MEMS-Bildgebung in streuenden Medien für medizinische Diagnostik

Im Verbundvorhaben OASYS („Optoelektronische Sensoren für anwendungsnahe Systeme für Lebenswissenschaften und intelligente Fertigung“) entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie optoelektronische Sensorkomponenten. Das Projekt adressiert sowohl die Medizintechnik als auch angrenzende Bereiche der Lebenswissenschaften.

Ein Schwerpunkt liegt auf dem Leitprojekt B1 „MEMS-basierte Bildgebung in streuenden Medien“. Hier kommen Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulators, SLMs) zum Einsatz, mit denen sich die Phase des Lichts gezielt steuern lässt. Diese Technologie bildet die Grundlage für eine hochauflösende optische Bildgebung in Umgebungen, in denen Licht stark gestreut wird – etwa in biologischem Gewebe.

In stark streuenden Medien führen Effekte wie Absorption, Streuung und Reflexion zu Wellenfrontverzerrungen, die die Bildqualität erheblich einschränken. Das Leitprojekt B1 setzt genau hier an. Die am Fraunhofer IPMS entwickelten SLMs bestehen aus Tausenden bis zu Millionen beweglicher Mikrospiegel, die mit hoher Geschwindigkeit im Kilohertz-Bereich angesteuert werden können. Dadurch lassen sich optische Verzerrungen korrigieren und tiefere Gewebeschichten sichtbar machen.

Anwendungen ergeben sich insbesondere in der medizinischen Bildgebung, etwa für Mikroskopie und Endoskopie im Bereich des Deep Tissue Imaging. Ziel ist es, nicht-invasive Diagnoseverfahren zu verbessern, unter anderem für die Untersuchung von Gewebeveränderungen im Rahmen der Krebsdiagnostik, sowie die Behandlungskontrolle und biomedizinische Forschung zu unterstützen.

„Die Herausforderungen in der optischen Bildgebung sind vielfältig und komplex. Mit dem Projekt wollen wir nicht nur technische Lösungen entwickeln, sondern auch die Grenzen des Möglichen ausloten“, erklärt Prof. Harald Schenk, geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IPMS. „Erst die hohe Geschwindigkeit und Präzision der mikroskopisch kleinen und beweglichen Mikrospiegel erlauben entscheidende Bildkorrekturen und damit Auflösungserhöhungen, die das Potential für erweiterte Diagnosemöglichkeiten in der Medizin haben.“

Neben der medizinischen Diagnostik eröffnen die entwickelten Flächenlichtmodulatoren weitere Einsatzmöglichkeiten, darunter hochauflösende Mikroskopie im Sub-Mikrometerbereich, Erdbeobachtung und Exoplanetenforschung sowie Anwendungen in Quanten-Technologien wie Quantencomputing, Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und Holographie.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)