A Historic Return to the Lunar Orbit

When the massive SLS (Space Launch System) rocket ascends from NASA’s Kennedy Space Center in Florida, it will mark the first crewed lunar mission since Apollo 17 in 1972. The first launch window is scheduled for February 6, 2026. During the ten-day mission, the four-person crew will not land but will orbit the Moon to test all critical life-support systems. This mission serves as the final rehearsal before Artemis III, which aims to return humans to the lunar surface in the coming years.

The Heart of the HERA System

A vital component for the mission’s success is the HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor) system. This NASA-developed instrument is designed to monitor cosmic radiation, which can severely impact both human health and sensitive onboard electronics. The “eyes” of the HERA system consist of six Timepix chips supplied by ADVACAM. These are integrated into two HSU (Hera Sensor Unit) units, with three modules each. “These are extremely sensitive pixel chips capable of detecting every single particle of cosmic radiation and determining its energy, direction, interaction time, and particle type,” explains Jan Jakůbek, ADVACAM’s Scientific Director. “This allows for a detailed analysis of the radiation’s composition, which is essential because different particles have different biological effects.”

From CERN to Deep Space

The technology behind these chips originated in fundamental physics research at CERN’s Large Hadron Collider (LHC). Today, ADVACAM is a NASA-certified supplier. Their detectors are already a standard in the industry, having been deployed on:

• The International Space Station (ISS)

• The OneWeb Joey Sat satellite

• Czech CubeSats VZLUSAT I and II

• The future lunar orbital station Gateway (as part of the ESA IDA system)

Jan Sohar, CEO of ADVACAM, adds: “We are proud that NASA plans to use our chips during the final attempt to land on the Moon as part of the Artemis III mission. It is a clear indication that detailed radiation measurement is becoming an increasingly important part of human spaceflight.”

AdvaSpace: “Space Weather” Forecasting

The Czech ambition extends beyond hardware. At the end of 2025, the group established a new subsidiary called AdvaSpace (part of Advisiones Technologies). Its goal is to move from hardware production to data processing. The company envisions a satellite constellation using MiniPIX SPACE detectors to provide real-time “space weather” data. This information would be invaluable not only to space agencies but also to:

• Aviation companies

• Power grid operators

• Insurance providers

“Our goal is to share space weather data much like meteorological satellites provide information about terrestrial weather,” says Martin Tyburec, Director of AdvaSpace. The company is currently seeking partners and investors to realize this ambitious vision.

The full press release, along with visual materials, can be found here.

Photo: SLS launch vehicle, detail of the HERA system installed in the Orion spacecraft, and Timepix chips. Source: NASA / SRAG-JSC / ADVACAM

Návrat k Luně po 53 letech

Start obří rakety SLS (Space Launch System) z Kennedyho kosmického střediska na Floridě je naplánován na 6. února 2026. Pro NASA jde o historický milník – první pilotovanou misi k Měsíci od dob Apolla 17 v roce 1972. Čtyřčlenná posádka stráví ve vesmíru deset dní. Během nich Měsíc obkrouží a otestuje všechny kritické systémy lodi Orion. Jde o finální prověrku před misí Artemis III, která má v následujících letech dopravit Američany přímo na povrch Luny.

Srdce systému HERA: Technologie z pražských Holešovic

Klíčovým prvkem pro bezpečnost astronautů je přístroj HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor). Jeho „mozkem“ je šest čipů typu Timepix, které vyvinula a dodala pražská firma ADVACAM.

Tyto čipy jsou rozmístěny ve dvou jednotkách HSU (Hera Sensor Unit). Jejich úkolem je:

• Monitorovat složení záření: Na rozdíl od běžných detektorů umí Timepix rozpoznat každou jednotlivou částici.

• Určit parametry: Čipy měří energii, směr, čas i typ částice.

• Varovat posádku: Systém data autonomně vyhodnocuje a v případě nebezpečí okamžitě varuje astronauty.

• Ověřit stínění: Data pomohou zjistit, jak efektivně loď Orion posádku před radiací chrání.

„Jde o nesmírně citlivé pixelové čipy. To je podstatné, protože různé druhy kosmických částic mají různé účinky,“ vysvětluje vědecký ředitel ADVACAMu, Jan Jakůbek.

Od CERNu až k lunární stanici Gateway

Technologie Timepix má kořeny v nejšpičkovějším vědeckém výzkumu – původně vznikla pro urychlovač částic v CERNu. Dnes je však standardem pro kosmické mise. Produkty ADVACAMu už slouží na ISS, v českých satelitech VZLUSAT i v komerčních družicích OneWeb. Do budoucna se počítá s jejich využitím i na chystané lunární orbitální stanici Gateway a při samotném přistání lidí na Měsíci v rámci mise Artemis III.

Budoucnost: „Meteorologie“ pro vesmírné počasí

Česká ambice v kosmu nekončí jen u výroby hardware. Na konci roku 2025 vznikla v rámci skupiny AdVisiones Technologies nová dceřiná firma AdvaSpace. Jejím cílem je vybudovat celou konstelaci družic, které budou sledovat kosmické počasí. „Naším cílem je sdílet data o radiaci podobně, jako meteorologické družice poskytují informace o běžném počasí,“ říká ředitel AdvaSpace, Martin Tyburec. Tato data budou klíčová nejen pro astronauty, ale i pro letecké společnosti nebo provozovatele energetických sítí na Zemi.

Celé znění tiskové zprávy spolu s obrazovým materiálem naleznete zde.

Foto: Nosná raketa SLS, detail systému HERA instalovaného v lodi Orion a čipů Timepix, Zdroj: NASA / SRAG-JSC / ADVACAM

“The entire device, the system, consists of two robotic arms. One is equipped with an X-ray source, while the other carries an advanced camera that can capture radiation invisible to the naked eye. For X-ray imaging, we use pixel detectors that are noise-free and highly sensitive,” explains imaging expert Michal Pech.

The robotic system reveals what has hitherto been hidden from the eyes of forensic scientists. It can be used, for example, in the investigation of industrial accidents, where it is necessary to examine the condition of pipes, the quality of welds, or pressure gauges. It can also be used in the investigation of large fires, traffic and aviation accidents, or in verifying the authenticity of works of art.

“The great advantage of the multimodal scanner is that all methods are in one device, which will significantly facilitate the examination of forensic evidence,” says forensic scientist Marek Kotrlý. “We don’t have to transfer samples between devices, which eliminates the possibility of contamination, damage, or even loss.”

“We can dismantle the system, transport it to the location where the large sample is located, and prepare it like in the laboratory. We assemble the system, calibrate it, and perform measurements, which we then process in a similar way to measurements in the laboratory,” adds Pech.

The Czech police are the first in the world to use a device of this kind. Its originality is confirmed by its placement in the finals of the prestigious Europol Excellence Awards in Innovation, where it tied for second place in the technical innovation category.

Skenují všude, kde záleží na perfektní kvalitě

Mikroskopická prasklina v lehké konstrukci křídla letadla může znamenat vážné bezpečnostní riziko, stejně tak jako třeba nekvalitní svár v potrubí vinoucím se jadernou elektrárnou. Ozařování rakoviny mozku může vést ke ztrátě paměti nebo zraku. Nepatrný detail v podmalbě renesančního obrazu rozhoduje o tom, zda se jedná o historický originál nebo bezcenný padělek. Jediná nabitá částice kosmického záření má potenciál zničit celou vesmírnou misi za miliony dolarů…

To jsou jen některé z oborů, kde se už nyní uplatňují české detekční technologie. Umožňují sledovat každou jednotlivou částici anebo natáčet nebývale citlivá barevná rentgenová videa. Právě výrobce těchto přístrojů a vývojáře souvisejících zobrazovacích metod nyní zaštiťuje česká hi-tech skupina AdVisiones Technologies a.s.

Kdo nevidí, co potřebuje, obrací se do Holešovic

Svoji vizi nyní představili její zakladatelé, Jan Sohar, Jan Jakůbek a Josef Uher. Se zákazníky napříč celým světem (NASA, CERN, Boeing, SpaceX, Honda, Applus+, Anton Paar, Thermo Fisher Scientific) mají na tuzemské poměry mimořádně velké ambice:

„Konsolidace podniků vyvíjejících pokročilé zobrazovací metody pod hlavičku AdVisiones Technologies je pouze začátek procesu, který by měl vést k potvrzení naší pozice jako světového lídra v této oblasti. V průmyslu se těšíme pověsti těch, kteří umí zrentgenovat i to, s čím si nikdo jiný neví rady. A v tom hodláme pokračovat. Do roku 2030 plánujeme zvýšit obrat celé skupiny na 700 milionů korun. Chceme, aby se skupina postupně rozšiřovala. Brzy představíme další dceřinou firmu, která se bude soustředit na monitorování a předpověď kosmického počasí. Dalším důkazem je právě dokončená akvizice německého vývojáře a výrobce částicových detektorů firmy X-ray Imaging Europe GmbH,“ popisuje ředitel skupiny, Jan Sohar.

