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Dreidimensionale Analyse der Porenraumgeometrie strukturierter Böden in Bezug auf die Verteilung von Wasser und Luft mit Hilfe der hochauflösenden myCT

Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.

Innovative Verfahren der biomedizinischen Bildgebung zur Optimierung von medizinischen Strahlenanwendungen, Physikalisch-Technische Optimierung und Quantifizierung von CT-Systemen

PASSOS - Personalisierte Abschätzung von Spätfolgen nach Strahlenexposition und Orientierungshilfe für Strahlenanwendungen in der Medizin, Teilprojekt F

Die Frühdiagnose der koronaren Herzerkrankung ist heute durch multimodale Konzepte (CT/CTA, SPECT/CT und PET/CT) geprägt. Bei derartigen Untersuchungen werden die Patienten wie bei der Koronarangiographie zum Teil erheblichen Strahlenexpositionen ausgesetzt. Die resultierenden Organdosen sollen zur Abschätzung von Spätfolgen und der personalisierten Optimierung der Untersuchungsverfahren bestimmt werden. Insbesondere der Vergleich der Dosisverteilungen für PET/CT und PET Verfahren wird für dieses Projekt von Interesse sein, da die kurzlebigen PET-Radiopharmazeutika die Untersuchungen nicht nur beschleunigen, sondern auch die Strahlenexposition verringern. Existierende (z.B. Koronarangiographie) und in der Entwicklung stehende (PET/CT oder Herz-CT) Methoden sollen hinsichtlich der Strahlenexposition und der entsprechenden diagnostischen Aussagekraft vergleichend untersucht werden. Dynamische SPECT- und PET-Untersuchungen werden benutzt, um die Kinetik der Tracerverteilung zu definieren und die erzeugte Strahlenexposition organspezifisch abzuschätzen. Hierzu werden personalisiert Voxelmodelle erstellt, nach Validierung der biokinetischen Modelle ggf. biokinetische Parameter bestimmt und Simulationsrechnungen durchgeführt. Eingeschlossen werden Patienten mit Verdacht auf koronarer Herzerkrankung im Alter zw. 18 und 75 Jahren. Patienten mit Diabetes mellitus und instabiler Präsentation der KHK sind ausgeschlossen. Kontraindikationen gelten für pharmakologische Belastung als Ausschlusskriterium.

Entwicklung und Umsetzung von Konzepten zur Charakterisierung klinischer CT-Systeme unter Einbeziehung von Bildqualität und Dosis

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Konzepts zur Bewertung von CT-Systemen und deren klinischer Protokolle unter Einbeziehung von Bildqualität und Dosis. Das Konzept ist an verschiedenen CT-Systemen, unter Einschluss von Systemen, bei denen die neuesten iterativen Bildrekonstruktionsmethoden zum Einsatz kommen, umzusetzen.

In-vivo-Quantifizierung von Inflammation und Destruktion in murinen Arthritismodellen mittels PET/CT als Beitrag zur Reduktion der Zahl der in Forschung und Entwicklung verwendeten Versuchstiere

Ziel des beantragten Projekts ist es, die Zahl der für die präklinische Arthritis-Forschung eingesetzten und getöteten Mäuse drastisch zu reduzieren. Dazu soll eine nicht-invasive Bildgebungsmethode (PET/CT) am lebenden Tier als Ersatz für die bisher eingesetzte histopathologische Untersuchung von Entzündung und Knorpel- und Knochendestruktion etabliert werden. Da solche histopathologischen Untersuchungen zu verschiedenen Zeitpunkten der Arthritis-Pathogenese oder zu verschiedenen Zeitpunkten nach therapeutischen Eingriffen durchgeführt werden, müssen zu jedem dieser Untersuchungszeitpunkte Tiere getötet werden. Eine nicht-invasive Untersuchungsmethode, welche die histopathologischen Untersuchungen ersetzen könnte, würde deshalb die Zahl der für die Arthritis-Forschung benötigten Tiere erheblich reduzieren. Die Datenakquisition mit dem Inveon PET/CT, die radiochemischen Arbeiten mit 18F-FDG sowie die Entwicklung der neuen Tracer für die Quantifizierung der Knochendestruktion mittels PET erfordern für die Laufzeit des Projekts eine wissenschaftliche Arbeitskraft mit entsprechenden Kenntnissen im Umfang von 0,5 einer Vollzeitstelle. Es sind der Aufbau der Methodik und die Etablierung verlässlicher Protokolle notwendig. Die radiochemische Synthese muss entwickelt, die Analysemethoden angepasst und biochemische Experimente (z.B. Analyse von Blutproben) durchgeführt werden. Für die erfolgreiche Bearbeitung des Projekts sind diese Tätigkeiten essentiell.

