- SiliziumphotonikSiliziumphotonikDank immenser Übertragungskapazität und niedrigem Energiebedarf dringt Optische Kommunikation in immer tiefere Schichten der Daten-/Kommunikationsnetzwerke vor. Server werden über Glasfasern verbunden und sogar in den Rechnern selber werden, in Form von integrierten photonischen Schaltkreisen (PICs), immer mehr Funktionalitäten auf das Medium Licht verlegt. Deren Verbindung untereinander und mit der Außenwelt, mittels signalführenden Glasfasern, muss mit höchster Präzision erfolgen, denn „miss-alignment“ bedeutet Leistungsverlust, bis hin zum kompletten Ausfall.
- Technology of Active AlignmentTechnology of Active AlignmentDie Entwicklung und Herstellung photonisch integrierter Schaltkreise (PIC) bzw. von Silizium-Photonik (SiP) Bauteilen, erinnert in vielerlei Hinsicht an die frühen Jahre der Halbleiterindustrie. Es fehlt vor allem an Systemintegratoren, die Anlagen für die Serienherstellung von PICs entwickeln. Während die Front-End-Fertigung integrierter Photonik von der vorhandenen Mikroelektronik-Infrastruktur profitieren kann, ist für die Back-End Prozesse eine eigene Industrie gerade erst am Entstehen.
- The Missing LinkThe Missing LinkDer multidisziplinäre Systemintegrator TEGEMA B.V. (NL) hat eine modulare Maschinenplattform für die automatisierte Montage optischer Bauelemente, insbesondere von photonisch integrierten Schaltkreisen (PICs), entwickelt. Das mit Sub-Mikrometergenauigkeit arbeitende System kann aufgrund seiner intelligenten Architektur von Aufgaben in Forschung und Entwicklung von PICs bis zu deren Serienproduktion mitwachsen.
- SiPh Wafer ProbingSiPh Wafer ProbingDie Integration photonischer Strukturen oder Elemente auf einem Siliziumchip stellt eine Vielzahl neuer Herausforderungen an die Prüftechnik für diese Elemente bereits auf Waferebene. Um ein Strukturdesign vom Konzept über die Qualifizierung bis zur Serienreife zu übertragen, ist eine große Menge an Leistungsdaten der jeweiligen Elemente erforderlich.
- Technology of Active Alignment
- MikroskopieMikroskopieWie keine andere Technologie, erweitert die Mikroskopie beständig unser Wissen darüber, was die Welt im Innersten zusammenhält, wie die Bausteine des Lebens aussehen. Ob Life Sciences oder Materialwissenschaften, Geologie, Archäologie, Mineralogie… immer wieder sind es Mikroskope, in den Händen von genialen Wissenschaftlern, die neueste Erkenntnisse zutage fördern und Innovationen ermöglichen.
- Probentische konfigurierenProbentische konfigurierenFür gute Ergebnisse bei der Arbeit mit Lichtmikroskopen, spielt die präzise und schnelle Proben- und Objektivbewegung eine entscheidende Rolle. Die Anforderungen an Stages und Scanner sind dabei vielfältig. Neben der Positionsauflösung, die unmittelbar mit der optischen Auflösung des Mikroskops korreliert, sind Geschwindigkeit und Dynamik weitere elementare Anforderung an die Bewegungssysteme. Für Probenstages ist zudem die Frage nach der Verfügbarkeit von Haltern für Einsätze wie Petrischalen, Wellplates, und Slides wichtig.
- Open Source Microscopy ProjectsOpen Source Microscopy ProjectsDie Mikroskopie gehört zu den Technologien, die sich immer wieder neu erfinden. Während erste Mikroskope aus dem frühen 17. Jahrhundert noch höchst einfach aufgebaut waren, haben zahllose Entwicklungen die Leistungsfähigkeit von Mikroskopen stetig erhöht.
- ElektronenmikroskopieElektronenmikroskopieAnwendungen für die Elektronenmikroskopie decken ein breites Spektrum von der Halbleiterinspektion über die Materialforschung bis zur molekularbiologischen Forschung ab. Sowohl im konventionellen TEM als auch im neueren, im Jahr 2017 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichneten Cryo-TEM, müssen die Proben hochpräzise in einer xyz-Koordinate nanopositioniert und dann um eine Achse gekippt werden, um eine bestimmte Anzahl von Transmissionsbildern für die Bildrekonstruktion zu erzeugen.
- RasterkraftmikroskopieRasterkraftmikroskopieRasterkraftmikroskope liefern Forschern und Entwicklern höchstaufgelöste topografische Daten unterschiedlichster Proben wie Mineralien, Polymere, Gemische, Verbundwerkstoffe oder biologisches Gewebe. Mit Hilfe dieser in den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts entwickelten Technologie können die Anwender subatomar aufgelöste Abbildungen der Oberfläche von Proben erzielen.