„Spolupráci našich firem vnímáme jako skvělou příležitost. Synergie spočívá hlavně v možnosti využití našich vysoce efektivních senzorových vrstev, jež lze aplikovat na detektory vyráběné AdVisiones Technologies. Díky tomu se nám otevírají dveře na nové trhy. Například jde o medicínské aplikace,“ říká ke spojení s českou skupinou Michael Fiederle ze společnosti X-ray Imaging Europe.

Co je to Technologický hub pro inovace v zobrazování?

Nová skupina sama sebe označuje jako „Hub for imaging innovation“. To znamená, že bude vyhledávat i další slibné aplikace, které spadají do její strategie. Zároveň otevírá příležitost případným investorům, kteří by měli zájem se na tomto smělém projektu podílet.

Scanning Anywhere Where Perfect Quality Matters

A microscopic crack in an aircraft’s lightweight wing structure can pose a serious safety risk, just like a poor-quality weld in the pipework of a nuclear power plant. Brain cancer radiation therapy can cause memory loss or impaired vision. A tiny detail in the underpainting of a Renaissance artwork can determine whether it is a priceless original or a worthless forgery. A single charged particle of cosmic radiation has the potential to destroy a multi-million-dollar space mission.

These are only some of the fields where Czech detection technologies are already in use. They make it possible to track every individual particle or record exceptionally sensitive color X-ray videos. The Czech hi-tech group AdVisiones Technologies a.s. now unites the manufacturers of these instruments and the developers of the associated imaging methods.

When You Need to See the Unseen, You Turn to Prague

The group’s founders, Jan Sohar, Jan Jakubek, and Josef Uher, have now presented their vision. With clients across the world (including NASA, CERN, Boeing, SpaceX, Honda, Applus, Anton Paar, Thermo Fisher Scientific), they hold ambitions that are remarkable by Czech standards.

“Bringing companies developing advanced imaging methods under AdVisiones Technologies is only the beginning of a process that should confirm our position as a global leader in this field. In the industry, we have a reputation for being able to X-ray even what no one else can. And we intend to keep it that way.

By 2030, we plan to increase the group’s turnover to 28 million EUR. We want the group to expand further. Soon, we will introduce another subsidiary focused on space-weather monitoring and forecasting. Another proof of our direction is the recently completed acquisition of the German particle-detector developer and manufacturer X-ray Imaging Europe GmbH,” says Jan Sohar, CEO of the group.

Regarding the integration with the Czech group, Michael Fiederle of X-ray Imaging Europe adds: “We see the cooperation of our companies as a great opportunity. The synergy lies mainly in the ability to use our highly efficient sensor layers in the detectors manufactured by AdVisiones Technologies. This opens the door to new markets. For example, medical applications.”

What is „A hub for imaging innovation“?

The newly formed group describes itself as “A hub for imaging innovation”. This means it will actively seek additional promising applications aligned with its strategy. It also opens opportunities for potential investors who may wish to participate in this ambitious project.

On Wednesday (July 2nd, 2025), the U.S. Senate narrowly approved an amendment to the so-called “Big Beautiful Bill” proposed by Senator Ted Cruz. It allows additional funding for crewed exploration missions beyond the level requested by the White House. Cruz justified the amendment as an investment in winning the new space race with China and securing U.S. dominance in space.

“The amendment proposes adding at least $750 million for each fiscal year from 2026 to 2028 for full funding of the Gateway space station, and up to $350 million for 2029,” reports the specialized space portal Kosmonautix.cz.

The U.S. House of Representatives will vote on Gateway’s fate on Thursday. “Allegedly, there is strong pressure to approve the bill in the form passed by the Senate, and it seems unlikely that any amendments will even reach the debate stage in the House. However, this does not mean that the proposal will be automatically approved and sent to the President. The final decision is expected in the coming hours,” adds Jiří Hošek from Kosmonautix.cz.

Nervousness Among Suppliers

Not only NASA is anxiously watching the battle over Gateway funding, but also the European Space Agency (ESA), Canada, Japan, and hundreds of smaller countries and companies that are involved in this highly ambitious mission. The Gateway space station, orbiting the Moon, aims to test the effects of the space environment on human crews in preparation for manned missions to the Moon, Mars, and beyond. These areas face much harsher conditions than those near Earth, such as aboard the International Space Station (ISS). Cosmic radiation is hazardous.

Aboard Gateway, specifically in the HALO module, an internal radiation dosimetry system called IDA (Internal Dosimetry Array) is to be installed, developed under a project funded by the European Space Agency (ESA). One of the key instruments in this detector array is currently being finalized by Czech company ADVACAM, which has long supplied miniaturized chips for detailed radiation analysis to customers, including ESA and NASA.

“It will monitor radiation doses to which astronauts are exposed. It will also generate scientific data for radiation mapping, shielding assessments, and more. Our detector can provide real-time information on particle type, energy, direction, time of impact, and point of impact,” explains Tomáš Komárek of ADVACAM.

Detector Survives Launch Vibrations and Temperature Changes

Tomáš Komárek recently led environmental testing of the completed detector (video). Vibration and thermal tests were conducted at the VÚTS laboratories in Liberec. “The vibration tests determine whether the detector can survive mechanical stresses during launch. We also passed thermal tests, where the detector was cooled and heated to temperatures ranging from -25°C to +85°C. The detector was able to survive and remain functional,” adds Komárek.

Partners in the IDA project — which include, besides ADVACAM, HUN REN Centre for Energy Research and REMRED Ltd from Hungary, Germany’s DLR German Aerospace Center, Airbus, and Japan’s space agency JAXA — can only hope that the Gateway project gets the green light, and their work does not go to waste.

Cosmic rays, UV radiation, atmospheric parameters and anthropogenic emissions are being measured in parallel. Milešovka was chosen because of its low emissions and higher altitude. Measurements have been made in Athens and Brussels, with Milesovka yet to be followed by Lindernberg in Germany. The space for the measuring equipment at Milešovka was provided by the Institute of Atmospheric Physics of the Czech Academy of Sciences.

“The European BIOSPHERE project focuses on the impact of the combination of cosmic rays, UV radiation and man-made molecules in the atmosphere on the ozone layer and tries to quantify these partial effects and look for relationships and connections between them,” says Dr. Iva Ambrožová. “The description of these connections has an important overlap with the protection of human health,” she adds, adding that the Institute has developed a special detector for the purpose of obtaining information about neutrons in cosmic rays.

“Our goal is to precisely measure the composition of cosmic rays passing through the atmosphere. This will allow us to understand very precisely the physical processes that accompany, for example, the depletion of the ozone layer or have a significant impact on human health,” explains the project’s principal investigator doc. Carlos Granja from ADVACAM. The company supplies its miniature radiation cameras, which work as particle telescopes at Milešovka, for the experiments.

About the international BIOSPHERE project

The EURAMET BIOSPHERE (Metrology for Earth Biosphere: Cosmic rays, ultraviolet radiation and fragility of ozone shield) project, launched in October 2022, aims to develop the necessary tools, methodologies and metrological framework to quantify the relationship between cosmic rays, ozone depletion and anthropogenic emissions and to assess the impact of combined secondary cosmic rays and UV radiation on human health.

The project involves a consortium of 22 international scientific institutions. The 21GRD02 BIOSPHERE project receives funding from the European Metrology Partnership, co-funded by the EU’s Horizon Europe research and innovation programme and the participating countries.

The international coordinator of the project is the German National Metrology Institute (PTB, Physikalisch-Technische Bundesanstalt).

V rámci kampaně je souběžně měřeno kosmické záření, UV záření, atmosférické parametry a antropogenní emise. Milešovka byla vybrána kvůli nízkým emisím a vyšší nadmořské výšce. Měření proběhla v Athénách a v Bruselu, po Milešovce ještě bude následovat německý Lindernberg. Prostor pro měřicí zařízení na Milešovce poskytl Ústav fyziky atmosféry AV ČR.

