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)

Ultra Hochfeld 15 Tesla MRT
BioSpec 152/II, BRUKER BioSpin MRI GmbH, Ettlingen, Deutschland

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)

mikro Computertomographie
Mikro-CT Lab

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)

Molecubes
Beta- Cube (Molecubes, Gent)

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)

Beta und Gamma Cube
Gamma- Cube (Molecubes, Gent)

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

Post Processing Lab
Image Post-Processing Lab

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:

Molekulare Bildgebung in der personalisierten Präzisionsstrahlentherapie

Molekulare Bildgebung in der personalisierten Präzisionsstrahlentherapie

Das Projekt „Angewandte molekulare Bildgebung in der personalisierten Präzisionsstrahlentherapie" steht für die Kernforschungsbereiche des Kompetenzzentrums für präklinische Bildgebung und Medizintechnik. Das Ziel des Forschungsprojektes liegt in der Integration, Anwendung, Etablierung und Validierung von präklinischen molekularen und semi-funktionellen bildgebenden Modalitäten in der Strahlentherapie sowie auf den Gebieten der Biomedizin, Strahlenbiologie und medizinischen Strahlenphysik.

PAIR VS 3

PAIR – Pre-clinical Ion Beam Research

Das Projekt beschäftigt sich mit der Erweiterung des strahlenbiologischen Verständnisses von Ionenstrahlen auf molekularer, zellulärer und organischer Ebene. [LS1] Ionentherapie mittels Protonen und Kohlenstoff-Ionen ist die fortschrittlichste Form der strahlenbasierten Krebsbehandlung, da Ionenstrahlen sowohl physikalische als auch biologische Vorteile gegenüber konventionellen Photonenstrahlen aufweisen. Die präklinische Forschung an Tumormodellen ist für die Optimierung der Ionentherapie unerlässlich.

PRECISE

PRECISE

Das Projekt „PRECISE – Development of 3D-printed surgical guides to standardize, refine and reduce animal experiments in osseointegration research“ widmet sich der systematischen Analyse der Osseointegration von chirurgischen Implantaten sowie deren exakter und reproduzierbarer Positionierung. In diesem Zusammenhang werden in vivo mikro-CT Aufnahmen von Ratten mit beeinträchtigter Knochenqualität verwendet, um den temporalen Verlauf der Osseointegration im Laufe der Zeit zu beurteilen. Im Rahmen des Projektes werden unterschiedlichste bildgebende Verfahren und Methoden eingesetzt und evaluiert, um für die Zukunft die Zahl der in wissenschaftlichen Studien verwendeten Versuchstiere zu reduzieren.

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:

Team

Team Kopetenzzentrum für präklinische Bildgebung

Kontakt

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Publikationen

Philippe, C/Klebermass, EM/Balber, T/Kulterer, OC/Zeilinger, M/Egger, G/Dumanic, M/Herz, CT/Kiefer, FW/Scheuba, C/Scherer, T/Fürnsinn, C/Vraka, C/Pallitsch, K/Spreitzer, H/Wadsak, W/Viernstein, H/Hacker, M/Mitterhauser, M (2021): Discovery of melanin-concentrating hormone receptor 1 in brown adipose tissue. In: Annals of the New York Academy of Sciences.
Ritschl, H/Zeilinger, M/Kogelbauer, H/Krasser, A (2021): Digitale Transformation und mögliche Einflussfaktoren zur Gestaltung neuer Handlungsfelder der Radiologietechnologie in Österreich. In: Radiopraxis.
Zimmermann, Lukas/ Buschmann, Martin/ Herrmann, Harald / Heilemann, Gerd / Kuess, Peter / Goldner, Gregor / Nyholm, Tufve / Georg, Dietmar /Nesvacil, Nicole (2021): An MR-only acquisition and artificial intelligence based image-processing protocol for photon and proton therapy using a low field MR. In: https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2020.10.004.
Zopf, L.M./Heimel, P./Geyer, S.H./Kavirayani, A./Reier, S./Fröhlich, V./Stiglbauer-Tscholakoff, A./Chen, Z./Nics, L./Zinnanti, J./Drexler, W./Mitterhauser, M./Helbich, T./Weninger, W.J./Slezak, P./Obenauf, A./Bühler, K./Walter, A. (2021): Cross-Modality Imaging of Murine Tumor Vasculature—a Feasibility Study. In: Molecular Imaging and Biology (Hrsg.). Springer.
Zimmermann, Lukas/Faustmann, Erik/Ramsl, Christian/Georg, Dietmar/Heilemann, Gerd (2021): Technical Note: Dose prediction for radiation therapy using feature-based losses and One Cycle Learning. In: doi.org/10.1002/mp.14774.
Irmak, Sinan/Zimmermann, Lukas /Georg, Dietmar/Kuess, Peter/Lechner, Wolfgang (2021): Cone beam CT based validation of neural network generated synthetic CTs for radiotherapy in the head region. In: doi.org/10.1002/mp.14987.
Fuchs, Hermann /Padilla-Cabal, Fatima/Zimmermann, Lukas/Palmans, Hugo/Georg, Dietmar (2021): MR-guided proton therapy: Impact of magnetic fields on the detector response. In: doi.org/10.1002/mp.14660.
Fetty, Lukas / Bylund, Mikael / Kuess, Peter / Heilemann, Gerd / Nyholm, Tufve / Georg, Dietmar / Löfstedt, Tommy (2020): Latent space manipulation for high-resolution medical image synthesis via the StyleGAN. In: doi.org/10.1016/j.zemedi.2020.05.001.
Fetty, Lukas / Löfstedt, Tommy / Heilemann, Gerd / Furtado, Hugo / Nesvacil, Nicole / Nyholm, Tufve / Georg, Dietmar / Kuess, Peter (2020): Investigating conditional GAN performance with different generator architectures, an ensemble model, and different MR scanners for MR-sCT conversion. In: doi.org/10.1088/1361-6560/ab857b.
Hayer, S/Zeilinger, M/Weiss, V/Dumanic, M/Seibt, M/Niederreiter, B/Shvets,T/ Pichler, F/Wadsak, W/Podesser, B/Helbich, T/Hacker, M/Smolen,JS/Redlich, K/Mitterhauser, M (2019): Multimodal [18F]FDG PET/CT is a direct readout for inflammatory bone repair: a longitudinal study in TNFα transgenic mice. In: Journal of Bone and Mineral Research.
Schuetzenberger, K./Pfister, M./Messner, A./Froehlich, V./Garhoefer, G./Hohenadl, C./Schmetterer, L./Werkmeister, R. M. (2019): Comparison of optical coherence tomography and high frequency ultrasound imaging in mice for the assessment of skin morphology and intradermal volumes. In: https://doi.org/10.1038/s41598-019-50104-4. Sci Rep-UK.
Padilla-Cabal, Fatima/Kuess, Peter/Georg, Dietmar/Palmans, Hugo/Fetty, Lukas/Fuchs, Hermann (2019): Characterization of EBT3 radiochromic films for dosimetry of proton beams in the presence of magnetic fields. In: doi.org/10.1002/mp.13567.
Philippe, C/Zeilinger, M/Dumanic, M/Pichler, F/Fetty, L/Vraka, C/Balber, T/Wadsak, W/Pallitsch, K/Spreitzer, H/Lanzenberger, R/Hacker, M/Mitterhauser, M (2018): SNAPshots of the MCHR1: A comparison between the PET-tracers [18F]FE@SNAP and [11C]SNAP-7941. In: Molecular Imaging and Biology.
Vraka, C/Mijailovic, S/Fröhlich, V/Zeilinger, M/Klebermass, EM/Wadsak, W/Wagner, KH/Hacker, M/Mitterhauser, M (2018): Expanding LogP: Present possibilities. In: Nuclear Medicine and Biology.
