Innere Medizin

Endoskopie von Ablagerungen in Herzkranzgefäßen

13. August 2020, 09:02 Uhr   |  Universität Stuttgart

Endoskopie von Ablagerungen in Herzkranzgefäßen
© Florian Sterl, Sterltech Optics

Miniaturoptik im Inneren einer Ader

3D-Bilder aus dem Inneren von Adern

Die Endoskopie erlaubt es, mithilfe 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 Mikrometer 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.

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Laser-OCT-Endoskop erkennt Ablagerungen schneller

Forschende der Universitäten Stuttgart und Adelaide sowie weiterer Forschungseinrichtungen in Australien entwickelten nun eine 3D-gedruckte Mikro-Optik von nur 125 µm Durchmesser, die direkt auf die Glasfaser gedruckt werden konnte. Die Mikrooptik ist in der Lage, das Laserlicht zur Seite abzulenken, auf einen Punkt zu fokussieren und gleichzeitig die Laserstrahl-Verzerrung beim Durchgang durch eine kapillar-förmige Kunststoff-Hülle von weniger als 0.5 mm Durchmesser, die zum Schutz des Endoskops angebracht ist, zu korrigieren. Mit dem Laserstrahl tastet der Arzt spiralförmig die Innenwand eines Gefäßes ab und bekommt so sehr genaue 3-dimensionale Bilder - direkt aus dem Inneren der Ader.

Das 3D-gedruckte Endoskop, bestehend aus einer transparenten Glasfaser, Führungen zur Rotation der Glasfaser (schwarz) sowie einer durchsichtigen Schutzhülle, hat einen Gesamtdurchmesser von weniger als 0,5 mm.
© Universität Stuttgart/ PI 4

Das 3D-gedruckte Endoskop, bestehend aus einer transparenten Glasfaser, Führungen zur Rotation der Glasfaser (schwarz) sowie einer durchsichtigen Schutzhülle, hat einen Gesamtdurchmesser von weniger als 0,5 mm.

Die so entstandene – laut Forscher – kleinste Endoskop-Optik der Welt hat mit Hülle einen Durchmesser von weniger als einen halben Millimeter. 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, 3-dimensionale 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-Endoskopie-aufnahmen schon sehr früh erfasst werden konnten.

Sprung an den Markt

Dr. Simon Thiele (TU Stuttgart) ist dabei, mit einem Partner die 3D-gedruckten Mini-Optiken in einer Ausgründung zu kommerzialisieren. Die Nanoscribe GmbH, Karlsruhe, die selbst vor 11 Jahren vom KIT ausgegründet wurde und in der Zwischenzeit über 70 Mitarbeiter beschäftigt und im vorletzten Jahr aus der Hand von Ministerpräsident Kretschmann den Landespreis für Junge Unternehmen erhielt, hat den ultrapräzisen 3D-Drucker gebaut.

Die Carl Zeiss AG, Oberkochen, Weltmarktführer im Bereich Medizintechnik, hat sich bereits an der Firma Nanoscribe beteiligt. Unterstützt wurden diese Forschungen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, von der Baden-Württemberg-Stiftung, und vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD). (me)

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