„Evropský projekt BIOSPHERE se zaměřuje na ovlivňování ozonové vrstvy kombinací kosmického záření, UV záření a lidmi produkovanými molekulami v atmosféře a snaží se tyto dílčí vlivy kvantifikovat a hledat mezi nimi vztahy a souvislosti,“ říká Dr. Iva Ambrožová, zástupkyně vedoucí Oddělení dozimetrie záření Ústavu jaderné fyziky AV ČR. „Popis těchto souvislostí má důležitý přesah do oblasti ochrany lidského zdraví,“ doplňuje s tím, že ÚJF pro účely měření vyvinul speciální detektor neutronů v kosmickém záření.

„Naším cílem je precizně měřit složení kosmického záření, které prochází atmosférou. To nám umožní velmi přesně porozumět fyzikálním dějům, které provází například úbytek ozonové vrstvy anebo mají významný dopad na lidské zdraví,“ vysvětluje řešitel projektu doc. Carlos Granja ze společnosti ADVACAM. Ta dodává pro experimenty své miniaturní radiační kamery pracující na Milešovce jako částicové teleskopy.

O mezinárodním projektu BIOSPHERE

Projekt EURAMET BIOSPHERE (Metrology for Earth Biosphere: Cosmic rays, ultraviolet radiation and fragility of ozone shield), který byl zahájen v říjnu 2022, si klade za cíl vyvinout potřebné nástroje, metodiky a metrologický rámec pro kvantifikaci vztahu mezi kosmickým zářením, poškozováním ozonové vrstvy a antropogenními emisemi a pro posouzení dopadu kombinovaného sekundárního kosmického záření a UV záření na lidské zdraví.

Projekt zahrnuje konsorcium 22 mezinárodních vědeckých institucí. Projekt 21GRD02 BIOSPHERE čerpá finanční prostředky z Evropského partnerství pro metrologii, spolufinancovaného výzkumným a inovačním programem EU Horizon Europe a zúčastněnými státy.

Mezinárodním koordinátorem projektu je Německý národní metrologický institut (PTB, Physikalisch-Technische Bundesanstalt).

Doctors worldwide diagnose approximately 300,000 new cases of thyroid cancer every year. One common part of the treatment is radioiodine therapy, which is usually performed after surgical removal of the tumor. Even after surgery, there are usually tiny remnants of tumor tissue left in the patient’s throat and these need to be removed to prevent the disease from returning. Patients therefore receive a radioactive isotope of iodine, which accumulates naturally in the thyroid gland and irradiates the affected area locally, thus eliminating the cancerous growth.

The aim of the Thyropix project was to develop a unique medical device that will improve the possibilities of monitoring the effect of radiopharmaceuticals and minimize their possible side effects. Members of the consortium, which was supported in this successful research by the Technology Agency of the Czech Republic, were the 1st Faculty of Medicine of Charles University, Motol University Hospital, the Czech Metrology Institute and innovative companies Radalytica and ADVACAM.

The aim is to overcome the physical limits of existing methods

The existing methods often cannot sufficiently help in deciding on the most appropriate treatment strategy. “Physically, the devices commonly used today are not able to have such a resolution for iodine-131,” explains Tereza Kráčmerová, a clinical radiological physicist at the University Hospital in Motol.

“We see a few spots there, but with poor spatial resolution, we are not able to pinpoint their exact location,” she adds. In addition, an examination takes a long time – about 20 minutes.

ThyroPIX uses a robotic arm to get closer to the scanned area and can capture it more accurately and always in the same way during repeated examinations. At the heart of the device are particle cameras manufactured by ADVACAM. Thanks to a newly developed methodology for using the so-called Compton scattering, it can determine the direction and energy of each individual incoming particle of ionizing radiation. In this way, it is possible to obtain detailed information on the size and shape of thyroid residues, thus verifying the distribution of therapeutic activity in the patient’s body.

Software creates a 3D image of the distribution of radioactive iodine in the patient’s body

The software that the scientists developed as part of the project is crucial for doctors – only in the computer does the data obtained turn into an image with visible remains of the tumor. The gamma camera sensor captures the scattering of charge that occurs when a photon passes through two layers of the sensor with different properties.

“A photon flies out of the primary radiation source, which hits the first layer of sensitive material, where part of the energy is transferred, and a Comptonian photon flies out from the same place, and interacts in the second layer,” says the project’s investigator Eliška Trojanová, describing the principle of the detector. The device then calculates the direction from which the radiation comes and with enough photons it determines the exact location of the radiation source.

ThyroPIX has been tested on a phantom model developed by the Czech Metrology Institute. They also created a complete computer simulation of the entire detection system. “The reason was so that our colleagues from ADVACAM did not have to produce dozens of different combinations of sensors,” explains Jan Rusňák from the Department of Primary Metrology of Ionizing Radiation of CMI.

The camera was tested at the Center for Advanced Preclinical Imaging, 1st Faculty of Medicine, Charles University.  “The main advantage of ThyroPIX is that it offers standardization of examinations, a wide field of vision and higher sensitivity than other devices,” says Luděk Šefc, head of the center, adding: “The compactness and the associated mobility of the device are also great. Thanks to it, it is possible to examine a patient directly in bed.”

When will ThyroPIX reach real patients?

However, there are still a few steps left to put the innovation into practice. The gamma camera head needs to be adjusted to get even closer to the thyroid gland. Further software improvements are planned so that the device can eventually undergo clinical trials directly on patients. The authors are also now intensively looking for an industrial partner that would be interested in helping to bring the solution to the market as a finished product.

“We would prefer to hand over this entire solution to someone who already has experience with medical device development and the certification process,” concludes the project’s principal investigator from ADVACAM, Eliška Trojanová.

This project is funded with state support from the Technology Agency of the Czech Republic and the Ministry of Industry and Trade of the Czech Republic under the TREND Programme

Lékaři celosvětově každý rok diagnostikují přibližně 300 000 nových případů rakoviny štítné žlázy. Jednou z běžných součástí léčby je terapie radiojódem, která se většinou provádí po chirurgickém odstranění nádoru. I po operaci totiž většinou zůstanou v krku pacienta nepatrné zbytky nádorové tkáně a ty je potřeba odstranit, aby nedošlo k návratu onemocnění. Pacienti proto dostávají radioaktivní izotop jódu, který se ve štítné žláze přirozeně akumuluje, postižené místo lokálně ozáří a eliminuje tak rakovinové bujení.

Cílem projektu Thyropix bylo vyvinout unikátní zdravotnické zařízení, které zlepší možnosti monitorování účinku radiofarmak a umožní minimalizovat jejich případné nežádoucí účinky. Členy konsorcia, které v tomto úspěšném výzkumu podpořila Technologická agentura ČR, byly 1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy, Fakultní nemocnice Motol, Český metrologický ústav a tuzemské inovativní firmy Radalytica a ADVACAM.

Cílem je překonat fyzikální limity stávajících metod

Stávající metody často neumí dostatečně pomoci v rozhodování o nejvhodnější strategii léčby. „Fyzikálně nejsou dnes běžně používané přístroje schopné mít takové rozlišení pro jód 131,“ vysvětluje klinická radiologická fyzička Fakultní nemocnice v Motole Tereza Kráčmerová.

„Vidíme tam několik skvrn, ale se špatným prostorovým rozlišením nejsme schopní přesně určit jejich polohu,“ dodává. Vyšetření navíc trvá dlouhou dobu – přibližně 20 minut.

ThyroPIX se pomocí robotického ramene dostane blíže ke snímanému místu a dokáže jej zabrat přesněji a při opakovaných vyšetřeních vždy stejně. Srdcem přístroje jsou částicové kamery vyráběné společností ADVACAM. Díky nově vyvinuté metodice pro využití takzvaného Comptonova rozptylu umí určit směr a energii každé jednotlivé přicházející částice ionizujícího záření. Tímto způsobem je možné získávat podrobné informace o velikosti a tvaru zbytků štítné žlázy, a tak ověřit distribuci terapeutické aktivity v těle pacienta.

Software vykreslí 3D obrázek rozmístění radioaktivního jódu v těle pacienta

Stěžejní je pro lékaře software, který vědci v rámci projektu vyvinuli – až v počítači se získaná data mění na snímek s viditelnými pozůstatky nádoru. Senzor gama kamery při tom využívá takzvaný Comptonův rozptyl.

