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Je dünner, je besser - Glasfaserbeleuchtung für Einweg-Endoskope

Lichttechnologie
Plug-and-Play-Glasfaserbeleuchtung von Schott optimiert Einweg-Endoskope

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Die neuesten Plug-and-Play-Elemente der SingleEZ-Produktfamilie von Schott ermöglichen eine unkomplizierte und kostengünstige Einbindung der Glasfaserbeleuchtung in Einweg-Endoskope.

Bernhard Gerl
Technik- und Fachjournalist aus Mainz

Mehrweg statt Einweg – dies scheint ein allgemeiner Trend in unserem Alltag zu sein, doch für Endoskope gilt dies nur bedingt, denn die Wiederaufbereitung der Geräte ist zeitaufwendig und teuer. Ein Beispiel, bei dem dies besonders zum Tragen kommt, sind Duodenoskope: Die Spezialendoskope kommen bei der Untersuchung des Zwölffingerdarms zum Einsatz und gelten durch ihren Endoskop-im-Endoskop-Aufbau als sehr schwer zu reinigen.

„Wir Ärzte verfolgen die Entwicklung von Einweg-Endoskopen mit großem Interesse“, berichtet Prof. Dr. Ralf Kiesslich, Chefarzt der Klinik für Innere Medizin der Helios-Dr.-Horst-Schmidt-Kliniken in Wiesbaden. So ist es kein Wunder, dass Acumen Research zwischen 2018 und 2026 eine Wachstumsrate für Einweg-Endoskope von 27 % und damit für 2026 ein Marktvolumen von 3,1 Mrd. US-$ prognostiziert hat. Zu Beginn der Marktentwicklung gelte das Wachstum vor allem für kleine Endoskope wie Bronchoskope, Rhinoskope und Zystoskope.

Lichttechnologie ist entscheidend bei der Endoskop-Konstruktion

Bei der Konstruktion von Endoskopen ist die verwendete Lichttechnologie eine maßgebliche Komponente; möglich sind an der Endoskopspitze angebrachte LEDs sowie Lichtleiter aus Polymeren oder Multikomponentenglas, die mit einer externen Lichtquelle arbeiten. LEDs an der Spitze scheinen eine moderne Lösung zu sein, doch deutlich mehr als die Hälfte des Stroms, mit dem sie versorgt werden, geht vor Ort als Wärme verloren – ein Problem, denn Komponenten, die mit Gewebe in Berührung kommen, dürfen maximal 41 °C warm werden. Auch können elektromagnetische Felder das Bild des Kamerasensors in modernen Videoskopen stören. Lichtleiter aus Polymerfasern sind preisgünstig, doch relativ dick, wenig flexibel und thermisch nicht beständig.

Haarfeine Lichtleiter aus Glas für maximale Lichtmenge

Bündel aus nur 30 µm dicken Glasfasern sind ideal, um die maximale Lichtmenge durch das Endoskop an die gewünschte Austrittsstelle zu bringen, denn ihr geringer Platzbedarf erlaubt die Konstruktion besonders dünner Endoskope oder schafft Raum für einen größeren Arbeitskanal oder Kamerachip.

Ein entscheidender Vorteil ist ihr gegenüber LEDs und Polymerleitern höherer Farbwiedergabeindex (CRI). „Für den Arzt ist es vorrangig, dass er die Farbe eines Gewebes erkennen kann“, erklärt Prof. Dr. Kiesslich. „Dazu muss in die Faser eingespeistes weißes Licht an der Endoskopspitze wieder weiß herauskommen. Dies gilt auch, wenn wir zum Beispiel den Blauanteil des Lichts erhöhen, um Adern besser zu erkennen. Das Frequenzspektrum des in die Faser eingekoppelten Lichts muss dem des in das Gewebe ausgekoppelten Lichts genau entsprechen.“ Diese Anforderung erfüllen Glasfasern sehr gut.

