Forschung & Entwicklung

Gedrucktes Miniaturendoskop für Herzkranzgefäße

Eine im 3-D-Druck hergestellte Mikrooptik mit einem Durchmesser von 125 µm ermöglicht erstmals endoskopische Untersuchungen von Cholesterin-Plaques und Thrombosen in Herzkranzgefäßen oder in der Halsschlagader.

Die Endoskopie erlaubt es, mithilfe eines röhrenförmigen Instruments in den Körper hineinzuschauen, zum Beispiel bei einer Darm- oder Magenspiegelung. Leider sind diese Instrumente häufig noch immer so dick wie ein Finger und nicht geeignet, um in feinste Arterien vorzudringen. Abhilfe verspricht die Glasfasertechnologie; denn die Fasern sind nur 125 µm dick. Das Hauptproblem ist, die Glasfaser mit einer Optik zu bestücken, die einen Laserstrahl zur Seite ablenkt, die Gefäßwand abtastet und das reflektierte Licht wieder in die Glasfaser einkoppelt.

Dabei kommt die optische Kohärenztomographie (OCT) zum Einsatz. Bei dieser Technik wird ein Laserstrahl, dessen Farbspektrum relativ breit ist, auf das zu untersuchende Gewebe gerichtet, und die Analyse des reflektierten Lichts ermöglicht eine genaue Tiefenkartierung des untersuchten Gewebes.

Forscher vom Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart sowie die 3-D-Druck-Experten vom 4. Physikalischen Institut entwickelten nun zusammen mit Wissenschaftlern von der Universität Adelaide sowie Royal Adelaide Hospital, vom SAHMRI Institut in Adelaide und vom Monash Cardiovascular Research Center in Melbourne eine 3-D-gedruckte Mikrooptik von nur 125 µm Durchmesser, die direkt auf die Glasfaser gedruckt werden konnte. Diese Mikrooptik ist in der Lage, das Laserlicht zur Seite abzulenken, auf einen Punkt zu fokussieren und gleichzeitig die Laserstrahlverzerrung beim Durchgang durch eine kapillarförmige Kunststoffhülle, die zum Schutz des Endoskops angebracht ist, zu korrigieren.

Plaques und Cholesterinkristalle werden sehr früh entdeckt

Die so entstandene komplexe Endoskopoptik hat mit Hülle einen Durchmesser von weniger als einen halben Millimeter. Sie wurde von den Australiern mit ihren OCT-Systemen kombiniert und dann in den beteiligten Kliniken in eine menschliche Halsschlagader sowie in Arterien von Mäusen eingeführt. Die Wissenschaftler konnten durch Rotation der Optik in einer flexiblen Hülle extrem hochauflösende, dreidimensionale Aufnahmen der Gefäße machen. Bei der weiteren Untersuchung der Gefäße zeigte sich, dass die wesentlichen Ursachen von Gefäßkrankheiten, nämlich die Plaques sowie die Cholesterinkristalle, in den berührungslosen Laser-OCT-Endoskopieaufnahmen schon sehr früh erfasst werden konnten.

Simon Thiele von der Universität Stuttgart, der für das Design dieser Miniaturoptik verantwortlich war, glaubt, dass zu den bisher weltweit über 400 000 durchgeführten OCT-Endoskopieuntersuchungen Millionen weitere hinzukommen könnten, da das Miniaturendoskop leicht in Adern mit nur 0,5 mm Innendurchmesser eingeführt und gedreht werden kann. „Ich hoffe, dass man Plaqueablagerungen in Zukunft rechtzeitig detektieren kann, und vielleicht wird es einmal möglich, mit einem geeigneten Laserstrahl diese Thromben rechtzeitig aufzulösen“, sagt der Stuttgarter Wissenschaftler.

Thiele ist dabei, mit einem Partner die 3-D-gedruckten Minioptiken in einer Ausgründung zu kommerzialisieren. Unterstützt wurden die Forschungen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, von der Baden-Württemberg-Stiftung und vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD).

von mg

Originalveröffentlichung:
[J. Li et al., Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use, Light Sci Appl  9 (2020), DOI: 10.1038/s41377-020-00365-w]

www.uni-stuttgart.de

Firmeninformationen
© photonik.de 2020 - Alle Rechte vorbehalten