„Z primárního zdroje záření vyletí foton, který zasáhne první vrstvu citlivého materiálu. Při této interakci předá foton část své energie a rozptýlí se do druhé vrstvy senzoru. Tam už dochází k jeho úplné absorpci,“ popisuje princip směrové citlivosti detektoru Eliška Trojanová z firmy ADVACAM. „Díky informacím o průchodu částic oběma vrstvami gama kamery jsme pak schopni vypočítat úhel, ze kterého radiace vychází. Tímto způsobem  můžeme zjistit, jak je radioaktivní zdroj v těle pacienta distribuovaný,“ dodává.

ThyroPIX má za sebou testování na fantomovém modelu lidského hrudníku a krku, který vyvinuli v Českém metrologickém institutu. Vytvořili také kompletní počítačovou simulaci celého detekčního systému. „Důvodem bylo to, aby kolegové z ADVACAMu nemuseli vyrábět desítky různých kombinací senzorů,“ upřesňuje Jan Rusňák z oddělení primární metrologie veličin ionizujícího záření ČMI.

Testování kamery probíhalo v Centru pokročilého preklinického zobrazování 1. LF UK.  „Hlavní výhoda ThyroPIXu spočívá v tom, že nabízí standardizaci vyšetření, široké zorné pole a vyšší senzitivitu než jiné přístroje,“ říká přednosta centra Luděk Šefc a doplňuje: „Skvělá je také kompaktnost a s ní spojená mobilita přístroje. Díky ní je možné pacienta vyšetřit přímo na lůžku.“

Kdy se ThyroPIX dostane k reálným pacientům?

Do praxe ale inovaci ještě pár kroků zbývá. Hlavu gama kamery je třeba upravit, aby se dostala ještě blíž ke štítné žláze. V plánu je i další vylepšování softwaru, aby přístroj mohl nakonec podstoupit klinické zkoušky přímo na pacientech. Autoři také nyní intenzivně hledají průmyslového partnera, který by měl zájem řešení pomoci přinést na trh jako hotový produkt.

„My bychom nejraději toto celé řešení předali někomu, kdo už má zkušenosti s vývojem zdravotnického prostředku a s certifikačním procesem,“ uzavírá hlavní řešitelka projektu z firmy ADVACAM, Eliška Trojanová.

Tento projekt je financován se státní podporou Technologické agentury ČR a Ministerstva průmyslu a obchodu ČR v rámci Programu TREND.

Vědci z německého Národního Centra pro Nádorové Choroby (NCT), Německého Centra pro Výzkum Rakoviny (DKFZ) a Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT) na Univerzitě v Heidelbergu teď na prvních pacientech testují částicový detektor dodaný českou firmou ADVACAM. Překvapivé využití této technologie v medicíně může pomoci omezit nežádoucí účinky ozařování.

“Medzi najpokročilejšie metódy odstraňovania nádorov hlavy a krku patrí ožarovanie zväzkami iónov. To má na rozdiel od iných variant rádioterapie jednu unikátnu vlastnosť: Dá sa totiž ‘nastaviť’, v akej hĺbke vnútri ľudskej hlavy majú častice najviac účinkovať,” vysvětluje vedoucí projektu InViMo Mária Martišíková z Německého Centra pro Výzkum Rakoviny (DKFZ). 

Jenže, podobně jako další obdobné typy ozařování má i to iontové háček. Částice neovlivňují jen samotný nádor ale bohužel také část zdravé tkáně okolo něj.   

„Preventivní ozařování takzvaného „marginu“ okolo tumoru na jednu stranu minimalizuje možnost návratu onemocnění, ovšem kvůli vedlejším účinkům jako je poškození očního nervu nebo paměti také znemožňuje ozařovat pacienta dostatečně silnou dávkou,“ dodává doktorka Martišíková.   

Ideální by tedy bylo oblast preventivního ozařování kolem nádoru zúžit a dávku zesílit. Jenže namířit ionty dostatečně přesně současná technologie neumožňuje. 

Změnit by to mohl nový přístroj Beam TraX dodaný pražskou firmou ADVACAM. „Navigaci“ uvnitř hlavy pomůže vylepšit sledováním sekundárních částic, které vznikají při průletu iontů hlavou pacienta. S trochou nadsázky to lze přirovnat k pozorování prachu, který se zvedá za rychle jedoucím automobilem.  

Nedostatečně spolehlivá „mapa“ vnitřku hlavy  

Pacient, který se chystá na několikatýdenní sérii ozařování ionty, musí nejprve podstoupit počítačovou tomografii. Vzniklý CT snímek vnitřku jeho hlavy lékaři používají vlastně jako „mapu“, podle které na nádor střílí svazky iontů. Právě podle této „mapy“ jede ono pomyslné „auto“. 

Je tu ale problém. Situace v hlavě pacienta se může během dlouhé terapie měnit. A původní „mapa“ se může lišit od momentálního stavu uvnitř lebky. Třeba vinou otoků, zmenšení tumoru nebo jen kvůli infekci, která způsobila naplnění dutin hlenem. Lékařům dosud chyběl spolehlivý nástroj, který by je na změnu situace upozornil.  

Společně s ADVACAMem teď vědci v Německu přichází s velmi slibným vylepšením. Jeho jádrem jsou detektory částic.

„Naše kamery umí zaregistrovat každou jednotlivou nabitou částici sekundárního záření, které po průchodu iontů vylétává z těla pacienta. Je to jako dívat se na koule rozražené kulečníkovým úderem. Pokud se koule odráží stejně jako jsme očekávali podle snímku z CT, můžeme si být jistí, že míříme správně. V opačném případě je jasné, že „mapa“ už neplatí. Pak je léčbu nutné přeplánovat,“ popisuje Lukáš Marek z firmy ADVACAM.  

Naděje pro budoucí pacienty   

Na podzim 2023 zahájili odborníci v Německu klinickou studii InViMo ověřující potenciál tohoto nového zařízení.  Soustředí se na pacienty s nádorem v blízkosti spodiny lebeční. Tato oblast je obzvlášť těžko přístupná pro ozařování kvůli blízkosti kriticky důležitých orgánů jako je mozkový kmen.   

“Od nového zariadenia si sľubujeme poznanie, ako často a kde počas terapie dochádza k zmenám umiestnenia nádoru. Sú to zmeny polohy v ráde niekoľkých milimetrov. Veľmi nás zaujímajú aj oblasti, kde naopak k pohybu nedochádza vôbec, prípadne sú menšie ako sa v súčasnosti predpokladá. Tieto nové informácie umožnia zmenšiť celkový ozárený objem tkaniva. Tým ušetríme zdravé tkanivo a redukujeme nežiaduce účinky rádioterapie. Tiež budeme môcť aplikovať vyššie dávky žiarenia do nádoru. Dávka do zdravého tkaniva sa totiž bude držať pod akceptovateľnou hranicou,” dodává vedoucí výzkumu Mária Martišíková. 

Výhodou nové metody je také fakt, že přítomnost detektorů stávající terapii nijak neovlivňuje. Získané informace mohou jen pomoci. V první fázi by data mohla vést k přerušení a přeplánování série ozařování v případě, že by léčba nešla podle plánu. Konečným cílem je systém, který by dráhu svazku iontů korigoval v reálném čase.    

Od základního výzkumu částicové fyziky do rukou lékařů 

Technologie firmy ADVACAM je odvozena od detektorů, které v CERNu pomohly objevit například slavný Higgsův boson. Co původně vzniklo pro základní fyzikální výzkum, má teď pomoci léčit rakovinu. 

„Když jsme začínali s vývojem pixelových detektorů pro Velký hadronový urychlovač v CERNu měli jsme v myslích jediný cíl – detekovat a zobrazit každou interagující částici a tak pomoci fyzikům odhalit tajemství přírody. Detektory Timepix byly vyvinuty v rámci multioborové kolaborace Medipix, jejímž posláním bylo přenést tuto technologii do dalších oborů. Na začátku jsme často vůbec netušili, které to budou. Tato medicínská aplikace je toho skvělou ukázkou,“ říká mluvčí Medipix kolaborace Michael Campbell.

Přečtěte si více:

Recenzovaný článek o metodě v Medical Physics Journal

Wissenschaftler des Nationalen Centrums für Tumorerkrankungen (NCT), des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) am Universitätsklinikum Heidelberg testen nun einen Partikeldetektor der tschechischen Firma ADVACAM an ersten Patienten. Die überraschende Anwendung dieser Technologie in der Medizin könnte dazu beitragen, die Nebenwirkungen der Ionenstrahlentherapie zu begrenzen.

