Menschen mit Engstellen und Verschlüs-sen der Gallenwege stellen Mediziner immer wieder vor ein bisher unzureichend gelöstes Problem: Handelt es sich um bösartiges Gewebe, das vielleicht noch rechtzeitig mit einer größeren Operation entfernt werden kann, oder um gutartige, z. B. entzündliche Engstellen, die „aufgedehnt” werden müssen? Mit herkömmlichen Endoskopen lassen sich die feinen Gallenwege nicht erreichen, um Gewebeproben zu nehmen. Nur indirekt unter Röntgendurchleuchtung können die Gallenwege sondiert und Bürsten vorgeschoben werden, die Zellen in dem Zielbereich abschilfern, um sie dann mikroskopisch zu untersuchen – oft ohne eindeutiges Ergebnis. Die Durchleuchtungsaufnahme von einer endoskopischen Cholangiografie zeigt ein etwa 13 mm dickes Endoskop. Dabei ist gut zu erkennen, dass ein Sondierungsdraht, der seitlich aus der Endoskopspitze austritt, die Gallenwege sondiert. Auch mit einem neueren Verfahren, der sogenannten Mother-Baby-Endoskopie, in der durch den Arbeitskanal eines größeren Endoskops (Mother) ein sehr dünnes Endoskop (Baby) vorgeschoben wird, welches in die Gallenwege vordringen kann, bleibt die diagnostische Ausbeute hinter den Erwartungen zurück. Hinsichtlich Eindringtiefe, Bildqualität, Technik der Probenentnahme und Navigation in den Gallenwegen gibt es einen hohen Innovationsbedarf.

 

 

Die Querschnittsreduktion des Endoskop-Schafts konnte bereits mit der Substitution der Bowdenzug-Steuerungen durch Drähte aus thermischen Formgedächtnislegierungen (FGL) erzielt werden. Bei dieser Technologie ergibt sich durch die rein elektrische Kopplung von Bedieneinheit und Schaft eine einfache Trennbarkeit der hochwertigen Steuerung von der nicht sterilisierbaren Schaftstruktur als Einwegkomponente. Das stellt einen wesentlichen Kollateralnutzen in Bezug auf die Vermeidung möglicher Kreuzkontaminationen dar. In noch kleinere Lumen – wie in die Gallen- und kleinen Atemwege – vorzudringen, erfordert allerdings eine Abkehr von der Steuerung des Vortriebs mittels einer Videokamera.
Hier setzt das Forschungsinteresse an, die herkömmliche Navigation „auf Sicht” durch eine Gestaltung der Bedien-elemente mit haptischem Feedback zu ersetzen.
Dabei werden die aktorischen und sensorischen Eigenschaften der smart materials ausgenutzt. In engen Hohlorganen sind die Wandungen empfindlich dünn und dürfen darum nur mit begrenzter Scherkraft bzw. Flächenpressung seitens des flexiblen Schafts des Untersuchungsgerätes belastet werden. Das können superelastische FGL-Strukturen leisten.

 

 

Beim endoskopischen Vordringen in Hohlorgane mit noch kleineren Lumen geraten Schäfte aus smart materials an ihre Grenzen, weil sie zwar am vorderen Endoskopende den organischen Verläufen folgen können, aber keine „Erinnerungsfunktion” über den zurückgelegten Weg besitzen. Dagegen lassen Programmierbare Materialien für diese Anwendung eine deutlich bessere Navigationsqualität erwarten. Denkbar ist, dieses Material so zu programmieren, dass es ab einer gewissen Flächenpressung zwischen seiner Oberfläche und der Hohlorganwand ein Feedback in Form eines haptisch wahrnehmbaren Signals an die Bedieneinheit sendet. Eine weitere Option bestünde darin, die Richtung des Schaftendes so zu ändern, dass es sich – hochsensibel tastend – einen Weg sucht. Das Kriterium dabei wäre eine gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung auf den gesamten Umfang des Schaftendes – stets unter Kontrolle der Person an der Bedieneinheit.
Wie tief mit diesem Technologieansatz in den Menschen schädigungslos „hinein gefühlt” werden kann, sollte ein interdisziplinär aufgestelltes Forschungsteam evaluieren. Dafür erforderlich wären Medizin, Medizintechnik, Werkstoffwissenschaft, Industriedesign, Psychologie und Hersteller, also Disziplinen, die synergetisch zusammenwirken. Angestrebt wird der Entwurf von Schaft und Bedienschnittstelle, mit denen das haptische Feedback experimentell auf hohe Untersuchungssicherheit optimiert wird.

 

 

Text: Jakob Garbe, Frithjof Meinel
mit der Expertise von Christian Rotsch und Linda Weisheit
Foto: Jakob Garbe, Marko Berger, Frithjof Meinel

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