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3D-gedrucktes Mini-Endoskop zeigt Ader von innen

3D-Druck
3D-gedrucktes Mini-Endoskop zeigt Ader von innen

mini-Endoskop.jpg
Miniaturoptik im Inneren einer Ader
(Bild: Florian Sterl, Sterltech Optics)
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Endoskopische Untersuchungen von Cholesterin-Plaques und Thrombosen in Herzkranzgefäßen oder in der Halsschlagader ermöglicht ein Mini-Endoskop, das Forscher aus Deutschland und Australien im 3D-Druck hergestellt haben.

Die Endoskopie erlaubt es, mit Hilfe eines röhrenförmigen Instrumentes in den Körper hineinzuschauen, zum Beispiel bei einer Darm- oder Magenspiegelung. Leider sind diese Instrumente häufig noch immer so dick wie ein Finger und nicht geeignet, um in feinste Arterien vorzudringen. Abhilfe verspricht die Glasfaser-Technologie, denn die haarfeinen Fasern sind nur 125 µm dick. Das Hauptproblem ist es dabei, die Glasfaser mit einer Optik zu bestücken, die einen Laserstrahl zur Seite ablenkt, die Gefäßwand abtastet und das reflektierte Licht wieder in die Glasfaser einkoppelt.

Dabei kommt eine Technologie namens „Optische Kohärenztomographie (OCT)“ zum Einsatz, die viele von der Netzhautuntersuchung beim Augenarzt kennen dürften. Bei dieser Technik wird ein Laserstrahl, dessen Farbspektrum relativ breit ist, auf das zu untersuchende Gewebe gerichtet, und die Analyse des reflektierten Lichtes ermöglicht eine genaue Tiefenkartierung des untersuchten Gewebes.

Inhaltsverzeichnis

1. Mikro-Optik für das Mini-Endoskop
2. Mediziner untersuchen Halsschlagader und Mäuse-Arterien
3. Mini-Endoskop soll zur Marktreife gebracht werden

Mikro-Optik für das Mini-Endoskop

Eine jüngst entwickelte 3D-gedruckte Mikro-Optik von nur 125 µm Durchmesser kann direkt auf die Glasfaser gedruckt werden. Diese Mikrooptik ist in der Lage, das Laserlicht zur Seite abzulenken und auf einen Punkt zu fokussieren. Darüber hinaus kann sie gleichzeitig die Laserstrahl-Verzerrung beim Durchgang durch eine kapillar-förmige Kunststoff-Hülle korrigieren, die zum Schutz des Endoskops angebracht ist. Mit dem Laserstrahl tastet der Arzt spiralförmig die Innenwand eines Gefäßes ab und bekommt so höchst genaue dreidimensionale Bilder – direkt aus dem Inneren der Ader.

An diesem Endoskop haben eine Reihe von Forschern gearbeitet: Dr. Simon Thiele aus der Gruppe von Prof. Alois Herkommer vom Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart sowie die 3D-Druck-Experten um Prof. Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut, zusammen mit Dr. Jiawen Li und Prof. Robert McLaughlin von der Universität Adelaide sowie Kolleginnen vom Royal Adelaide Hospital, vom Sahmri Institut in Adelaide und vom Monash Cardiovascular Research Center in Melbourne.

Mediziner untersuchen Halsschlagader und Mäuse-Arterien

Die so entstandene kleinste komplexe Endoskop-Optik der Welt hat mit Hülle einen Durchmesser von weniger als 0,5 Millimetern. Sie wurde von den Australiern mit ihren OCT-Systemen kombiniert und dann in den beteiligten Kliniken in eine menschliche Halsschlagader sowie in Mäuse-Arterien eingeführt.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sie durch Rotation der Optik in einer flexiblen Hülle extrem hochauflösende, dreidimensionale Aufnahmen der Gefäße machen konnten. Bei der weiteren Untersuchung der Gefäße zeigte sich, dass die wesentlichen Ursachen von Gefäßkrankheiten, nämlich die Plaques sowie die Cholesterin-Kristalle, in den berührungslosen Laser-OCT-Endoskopieaufnahmen schon sehr früh erfasst werden konnten.

Dr. Simon Thiele, der für das Design der Miniaturoptik verantwortlich war, glaubt, dass zu den bisher weltweit über 40.0000 durchgeführten OCT-Endoskopieuntersuchungen Millionen weitere hinzukommen könnten, da das Miniatur-Endoskop leicht in Adern mit nur 0,5 Millimetern Innendurchmesser eingeführt und gedreht werden kann. „Ich hoffe, dass man Plaque-Ablagerungen in Zukunft rechtzeitig detektieren kann, und vielleicht wird es einmal möglich, mit einem geeigneten Laserstrahl diese Thromben rechtzeitig aufzulösen“, so der Stuttgarter Wissenschaftler.

Mini-Endoskop soll zur Marktreife gebracht werden

Thiele ist dabei, mit einem Partner die 3D-gedruckten Mini-Optiken in einer Ausgründung zu kommerzialisieren. Den ultrapräzisen 3D-Drucker, der hierfür genutzt wird, hat die Nanoscribe GmbH aus Karlsruhe gebaut, die vor elf Jahren vom KIT ausgegründet wurde und in der Zwischenzeit über 70 Mitarbeiter beschäftigt.

Veröffentlichung zu den Forschungsarbeiten:

https://www.nature.com/articles/s41377-020-00365-w


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