„Eine der fortschrittlichsten Methoden zur Behandlung von Kopf- und Halstumoren ist die Bestrahlung mit Ionenstrahlen. Diese Behandlung hat eine einzigartige Eigenschaft: Sie lässt sich genau auf die Tiefe abstimmen, in der die Partikel im menschlichen Kopf die maximale Wirkung entfalten sollten“, erklärt Mária Martišíková, InViMo-Projektleiterin aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ). 

Doch wie andere Bestrahlungsarten hat auch die Ionenstrahlung einen Haken. Die Partikelstrahlen wirken nicht nur auf den Tumor selbst, sondern auch auf einen winzigen Teil des gesunden Gewebes um ihn herum.  

„Solch eine präventive Bestrahlung des sogenannten ‚Saumes‘ um den Tumor herum minimiert die Wahrscheinlichkeit eines Wiederauftretens der Krankheit. Sie schränkt jedoch auch die hochdosierte Bestrahlung aufgrund möglicher Nebenwirkungen wie einer Schädigung der Sehnerven oder des Gedächtnisses ein”, ergänzt Dr. Martišíková. 

Im Idealfall könnte der Bestrahlungsbereich um den Tumor verkleinert und die Dosis für den Tumor erhöht werden. Die derzeitige Technologie ermöglicht jedoch keine hinreichend präzise Ausrichtung der Ionen.  

Hier könnte ein neues Gerät Beam TraX des Prager Unternehmens ADVACAM Abhilfe schaffen. Die „Navigation“ der Ionenstrahlen im Kopf könnte verbessert werden, indem einige Sekundärteilchen verfolgt werden, die entstehen, wenn die Ionen den Kopf des Patienten durchdringen. Man kann es sich so vorstellen, als würde man den Staub beobachten, den ein schnell fahrendes Auto aufwirbelt. 

Eine unzureichend verlässliche „Landkarte“  

Ein Patient, der sich einer mehrwöchigen Ionenstrahlentherapie unterzieht, muss zunächst eine Röntgen-Computertomografie (CT) durchführen lassen. Das CT-Bild des Kopfinneren wird im Wesentlichen als „Landkarte“ verwendet, um den Tumor mit Ionenstrahlen anzuvisieren. Entsprechend dieser „Landkarte“ fährt das imaginäre „Auto“. 

Doch es gibt ein Problem. Die Situation im Kopf des Patienten kann sich während der Therapie verändern. Die ursprüngliche „Landkarte“ kann vom aktuellen Zustand im Schädel abweichen. Dies könnte auf eine Gewebeschwellung, eine Tumorverkleinerung oder eine Infektion zurückzuführen sein. Bislang fehlte den Ärzten ein zuverlässiges Instrument, das sie bei einer Veränderung der Situation warnt. Somit verringert sich die Präzision der angewandten Therapie.   

Zusammen mit ADVACAM haben Wissenschaftler in Deutschland nun eine vielversprechende Verbesserung entwickelt. Das Herzstück besteht aus Teilchenkameras.

„Unsere Kameras können jedes geladene Teilchen der vom Körper des Patienten ausgehenden Sekundärstrahlung registrieren. Es ist, als würde man zusehen, wie sich die Kugeln bei einem Billardstoß verteilen. Wenn die Kugeln laut CT-Bild wie erwartet abprallen, können wir sicher sein, dass wir richtig zielen. Anderenfalls ist es klar, dass die ‚Landkarte‘ nicht mehr korrekt ist. Dann muss die Behandlung neu geplant werden”, erklärt Lukáš Marek von ADVACAM. 

Gesundes Gewebe wird geschont und die Präzision erhöht 

Im Herbst 2023 starteten Experten in Deutschland die klinische InViMo-Studie, um das Potenzial dieses neuen Geräts auf die Probe zu stellen. Sie konzentrieren sich dabei auf Patienten mit Tumoren in der Nähe der Schädelbasis. Dieser Bereich ist aufgrund der Nähe zu wichtigen Strukturen wie dem Hirnstamm für die Bestrahlung schwer zugänglich. 

„Wir hoffen, dass uns das neue Gerät zeigen wird, wie oft und wo die Tumorveränderungen auftreten. In der Regel sind es nur einige Millimeter während der Therapie. Wir sind auch an Bereichen interessiert, in denen keine Veränderungen auftreten oder diese geringer sind als angenommen. Dadurch können wir das bestrahlte Gesamtvolumen des Gewebes verringern. Gleichzeitig wird gesundes Gewebe geschont und die Nebenwirkungen der Strahlentherapie verringern sich. Wir werden auch in der Lage sein, den Tumor mit höheren Dosen zu bestrahlen. Die Dosis für das gesunde Gewebe bleibt unter einem akzeptablen Grenzwert“, ergänzt Mária Martišíková, Leiterin des Teams im Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ).  

Das Vorhandensein von Detektoren hat keinen Einfluss auf die bestehende Therapie. Sie kann von den zusätzlich gewonnenen Informationen nur profitieren. In der ersten Phase könnten die Daten zu einer Unterbrechung und Neuplanung der Bestrahlungsserie führen, falls die Behandlung nicht nach Plan verläuft. Das ultimative Ziel ist ein System, das den Weg des Ionenstrahls in Echtzeit korrigieren kann. 

Von der Teilchenphysik ins Krankenhaus

Die Technologie wird von Detektoren abgeleitet, die zum Beispiel zur Entdeckung des berühmten Higgs-Bosons am CERN beigetragen haben. Was für die Grundlagenforschung entwickelt wurde, soll nun bei der Behandlung von Krebs helfen. 

„Als wir mit der Entwicklung von Pixeldetektoren für den LHC begannen, hatten wir nur ein Ziel vor Augen: jede Teilchenwechselwirkung nachzuweisen und abzubilden und so den Physikern zu helfen, die Geheimnisse der Natur bei hohen Energien zu entschlüsseln. Die Timepix-Detektoren wurden von den multidisziplinären Medipix Collaborations entwickelt, deren Ziel es war, dieselbe Technologie in neuen Bereichen anzuwenden. Viele dieser Bereiche waren zu Beginn völlig unvorhergesehen, und diese Anwendung ist ein hervorragendes Beispiel dafür”, sagt Michael Campbell, Sprecher der Medipix Collaborations.

Erfahren Sie mehr:

Von Experten begutachteter Artikel über das Verfahren in der Zeitschrift Medical Physics

Wenn Sie weitere Informationen benötigen, können Sie uns gern kontaktieren:

Über ADVACAM  

ADVACAM bietet weltweite Innovationen in der Erforschung fortschrittlicher Bildgebungsverfahren und in der Entwicklung und Produktion von Teilchenkameras, die jedes einzelne Photon der einfallenden Strahlung erkennen und zählen können. Das 2013 gegründete Unternehmen entstand auf der Grundlage von Technologien, die in internationaler wissenschaftlicher Zusammenarbeit bei der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) entwickelt wurden. Unsere Partikelkameras werden für verschiedene Analysemethoden eingesetzt, darunter die Überwachung des Weltraumwetters, Partikelverfolgung, Röntgenbeugung, Röntgenfluoreszenz, Elektronenmikroskopie, Dosimetrie oder spektrale „Farb“-Röntgenbilder. 

Kontakt: 

Martin Tyburec, Head of Communications: +420 732 670 960, martin.tyburec@advacam.cz, www.advacam.com 

Über CERN 

CERN, das Europäische Laboratorium für Kernphysik, ist eines der weltweit führenden Laboratorien für Teilchenphysik. Die Organisation befindet sich an der französisch-schweizerischen Grenze, mit ihrem Hauptsitz in Genf. Physiker und Ingenieure am CERN nutzen die größten und komplexesten wissenschaftlichen Instrumente der Welt, um die grundlegenden Bestandteile der Materie – fundamentale Partikel – zu untersuchen. Subatomare Partikel werden nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zum Zusammenstoß gebracht. Der Prozess gibt uns Hinweise darauf, wie die Partikel interagieren, und bietet Einblicke in die grundlegenden Gesetze der Natur. 

Die Technologien, die aus den Medipix Collaborations hervorgegangen sind, sind Beispiele für einen erfolgreichen Wissenstransfer vom CERN zur Gesellschaft. Jede Zusammenarbeit hat viele kommerzielle Aktivitäten in weit auseinanderliegenden Anwendungsbereichen ausgelöst. Medizinische Bildgebung, Weltraumdosis-Messung, Bildung und Materialanalyse, um nur einige zu nennen. 