- Probentische konfigurieren
- BiotechnologieBiotechnologieDie Biotechnologie ist sie eine der ältesten angewandten Wissenschaften der Menschheit: So ist beispielsweise der Einsatz von Hefe zum Brotbacken oder zum Vergären von Obst zu Alkohol seit Jahrtausenden gelebte und entwickelte Biotechnologie. Heute umfasst diese Disziplin zahllose Anwendungen in Medizin (rot), Landwirtschaft (grün) und Industrie (weiß).
- GenomsequenzierungGenomsequenzierungBlaue, braune oder grüne Augen? Welche Haarfarbe? Welche Krankheiten bedrohen uns? Wes Kind bin ich? Das und vieles mehr ist in unseren Genen gespeichert oder zumindest angelegt. Auch bei der in Krimis und dem wahren Leben immer wieder gestellten Frage: „Wer war es?“, wird die Genanalyse zu Rate gezogen. Der „genetische Fingerabdruck“ ist zu einem häufigen und untrüglichen Beweismittel geworden. Nicht zuletzt hält die Genomanalyse bei vielen gesundheitlichen Fragen den Schlüssel in der Hand für bahnbrechende Entwicklungen.
- Genomsequenzierung
- MedizingeräteMedizingeräteFortschritte in der medizinischen Forschung, Diagnostik und Therapie erfordern leistungsfähige, präzise Bewegungs- und Positioniersysteme. Hohe Positioniergenauigkeit, kompakte Abmessungen, geringer Energieverbrauch, Schnelligkeit und absolute Zuverlässigkeit zählen zu den Forderungen an die genutzten Antriebe. Die Anwendungen sind dabei so vielseitig wie die Technologien und Lösungen, mit denen PI Kunden auf allen Stufen der Wertschöpfung unterstützt: Von Operationsrobotern über Miniaturantriebe für Endoskopkameras bis zur Blendenverstellung in der Strahlentherapie oder der präzisen, gezielten Lagerung von Patienten auf OP-Tischen, die in sechs Freiheitsgraden verstellbar sind.
- EndoskopieEndoskopieDie moderne Medizintechnik strebt danach, Patienten durch Therapien möglichst wenig zu belasten. Endoskope, die minimal invasive Eingriffe ermöglichen, leisten dazu einen wichtigen Beitrag, beispielsweise bei der Laparoskopie. Gerade bei medizinischen Eingriffen steht die Forderung nach scharfen und detailreichen Bildinformationen an oberster Stelle, um bestmögliche Erfolgsaussichten zu erlangen.
- Operationsroboter: Patientenliege für die RadiotherapiePatientenliege für die RadiotherapieIn der Strahlentherapie ist es äußerst wichtig, gesundes Gewebe so gut wie möglich zu schützen. Deshalb ist die genaue Positionierung des Patienten während der Bestrahlung zwingend erforderlich. Hierfür sind Patientenliegen auf Basis von Hexapoden bestens geeignet.
- Endoskopie
- AstronomieAstronomieSchon in frühester Geschichte hat das Weltall eine unglaubliche Faszination auf die Menschheit ausgeübt; Höhlenmalereien oder Funde wie die Himmelsscheibe von Nebra legen beredtes Zeugnis davon ab. Aus der Frage „Was funkelt da in allen Farben am nächtlichen Himmel?“, wurde die Frage nach der Entstehung von Galaxien, Sternen und Planetensystemen. Hochempfindliche Systeme wie der Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Teleskopverbund – kurz ALMA – liefern die Daten, mit denen Wissenschaftler diesen Rätseln auf der Spur sind – und werfen neue Fragen auf.
- ALMA-ArrayALMA-ArrayAm 10. April 2019 sorgte ein spektakuläres, wenngleich eigentlich unmögliches Bild für weltweites Aufsehen: die erste „Fotografie“ eines schwarzen Lochs. 55 Millionen Lichtjahre entfernt, im Zentrum der Galaxie M87 gelegen. Aufgrund der hohen Anziehungskraft kann selbst Licht derartigen Weltraumobjekten nicht entkommen. Doch mit dem Event Horizon Telescope – einem Zusammenschluss von acht Radioteleskopen – überlisteten die beteiligten Forscher gewissermaßen die Physik und erstellten erstmals eine Aufnahme des Schattens eines Schwarzen Lochs. Dieser Schatten entsteht durch die Strahlung des verzerrten Lichts, wenn es unwiderruflich vom Schwarzen Loch aufgesaugt wird.
- ALMA-Array
- HalbleitertechnikHalbleitertechnikSeit Jahrzehnten prägt und verändert unser Leben kein anderes Produkt so sehr wie die omnipräsenten Mikrochips. Ob Computer in all ihren Varianten, Mobiltelefone und Smartphones, Spielekonsolen, Autos und Flugzeuge, ja, mittlerweile sogar der heimische Kühlschrank, der Backofen oder Bügeleisen und Toaster – nichts funktioniert mehr ohne diese Tausendsassas aus dotiertem Silizium. PI hat großen Anteil an dieser Erfolgsgeschichte.