Haardünne Glasfasern transportieren Licht meterweit

Im Grunde wirkt jedes Material, durch das Licht fällt, wie ein Filter. Wäre Fensterglas einige Zentimeter dick, hätte alles einen Grünstich. Glasfasern von Schott schaffen es dagegen durch ihren besonderen Aufbau, die Lichtqualität über mehrere Meter vollständig zu erhalten. Die weniger als haardünnen Fasern bestehen aus zwei Schichten, einem 2 bis 3 µm dicken Mantelglas und einem Kernglas. Diese unterscheiden sich in ihrem Brechungsindex, dadurch wird Licht im Inneren der Faser durch Totalreflexion weitergeleitet – und zwar im sichtbaren Bereich des Spektrums annähernd gleich gut, sodass es zu keiner Farbveränderung kommt. Die beiden Spezialgläser sind Hightech-Eigenentwicklungen des Unternehmens und optimal aufeinander und auf die Anforderungen der Anwendung abgestimmt.

Daneben spricht für Glasfasern auch, dass sie chemisch und biologisch inert, frei von Blei und gerade aufgrund ihres geringen Durchmessers besonders flexibel und mechanisch stabil sind. Zudem entspricht – ganz anders als bei Polymerfasern – der sehr weite Abstrahlwinkel der Glasfasern von bis zu 120° genau dem Kamerawinkel, sodass sie den zu untersuchenden Bereich vollständig schattenlos ausleuchten können.

Glasfaser-Technologie auch für Einweg-Endoskope sinnvoll

Außerdem sind Glasfasern besonders temperaturbeständig. Dadurch wird es möglich, etwa das Licht aus einer heißen Hochleistungslichtquelle in Glasfasern einzuspeisen – und dies ebenso unter dem großen Winkel von 120°. Durch die räumliche Trennung des distalen Endes von der Lichtquelle kommt kaltes weißes Licht mit nur wenig erhitzendem Infrarotanteil am zu untersuchenden Gewebe an.

Trotzdem werden Glasfasern für Einweg-Endoskope oft nicht in Betracht gezogen, weil sie bisher aufgrund ihres aufwendigen Handlings bei der Installation als teuer galten. Doch durch die neue Technologie der SingleEZ-Produktfamilie von Schott kann nun ein fertiges modulares Beleuchtungssystem ohne Nachbearbeitung der Fasern nach der Installation und besonderes Know-how eingebaut werden.

Produktfamilie mit Plug-and-Play-Komponenten

Die Produktfamilie besteht aus einem Lichtleiter, einer Lichtleiter-Kamera-Kombination und einem Komplettpaket, zu dem auch noch die Lichtquelle gehört. In jedem Fall bietet der Lichtleiter eine platzsparende Lösung für hochwertiges Licht, genau an der Stelle, an der es benötigt wird. Die Lichtleiter-Kamera-Kombination kann je nach Anforderung mit verschiedenen Kameras und Chipgrößen ausgestattet werden. Die Faserbündel schmiegen sich dabei eng ganz um die Kamera: sie werden an zwei oder drei Seiten, U- oder nierenförmig, um sie herum angeordnet. Beim Komplettpaket kommt noch eine anwendungsspezifische Lichtquelle dazu, die sehr gut für die Endoskopie geeignet ist.

Durch die Plug-and-Play-Module der Single-EZ-Produktfamilie wird daher eine Großserienfertigung von Einweg-Endoskopen mit überlegenen Glasfaserlichtleitern zu einem attraktiven Preis möglich. Der Hersteller profitiert von den umfangreichen Erfahrungen des Technologiekonzerns bei der Lieferung von Glasfasern für andere Massenmärkte wie für die Automobilindustrie.

www.schott.com/lightingimaging


Kontakt zum Unternehmen:

Schott AG Lighting and Imaging
Otto-Schott-Str. 2
55127 Mainz
www.schott.com/lightingimaging

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