Kontakt: press@cern.ch  

Über InViMo 

Der therapeutische Kohlenstoff-Ionenstrahl wird im Patienten allmählich langsamer und ist im Tumor am wirksamsten. Wie bei jeder anderen Form der Strahlentherapie geht auch hier eine Sekundärstrahlung vom Patienten aus. Das Ziel von InViMo besteht darin, diesen Nebeneffekt zur Überwachung des Kohlenstoff-Ionenstrahls im Patienten zu nutzen. In der InViMo-Studie wird untersucht, ob die Sekundärstrahlung Informationen liefert, die Rückschlüsse auf kleine Änderungen des Tumorvolumens während der Behandlung zulassen. Diese Studie wird vom Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen (NCT), dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) am Universitätsklinikum Heidelberg unterstützt. 

Kontakt: 

Dr. Mária Martišíková, Deutsches Krebsforschungszentrum DKFZ 

m.martisikova@dkfz.de, Website für klinische Studien von InViMo 

Scientists from the German National Center for Tumor Diseases (NCT), the German Cancer Research Center (DKFZ), and the Heidelberg Ion Beam Therapy Center (HIT) at Heidelberg University Hospital are now testing on the first patients a particle detector supplied by the Czech company ADVACAM. The surprising application of this technology in medicine could help limit the side effects of ion radiotherapy.

“One of the most advanced methods for treating head and neck tumors involves irradiation with ion beams. This has one unique feature: It can be precisely tailored to the depth inside the human head where the particles should have the maximal effect,“ explains Mária Martišíková, InViMo project leader from the German Cancer Research Center (DKFZ)

However, like other types of irradiation, ion radiation also has a catch. The particle beams affect not only the tumor itself but also a tiny part of the healthy tissue around it.

„Such preventive irradiation of the so-called “margin” around the tumor minimizes the probability of the disease’s recurrence. But, it also limits the irradiation of the tumor with a high dose due to the possible side effects such as damage to the optic nerves or memory,“ adds Dr. Martišíková.

Ideally, the irradiation area around the tumor could be narrowed, and the dose to the tumor could be increased. However, current technology does not allow for sufficiently precise targeting of the ions.

This could be addressed by a new device Beam TraX supplied by the Prague company ADVACAM. The „navigation“ of the ion beams inside the head could be improved by tracking some secondary particles created when ions pass through the patient’s head. One could think of this as observing the dust rising behind a fast-moving car.

An insufficiently reliable “map”

A patient undergoing several weeks of ion radiotherapy must first undergo an X-ray computed tomography (CT) scan. The CT image of the inside of the head is essentially used as a “map” to target the tumor with ion beams. According to this “map”, the imaginary “car” drives.

But there is a problem. The situation inside the patient’s head can change during the therapy. The original “map” may differ from the current state inside the skull. This could be due to tissue swelling, tumor shrinkage, or an infection. Until now, physicians lacked a reliable tool to alert them in case of a change in the situation thus reducing the precision of the applied therapy..

Together with ADVACAM, scientists in Germany are now coming up with a promising improvement. Its core consists of particle detectors.

“Our cameras can register every charged particle of secondary radiation emitted from the patient’s body. It’s like watching balls scattered by a billiard shot. If the balls bounce as expected according to the CT image, we can be sure we are targeting correctly. Otherwise, it’s clear that the ‘map’ no longer applies. Then it is necessary to replan the treatment,” describes Lukáš Marek from ADVACAM.

Sparing healthy tissue and enhancing precision

In the fall of 2023, experts in Germany started the clinical study „InViMo“ to verify the potential of this new device. They are focusing on patients with tumors near the base of the skull. This area is challenging to access for irradiation due to the proximity of essential structures like the brainstem.

“We hope the new device will show us how often and where the tumor changes occur. It‘s typically just several millimeters during the therapy. We are also interested in areas where no changes occur or are smaller than assumed. It will allow us to reduce the overall irradiated volume of tissue. At the same time, it will save healthy tissue and reduce the side effects of radiotherapy. We will also be able to apply higher doses of radiation to the tumor. The dose to the healthy tissue will remain below an acceptable limit,” adds Mária Martišíková, the head of the team at the German Cancer Research Center (DKFZ).

The presence of detectors does not affect the existing therapy. It can only benefit from the additional information obtained. In the first phase, data could lead to an interruption and replanning of the irradiation series in case the treatment does not go according to plan. The ultimate goal is a system that would correct the path of the ion beam in real-time.

From particle physics to hospitals

The technology is derived from detectors that helped discover, for example, the famous Higgs boson at CERN. What was initially created for fundamental research is now intended to help treating cancer.

“When we started developing pixel detectors for the LHC we had one target in mind – to detect and image each particle interaction and thereby help physicists to unravel the secrets of Nature at high energies. The Timepix detectors are developed by the multidisciplinary Medipix Collaborations whose aims were to take the same technology to new fields. Many of those fields were completely unforeseen at the beginning and this application is a brilliant example of that,” says Michael Campbell, Spokesperson of the Medipix Collaborations.

Learn More:

Peer-reviewed paper about the metod in Medical Physics journal

Are you curious about how our technology can improve your field?  

We are ready to answer any inquiries

The Peregrine lunar lander was supposed to touch down on the Moon on February 23, 2024. The lander, weighing over a ton and built by the American company Astrobotic Technology, is part of NASA’s Commercial Lunar Payload Services (CLPS) program. However, the control center detected a problem with the propulsion system about seven hours after launch. Consequently, the Vulcan Centaur rocket’s payload could not achieve the required stable orientation.Due to these problems, the probe was unable to perform the maneuver to adjust its trajectory, from which it could later safely reach an orbit around the Moon.

On January 17, Astrobotic announced that Peregrine, along with all its precious cargo, will burn up in Earth’s atmosphere on the night of Friday, January 19, specifically in the region south of Fiji. Along with other excellent scientific equipment, the Czech module, which was to provide valuable data on the composition of radiation on the lunar surface, will also be lost. “This sensor will measure the rate of incident radiation providing, information that is critical to understanding and mitigating the hazardous environment that people will experience as they explore the surface of the Moon.,” describes the radiation sensor on NASA’s official CLPS website. [1]

“The failure of the Peregrine mission is a great loss for scientists around the world. The probe was to help obtain key data for the planned return of humans to the Moon as part of the American Artemis program. A substantial part of this knowledge was to be data on the composition of radiation in the Sinus Viscositatis area. Unlike previously used space dosimeters, our chips can determine the type and energy of each individual particle they detect. Since different types of radiation have completely different impacts on human health or the functionality of electronics, this information could have been extremely useful for planning a longer human presence on the Moon,” explains Jan Jakůbek, co-founder and scientific director of the Holešovice company ADVACAM.

Are you curious about how our technology can improve your field?  

We are ready to answer any inquiries

About ADVACAM

ADVACAM, a spin-off of the Institute of Technical and Experimental Physics at the Czech Technical University (CTU), is an official commercial supplier of radiation detectors for NASA. Products from this Prague-based company have already been aboard the unmanned flight of the Orion spacecraft, which circled the Moon in 2022. Its MiniPIX detectors also map radiation aboard the International Space Station (ISS), and the company is currently developing a detector for the European Space Agency to measure potentially dangerous radiation inside the planned international lunar orbital station Gateway.

Contacts:

Jan Jakůbek, CSO ADVACAM: +420 603 589 854, jan.jakubek@advacam.cz

Jan Sohar, CEO ADVACAM: + 420 603 444 122, jan.sohar@advacam.cz

Martin Tyburec, Head of Communications: +420 732 670 960, martin.tyburec@advacam.cz

Sources of information and photos:

https://science.nasa.gov/lunar-science/clps-deliveries/to2-astrobotic/

https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/timepix-cerns-galleries-moon

https://en.wikipedia.org/wiki/Peregrine_Mission_One

Nová technologie může najít uplatnění v širokém spektru aktivit, souvisejících s běžnou radiační situací i s mimořádnými událostmi. Kromě monitorování změn radiační situace nebo tvorby radiačních map nabídne pomoc například při požárech radiologických zařízení, pátrání po odcizených zdrojích radiace, nehodách při převozu radioaktivního materiálu nebo skenování rozsáhlých oblastí.

“Na rozdíl od dnes běžné dozimetrické technologie umí naše malé senzory určit nejen přítomnost radiace ale také směr, odkud záření přichází. To celé hledání násobně urychluje,” vysvětluje Jan Jakůbek, vědecký ředitel společnosti ADVACAM.

