Drittmittelprojekte

Arbeitsgruppe Biometrie  

Projektbeschreibung:
In den letzten 10 Jahren wurden im Institut für Biometrie und Medizinische Informatik verschiedene parametrische und nichtparametrische Tests für hochdimensionale Daten erarbeitet und u.a. in EEG- oder PET-Studien genutzt. Es handelt sich dabei sowohl um globale multivariate Tests als auch um multiple Testverfahren für Einzelvariable oder für Variablenuntermengen. Während alle diese Verfahren von unabhängigen oder Strichprobenelementen ausgehen, weisen bei der Analyse von fMRI-Untersuchungen zeitlich nahe Aufnahmen Abhängigkeiten auf, die in der jetzigen Standardsoftware wie SPM u.a. durch autokorrelative Zeitreihen modelliert und beim Prüfen von Hypothesen durch eine Adaption der parametrischen Tests berücksichtigt werden. Ziel des Projektes ist es, die am Institut für Biometrie und Medizinischen Informatik entwickelten parametrischen und nichtparametrischen Testvorschläge auf die Anwendung bei zeitlich abhängig Stichprobenelemente zu erweitern und die Leistung der modifizierten Verfahren in Simulationsuntersuchungen sowie bei der Analyse realer fMRI-Daten mit den jetzigen Standardverfahren zu vergleichen. Es werden Prozeduren mit höherer Testgüte und besser interpretierbaren Ergebnissen bei den multivariaten Verfahren erwartet.

Projektbeschreibung:

Im Projekt sollen geprüft werden, wie die Verfahren auf die Situation abhängiger Stichprobenelemente, wie sie bei zeitlich dicht aufeinander folgenden Aufnahmen der funktionellen Magnetresonanztomographie auftreten, übertragen werden können und wie dann ihre Leistung mit herkömmlichen Analyseverfahren konkurriert.

Projektbeschreibung:

In verschiedenen Anwendungsgebieten werden statistische Tests zum Vergleich von Stichproben mit dem Ziel durchgeführt, zu zeigen, dass sich die zugehörigen Populationen nicht (wesentlich) voneinander unterscheiden. Das betrifft z.B. Bioäquivalenz-Untersuchungen oder Sicherheitsstudien in der Arzneimittelforschung, in der Landwirtschaft oder Nahrungsgüterwirtschaft. Andere Situationen erfordern den Nachweis der Nichtunterlegenheit. Für den Fall einer einzelnen Variablen existiert hierzu ein ausgearbeitetes Spektrum an statistischen Verfahren.Soll die Äquivalenz in mehr als einem Merkmal gesichert werden, so kann man die Tests parallel durchführen und den simultanen Nachweis für alle Variablen fordern. Allerdings wird der Äquivalenznachweis dann mit zunehmender Merkmalszahl immer schwieriger, weil sich die Wahrscheinlichkeiten für die Fehler zweiter Art kumulieren, falls dies nicht durch größere Stichprobenumfänge kompensiert wird. Für hochdimensionale Endpunkte ist auf diese Weise eine entsprechende Studie kaum realisierbar.Als alternativer Ansatz soll im vorliegenden Projekt ein multivariater Testansatz entwickelt werden, der auf Distanzmaßen zwischen den Stichprobenelementen beruht. Diese Tests wurden bereits zum Nachweis von Unterschieden benutzt. Für die Anwendung in Äquivalenztests existieren erste Ideen, es müssen jedoch weitere Untersuchungen bezüglich der mathematischen Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit der Testverfahren im Anwendungsfall durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang sollen weiterhin simultane Konfidenzintervalle abgeleitet werden. Außerdem werden Vorschläge zur Kopplung von Nichtunterlegenheitsnachweis in einem und Überlegenheitsnachweis in einem anderen Endpunkt erarbeitet. Darüber hinaus sind Programme für die Durchführung der Tests zu erstellen sowie solche zur Planung von entsprechenden Studien.Das Thema wird gemeinsam von Biometrikern aus Universitäten und der Industrie, Mathematikern und Biologen bearbeitet, um die Thematik von der Modellbildung über die mathematische Ausgestaltung bis hin zur Anwendung auf Probleme der medizinischen und landwirtschaftlichen Forschung verfolgen zu können. Die Ergebnisse helfen den Partnern aus der pharmazeutischen Industrie und aus der Kulturpflanzenforschung, effektivere Versuche und komplexere Studien als bisher üblich durchzuführen. Durch die einbezogenen forschenden Pharmafirmen und das biometrische Dienstleistungsunternehmen wird der praktische Einsatz der entwickelten Verfahren in der pharmazeutischen Industrie sichergestellt.

