Operationstechniken verbessern: Variable Fokussierung und optimale Schärfe für endoskopische Anwendungen

Die moderne Medizintechnik strebt danach, Patienten durch Therapien möglichst wenig zu belasten. Endoskope, die minimal invasive Eingriffe ermöglichen, leisten dazu einen wichtigen Beitrag, beispielsweise bei der Laparoskopie (Bauchspiegelung). Gerade bei medizinischen Eingriffen steht die Forderung nach scharfen und detailreichen Bildinformationen an oberster Stelle, um bestmögliche Erfolgsaussichten zu erlangen.

Die Übertragung der Bildinformation bei Chip-on-the-Tip-Endoskopen erfolgt über einen Bildsensor in der Endoskopspitze. Bisherige Chip-on-the-Tip-Endoskope nutzen jedoch Fixfokus-Optiken, die nur einen Objektabstand optimal darstellen können. Befindet sich das Objekt in einer anderen Entfernung, verliert das Bild an Schärfe. Mit der Integration eines Kleinstantriebs könnte eine variable Fokussierung möglich werden, so dass das Objekt stets optimal scharf abgebildet werden kann. Bei Durchmessern bis zu lediglich 10 mm ist der potentielle Einbauraum allerdings sehr knapp bemessen. Passende Antriebe für die Zoom- und Fokuslinse zu finden ist jedoch keineswegs unmöglich.

Als Spezialist für Präzisionsantriebe bietet PI mehrere Lösungen für diese Herausforderung.

Interessante Lösungsansätze bieten beispielsweise Piezo-Ultraschallantriebe. Das Funktionsprinzip dieser Direktantriebe ist immer gleich: Schwingungen mit Ultraschallfrequenzen eines piezokeramischen Aktuators werden entlang eines bewegten Läufers in lineare Bewegung umgewandelt und treiben so den beweglichen Teil eines mechanischen Aufbaus, auf dem dann die Linse befestigt ist.

Diese leichten Antriebe liefern gleichmäßige Bewegung mit theoretisch unbegrenztem Stellbereich, Verfahrgeschwindigkeiten bis etwa 100 mm/s und eine ungeregelte Bewegungsauflösung von ca. 100 nm.

Piezobasierte Trägheitsantriebe sind dank ihrer geringen Abmessungen und ihres günstigen Preis-/Leistungsverhältnisses ebenfalls für den Endoskop-Einsatz geradezu prädestiniert. Sie nutzen den Stick-Slip-Effekt für ebenfalls unbegrenzte Stellwege mit einer Auflösung von wenigen Nanometern.

Neben piezobasierten Antrieben bieten auch miniaturisierte lineare Direktantriebe, z.B. die Voice-Coil-Antriebe der PIMag^®-Serie, gute Voraussetzungen für den Einsatz in modernen Videoendoskopen. Ausgesprochen kleine Bauformen und die in Endoskopen erforderlichen Stellwege zwischen einigen Millimetern und Zentimetern sind in dieser Technologie sehr gut realisierbar.