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Chemotherapie, chirurgischer Eingriff und Bestrahlung sind die drei Grundformen der Krebstherapie. Welche zum Einsatz kommt, ist von mehreren Faktoren abhängig. Art, Größe und Lage des Tumors sind neben individuellen Gegebenheiten entscheidend für die Erfolgsaussichten der Behandlung. Auch die Frage nach möglichen Nebenwirkungen und die Akzeptanz einer Behandlungsform durch den Patienten, spielen eine wichtige Rolle.
Bei vielen Tumorarten zeigt die Strahlentherapie gute Erfolgsaussichten und hohe Akzeptanz. Es wird zwischen externer, interner und systemischer Strahlentherapie unterschieden.
Externe Strahlentherapie erfordert präzise Ausrichtung
Die externe Strahlentherapie wird hauptsächlich bei Tumoren in Kopf, Lunge, Brust und Prostata eingesetzt. Hier ist eine äußerst präzise Ausrichtung des Patienten erforderlich um sicherzustellen, dass die Strahlendosis nur den Tumor erreicht und so wenig Schaden wie möglich im umgebenden Gewebe verursacht. Die Zielgröße für die Genauigkeit liegt daher bei dem durchschnittlichen Durchmesser einer menschlichen Zelle, also zwischen 30 µm und 100 µm, um tatsächlich nur betroffene Zellen zu bestrahlen.
Bildgestützte Radiotherapie
Heutzutage arbeiten die meisten Strahlentherapiesysteme (z.B.: so genannte Linear-Beschleuniger – kurz LINAC) im bildgestützten Strahlentherapiemodus (IGRT-Modus). Dies bedeutet, dass eine oder mehrere Methoden verwendet werden, um die aktuelle Position des Patienten und des Tumors vor und während der Bestrahlung zu messen. Diese Methoden umfassen:
Optische KörperoberflächenprofilierungRöntgenaufnahmenWärmebildgebung (Hinzufügen einer weiteren Dimension zur Überwachung der Position des Patienten)MRTDas Ziel dieser Verfahren ist eine patientenfreundliche, rahmenlose stereotaktische Radiochirurgie (SRS), z.B. von Hirntumoren.
Basierend auf den zuvor aufgenommenen Bildern wird der Patient in LINAC-Geräten präzise positioniert. Hier spielt die Patientenliege (Operationstisch) eine Schlüsselrolle im gesamten Prozess. Durch Überlagerung aller verschiedenen Bilder wird die Patientenposition bestimmt (in Bezug auf die 3D-aufgezeichneten Tumordaten und auch in Bezug auf die Strahlungsquelle). Bevor die eigentliche Behandlung beginnt, bringt der Operationstisch den Patienten nun in die richtige Position.
In einigen Fällen muss der Operationstisch die Position des Patienten auch während der Bestrahlung korrigieren. Dies hängt vor allem von der Art und Position des Tumors ab und von den Bewegungsdaten des genau überwachten Patienten. Neben der geforderten Präzision im Submillimeterbereich, ist hier die Möglichkeit, Lasten von bis zu 200 kg oder mehr zu tragen, erforderlich.
Um den Patienten bestmöglich zu positionieren, eignen sich Operationstische mit Bewegungsfreiheit in allen sechs Achsen. Dies hilft einerseits, gesundes Gewebe zu schonen, andererseits kann durch dynamische Antriebe die Positionierung schnell erfolgen und so die gesamte Aufenthaltszeit für die jeweilige Therapieeinheit minimiert werden.
Bewegungs- und Positionierlösungen von PI
Für diese hochspezifische Aufgabe bietet PI mehrachsige, hochpräzise, parallel-kinematische Positionierungslösungen an: sogenannte Hexapoden.
Hexapoden sind, wie die Bezeichnung zeigt, Bewegungsplattformen, die auf sechs Streben mit variabler Länge basieren. Sie alle wirken zusammen auf eine Plattform und ermöglichen so Bewegungen in sechs Freiheitsgraden. PI verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Hexapoden. Bisher wurde eine Vielzahl von Modellen entwickelt, die die Kundenbedürfnisse hinsichtlich Positioniergenauigkeit, Geschwindigkeit und Dynamik von Bewegung, Nutzlast (von einigen Gramm bis zu mehreren Tonnen), Größe und Form widerspiegeln. Neben ihrer kompakten Bauweise ist die Präzision von Hexapoden im Vergleich zu gestapelten Systemen besonders hoch. Aufgrund der parallelkinematischen Eigenschaft, also der gemeinsamen Führung der Bewegungsplattform, können sich Fehler in einzelnen Achsen nicht summieren. Hexapoden eignen sich daher ganz besonders zur Positionierung von Patienten für die Strahlentherapie.
Lesen Sie mehr über unsere mehrachsigen, parallelkinematischen Positioniersysteme in unserem Flyer "Hexapods for Patient Couches in Radiotherapy".
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