Kooperationspartner

Intern Prof. Schwabe, Uni Magdeburg

Extern Dr. Glimm, Sieder, Novartis, Nürnberg/Basel

Dr. Kuhlmann, Bayer-Schering, Berlin

Prof. Brunner, Uni Göttingen

Prof. Kieser, Uni Heidelberg

Prof. Smalla, Julius Kühn-Institut, Braunschweig

Arbeitsgruppe Medizinische Informatik und Experimentelle Bildverarbeitung

Projektbeschreibung: Ziel des Vorhabens ist es, präzise Anforderungen an die Langzeitarchivierung für Bildverarbeitung und Genomforschung in der Biomedizin abzuleiten. Wegen der Komplexität der Materie soll dies mit einer mehrstufigen Methodik in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften (AWMF) erfolgen. Die Präzisierung der Anforderungen der beiden Teilbereiche wird mit Hilfe von Use Cases vorgenommen. Auf Grundlage der Anforderungen aus den Teilbereichen sollen übergreifende Handlungsempfehlungen in Form eines Betriebskonzepts für die biomedizinische Community abgeleitet werden. Dieses Betriebskonzept spezifiziert die organisatorische Einbindung und technische Implementierung. Dabei werden weitere wissenschaftliche Disziplinen und Institutionen zum Erfahrungsaustausch eingebunden. Am Ende des Projekts soll eine begutachtungsfähige Laborimplementierung am Standort Göttingen vorliegen. Die Laborimplementierung soll in einer möglichen Anschlussförderung weit in die Community getragen werden.

Projektkoordinatoren:

Prof. Dr. Otto  Rienhoff
Georg-August-Universität Göttingen
Universitätsmedizin Göttingen
Abteilung Medizinische Informatik

Projektbeschreibung

Multi-Kernspinresonanz-Spektroskopie (MRS) ist ein nicht-invasives Instrument zur Untersuchung von Stoffwechsel in vivo, welche es ermöglicht, metabolische Veränderungen unter dem Einfluss von Alterung, Bewegung, Ernährung oder Medikamentengabe zu untersuchen. Weiterhin kann die MRS für die Diagnose einer Reihe von Krankheiten, einschließlich Stoffwechsel- und neurologischen Erkrankungen dienen. Allgemeine Ziele dieses Projekts sind, drei Arbeitsgruppen und ihr Know-how zu verbinden, um Ultra-hochfeld Multi-Kern RF-Spulen für die Anwendung zu optimieren, zur Erkennung metabolischer Veränderungen im alternden Menschen. Basierend auf den Erfahrungen in dynamischen Studien mit 31P MRS und Muskel Untersuchungen bei 3T der Wiener Ultra-Hochfeld Gruppe von Prof. Moser werden die Methoden erweitert und verbessert für Anwendung bei 7T (MRS Pulssequenzen, RF-Spulen). Um das volle Potenzial bei 7T zu erhalten, müssen multi-resonante RF-Spulen eingesetzt werden, welche nicht kommerziell erhältlich sind. Die Magdeburger Arbeitsgruppe hat Erfahrungen in der Simulation von Ultra-Hochfeld RF-Spulen und wird diese in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Cho (NRI Südkorea) konstruieren.

