Helmholtz Imaging: Ganz Helmholtz profitiert
Am Anfang steht ein Datenberg. Egal ob in der Umwelt- und Materialforschung oder in der medizinischen Diagnostik – wenn es um die Bildgebung geht, stehen Forscherinnen und Forscher vor der immer gleichen Herausforderung. Sie müssen eine gigantische Fülle von Daten, die sie etwa per Mikroskop, Magnetresonanztomographie (MRT) oder Synchrotronstrahlung gesammelt haben, ordnen, rekonstruieren und geeignet auswerten. Die Daten müssen umgerechnet, in andere Speicherformate übertragen und aufwendig prozessiert werden. Erst nach vielen Teilschritten entsteht etwas Visuelles – ein Bild. Am Ende einer langen Prozesskette oder „Imaging Pipeline“, so nennen Forschende die Kaskade von Teilschritten bis zur Bildauswertung, stehen die Analyse und Interpretation des Bildes sowie die Verknüpfung der Bildinformationen mit physikalischen, physiologischen oder anderen Parametern. So messen Umweltforscher*innen die Luftverschmutzung in Städten oder spüren Ärztinnen und Ärzte Tumore im Gehirn auf.
Die komplette Imaging Pipeline von der Datenerfassung bis zur Datenanalyse decken die drei Helmholtz Imaging Partner ab. Das DESY setzt seine Expertise im Bereich Daten- und Rekonstruktionstechniken federführend bei Helmholtz Imaging ein. Das MDC ist für die Datenaufbereitung verantwortlich, sowie für die Bereitstellung generischer Lösungen und die Integration von Bilddaten bis zu Terrabyte-Größe, unabhängig von deren räumlicher (von atomaren bis zur extraterrestrischen Dimension) und zeitlicher (von Nanosekunden bis zu Jahrzehnten) Auflösung. Das DKFZ übernimmt Schwerpunkte zur Bildannotation bis hin zu Fragestellungen und Lösungen zur künstlichen Intellegenz.
Diesen Datenschatz gemeinsam zu heben, ist die Aufgabe der neu gegründeten Helmholtz Imaging Platform, koordiniert von einem Verbund aus drei Forschungszentren aus der Helmholtz-Gemeinschaft. Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) und das Deutsche Elektronen Synchroton (DESY) bündeln mit Helmholtz Imaging ihre Expertise zu bildgebenden Verfahren und stellen sie allen Helmholtz-Zentren zur Verfügung. Jedes der drei Partnerinstitute fokussiert sich dabei entsprechend seiner Kompetenzen auf einzelne Teilschritte der Bildgebung. „Zusammen decken wir die komplette Imaging Pipeline mit all ihren wissenschaftlichen Herausforderungen ab und können so die bildgebenden Wissenschaften über die Grenzen der eigenen Forschungsbereiche hinaus fördern“, sagt Professor Thoralf Niendorf vom MDC. Er ist einer der drei Koordinatoren von Helmholtz Imaging, neben Dr. Klaus Maier-Hein vom DKFZ und Professor Christian Schroer vom DESY. Insgesamt 3,3 Millionen Euro stehen den drei Zentren jährlich zur Verfügung, davon gehen knapp 760.000 Euro ans MDC. Jährlich 1.5 Millionen Euro sind für Helmholtz Imaging Projekte vorgesehen, auf die sich alle Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft und deren Kooperationspartner bewerben können. Beschlossen hat dies die Helmholtz-Mitgliederversammlung zunächst für einen Zeitraum von drei Jahren.
Ein Imaging-Werkzeugkasten für alle
MDC, DKFZ und DESY besetzen dieses Jahr neue Senior- und Juniorforschungsgruppen, die den Bereich Bildgebung und Data Science nach vorne bringen sollen. Der Schwerpunkt der neuen MDC-Arbeitsgruppe liegt dabei auf der Entwicklung von Konzepten und Algorithmen, um die meist sehr heterogenen Bilddaten aus den verschiedensten Forschungsbereichen zusammenzufügen und nutzbar zu machen. Neben der wissenschaftlichen Arbeit richtet Helmholtz Imaging ein Helpdesk ein, das Forschende mit konkreten Fragen zur Bildgebung kontaktieren können. Dies unterstreiche den starken Netzwerkcharakter von Helmholtz Imaging, sagt Niendorf. „Von der Plattform kann jeder Forschungsbereich profitieren, und sie erhöht die internationale Wettbewerbsfähigkeit der gesamten Helmholtz-Gemeinschaft."
Von der Plattform kann jeder Forschungsbereich profitieren, und sie erhöht die internationale Wettbewerbsfähigkeit der gesamten Helmholtz-Gemeinschaft.
Die besondere Stärke der Plattform seien jedoch die Helmholtz Imaging Projekte, davon ist Niendorf überzeugt. Für sie stehen etwa die Hälfte des Budgets zur Verfügung, jede oder jeder Forschende aus allen Helmholtz-Zentren ist antragberechtigt. Immer in Kooperation mit einer fachfremden Disziplin, können Wissenschaftler*innen so ganz neue Ideen umsetzen, an die sich bislang kaum eine*r herangetraut hat. Ein mögliches Helmholtz Imaging Projekt wäre beispielsweise eine Zusammenarbeit von Forschenden aus der medizinischen Diagnostik für Herz-Kreislauf-Erkrankungen mit Kolleg*innen aus der Energie- oder Materialforschung: „Bei der Abbildung von Ionen in einem lebenden Organismus stoßen wir mit Magnetresonanz-Tomographie immer wieder an unsere Grenzen der Empfindlichkeit und Auflösung“, sagt Niendorf. Statt mit Radiowellen arbeiten Forscher*innen um das Team von Prof. Klaus Lips am Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) mit Mikrowellen, um mittels Elektronenspinresonanz (ESR) die Radikaldichte von Untersuchungsobjekten oder Oberflächen zu untersuchen. Niendorf fragt sich nun: „Welche Ergebnisse sind zu erwarten, wenn wir am MDC mit Hilfe von ESR beispielsweise ein Natrium- oder Kaliumsignal in der Haut oder im schlagenden Herzen messen würden? Bieten sich hier neue Wege zur zerstörungsfreien und in vivo Quantifizierung der Ionenkonzentration als Diagnosemöglichkeit kardiovasukäler oder metabolischer Erkrankungen wie beispielsweise Bluthochdruck oder Diabetes?“
Der Start der Plattform wird mit einem Netzwerktreffen im März am DKFZ in Heidelberg eingeläutet. In den ersten Januarwochen hat sich bereits ein unabhängiges Kontrollgremium mit Mitgliedern aus acht Helmholtz-Instituten formiert, das über die Bewilligung der Helmholtz Imaging Projektanträge entscheiden soll. Die wissenschaftlichen Stellen besetzen MDC, DKFZ und DESY in der zweiten Jahreshälfte.
