Der Schwerpunkt des Kompetenzzentrums für präklinische Bildgebung & Medizintechnik der Fakultät Gesundheit liegt in der Anwendung, Etablierung und Validierung von präklinischen molekularen und semi-funktionellen bildgebenden Methoden - sowohl in der Strahlentherapie als auch in der angewandten Forschung auf den Gebieten der Biomedizin, Strahlenbiologie und medizinischen Strahlenphysik.
Forschung
Wissenschaftliche Rationale
Trotz der großen Vielfalt an unterschiedlichen bildgebenden Modalitäten und Methoden beschränkt sich der derzeitige Einsatz in der Strahlentherapie vorwiegend auf morphologische Schnittbildverfahren wie die Computertomographie (CT). Dieses Verfahren liefert lediglich eingeschränkte Informationen, wie beispielsweise die Größe oder die Position eines Tumors. Molekulare bildgebende Methoden sind dagegen in der Lage, spezifische biologische Vorgänge, wie zum Beispiel die individuelle Gefäßsystemneubildung (Neo-Angiogenese) von Tumoren oder sauerstoffunterversorgte Tumorareale (Tumorhypoxie) zu visualisieren und zu quantifizieren. Diese Informationen liefern in weiterer Folge die Basis für eine optimale Therapieplanung und Verlaufskontrolle im Rahmen der personalisierte Präzisionsstrahlentherapie.
Gemeinsam mit unseren universitären Forschungspartner*innen arbeiten wir an unterschiedlichen Projekten in den Bereichen der Biomedizin, Strahlenbiologie, Medizininformatik und medizinischen Strahlenphysik.
Infrastruktur
Die gesamte medizinische und technische Infrastruktur sowie die dafür notwendigen Büroflächen und Labore des Kompetenzzentrums für Präklinische Bildgebung & Medizintechnik befinden sich im Gebäude der Ionentherapie- und Forschungseinrichtung MedAustron.
Mikro-ultra-Hochfeld 15.2 Tesla Magnetresonanztomographie (mikro-MRT)
Die mikro-MRT (BRUKER BioSpin MRI GmbH, Ettlingen, Deutschland) zeichnet sich durch ihre hohe räumliche (bis zu 35µm ex vivo) und spektrale Auflösung aus. Mit einem Bohrdurchmesser von 11cm, in Kombination mit den entsprechenden 1H und 19F Resonatoren sowie speziellen Lagerungsbetten, können anatomische, funktionelle und molekulare Informationen von Versuchstieren akquiriert werden. Zu den Standardprotokollen und -sequenzen zählen T1w, T2w, DWI, DCE-MRI, CEST-MRI und spektroskopische Bildgebung.
Mikro-Computertomographie (mikro-CT)
Die mikro-CT (X-Cube, Molecubes, Gent, Belgien) basiert auf dem Cone-Beam-Prinzip, deren Röntgenröhre mit einer Spannung von bis zu 80 kV betrieben werden kann. Durch die zusätzliche Tischbewegung ist eine spiralförmige Akquisition möglich, welche die Messdauer im Vergleich zu konventionellen mikro-CT Systemen deutlich verkürzt. Das System erreicht, abhängig von der Größe des gescannten Bereichs und den verwendeten Rekonstruktionsalgorithmen, eine Auflösung von 50µm, 100µm oder 200 µm (Pixelgröße). Es stehen drei Objekthalterungen in unterschiedlichen Größen zur Verfügung, die mit der Möglichkeit der physiologischen Vitalparameterüberwachung der Versuchstiere und der Anästhesieanbindung für die in vivo Bildgebung ausgestattet sind.
