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Antreiben & Bewegen

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Innereien in Full-HD

Text: Birgit Bauer, Physik Instrumente; Ellen-Christine Reiff für Physik Instrumente Fotos: Schölly Fiberoptic; PI miCos

Ein Operateur blickt auf einen Bildschirm. Dort sieht er den entzündeten Blinddarm, den er behandeln will. Er muss sich stark konzentrieren und vorsichtig vorgehen, denn die Technik liefert ihm nur einen zweidimensionalen Blick auf das Organ. Mit einem 3D-Bild hätte er einen besseren Überblick und könnte zielsicherer vorgehen.

Seit kurzem hält die 3D-Technik in die Endoskopie Einzug und hilft, Eingriffe zu verbessern. Die detailgetreuen Bilder, die einem natürlichen dreidimensionalen Sehen entsprechen, ermöglichen eine bessere Hand-Augenkoordination, beugen Ermüdungserscheinungen beim Operateur vor und erleichtern die Gewebepräparation im Körperinneren. Die hochauflösende 3D-Laparoskopie (Bauchspiegelung) trägt damit wesentlich dazu bei, den Operationsverlauf und den anschließenden Heilungsprozess für den Patienten schonender und so unkompliziert wie möglich zu machen. Dem Zusammenspiel aus brillanter Optik, Full-HD-Kamera und der im Handgriff integrierten Antriebstechnik ist dieser wichtige Schritt in eine schonendere OP-Welt zu verdanken.

Eine stabile Kamerabewegung

Schölly Fiberoptic aus Denzlingen hat in den letzten Jahren einen Schwerpunkt ihrer Entwicklungsarbeit auf den Bereich der 3D-Technik gelegt und dabei beachtliche Resultate erzielt: Das Laparoskopiesystem Einstein Vision, das sich bereits im praktischen Einsatz bewährt hat, bietet eine Full-HD-Qualität in 3D, die eine wirklichkeitsgetreue Darstellung feinster Strukturen im Körperinnern liefert. Gewebe lassen sich auf diese Weise präzise trennen und chirurgische Nadeln exakt positionieren. Prinzipiell basiert das neue System auf bewährter Laparoskopietechnik, besitzt allerdings im Gegensatz zu konventionellen Lösungen einen 3D-Kamerakopf und einen Roboterarm, der die Kamera-bewegung stabilisiert.

Um räumliche Bilder zu erzeugen, werden zwei Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln gleichzeitig aufgenommen. Dabei müssen sich die Objektive in einem definierten Abstand befinden. Mit einer eigens dafür angefertigten Brille fügt sich das Doppelbild der Kamera zu einer dreidimensionalen Aufnahme zusammen. Das Resultat ist eine gestochen scharfe, räumliche Aufnahme des Körperinneren, die es ermöglicht, sicherer und gewebeschonender zu operieren.

Der Abstand der aufzunehmenden Objekte zu den Objektiven variiert. Um dennoch eine klare Darstellung gewährleisten zu können, wurde die Kamera mit einer Zoomfunktion ausgestattet. Hierzu werden beide Objektive synchron in Sehrichtung linear verschoben. Ein Gleichstromantrieb ist die treibende Kraft für die gleichzeitige Verschiebung der beiden Objektive im Kamerakopf, die zur Erzeugung des 3D-Bildes notwendigen sind. Mit den an den Antrieb fest angekoppelten Objektivhalterungen wird eine synchrone Bildaufnahme bei unterschiedlichen Abständen gewährleistet. Der Operateur muss lediglich einen Schalter am Kamerakopf betätigen.

Der Antrieb zur Visualisierung

Die Suche nach einem passenden Antrieb war nicht einfach, da einige anwendungsspezifische Anforderungen erfüllt werden mussten, wie der im Kamerakopf zur Verfügung stehende, beengte Einbauraum oder die geforderte niedrige Anlaufspannung von unter einem Volt. Trotz dieser niedrigen Spannung müssen die vergleichsweise schweren Objektive in jeder Lage präzise und mit einem relativ großen Stellweg von 12,7 mm verschoben werden. Hinzu kommen die bei medizinischen Geräten hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Diese Anforderungen konnte eine von PI miCos konzipierte Antriebslösung erfüllen. Das zu Physik Instrumente gehörende Unternehmen ist spezialisiert auf flexible Positioniersysteme für die unterschiedlichsten Einsatzbereiche und konnte auch für die Verschiebung der beiden Objektive des 3D-Laparoskops eine maßgeschneiderte Lösung realisieren.

Schnell und präzise fahren mit Kleinstantrieb

Nicht nur die 10 mm Durchmesser und 42 mm Länge, einschließlich Getriebe, des Gleichstrom-Kleinstantriebs überzeugten. Auch die niedrige Stromaufnahme und eine geringe Anlaufspannung von unter einem Volt sprachen für seinen Einsatz in der 3D-Anwendung. Zudem liefert der Antrieb eine Leistung von 0,1 W und kann so die immerhin knapp 100 g schweren Objekte problemlos bidirektional verschieben.

Dazu ist er linear zur Bewegungsrichtung angeordnet. Die rotative Bewegung wird über eine präzise Verzahnung abgegriffen und auf eine Feingewinde-Spindel übertragen, die dann den Schieber mit der Halterung für die beiden Objektive bewegt. Das Gleitlager zwischen Schieber und Führung ist mittels eines speziellen Coatings reibungs- und spielarm. Letzteres trägt ebenso wie der drehmomentstarke Anlauf des Gleichstrommotors dazu bei, dass die Objektive trotz der niedrigen Spannung schnell und präzise verfahren werden können. Eine direkte Reaktion auf die Steuersignale ist so sichergestellt.

Von Vorteil ist auch das geringe Rotorträgheitsmoment des kleinen Glockenankermotors mit eisenloser Rotorspule und Edelmetallkommutierung. Geregelt wird der lineare Motor von dem in die Steuerung des Laparoskops eingebauten Motion-Controller. Zur Begrenzung des Fahrbereichs wurde in das Antriebssystem zusätzlich eine Endschalter-Platine integriert. Von den so realisierbaren dreidimensionalen Aufnahmen aus dem Körperinnern werden �?rzte und Patienten künftig beim Entfernen von Lymphknoten und Tumoren oder bei Rekonstruktionen des Beckenbodens profitieren können.

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