Vraka, C./Mijailovic, S./Fröhlich, V./Zeilinger, M./Klebermass, E.-M./Wadsak, W./Wagner, K.-H./Hacker, M./Mitterhauser, M. (2018): Expanding LogP: Present possibilities. In: https://doi.org/10.1016/j.nucmedbio.2017.11.007. Nucl Med Biol.
Heilemann, Gerd/Fetty, Lukas/Blaickner, Matthias/Nesvacil, Nicole/Zehetmayer, Martin/Georg, Dietmar/Dunavoelgyi, Roman (2018): Retina dose as a predictor for visual acuity loss in 106 Ru eye plaque brachytherapy of uveal melanomas. In: doi.org/10.1016/j.radonc.2017.11.010.
Zeilinger, M/Dumanic, M/Pichler, F/Budinsky, L/Wadsak, W/Pallitsch, K/Spreitzer, H/Lanzenberger, R/Hacker, M/Mitterhauser, M/Philippe, C (2017): In vivo evaluation of radiotracers targeting the melanin-concentrating hormone receptor 1: [11C]SNAP-7941 and [18F]FE@SNAP reveal specific uptake in the ventricular system. In: Nature - Scientific Reports.
Zeilinger, M/Pichler, F/Nics, L/Wadsak, W/Spreitzer, H/Hacker, M/Mitterhauser, M (2017): New approaches for the reliable in vitro assessment of binding affinity based on high-resolution real-time data acquisition of radioligand-receptor binding kinetics. In: European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research.
Heilemann, Gerd/Fetty, Lukas/Dulovits, Martin/Blaickner, Matthias/Nesvacil, Nicole/Georg, Dietmar/Dunavoelgyi, Roman (2017): Treatment plan optimization and robustness of 106 Ru eye plaque brachytherapy using a novel software tool. In: doi.org/10.1016/j.radonc.2017.01.010.
Philippe, C/Haeusler, D/Scherer, T/Fürnsinn, C/Zeilinger, M/Wadsak, W/Shanab, K/Spreitzer, H/Hacker, M/Mitterhauser, M (2016): [(18)F]FE@SNAP-a specific PET tracer for melanin-concentrating hormone receptor 1 imaging? In: European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research.
Haeusler, D/Kuntner, C/Nics, L/Savli, M/Zeilinger, M/Wanek, T/Karagiannis, P/Lanzenberger, R/Langer, O/Shanab, K/Spreitzer, H/Wadsak, W/Hacker, M/Mitterhauser, M (2015): [18F]FE@SUPPY: a suitable PET tracer for the adenosine A3 receptor? An in vivo study in rodents. In: European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging.
Philippe, C/Zeilinger, M/Mitterhauser, M/Dumanic, M/Lanzenberger, R/Hacker, M/Wadsak, W (2015): Parameter evaluation and fully-automated radiosynthesis of [11C]harmine for imaging of MAO-A for clinical trials. In: Applied Radiation and Isotopes.
Philippe, C/Nics, L/Zeilinger, M/Kuntner, C/ Wanek, T/Mairinger, S/Shanab, K/Spreitzer, H/Viernstein, H/Wadsak, W/Mitterhauser, M (2013): Preclinical in vitro & in vivo evaluation of [11C]SNAP-7941 - The first PET tracer for the melanin concentrating hormone receptor 1. In: Nuclear Medicine and Biology.
Philippe, C/Nics, L/Zeilinger, M/Schirmer, E/Spreitzer, H/Karanikas, G/Lanzenberger, R/Viernstein, H/Wadsak, W/Mitterhauser, M (2013): Preparation and first preclinical evaluation of [18F]FE@SNAP: a potential PET tracer for the melanin concentrating hormone receptor 1 (MCHR1). In: Scientia Pharmaceutica.
Philippe, C/Ungersboeck, J/Schirmer, E/Zdravkovic, M/Nics, L/Zeilinger, M/Shanab, K/Lanzenberger, R/Karanikas, G/Spreitzer, H/Viernstein, H/Mitterhauser, M/Wadsak, W (2012): FE@SNAP - A new PET tracer for the melanin concentrating hormone receptor 1 (MCHR1): Microfluidic and vessel-based approaches. In: Bioorganic and Medicinal Chemistry.
Nics, L/Hahn, A/Zeilinger, M/Vraka, C/Ungersboeck, J/Haeusler, D/Hartmann, S/Wagner, KH/Lanzenberger, R/Wadsak, W/Mitterhauser, M (2012): Quantification of the radio-metabolites of the serotonin-1A receptor radioligand [carbonyl-11C]WAY-100635 in human plasma: An HPLC-assay which enables measurement of two patients in parallel. In: Applied Radiation and Isotopes.
Haeusler, D/Kuntner, C/Mien, LK/Wanek, T/Nics, L/Zeilinger, M/Langer, O/Dudczak, R/Wadsak, W/Mitterhauser, M (2011): In-vivo evaluation of an Adenosine A(3) receptor PET-tracer: a micro-PET study with [(18)F]FE@SUPPY. In: Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals.
Zeilinger, M (2011): Entwicklung neuer Radiopharmaka für die molekulare Bildgebung: Evaluierung der Bindungsparameter von Radioliganden durch die Echtzeitquantifizierung der Bindungskinetik mithilfe der LigandTracer®-Technologie. In: Radiopraxis.

Kooperationspartner*innen