Mikro-Positronen- Emissions-Tomographie (mikro-PET)
Die mikro-PET Bildgebung bildet die Grundlage für die molekulare Visualisierung und Quantifizierung hochspezifischer biologischer Prozesse an Versuchstieren mittels radioaktiv markierter Leitstrukturen (PET Radiotracer). Das in sich geschlossene mikro-PET System beherbergt die gesamte Elektronik, ein Energieverteilungssystem, ein internes Kühlsystem, die Motion Control-Elektronik, den Detektorring sowie zwei integrierte Server für die Bildakquisition und Datenrekonstruktion. Der mikro-PET Detektorring beinhaltet 9 Detektorblöcke zu je 5 Detektoren, die reihenförmig in Richtung der Bettvorschubrichtung angeordnet sind. Jeder dieser 45 Detektoren besteht aus einem 25.4x25.4x8 mm³ großen monolithischen LYSO Kristall, der optisch an einen Photonensensor (SiPM) gekoppelt ist. Es stehen drei Objekthalterungen in unterschiedlichen Größen zur Verfügung, die mit der Möglichkeit der physiologischen Vitalparameterüberwachung der Versuchstiere und der Anästhesieanbindung für die in vivo Bildgebung ausgestattet sind.
Mikro-Single-Photonen-Emissionstomographie (mikro-SPECT)
Die mikro-SPECT Bildgebung bildet die Grundlage für die molekulare Visualisierung und Quantifizierung hochspezifischer biologischer Prozesse an Versuchstieren mittels radioaktiv markierter Leitstrukturen (SPECT Radiotracer). Das mikro-SPECT System beherbergt die gesamte Elektronik, ein Energieverteilungssystem, die Szintillatoren sowie zwei integrierte Server für die Bildakquisition und Datenrekonstruktion. Darüber hinaus können zwei universell einsetzbare Multi-Lofthole-Kollimatoren unterschiedlicher Größe für die entsprechenden Untersuchungen an Versuchskleintieren verwendet werden. Das mikro-SPECT System beinhaltet sieben Detektoren, die jeweils aus einem 50.5x47x5 mm3 NaI (Tl) – Szintillator, gekoppelt mit einem Silizium-Photomultiplier-Array bestehen. Der Kristall ist ein durchgehender/monolithischer Kristall mit 5 mm Dicke. Es stehen drei Objekthalterungen in unterschiedlichen Größen zur Verfügung, die mit der Möglichkeit der physiologischen Vitalparameterüberwachung der Versuchstiere und der Anästhesieanbindung für die in vivo Bildgebung, ausgestattet sind.
Biomedizinische Bilddatenanalyse, Rekonstruktion und komplexe intelligente Systeme
Für die quantitative Analyse und Visualisierung der akquirierten Bilddaten stehen unterschiedliche Bildverarbeitungs- und Manipulierungsprogramme zur Verfügung. Zur Weiterentwicklung von künstlicher Intelligenz und Mustererkennung im Bereich der präklinischen Bildgebung und biomedizinischen Analyse werden Hochleistungsrechner eingesetzt.
Labore
- Mikro-CT Lab
- Multimodal Imaging Lab
- Image Post-Processing Lab
- Small Animal Housing Unit
Geförderte Projekte
Angewandte molekulare Bildgebung in der personalisierten Präzisionsstrahlentherapie
- Förderinstitution: Gesellschaft für Forschungsförderung Niederösterreich m.b.H.
- Fördersumme: 1.200.000 Euro
- Förderperiode: 2021 – 2026
PAIR – Pre-clinical Ion Beam Research
- Förderinstitution: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
- Fördersumme: 1.005.148,04 Euro
- Förderperiode: 2022 – 2026
PRECISE – Development of 3D-printed surgical guides to standardize, refine and reduce animal experiments in osseointegration research
- Förderinstitution: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
- Fördersumme: 152.437 Euro
- Förderperiode: 2022- 2023
Laufende Projekte
Hier finden Sie einen Auszug unserer aktuellen Forschungsprojekte:
Lehre
Wissenschaftliche Erkenntnisse aus den Forschungsprojekten fließen im Sinne der forschungsgeleiteten Lehre primär in die Bachelor- und Master-Studiengänge der Fakultäten Gesundheit und Technik ein. Die praktische Ausbildung findet praxisnahe in den Forschungslabors statt und ermöglicht hochqualitative Bachelor- und Master-Arbeiten, welche durch profunde Forschungserkenntnisse mit hoher Reliabilität und Validität abgesichert sind:
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