Thumbnail Image

Konzepte zur Entwicklung einer neuen Generation medizinischer Endoskope

Kilian, Arwed

Die vorliegende Arbeit beschreibt verschiedene Konzepte zur Entwicklung einer neuen Generation medizinischer Endoskope. Neben einer grundsätzlichen Einführung zu den medizinischen Grundlagen und den gesetzlichen Regelungen, werden im zweiten Teil der Arbeit eine Vielzahl von konstruktiven Ansätzen erläutert. Der Aufbau und die Wirkungsweise sowie die Vorzüge und Grenzen verschiedener Konstruktionen werden beschrieben. Dampfsterilisierbare medizinische Endoskope sind derzeit starre optische Geräte, in deren Schaft Stablinsen hintereinander angeordnet sind, womit das einen großen Raumwinkel umfassende Bild aus dem Körperinneren direkt zum Beobachter oder zu einer externen Kamera gelangt. Das vorgestellte Konzept basiert auf der möglichen Integration eines miniaturisierten Linearantriebes zur Linsenverstellung und eines CCD-Bildaufnehmers direkt in die Spitze eines neuartigen Endoskops und die damit verbundene Möglichkeit, eine flexible Blickrichtung zu schaffen. Es sind mehrere Varianten von lenkbaren Endoskopspitzen entwickelt und untersucht worden. Das vielversprechendste Konzept wurde realisiert und ein komplettes Funktionsmuster aufgebaut. Des Weiteren werden Konzepte für die Realisierung eines definierten Bildhorizonts detailliert vorgestellt. Die technische Umsetzung eines definierten Bildhorizonts ermöglicht dem Arzt eine bessere Orientierung im Operationsfeld, insbesondere bei der Verwendung von Seitenblickoptiken. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung verschiedener Beleuchtungskonzepte, welche auf das neue optische System abgestimmt sind und neben einer verbesserten Ausleuchtung der zu inspizierenden Areale, zu einer wesentlich besseren Ergonomie führen. Die Erläuterungen zu verschiedenen konstruktiven Detaillösungen und Angaben zu geeigneten Materialien und Fertigungsverfahren komplettieren diesen Teil. Im letzten Abschnitt der Dissertation werden drei realisierte Prototypen beschrieben, die ihre technische, ergonomische und medizinische Tauglichkeit bei verschiedenen Operationen unter Beweis stellten.
This study describes various concepts for developing new generations of medical endoscopes. Next to a general introduction which provides the medical background and the current legal regulations, a multitude of novel design approaches are presented. The configuration and the mode of action as well as the advantages and limitations of these designs are discussed. Sterilizable medical endoscopes are rigid optical devices with rod lenses. These lenses transfer the image out of the body where an eye-piece or an external camera can be used for viewing. The present concept, however, is based on the integration of the entire optical module into the distal tip of the endoscope. The optical module comprises the lens system, a novel miniaturized linear motor for moving one or more lenses within the optical system, and a CCD-chip. This setup enables the shaft to be made flexible and to change the direction of viewing without moving the endoscope itself. Various designs for a flexible tip have been developed and investigated. The most promising design was constructed and a complete functional model was set up. Furthermore, new concepts for obtaining a defined orientation of the image regardless of the rotation of the endoscope are described. This is of special interest when endoscopes with side glance are used. A detailed description of this setup is provided. Furthermore, new illumination principles which are adapted to the optical module are designed with the aim of improving the ergonomics and reducing the costs. A variety of materials and manufacturing procedures for various designs are specified. Finally, three prototypes have been manufactured. Their technical quality and ergonomics, as well as their performance in clinical practice were evaluated.