeiten.
Evidenz für neoadjuvante Chemotherapie beim resektablen Pankreaskarzinom
Authors: Nießen Anna , Büchler Markus W. , Hackert Thilo 
Published: April 2022

ZusammenfassungDas Pankreaskarzinom entwickelt sich aktuell zur zweithäufigsten Krebstodesursache im Jahr 2030. Auch wenn das 5-Jahres-Überleben nach wie vor schlecht ist, wurden in den vergangenen 2
Jahrzehnten relevante Fortschritte in der Therapie erzielt. Der Einsatz effektiver adjuvanter Chemotherapien nach Resektion hat das Überleben deutlich verlängert, daneben hat die
neoadjuvante Therapie dazu beigetragen, bei Tumoren mit initial grenzwertiger Resektabilität oder lokal fortgeschrittener Situation eine sekundäre Operation zu ermöglichen.Die aktuelle Kontroverse dreht sich um die Frage der neoadjuvanten Therapie in sowohl resektablen als auch grenzwertig resektablen Situationen, während Einigkeit bezüglich der Anwendung
neoadjuvanter Therapiestrategien bei irresektablen Tumoren besteht. Trotz aktuell rekrutierender als auch einiger kürzlich publizierter Studien bleiben die Daten mit hohem Evidenzgrad auf
diesem Gebiet spärlich. Eines der Hauptprobleme ist hierbei die Definition von Resektabilität, die traditionsgemäß anhand anatomischer Kriterien eingeschätzt wird. In den letzten Jahren ist
allerdings klar geworden, dass diese Definition sowohl die Tumorbiologie als auch die patientenbezogenen Prognosefaktoren zu wenig in Betracht zieht. Ein zweites Problem stellt die
Standardisierung der neoadjuvanten Therapieprotokolle dar. Im Gegensatz zum adjuvanten Setting, in dem große randomisiert-kontrollierte Studien klare Standards vorgeben, werden weltweit
verschiedenste neoadjuvante Protokolle verwendet.Es gibt daher aktuell keine klare Empfehlung, welches Therapieprotokoll für welchen Patienten im neoadjuvanten Setting gewählt werden sollte. Des Weiteren ist die Erfolgskontrolle nach
neoadjuvanter Therapie nicht klar definiert, und häufig ist der Verlauf von CA 19–9 als der am häufigsten verwendete Tumormarker das Einzige, was bei der klinischen Beurteilung hilft,
insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass die Bildgebung nur selten das tatsächliche Tumoransprechen abbildet.In Bezug auf die aktuellen Leitlinien sollten Patienten mit resektablen Tumoren nicht außerhalb von Studien neoadjuvant therapiert werden, während die Empfehlungen für grenzwertig
resektable Befunde länder- und fachgesellschaftsspezifisch variieren.Diese Übersichtsarbeit fasst den gegenwärtigen Stand der Literatur zur neoadjuvanten Therapie des Pankreaskarzinoms zusammen und legt dabei einen Schwerpunkt auf das Vorgehen in der primär
resektablen Situation.
Patient Decisions Regarding Fetal Monitoring in the Periviable Period and Perinatal and Maternal Outcomes
Authors: Swanson Kate , Kramer Katelin , Jain Samhita , Rogers Elizabeth E. , Rosenstein Melissa G. 
Published: April 2022

Objective Management of delivery at periviable gestation requires complex counseling and decision making, including difficult choices about monitoring and potential cesarean delivery (CD) for fetal benefit. Our objective was to characterize decisions that patients make regarding fetal monitoring and potential CD for fetal benefit when delivering in the periviable period, and associations with perinatal and obstetric outcomes. We hypothesize that a significant number of patients forgo monitoring and potential CD for fetal benefit in the periviable period when offered the opportunity to do so.Study Design Retrospective cohort study of nonanomalous singleton pregnancies delivering between 230/7 and 256/7 weeks at a tertiary care center from 2015 to 2020 as based on our institutional clinical practice. Since 2015, these patients are offered the ability to accept or decline fetal monitoring, potential CD for fetal benefit, and active resuscitation of a liveborn neonate. The frequency of patients desiring potential CD for fetal benefit was identified, and associations with CD and intrapartum demise were analyzed.Results Fifty subjects were included. Seventy-eight percent (n = 39) desired monitoring and potential CD for fetal benefit, and 84% (n = 42) desired resuscitation if the neonate was born alive. This varied by gestational age: 55% (6/11) of patients delivering between 230/7 and 236/7 weeks desired fetal monitoring and potential CD for fetal benefit, while 90% (19/21) of patients delivering between 250/7 and 256/7 weeks desired fetal monitoring and potential CD for fetal benefit (p = 0.02). Sixty-nine percent of pregnancies in which potential CD for fetal benefit was desired resulted in CD (27/39), of which 85% were classical (23/27). Intrapartum fetal demise occurred in 45% (5/11) of pregnancies in which monitoring was not performed.Conclusion While a majority of patients delivering between 230/7 and 256/7 weeks desired monitoring and potential CD for fetal benefit, this varied significantly by gestational age. The decision to perform monitoring and potential CD for fetal benefit was associated with a high frequency of CD, while the decision to forgo monitoring was associated with high frequency of intrapartum demise.Key Points