OASYS – Optoelektronische Sensoren für anwendungsnahe Systeme für Lebenswissenschaften und intelligente Fertigung

Hochauflösende Bildgebung für die Medizin der Zukunft

Lichtbasierte Bildgebungsverfahren gehören zu den wichtigsten Werkzeugen der modernen Medizin. Ihre Leistungsfähigkeit wird jedoch eingeschränkt, sobald Licht auf stark streuende Materialien wie biologisches Gewebe trifft. Streuung, Absorption und Reflexion verändern die Ausbreitung des Lichts und reduzieren sowohl die Eindringtiefe als auch die Bildqualität erheblich.

Im Teilprojekt B1 von OASYS entwickelt das Fraunhofer IPMS an seinem Institutsteil Integrated Silicon Systems in Cottbus daher neuartige optische Verfahren entwickelt, die diese physikalischen Grenzen überwinden. Ziel ist die Erforschung intelligenter Bildgebungssysteme, die auch in tiefen Gewebeschichten hochauflösende und präzise Bilder ermöglichen und damit neue Möglichkeiten für Diagnostik, medizinische Forschung und biowissenschaftliche Anwendungen eröffnen.

Forschungsansatz

Im Mittelpunkt des Teilprojekts stehen MEMS-basierte Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulators, SLMs). Diese mikroelektromechanischen Systeme bestehen aus Tausenden bis Millionen einzeln ansteuerbarer Mikrospiegel. Durch ihre hochdynamische Steuerung können sie die Wellenfront des einfallenden Lichts gezielt verändern und optische Verzerrungen, die in streuenden Medien entstehen, aktiv kompensieren.

Dadurch wird eine adaptive Wellenfrontkorrektur möglich, die die Bildqualität deutlich verbessert und optische Untersuchungen in Bereichen erlaubt, die bislang nur eingeschränkt zugänglich waren.

Ziele des Teilprojekts

Ziel ist es, innovative Technologien für die hochauflösende optische Bildgebung zu entwickeln und diese für zukünftige Anwendungen verfügbar zu machen. Im Fokus stehen dabei:

• Entwicklung neuartiger MEMS-basierter Flächenlichtmodulatoren
• Adaptive Korrektur optischer Wellenfronten in streuenden Medien
• Verbesserung der räumlichen Auflösung und Eindringtiefe optischer Bildgebung
• Entwicklung kompakter und energieeffizienter Sensorsysteme
• Überführung der Forschungsergebnisse in praxisnahe Anwendungen

Anwendungsbereiche

Die im Teilprojekt entwickelten Technologien bieten ein breites Anwendungspotenzial in Medizin, Forschung und Hightech-Industrie.

Medizinische Diagnostik

Die verbesserte Bildgebung ermöglicht die nicht-invasive Untersuchung tiefer Gewebeschichten. Dadurch können krankhafte Veränderungen früher erkannt, Therapien präziser begleitet und diagnostische Verfahren weiterentwickelt werden.

Biowissenschaften

Für Mikroskopie und biologische Forschung entstehen neue Möglichkeiten zur hochauflösenden Untersuchung komplexer Zell- und Gewebestrukturen sowie dynamischer biologischer Prozesse.

Endoskopie und Deep-Tissue-Imaging

Durch adaptive optische Verfahren lassen sich auch in stark streuendem Gewebe hochqualitative Bilder erzeugen. Dies eröffnet neue Perspektiven für minimalinvasive Untersuchungen und zukünftige bildgebende Verfahren in der Medizintechnik.