Forschung im Department Bildgebung

Um den visuellen Vorstoß in immer kleinere Gewebestrukturen und in dynamische Prozessabläufe des Herzens voranzutreiben, ist eine forcierte und interdisziplinäre Spitzenforschung wünschenswert und erforderlich. Im Department Kardiovaskuläre Bildgebung des DZHI, mit dem eigenen Lehrstuhl für zelluläre und molekulare Bildgebung, der eigenen Core Facility Kardiovaskuläre Bildgebung im Haus sowie den beteiligten Einrichtungen unterschiedlicher Fachbereiche, sind dazu alle denkbaren Voraussetzungen gegeben.

Forschungsziele

Die Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der biomedizinischen oder diagnostischen Bildgebung der Herzinsuffizienz. Das umschließt die Weiterentwicklung, Modifizierung und Optimierung in Präzision und Anwendung sämtlicher moderner Bildgebungsmodalitäten wie etwa der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) und -spektroskopie (MRS), der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), der Computertomographie (CT) sowie den Kombinationen daraus.

Ultrahochfeld-MRT

Im Fokus unserer Arbeit steht derzeit der 7-Tesla-Magnet-Resonanz-Tomograph (MRT) der neuesten Gerätegeneration, der Siemens Magnetom Terra. Als erster serienmäßiger Ultrahochfeld-Ganzkörpertomograph ist dieser nur wenigen Forschungsstandorten vorbehalten. Mit ihm lassen sich nicht nur die strukturelle und funktionelle Bildgebung qualitativ verbessern, sondern auch kardiovaskuläre Erkrankungen auf molekularer und zellulärer Ebene sichtbar machen. Durch die erweiterten Optionen bieten sich in Anwendung und Fragestellungen neue Herausforderungen, denen wir uns in unserer Forschung intensiv widmen.

Computergestützte Kardiologie

Dabei kommen mathematische Modellierungen und Simulationsrechnungen bis hin zu künstlicher Intelligenz zur Anwendung. So werden an Simulationsmodellen etwa strömungsmechanische Berechnungen durchgeführt. Für solche Computational Fluid Dynamics-Simulationen (CFD-Simulationen) erstellen wir im Computer mittels spezifischer Software 3D-Gefäßgeometrien von Herzkranzgefäßen aus klinischen Daten und versehen sie mit feinen Rechengittern.

Hardware Entwicklung

Im eigenen Spulenlabor werden darüber hinaus elektronische Komponenten für den Einsatz in Hochfeld-MRT-Systemen entwickelt. Das wichtigste Aufgabengebiet ist der Entwurf und Aufbau neuer Radiofrequenz-, Multikanal- und Shimming-Spulen.

Dynamisches Shimming

Für die Bildgebung in der MRT wird ein homogenes, statisches Magnetfeld (B₀-Feld) verwendet. Im menschlichen Organismus wird dieses homogene Feld durch die komplexe Zusammensetzung unterschiedlicher Gewebe und Grenzflächen zwischen Geweben gestört. Die resultierenden Ungleichmäßigkeiten haben direkten Einfluss auf die Bildqualität, wobei die kontinuierliche Bewegung des Herzens durch Kontraktion und auch Atmung das Problem verstärken kann. Wir verwenden daher Hilfsspulen, die diese Ungleichmäßigkeiten durch Überlagerung eines Korrekturfeldes (englisch: shim) beseitigen. In unserem Forschungsschwerpunkt beschäftigen wir uns mit der dynamischen Korrektur einer solchen Inhomogenität während der Messung, etwa durch detailliertere und schichtspezifische Ausgleichsberechnungen.

Kontrasttechniken und Hyperpolarisation

Zur Verbesserung von Bildgebungsverfahren mit Kontrastmitteln bei MRT und MRS zur Darstellung von Stoffwechselprozessen testen wir sauerstoffreaktive Verbindungen und führen Hyperpolarisationsexperimente mit 13C-Metaboliten durch.

Detailliertere Informationen erhalten Sie auf weiteren Forschungsseiten.