Graduiertenschule MEMoRIAL

  • Project title: International Graduate School for Medical Engineering and Materials Science
  • Funding organisation: European Social Fund (ESF) as part of the European Structural and Investment Funds
  • Funding period: 01.09.2016 until 30.06.2022
  • Localisation: Within the framework of the European Structural and Investment Funds under the programme “Saxony-Anhalt SCIENCE Internationalisation”

 

Together with the Research Campus STIMULATE and funded by the European Social Funds (ESF) as part of the European Structural and Investment Funds under the programme “Sachsen-Anhalt WISSENSCHAFT Internationalisierung” from September 1, 2016, to June 30, 2022, the International Graduate School linked two cutting-edge research fields at the Otto-von-Guericke-University (OVGU) Magdeburg to create synergies:

  • Knowledge-based Medical Imaging and Reconstruction
  • Engineering Materials Processing, Microstructure, Simulation, and Prediction

 

Module 1: Medical Engineering

Medical imaging encompasses a versatile toolkit of methods to generate anatomical images of a single organ or even the entire patient for diagnostic and therapeutic purposes. Radiation-based imaging technologies are of inestimable value and are therefore used daily in clinical practice.

However, electromagnetic radiation can cause undesirable side effects. Therefore, methods allowing for dose reduction are increasingly coming into focus, especially for patients who need to be scanned periodically for therapy and/or health monitoring.

Instead of performing a full scan per session, existing knowledge derived from preexisting multimodal image data sources, anatomical atlases, and mathematical models can be integrated. This reduces radiation dose and scan duration, ultimately saving healthcare costs. To achieve this, available images and data need to be updated based on newly acquired subsampled data.

The application of prior knowledge can also advance minimally invasive interventions through intraoperative image acquisition. In this context, consecutive scans usually show a high degree of similarity, differing only in probe position and respiratory organ motion. Identifying these similarities based on previously acquired image information can lead to lower radiation doses and significant increases in image frame rates. Therefore, integrating prior knowledge offers great potential for improving contemporary interventional procedures, particularly in the field of interventional magnetic resonance imaging (IMRI).

PhD and Master students in medical imaging science, medical engineering, or engineering, computer, and natural sciences had the opportunity to work with high-tech diagnostic devices such as x-ray examinations and computed tomography (CT), state-of-the-art single-photon emission computed tomography (SPECT), and positron emission tomography (PET) within a structured 4-year/48-month PhD track or shorter research tracks.

 

Module 2: Materials Science

The availability of novel materials is crucial for technical innovations, particularly concerning energy conversion, mobility, or medical engineering.

Despite the immense R&D efforts in recent years, there is still an inadequate detailed understanding of materials' behavior under complex mechanical stress situations or when exposed to high temperatures or radiation. This is true for both compact and cellular materials.

An integrated approach focusing on the combination of (i) materials processing, (ii) materials design, (iii) complex stress situations in materials, and (iv) mathematical modeling needs to be developed to address this gap. Although several of these categories are already interconnected, R&D of holistic approaches is still in its early stages, intensifying the challenge of developing integrated models that describe the process-microstructure-properties relationships of materials with different provenance and porosity, thereby enabling feedback between materials design and behavior.

PhD and Master students in materials science and technology had the opportunity to work with modern processing technologies and high-tech characterization methods such as state-of-the-art scanning electron microscopy, biaxial testing equipment, and various in-situ and combined methods within a structured 4-year/48-month PhD track or shorter research tracks.

 

Further information about the project can be found here.

  • Projekttitel: Internationale Graduiertenschule für Medizinische Ingenieurwissenschaften und Werkstofftechnik
  • Fördermittelgeber: Europäischen Sozialfonds (ESF)
  • Förderzeitraum: 01.09.2016 bis 30.06.2022
  • Verortung: im Rahmen der Europäischen Struktur- und Investitionsfonds unter dem Programm „Sachsen-Anhalt WISSENSCHAFT Internationalisierung“

 

Zusammen mit dem Forschungscampus STIMULATE und gefördert durch die Europäischen Sozialfonds (ESF) im Rahmen der Europäischen Struktur- und Investitionsfonds unter dem Programm „Sachsen-Anhalt WISSENSCHAFT Internationalisierung“ von 1. September 2016 bis 30. Juni 2022, hat die Internationale Graduiertenschule zwei zukunftsweisende Forschungsfelder an der Otto-von-Guericke-Universität (OVGU) Magdeburg miteinander verknüpft, um Synergien zu schaffen:

  • Wissensbasierte Medizinische Bildgebung und Rekonstruktion
  • Werkstoffverarbeitung, Mikrostruktur, Simulation und Vorhersage

 

Modul 1: Medizinische Ingenieurwissenschaften:

Die medizinische Bildgebung umfasst eine vielseitige Sammlung von Methoden zur Erstellung anatomischer Bilder eines einzelnen Organs oder sogar des gesamten Patienten zu Diagnose- und Therapiezwecken. Strahlungsbasierte Bildgebungstechnologien sind von unschätzbarem Wert und werden daher täglich in der klinischen Praxis eingesetzt.