Projektkoordinatoren:

Prof. Zang-Hee Cho, PhD / Gachon University of Medicine and Science

Prof. Dr. Ewald Moser / University of Vienna

Projektbeschreibung:
Im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten wurde ein Echtzeit-System zur funktionellen Magnet-Resonanz-Tomographie  entwickelt, bei dem der MR-Tomograph durch Kopplung mit einem externen Rechner und einer automatischen Signalanalyse eine Hirn-Computer-Schnittstelle bildet. Hierzu werden in Echtzeit, d.h. während der Messung, die MR-Signale analysiert und interpretiert (z.B. vorgestellte Bewegung der oberen Extremitäten). So ist es Probanden möglich einen elektronischen Avatar, allein durch den Einsatz ihrer Gedanken, durch eine "Virtuelle Umgebung" zu steuern. Aufbauend auf den geleisteten Vorarbeiten, soll nun vor allem die Signalanalyse verbessert werden. Dafür sollen neue Algorithmen zur Erkennung von Mustern aktivierter Hirnareale entwickelt und angepasst werden.

Projektbeschreibung:
Ziel des Projektes MedInfoGRID ist die Entwicklung eines verteilten Dokumentations- und  Informationssystems für krankheitsrelevante Bild- Befund- Forschungs- und Therapieinformationen sowie Bereitstellung von Hochleistungsressourcen für die Biomedizin. Das MedInfoGRID ist ein multidisziplinäres Projekt, welches Dienste und exemplarische Lösungen für existierende Grid-Projekte bereitstellt.

Projektbeschreibung:
Die Bildqualität in der Magnetresonanztomographie wird u.a. durch die Stärke und Homogenität des messbaren NMR-Signals bestimmt. Mit der Einführung des 7T MRT hat hier eine neue Ära begonnen. Das Potential dieses Ultrahochfeldgerätes (UHF) kann derzeit noch nicht voll ausgeschöpft werden, da die Hochfrequenz-Sende- und Empfangstechnik optimiert werden muss. Hierzu werden spezielle Spulenkonfigurationen wie etwa Phased-Array-Spulen benötigt, welche derzeit nur für den Kofpbereich und von nur einer Firma kommerziell angeboten werden. Die Etablierung von HF-Kompetenz und die Entwicklung optimaler Spulen ist das Ziel des Projektes. Die erworbenen Kenntnisse und technischen Fähigkeiten sollen sekundär in Kooperationen mit der Wirtschaft und anderen Instituten weiterentwickelt und vermarktet werden. Das Projekt fügt sich harmonisch in den Schwerpunkt Biophysik und weiche Materie der FNW ein und kann als fakultätsübergreifender Kristallisationspunkt für die Initiativen im Bereich Medizintechnik gesehen werden.

Projektbeschreibung:
Das Ziel des vorliegenden Projektes legt vor allem den Fokus auf die Entwicklung weiterer anwendungsspezifischer Spulentypen, sowohl für das 7 Tesla MRT als auch für das 3 Tesla MRT. Während das NRI hierbei vor allem im Bau dieser verschiedenen Spulentypen einen großen Erfahrungsschatz besitzt, liegt der Schwerpunkt der Arbeit in Magdeburg zur Zeit noch auf der Simulation von vorwiegend Volumenspulen aber auch auf Oberflächenspulen. Die Simulation stellt vor allem dahingehend einen wichtigen Faktor bei der Spulenentwicklung dar, als das sie für die Verifikation der Spulen für den europäischen Markt hinsichtlich der Spezifischen Absorbtionsrate (SAR) unabdingbar ist. Weiterhin kann durch eine Etablierung von Simulationen innerhalb des Entwicklungsprozesses von HF-Spulen sowohl der Arbeits- als auch der Kostenaufwand bei der Realisierung von Spulen verringert werden.