Oproti současným systémům může dron s palubní umělou inteligencí využívat kombinaci malého rozměru a velké mobility, takže zdroj hledat velmi rychle i v obtížně přístupných terénech. „Detekční technika je schopna zachytit a identifikovat jednotlivé částice záření v reálném čase. Díky tomu RaDron umožňuje naleznout zdroj záření výrazně efektivněji, než je to možné dnes, a to při nesrovnatelně nižších pořizovacích nákladech. Navíc jsme v rámci projektu prokázali, že možnost nasazení týmu spolupracujících dronů umožňuje přesně lokalizovat i pohybující se zdroj záření, což je se současnou technologií velmi obtížné a ve spoustě případů prakticky nemožné,“ představuje výhody nového řešení doc. Martin Saska, vedoucí skupiny Multirobotických systémů působící na katedře kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

Mezi široké kompetence ÚJV Řež patří i řešení záchytů neznámých zdrojů radiace. „Detekce zdrojů radioaktivního záření může být někdy velmi problematická, přitom rychlost jejich dohledání a zajištění je pro ochranu zdraví obyvatel a životního prostředí klíčová. Následná identifikace radionuklidů, charakterizace a případná likvidace už se odehrává v bezpečném prostředí našich laboratoří,“ potvrzuje přínosy projektu Karel Prchal, vedoucí oddělení pro nakládání s radioaktivními odpady ÚJV Řež.

Jádrem jsou čipy Timepix3

Cílem projektu RaDron bylo ověřit novou metodu, jak co nejrychleji objevit stojící nebo i pohybující se zdroje radiace. Během tří let výzkumu, financovaného Technologickou agenturou ČR, experimentálně prokázali, že detektor, připojený k autonomnímu dronu, zvládne na ploše 1000 m2 do dvou minut spolehlivě lokalizovat vzorek radioaktivního Cesia-137. Jádrem technologie RaDron jsou čipy Timepix3, které poskytují systému kompletní sadu informací o každé zachycené částici radiace. To z nich dělá výjimečně účinný nástroj pro dozimetrii a pro popis radiačního pole. Čip navíc může fungovat jako takzvaná Comptonova kamera, která dokáže určit směr, odkud částice na senzor dopadají. To znamená, že není třeba systematicky pročesávat celý prostor. Dron může zamířit rovnou k cíli. Klíčovým partnerem projektu byl také český metrologický institut ČMI, který poskytl zdroj ionizujícího záření pro všechny zkoušky. Zároveň prováděl nezbytné matematické simulace pro optimalizaci detektoru.

RaDron může být nasazen i v interiérech budov

Prototyp zařízení vyvinutý ve spolupráci s českými firmami v rámci TA ČR projektu „FW – TREND, Podprogram 1 “Technologičtí lídři” je už hotový a připravený pro nasazení u koncového zákazníka. Akademici z FEL ČVUT jsou schopni na zakázku přizpůsobit software dronu (autonomní vyhledávání a identifikaci zdroje jedním nebo skupinou dronů), firmy ADVACAM s.r.o a Fly4Future s.r.o zase připraví konkrétní aplikaci dronu s detektorem ionizujícího záření Timepix na míru pro koncového uživatele systému. Detektor, který byl vyvinut ve spolupráci s CERN, dodává firma ADVACAM dokonce i americké NASA. Nabízený dron je ve variantě pro let ve venkovním prostředí s GPS nebo ve variantě pro nasazení uvnitř budov a blízko překážek, kde GPS signál není dostupný a dron pro svou navigaci využívá unikátní software vyvinutý vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT.

Kde všude může mít RaDron využití

• Nehody při převozu radioaktivního materiálu
• Požáry na radiologických odděleních nemocnic
• Jaderné havárie
• Pátrání po ukradených zdrojích radiace
• Systematické skenování zájmových oblastí a tvorba radiačních map
• Identifikace typu zdroje radiace
• Monitorování změn radiační situace

Skupina Multirobotických systémů (MRS), Fakulta elektrotechnická ČVUT

Skupina Multirobotických systémů (MRS), působící na Katedře kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze, využívá světově unikátní technologii velmi přesného řízení helikoptér, která se ukazuje jako výrazně nejspolehlivější a nejúspěšnější ze všech konkurenčních řešení. Schopnost létat velmi přesně, a tedy bezpečně, je klíčová pro nasazení v celé řadě situací, zejména blízko překážek, v uzavřených prostorách a interiérech budov.

Tým ve vývoji těchto technologií za několik let intenzivního výzkumu ve spolupráci s předními laboratořemi světa významně pokročil. Současné drony se dokáží pohybovat autonomně po předem určené bezpečné trase a přitom reagovat na nečekané překážky. Schopnosti skupinového letu a stabilizace nízko letících robotů výzkumníci z Karlova náměstí již testují mimo jiné v oblasti vyhledávání a záchrany osob v nedostupných terénech podzemí či pouště, mapování historických interiérů nebo při dohledu nad stožáry elektrického vedení.

https://mrs.felk.cvut.cz/

ÚJV Řež, profil divize Radioaktivní odpady a vyřazování

Jsme jedinou firmou v ČR, která pokrývá kompletní řetězec služeb v oblasti nakládání s radioaktivními odpady (RAO) od jejich detekce a identifikace, přes jejich zpracování a úpravu (likvidaci) až po jejich přípravu na bezpečné uložení. Pro všechny nabízené činnosti máme kvalifikaci, zahrnující i všechna potřebná povolení SÚJB.

Nakládání s radioaktivními odpady v naší kompetenci zahrnuje:

• detekci, identifikaci a charakterizaci RAO včetně řešení nálezu neznámého nebo opuštěného zdroje ionizujícího záření (IZ),
• sběr, třídění, skladování, přepravu, zpracování a úpravu institucionálních RAO (likvidace RAO),
• podporu technologiím pro zpracování a úpravu RAO,
• vývoj a podporu provozu úložišť RAO,
• akreditovaná měření obsahu radionuklidů a jaderných materiálů.

Zpracováváme a upravujeme k uložení více než 95 % RAO (pevných i kapalných) vznikajících v ČR v průmyslu, v nemocnicích a na dalších pracovištích. Samostatnou komplexní oblastí našich služeb nakládání s RAO je vyřazování jaderných zařízení a pracovišť se zdroji ionizujícího záření z provozu (tzv. decommissioning).
Od roku 2007 zajišťujeme v mezinárodním prostředí komplexní služby při přepravě vyhořelého jaderného paliva z výzkumných reaktorů.

Radioaktivní odpady a vyřazování – ÚJV Řež, a. s. (ujv.cz)
https://www.youtube.com/watch?v=v_yhcukYYDA&t=35s

ADVACAM s.r.o.

ADVACAM přináší globální inovace ve výzkumu pokročilých zobrazovacích metod a ve vývoji a výrobě částicových kamer schopných detekovat a počítat každý jeden foton dopadajícího záření.
Společnost založená v roce 2013 vznikla na základě průlomových technologií, které byly vyvinuty v rámci mezinárodní vědecké spolupráce na půdě Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN).

Patentované detektory společnosti ADVACAM patří mezi nejpokročilejší zobrazovací technologie na světě. Tyto průlomové kamery se používají v širokém spektru odvětví pro různorodé aplikace. Například pro měření radiačních podmínek na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS), pro komunikační satelity Evropské kosmické agentury (ESA), pro analýzu nerostů v těžebním průmyslu, pro nedestruktivní testování v letectví, neinvazivní lékařské zobrazování a dokonce i pro inspekci výtvarného umění.

www.advacam.cz

The MiniPIX SPACE particle counting camera builds upon technology originally developed for basic particle physics research at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. This lightweight device, weighing just a few tens of grams, can distinguish the type of each individual particle, as well as its energy and direction —a feat no other space dosimeter can achieve.

Currently, 14 of ADVACAM’s detectors are operational on the International Space Station. Company‘s chips were onboard the NASA Orion spacecraft during its moon flyby. The British company, OneWeb, is testing them for its satellite internet constellation. Moreover, the camera is set to monitor the radiation conditions at the planned international lunar station, Gateway^[1][2]

„Now, ADVACAM is coming with a new ambitious dimension on how to use their detectors: aiming to predict so-called cosmic weather and introducing 4 NEW LEVELS of its monitoring.“

LEVEL 1: Monitoring Total Radiation Dose

High-energy particles can penetrate a spacecraft, posing a significant risk to both the crew and the equipment. The ability of our detectors to monitor the total dose is therefore crucial, for example, for planning mission durations or satellite lifespans.

