Medische Instrumenten

In de toekomst zal steeds meer nadruk liggen op gezond blijven, preventie en vroegdiagnostiek om zo dure behandelingen te voorkomen en mensen optimaal te laten participeren in de maatschappij. Fotonische technologieën liggen aan de basis van een groot aantal nieuwe, innovatieve medische instrumenten en zullen daarmee een positieve maatschappelijke impact hebben verspreid over het gehele gezondheids-continuüm.

Binnen TNO wordt gewerkt aan de ontwikkeling van innovatieve, op fotonica gebaseerde medische devices. De innovaties vinden toepassing in zowel de 2^e lijn, 1^e lijn als ook de home care.

Licht-weefsel-interactie

TNO heeft een sterke kennispositie op het gebied van licht-weefsel-interactie. Gebruik makend van niet-invasieve en minimaal invasieve fotonische technologieën worden metingen verricht aan levende weefsels. Aan de basis van de ontwikkeling van ‘photonics-based medical devices’ staat kennis van gezondheid en ziekteprocessen. Deze kennis moet vervolgens vertaald worden naar optisch meetbare biomarkers, die door ontwikkeling van innovatieve optische meettechnieken  in combinatie met algoritmes gebaseerd op complexe licht-weefsel interactie modellen kwantitatief en robuust gemeten worden.

Monte Carlo tissue optics service

TNO beschikt over een uitgebreide optische analyse tool om de licht weefselinteractie spectraal te modelleren. Door het gebruik van Monte Carlo optische weefsel modellen kunnen we optische sensor configuraties analyseren. Hierdoor wordt het mogelijk om voor een specifiek optisch ontwerp de optische respons van het weefsels te analyseren. Dit wordt ingezet voor onze eigen ontwerpen, maar ook als service voor bijvoorbeeld haalbaarheidsstudies, designoptimalisaties en bij algoritmeontwikkeling.

We richten ons binnen de weefseloptica onder andere op de domeinen: retinal imaging, image-guided interventions, kanker screening en photonic health patches.

Retinal Imaging

Het oog is de enige plek in het lichaam waar je direct zicht hebt op bloedvaten en zenuwstructuren. Naast het verbeteren van diagnostiek van oogziektes wordt daarom ook gewerkt aan de detectie van systemische ziektes zoals Alzheimer en Parkinson en aan cardiovasculaire aandoeningen. Daarnaast wordt gewerkt aan compacte oplossingen voor een snelle diagnose door bijvoorbeeld de huisarts en ambulancepersoneel.

Image-guided interventions

Tijdens minimaal-invasieve diagnostische procedures is het doel om informatie over ziekteprocessen in het weefsel te verkrijgen via de unieke “optische vingerafdruk” van deze ziekteprocessen. Hierdoor worden de diagnostische procedures nauwkeuriger en efficiënter.

Kanker screening

Longkanker, slokdarmkanker en hoofd-hals kanker openbaren zich vaak pas in een laat stadium waardoor de levensverwachting van deze patiënten zeer beperkt is. Een vroege detectie van de ziekte heeft een positieve invloed op de levensverwachting. Een methode die kan zorgen voor vroege detectie is het screenen van doelgroepen met een verhoogd risico. TNO ontwikkelt samen met het Erasmus MC een nieuw instrument en methode voor het screenen van deze kankersoorten. Deze nieuwe methode maakt gebruik van eenvoudige, pijnloze lichtmetingen aan de binnenkant van de wang; TNO en Erasmus MC onderzoeken of je uit de manier waarop het weefsel van de wang het licht terugkaatst kan zien of iemand op een andere plek in de mond, slokdarm of longen kanker ontwikkelt. De eerste resultaten zijn veelbelovend.

• Lees meer over kanker opsporen met licht

Photonic health patches

De technologische ontwikkelingen op het gebied van dunne, flexibele elektronica en lichtbronnen zijn key enablers voor de ontwikkeling van innovatieve kleine, handzame en goedkope wearables en health patches. Te denken valt aan op fotonica gebaseerde sensoren die continu gezondheidsparameters meten en de gebruiker feedback geven over hun gezondheidstoestand en advies geven over te nemen maatregelen om hun gezondheid te bevorderen. Bij het ontwerp van deze photonic health patches en wearables is de kennis over het transport en de interactie van licht in weefsel essentieel.

• Lees meer over draagbare health patches

Real-time, In-Line Ion en Molecule selective sensing

In diverse applicaties waarin bloed wordt gezuiverd voor acute en chronische patiënten is het real-time volgen van de zuiveringsprocessen van belang voor het verder verbeteren van de therapie. TNO werkt aan de contactloze, real-time detectie technologieën Raman Spectroscopy en Laser Induced Breakdown Spectroscopy voor het bepalen van de samenstelling van waterige vloeistoffen.

Integrated photonics at the point of care

Nieuwe ontwikkelingen maken het mogelijk om licht op (zeer) kleine silicium chips te manipuleren en te benutten. Dit ontvouwt compleet nieuwe, zeer gevoelige detectiemogelijkheden en tevens de mogelijkheid om complexe geavanceerde systemen compact en betaalbaar uit te voeren.

Integrated Photonic Acoustic Sensors

Door middel van zeer gevoelige geïntegreerde optische sensoren is het mogelijk om met grote gevoeligheid akoestische signalen op te vangen. Bij TNO worden dit soort zeer innovatieve sensoren ontwikkeld die zijn in te zetten voor diverse medische toepassingen zoals iono-akoestiek in proton therapie, foto-akoestiek en ultrageluid imaging.

Ring Resonator biosensing

Het point of care meten van de biomarkers in bloedsamples kan met Ring Resonator technologie. Het betreft hier een combinatie van nanofotonica met biochemische assay’s. Op een chip van slechts 1 mm² kunnen tientallen gevoelige sensorringen worden geplaatst die ieder afzonderlijk kunnen worden uitgelezen: multiplexen.

• Lees meer over nanofotonica

In 2018 is er op het gebied van deze technologie een TNO spin-off bedrijf opgericht: Delta Diagnostics.