Ein Hauch von Endoskop
Künstliche Intelligenz hilft bei der Entwicklung dünnerer Endoskope.
Flexible Endoskope werden in der Medizin und in technischen Branchen zur Untersuchung schwer zugänglicher Hohlräume eingesetzt. Eine Verringerung ihres Durchmessers wäre deshalb für viele Anwendungen von großem Nutzen. Absolventen der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) entwickelten nun ein auf KI basierendes mathematisches Modell, das dieses Ziel umsetzt.
Endoskope mit einem sehr kleinen Durchmesser sind nicht zuletzt bei einer Gastroskopie oder Nasenspiegelung bei Kindern von großem Vorteil. Die Bildübertragung erfolgt dabei über Glasfaserbündel aus vielen tausend Einzelfasern. Ziel zweier Abschlussarbeiten an der WHZ und am Fraunhofer-Anwendungszentrum für optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM ist es, die Bildübertragung durch eine einzelne optische Faser von nur rund 100 Mikrometern Durchmesser zu ermöglichen. Ein menschliches Haar ist zum Vergleich etwa achtzig Mikrometer dick.
Die Wissenschaftler entwickelten dafür ein mathematisches Modell, welches das Ausgangsbild rekonstruieren kann. „Wir standen hier vor einer großen Herausforderung. Schaut man durch eine einzelne Faser, sieht man am Faserausgang nur eine Ansammlung unorganisierter Lichtpunkte. Das Ausgangsbild wird nicht eins zu eins über eine einzelne Faser übertragen. Außerdem waren Konzepte für die Stabilität der Übertragung notwendig“, erklären Antje Schuschies und Leander Kläber, Absolventen im Bereich physikalische Technik.
Das von ihnen entwickelte mathematische Modell kann das Bild durch Berechnung wiederherstellen. „Dadurch lässt sich der Durchmesser bei Endoskopen reduzieren. Auch eine Manipulation des Lichts am Faserende ist mit dieser Technik denkbar. Wenn dies gut gelingt, könnte diese Technik für chirurgische Eingriffe verwendet werden. Unsere Vision ist ein Endoskop, so dünn wie ein menschliches Haar!“, betont Peter Hartmann, Professor an der physikalischen Technik und Leiter des Fraunhofer-Anwendungszentrums. Die Wissenschaftler haben mit dem entwickelten mathematischen Modell die Methode bestätigt. Derzeit arbeiten sie an der Bildrekonstruktion bei Bewegung der Faser oder Wärmeeinfluss. Ihre Forschungsarbeiten wollen sie mit Industriepartnern weiterverfolgen.
Für endoskopische Bildleiter werden häufig Glasfaserkabel mit einigen hundert Glasfasern verwendet. Faserbündel mit einem großen Durchmesser von mehreren Millimetern sind für bestimmte Einsätze in der Medizin oder Industrie von Nachteil. Daher sollen in Zukunft optische Multimodefasern mit einem Kerndurchmesser von wenigen zehn Mikrometern in Endoskopen eingesetzt. Im Unterschied zu Bildleitkabeln ermöglichen einzelne optische Multimodefasern keine direkte Bildübertragung.
Westsächsische HS Zwickau / DE
