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Forschungsaufenthalt bringt PET-Bildgebung im EU-Projekt PETAL voran

Für die Monate Juli und August ging es für den STIMULATE-Mitarbeiter Daniel Punzet nach Italien zur Bearbeitung eines Forschungsprojekts in der PET-Bildgebung (Positronen-Emissions-Tomographie).

Im Rahmen des EU-Projekts PETAL (Positron Emission Tomography in Agriculture and Life) entstand Anfang dieses Jahres eine interdisziplinäre Kooperation zwischen der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und dem Institut NEUROMED in Italien zur Untersuchung der Auswirkung von Stress auf den Stoffwechsel von Pflanzen mittels PET-Bildgebung (zur Pressemitteilung).

Als Teil dieser Forschungskooperation arbeitete Daniel Punzet nun während seines 2-monatigen Forschungsaufenthaltes im Rahmen eines Marie Curie Fellowship Stipendiums an der Verbesserung der Bildrekonstruktion des dedizierten Pflanzen PET-Systems am NEUROMED Institut an den Standorten Pozzilli und Caserta unter Leitung von Prof. Nicola D'Ascenzo. Er befasste sich hierbei mit den Eigenheiten der PET-Bildgebung für Pflanzen. Diese unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht erheblich von der klinischen PET-Bildgebung am Menschen. Zudem weist das prototypische Pflanzen-PET am NEUROMED Institut eine Besonderheit auf, da es über eine variable Öffnung des Detektorrings die Bildgebung unterschiedlich großer Objekte ermöglicht. Diese variable Öffnung erschwert allerdings die einwandfreie Rekonstruktion von Bilddaten.

In der Forschungsarbeit ging es daher primär um die Modellierung des Positronenzerfalls in Pflanzen und der Detektion durch Monte-Carlo Simulationen für dieses spezielle System und der entsprechenden Integration in die Systemmatrix zur Verbesserung der Bildrekonstruktion. Zur Verarbeitung der bei der PET-Bildgebung anfallenden enormen Datenmengen konnte auf Hochleistungsrechner am Forschungscampus STIMULATE zurückgegriffen werden. Ein Teil der Forschungsarbeit befasste sich außerdem mit der effizienten Berechnung der Systemmatrix durch Ausnutzung von Symmetrien wodurch sich der benötigte Rechenaufwand erheblich reduzieren lässt.

Gemeinsam mit dem Kollegium von NEUROMED werden nun in nächster Zeit einige Publikationen zu den bisherigen Ergebnissen der Forschungskooperation angestrebt. Insbesondere für die Kombination der PET-Daten mit MR oder CT Scans sind weitere Kooperationen angedacht, da sich die Expertisen der beiden Kooperationspartner STIMULATE (MR und CT) und NEUROMED (PET und das Anwendungsgebiet der Agronomie) hier hervorragend ergänzen.

(September 2022)

 

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Research stay advances PET imaging in the EU project PETAL

Not for summer holiday, but for a researcher exchange STIMULATE colleague Daniel Punzet was off to Italy for the months July and August, working on a project in PET imaging.

In the context of the EU project PETAL (Positron Emission Tomography in Agriculture and Life) an interdisciplinary research cooperation has been established between the Otto-von-Guericke-University Magdeburg and the NEUROMED Institute in Italy earlier this year (see here). The aim is to investigate the effect of different stress factors in plants via PET imaging of the plant’s metabolism.

As part of this collaboration, Daniel Punzet worked for two months together with colleagues in Italy during his research secondment (a Marie Curie Fellowship) on improving the image reconstruction of the dedicated plant PET system of the NEUROMED institute at locations in Pozzilli and Caserta in the labs of Prof. Nicola D’Ascenzo. Focus lay on the peculiarities of the imaging of plants via PET which involves substantial differences to clinical imaging of humans. Furthermore, NEUROMED’s prototypical plant PET system features a variable opening of the detector-ring enabling imaging of objects of different sizes but also complicating proper image reconstruction.

The research primarily involved the modelling of positron decay specific to plants and the detection with the special detector geometry using Monte-Carlo simulations and its incorporation into the image system matrix and image reconstruction algorithms. For the computations on the huge amounts of data typically acquired with PET systems, the existing high-performance computing infrastructure of the research campus STIMULATE was used. Part of the research project also dealt with the efficient calculation of the system matrix by making use of existing symmetries in the PET system which enabled a significant reduction in computation times.

Together with the colleagues from NEUROMED, it is now intended to publish several articles about the outcomes of the research collaboration so far. For the combination of PET data with MR or CT scans further cooperation are envisaged as the expertise of the two collaboration partners STIMULATE (MR and CT) and NEUROMED (PET and the application to agronomy) complements each other excellently.

(September 2022)

 

Neuromed Koop Daniel