LEVEL 2: Adaptive Protective Measures

ADVACAM’s detectors can also determine the direction of incoming radiation, its energy, and particle type. These unique features allow for timely adaptation to incoming threats. The idea is to activate protective systems like shielding or “safe mode” only when detectors see truly dangerous radiation. Just as people take an umbrella when they see dark clouds.

LEVEL 3: Cosmic Weather Forecast

By identifying particle types, our cameras support cosmic weather prediction. Lighter particles arrive from the Sun to Earth several minutes earlier than the heavier, more energetic, and harmful ones. This creates a valuable window for activating protective measures. Alert against truly dangerous particles can come with a thirty-minute lead.

LEVEL 4: Satellite Constellation Warning System

In the last decade, large satellite constellations have emerged. Equipping them with our detector could create a warning system. Satellites detecting dangerous activity could alert others, ensuring timely preparation against potential threats when entering radiation-exposed areas.

MiniPIX SPACE as a Satellite Component

• Dimensions: 90 x 32 x 11 mm
• Weight: < 140 g
• Power Consumption: < 3 W
• SW: Data processing software provided
• Details: https://www.advacam.com

A compact, durable design prepared for use in space conditions and vacuum. A unique solution ready for integration as a radiation monitor with the ability to predict cosmic weather.

Examples of a sunstorm particles tracked by a TPX3 detector with 500 µm Silicon sensor

ADVACAM was founded in 2013 as a spin-off of the Institute of Technical and Experimental Physics of the Czech Technical University. Since its foundation, this Czech company has been using and developing groundbreaking particle camera technology for radiation monitoring, originally developed for the needs of CERN, the European Organization for Nuclear Research. Our company innovates, designs and manufactures these particle cameras. We are currently the official supplier of radiation monitoring solutions for the US space agency NASA. We are also involved in a number of ESA projects. As a result, 14 of our devices are now routinely in service on board the International Space Station (ISS), making a major contribution to improving the safety of the human crew as well as protecting critical electronic equipment.

It is not only for these reasons that we see a number of opportunities and challenges for our company, for the Czech Republic and for the international community in major Aleš Svoboda’s potential journey. This is an unusual opportunity for a Czech astronaut to conduct professional and educational experiments with a Czech device in orbit and thus contribute to its further development or to the verification of its advanced functions.

Professional benefits and challenges

• The presence of a Czech astronaut means a unique opportunity to test advanced functions and principles of detectors that are not currently used by the ISS crew!
• The activities of the Czech astronaut may include a series of experiments using the latest generation of Czech particle detectors including:
  • Validation of a key advanced feature for “space weather forecasting”
  • Testing the ability to obtain information about the direction of incoming cosmic rays
  • Verification of the effectiveness of existing shielding in individual ISS modules (radiation mapping)
  • Tests of the optimum schedule of action to protect the crew and/or electronic equipment in case of emergency
  • The Czech astronaut’s work will result in a strategy to protect the crew and equipment from the effects of space weather. This strategy is essential for future interplanetary flights where the effect of radiation is even more profound – outside the Earth’s magnetic field. This also applies to the return of humanity to the Moon – i.e. a significant international overlap of the Czech astronaut’s mission!
• The ISS is already equipped with our space-based particle imaging detector technology and it is frequently used on the station. It is well known to all stakeholders (NASA, ESA, etc.)
• It is a miniaturised device that does not require complex installation and is instantly ready for use. The Czech astronaut can use the existing equipment on board, but also bring additional particle cameras for his own experiments.
• The purpose of the device is to protect human crew and electronic equipment from the negative effects of cosmic radiation.
  • “Solar storms” cause a sudden and huge increase in radiation that threatens the health and lives of the crew. At the same time, the storms affect the operation of electronic devices, which can result in their failure. The tested technology makes it possible to identify these events several minutes in advance, which is sufficient for taking steps to mitigate the impending damage (moving the crew to shielded areas, putting the electronic equipment on “stand-by”, etc.)

Educational programme for the public

• Radiation is all around us. On the Earth’s surface, we are protected by the Earth’s atmosphere and magnetic field, which act as a protective shield. In space, radiation is present in much larger quantities and in a much broader spectrum of different particles. Some of them have devastating effects on living organisms or complex electronic equipment.
• A promotional presentation can be made during the mission. During the presentation, it will be possible to directly compare the radiation detected in orbit with that detected at the exact same moment by people on the Earth’s surface. And all this in an easy-to-understand graphical form.
  • Thanks to the existence of an educational version of the particle camera, which we distribute worldwide, students in schools, the media, people in hospitals, underground, underwater, in the mountains… can take part in this experiment. This will make it a citizen–scientist experiment that will result in valuable scientific data on the correlation of cosmic rays in orbit and on the Earth’s surface
  • Student groups from all over the world are already using our MiniPIX EDU educational cameras. In hundreds of educational institutions.

Commercial context

• The Czech company is already supplying this technology to NASA and ESA, but they are only using a fraction of the potential. However, the Czech party was not able to conduct independent experiments. The parameters of the new generation have been multiply improved, the experiments will enable a significant shift in the commercialisation of the cutting-edge technology, for example, to facilitate its promotion in the commercial satellite segment.
• Particle camera technology has applications not only in space: medicine (radiotherapy, diagnostics), industry (non-destructive testing, radiation safety) …

Social overlap

• Increased prestige and self-confidence of the Czech Republic, the ability to offer a completely independent programme with benefits for the future of interplanetary flight.
• Increased motivation of Czech students to pursue technical disciplines with a global focus.
• A positive story unifying Czech society (pride, links with the traditions of the Czech industrial and scientific superpower…)

The RaDron project (video) combines cutting edge single particle detectors manufactured by ADVACAM company and autonomous drones from the Czech Technical University in Prague. Core of the technology, a TimePix3 chip, was originally developed by the European Organization for Nuclear Research (CERN).

Over the last three years the scientific team has experimentally proved a technology concept for localization of sources of ionizing radiation. One of their goals was to significantly shorten the time needed to find any commonly used radioactive source.

Localization within 1-2 minutes

The researchers have tested several strategies for autonomous localization of the static and moving source of radiation. According to the experiments performed, a much weaker Cesium-137 source can be localized within 1-2 minutes in the area of 1000 m².

“In contrast to existing technology, our compact sensors can give direction towards the source of radiation, not only detecting its presence. That is what makes the searching process much faster – the order of magnitude at least. People in Australia were lucky, because it was found only six feets away from the side of the road. We would be able to discover it even if it would be many meters away,” explains Jan Jakůbek, CTO at Advacam.

Autonomous searching

The TimePix3 chip provides complete information about each detected radiation particle – the position, energy and time of interaction. It is a very powerful tool for advanced dosimetry and characterization of the radiation field. It can be also operated in a mode of Compton camera, providing the direction of the incoming photons based on the Compton effect in the sensor.

“Our detectors working in Compton camera mode provide the direction where the radiation comes from. That means there is no need to slowly systematically map the area, ” describes Daniela Doubravová, RaDron project leader, ADVACAM.

“In addition, we have demonstrated that the possibility of deploying a team of cooperating drones allows to accurately locate even a moving source of radiation, which is very difficult with the current technology,” presents Martin Saska, head of Multi-robot Systems Group at the Faculty of Electrical Engineering, CTU in Prague.

Looking for partners

The non-commercial scientific project funded by the Technology Agency of the Czech Republic was successfully finished last year. The concept was proved and a set of prototypes was constructed.

“However, we still need a commercial partner, who would actually bring this combination of our detectors with the drones to the market,” says Jan Jakůbek.

Use cases

• accident of a car carrying radioactive material
• fire in the radiological department of a hospital
• nuclear accidents
• searching for a stolen or lost radiation source

In practice, we expect a cooperation of ground and aerial vehicles and a complex approach combining several detection methods that cover:

• systematic scanning of the area of interest and measurement of the radiation map
• determination of the area affected by the radiation
• identification of radiation source type
• localization of separated sources or hotspots using Compton camera
• monitoring of changes of the radiological situation in time

About ADVACAM

ADVACAM is an innovative company from the Czech Republic. Its unique single particle detectors operate at the International Space Station (ISS) and will take part in radiation monitoring of the NASA Artemis Programme as well.

Feel free to use the attached press release. Our experts are ready to answer any further question.

You also can download a PresKit including some video statements.

Martin Tyburec
PR manager ADVACAM
martin.tyburec@advacam.cz
+420 732 670 960