Technologie

Ein Hauch von Endoskop

31.03.2021 - 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
 

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