Projektbeschreibung:
Ziel des Projektes ist es, zwei in der klinischen Praxis etablierte Methoden, die Magnetresonanztomographie (MRT) und die Photodynamische Therapie (PDT) in einem neuartigen "See-and-Treat-Approach" für die Tumorbehandlung zu verknüpfen. Die PDT ist ein Verfahren zur Therapie von Tumoren und anderen Erkrankungen. Dabei wird ein Photosensibilisator verabreicht, der nach Anreicherung im Zielgewebe mit Licht angeregt wird. Durch die Kombination von Licht und Photosensibilisator werden zelltoxische Stoffe gebildet, die zur Zerstörung des Tumorgewebes führen. Wesentlich für den  Therapieerfolg ist die Bestimmung des Zeitpunkts, an dem die Konzentration des Photosensibilisators im Zielgewebe am höchsten ist. Derzeit gibt es keine zufrieden stellende Methode, die es erlaubt, nicht-invasiv die Anreicherung des Photosensibilisators im Gewebe zu verfolgen. Eine viel versprechende Option stellt die Detektion des Photosensibilisators mittels magnetischer Resonanzmethoden dar. Im Verlauf  des Projektes sollen MR-aktive Photosensibilisatoren auf Fluorbasis entwickelt werden (in vitro und in vivo), um eine effektivere und pateintenfreundlichere PDT-Behandlung zu ermöglichen.

Projektbeschreibung:
Die Aktivierung von Hirnarealen wird meist mittels T2*-gewichteter EPI-BOLD (blood oxygen level dependent) Methode nachgewiesen. Neuere Untersuchungen zeigen, dass sich in aktivierten Hirnregionen bei der Diffusionsbildgebung (DWI) ebenfalls der Kontrast ändert. Die Ergebnisse sind aber uneinheitlich: in den wenigen vorliegenden Untersuchungen wurde sowohl ein Anstieg als auch ein Abfall des DWI-Signals gemessen. Weitere Untersuchungen finden, dass ein Teil dieses funktionellen DWI Signals früher ansteigt als das BOLD-Signal und auch keinen Post-Stimulus Undershoot zeigt. Da bei den verwendeten Feldstärken von 1.5T bis 4T die beobachteten DWI-Signaländerungen relativ klein sind, sollte ein höheres B0-Feld zu einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) führen. Sekundär kann so auch die Ortsauflösung erhöht werden. Dem potentiellen Gewinn stehen die erhöhten Suszeptibilitätsartefakte, die verkürzten T2* Zeiten und die erhöhte B1-Inhomogenität bei sehr hohen Feldern (7T) entgegen. Erste eigene Ergebnisse zeigen, dass mittels Parallelbildgebung und Bildnachverarbeitung die DWI prinzipiell bei 7T realisiert werden kann, dass aber noch erhebliche Entwicklungsarbeit zur Anpassung der Pulse und anderer Sequenzparameter an die Hochfeldbedingungen erforderlich sind. Im vorliegenden Projekt soll eine funktionelle  diffusionswichtende Bildgebung (fDWI) mit hoher Orts- und Zeitauflösung bei 3T und 7T entwickelt und optimiert werden. Es sollen Änderungen der Diffusion unter funktioneller Aktivierung in verschiedenen Subarealen des visuellen Systems untersucht werden. Durch den Vergleich der orts- und zeitaufgelösten Analyse des BOLD-Signals mit dem fDWI-Signal und einer numerischen Simulation des Einflusses der Diffusion auf die funktionellen Signale sollen intra- und extravaskuläre Anteile der Signale besser als  bisher getrennt und damit neue Einblicke in die neurovaskuläre Kopplung gewonnen werden.

Projektbeschreibung:
Während MediGRID im Zusammenhang mit dem D-Grid der Community Medizin und Bioinformatik die Funktionalitäten Storage und Computing Grid anhand von ersten Beispielen realisiert hat, soll nun ein Markt für Services und Methoden etabliert werden. Um diesen Markt gestalten zu können, soll in einer ersten Phase, die noch über einen menschlichen Broker organisiert wird, am Beispiel von jeweils vier Anbietern und Nutzern von Services das Zusammenspiel studiert und ausgestaltet werden,. Dabei spielen  Skalierungs- und Abrechnungsprozeduren, die zusammen mit DGI entwickelt werden, eine besonders wichtige Rolle.