Allerdings kann elektromagnetische Strahlung unerwünschte Nebenwirkungen verursachen. Daher gewinnen Methoden zur Dosisreduktion zunehmend an Bedeutung, insbesondere für Patienten, die regelmäßig zur Therapie- oder Gesundheitsüberwachung gescannt werden müssen.

Anstatt bei jeder Sitzung eine vollständige Aufnahme zu machen, kann vorhandenes Wissen aus bereits vorhandenen multimodalen Bilddaten, anatomischen Atlanten sowie mathematischen Modellen integriert werden. Dies reduziert die Strahlendosis und die Scan-Dauer und spart letztendlich Gesundheitsausgaben. Um dies zu erreichen, müssen verfügbare Bilder und Daten auf Basis neu erworbener, teilgesampelter Daten aktualisiert werden.

Der Einsatz von Vorwissen kann auch minimal-invasive Eingriffe durch intraoperative Bildakquisition vorantreiben. In diesem Zusammenhang zeigen aufeinanderfolgende Scans in der Regel eine hohe Ähnlichkeit, wobei sie sich nur in der Probenposition und der Bewegung der Atemorgane unterscheiden. Das Erkennen dieser Ähnlichkeiten basierend auf bereits erworbenen Bildinformationen kann zu einer geringeren Strahlenbelastung und signifikanten Steigerungen der Bildfrequenz führen. Die Integration von Vorwissen bietet daher großes Potenzial zur Verbesserung zeitgenössischer Interventionsverfahren, insbesondere im Bereich der interventionellen Magnetresonanztomographie (IMRI).

Doktoranden und Masterstudierende in medizinischer Bildwissenschaft, medizinischer Ingenieurwissenschaft oder Ingenieur-, Computer- und Naturwissenschaften hatten die Gelegenheit, mit hochmodernen Diagnosetechniken wie Röntgenuntersuchungen und Computertomographie (CT), hochmoderner Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) innerhalb eines strukturierten 4-jährigen/48-monatigen PhD-Programms oder kürzerer Forschungsprogramme zu arbeiten.

 

Modul 2: Werkstoffwissenschaft:

Die Verfügbarkeit neuer Materialien ist entscheidend für technische Innovationen, insbesondere im Bereich der Energieumwandlung, Mobilität oder Medizintechnik.

Trotz der enormen Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen der letzten Jahre gibt es immer noch ein unzureichendes detailliertes Verständnis des Verhaltens von Materialien, zum Beispiel unter komplexen mechanischen Belastungen oder bei hoher Temperatur oder Strahlung. Dies gilt sowohl für kompakte als auch für zellulare Materialien.

Ein integrierter Ansatz, der sich auf die Kombination von (i) Materialverarbeitung, (ii) Materialdesign, (iii) komplexen Belastungssituationen in Materialien und (iv) mathematischer Modellierung konzentriert, muss daher entwickelt werden, um diese Lücke zu schließen. Obwohl mehrere dieser Kategorien bereits miteinander verknüpft sind, befindet sich die Forschung an ganzheitlichen Ansätzen noch in einem frühen Stadium, was die Herausforderung verstärkt, integrierte Modelle zu entwickeln, die die Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaften-Beziehungen von Materialien unterschiedlicher Herkunft und Porosität beschreiben und damit Feedback zwischen Materialdesign und -verhalten ermöglichen.

Doktoranden und Masterstudierende in Werkstoffwissenschaft und -technik hatten die Möglichkeit, mit modernen Verarbeitungstechnologien und hochmodernen Charakterisierungsmethoden wie hochauflösender Rasterelektronenmikroskopie, biaxialen Prüfgeräten und verschiedenen In-situ- und Kombinationsmethoden innerhalb eines strukturierten 4-jährigen/48-monatigen PhD-Programms oder kürzerer Forschungsprogramme zu arbeiten.

 

Weitere Informationen zum Projekt können hier erhalten werden.