Innovative Verfahren der biomedizinischen Bildgebung zur Optimierung von medizinischen Strahlenanwendungen, Individuelle Dosisbestimmung und Berechnung

Innovative Verfahren der biomedizinischen Bildgebung zur Optimierung von medizinischen Strahlenanwendungen, Klinische Konzepte zur Minimierung der Strahlentherapie in der CT des Thorax

Quantifizierung von physikalischen Eigenschaften verschlaemmter Bodenoberflaechen mit Hilfe der Roentgen-Computertomographie

Verschlaemmungen (Krusten) an der Bodenoberflaeche als bedeutender Faktor bei Infiltration- und Erosionsprozessen werden mit Hilfe der Roentgencomputertomographie (CT) und der Bildverarbeitung analysiert. Auf Beregnungsversuchen und parallel auf den Herkunftsflaechen werden unter verschiedenen Ausgangsbedingungen verschlaemmte Bodenoberflaechen gewonnen an denen folgende zentrale Fragen bearbeitet werden sollen: - wie maechtig ist die Verschlaemmung? - wie verlaeuft die Lagerungsdichte kleinraeumig innerhalb der Verschlaemmung? - wie stark variieren diese Merkmale? Die Ergebnisse sollen neue Erkenntnisse ueber die Prozesse liefern.

Evaluierung neuer CT-Techniken und Bestimmung der mit ihnen erzielten Strahlenreduktion bei verschiedenen CT-Betreibern in Deutschland

Ziel der retrospektiven Studie ist die Evaluierung der bei neuen CT-Techniken (automatische Dosismodulation, iterative Bildrekonstruktion, Dual-Energy-CT) unter klinischen Routinebedingungen zu erzielende Reduktion der Patientendosis bei verschiedenen CT-Betreibern in Deutschland.

In-vivo-Quantifizierung von Inflammation und Destruktion in murinen Arthritismodellen mittels PET/CT als Beitrag zur Reduktion der Zahl der in Forschung und Entwicklung verwendeten Versuchstiere

Ziel des beantragten Projekts ist es, die Zahl der für die präklinische Arthritis-Forschung eingesetzten und getöteten Mäuse drastisch zu reduzieren. Dazu soll eine nicht-invasive Bildgebungsmethode (PET/CT) am lebenden Tier als Ersatz für die bisher eingesetzte histopathologische Untersuchung von Entzündung und Knorpel- und Knochendestruktion etabliert werden. Da solche histopathologischen Untersuchungen zu verschiedenen Zeitpunkten der Arthritis-Pathogenese oder zu verschiedenen Zeitpunkten nach therapeutischen Eingriffen durchgeführt werden, müssen zu jedem dieser Untersuchungszeitpunkte Tiere getötet werden. Eine nicht-invasive Untersuchungsmethode, welche die histopathologischen Untersuchungen ersetzen könnte, würde deshalb die Zahl der für die Arthritis-Forschung benötigten Tiere erheblich reduzieren. Um die Methodik zur Quantifizierung erosiver Läsionen anhand rekonstruierter CT-Daten zu entwickeln, wird zuerst an fixierten Pfoten von arthritischen und gesunden Mäusen ein adäquates CT-Messprotokoll und die Software für die Datenauswertung etabliert. Das Messprotokoll wird dann für Messungen am lebenden Tier modifiziert und die molekulare Bildgebung mittels PET/CT in mehreren in Industrie und Forschung gebräuchlichen Arthritismodellen validiert. Die Tauglichkeit der Methode als Therapiekontrolle wird durch die Anwendung von Photodynamischer Therapie bei arthritischen Mäusen untersucht. Dies erfolgt in Zusammenarbeit mit der Biolitec AG.

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