HIRO: Hierarchische Rekonstruktionsmethoden in der Optischen Bildgebung

Projektbeschreibung: Optische Bildgebung spielt eine zentrale Rolle in der biomedizinischen Forschung und wird genutzt, um z. B. die Verteilung von farbstoffmarkierten Wirkstoffen oder Zellen in lebenden Organismen sichtbar zu machen und zu verfolgen. Es gibt zwei wesentliche Ansätze: Die Fluoreszenztomographie (FLT), bei der Farbstoffe durch Licht angeregt werden, und die Biolumineszenztomographie (BLT), bei der Licht durch chemische Reaktionen ohne äußeren Einfluss entsteht. Beide Methoden ermöglichen eine dreidimensionale tomographische Darstellung und teilen ähnliche mathematische Grundlagen. In präklinischen Studien werden mittels FLT fluoreszent markierte Zellen, Proteine, Antikörper oder Wirkstoffträger dargestellt, während mittels BLT transfizierte Zellen verfolgt werden. Eine Verbesserung der Rekonstruktion dieser Verfahren kann die optische Bildgebung im Vergleich zu nuklearmedizinischen Methoden wettbewerbsfähiger machen. Allerdings stellt die Rekonstruktion als schlecht gestelltes inverses Problem mit hochdimensionalen Daten eine komplexe mathematische Herausforderung dar. Das Ziel des Teilprojekts TP 3 ist es, mittels Bilevel-Optimierungsverfahren eine Lösung für das geschachtelte Optimierungsproblem zu entwickeln, um eine verlässlichere und genauere Rekonstruktion für die optische Bildgebung zu erzeugen. Da die Lösung des Optimierungsproblems nicht trivial ist, werden neben theoretischen Untersuchungen auch numerische Algorithmen entwickelt, die eine effiziente Lösung des Problems erlauben. Tests mit realen Daten sind notwendig, um verschiedene numerische Zugänge
miteinander zu vergleichen und zu bewerten.

Projektpartner:
Prof. Dr. med. Fabian Kiesling (Uniklinikum RWTH Aachen)
Prof. Dr. Martin Frank (KIT Karlsruhe)
Prof. Dr. Michael Herty (RTWH Aachen)
Prof. Dr. Simone Göttlich (Universität Mannheim)

Projektmitarbeiter:

Laufzeit: 2026 – 2029

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)