Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Institut für Experimentelle Audiologie
Labor für Biophysik

Holografische Endoskopie

Angesichts der sprunghaften Expansion mikrochirurgischer Eingriffe im Rahmen der minimal-invasiven Therapie in den verschiedensten medizinischen Bereichen kommt der Endoskopie eine besondere Bedeutung als präoperative Diagnose- und intraoperative Kontrolltechnik zu. Der aktuelle Stand der Endoskopie lässt jedoch entscheidende Lücken offen, zu deren Schließung es weiterer technologischer Forschung und Entwicklung bedarf. Wesentliche Einschränkungen der Endoskopie liegen bis heute darin, dass sie bisher über die Funktion einer qualitativen d.h. subjektiven Beobachtungsmethode mit der Begrenzung der Auflösung und der spektralen Bandbreite des Auges des Untersuchers nicht hinausgekommen ist. Die moderne Mikrodiagnostik und -therapie stößt jedoch in Bereiche vor, die zwingend die quantitative Bestimmung von mit dem Auge nicht sichtbaren Mikrobewegungen zur Funktionsanalyse innerer Organe, sowie die quantitative Analyse der lokalen Verteilung der Elastizität der untersuchten Gewebeareale und die Untersuchung von Strukturveränderungen auch unterhalb der (endoskopisch) sichtbaren Gewebeoberfläche durch Darstellung lokaler Elastizitätsunterschiede - etwa im Rahmen der Tumordiagnostik - erfordern. Optische Techniken, die dies leisten, sind die aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bekannten Verfahren der laserholografischen Interferometrie. Ihre Einführung in die Endoskopie ist ein entscheidender Schritt zu einer messtechnischen Basis für quantitativ-diagnostische Untersuchungen im Körperinneren mit den bekannten Vorteilen holografischer Verfahren wie die berührungslose, zerstörungsfreie und (bis hinunter zu Bruchtei len der verwendeten Laserwellenlänge) hochauflösende Struktur- und Bewegungsanalyse. Die externe Aufzeichnung von Hologrammen außerhalb des Instrumentes mit Hilfe einer holografischen Kamera erlaubt die Verwendung konventioneller Endoskope. Dies bedeutet, daß auch moderne Instrumente mit extrem kleinen Außendurchmessern, wie sie insbesondere für einige klinisch-diagnostische Zwecke erforderlich sind, eingesetzt werden können. In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner, der Firma Karl Storz GmbH & Co. KG wurde am Labor für Biophysik der Prototyp eines transportablen holografisch-endoskopischen Kamerasystems entwickelt; hierbei ermöglichen optische Monomodefasern eine flexible Laserstrahlführung. Nach erfolgreich durchgeführten in vitro Untersuchungen befindet sich das Gerät derzeit im in vivo Funktionstest. Ebenfall in Zusammenarbeit mit der Firma Karl Storz GmbH & Co. KG, konnte eine weitere holografische Endoskop-Kamera als Funktionsmuster realisiert werden. Hierbei befindet sich das gesamte holografische Aufnahmesystem in der Spitze des Gerätes. Durch diese Konstruktion entfallen die durch endoskopische Faseroptiken oder Relaylinsensysteme (Hopkins-Optiken) bedingten Einschränkungen wie sphärische und chromatische Aberrationen und Streuverluste. Darüberhinaus bewirkt diese Anordnung durch ihre geringen geometrischen Abmessungen nur ein geringes Specklerauschen und ermöglicht damit prinzipiell gegenüber der externen Aufzeichnung ein höheres Auflösungsvermögen. Die Durchführung des Projektes erfolgt im Rahmen des BMBF Verbundvorhaben "Neue Laserverfahren für die Endoskopie". Die Verbundvorhabens-Koordination liegt beim Labor für Biophysik.

Drittmittelgeber:

Industrieförderung, Bundesministerium für Bildung und Forschung 13N6762

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. h.c. (Acad. Sci. UA G. von Bally(Projektleiter + Verbundkoordinator), Dr. B. Kemper, Dr. D. Dirksen, Dipl. Phys. S. Knoche, Dipl. Phys. J. Kandulla, Dipl. Phys. Block, Univ.-Prof. Dr. med. h.c. Dr. W. Domschke (Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B) Dr. W. Avenhaus (Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B), Dr. D. Domagk(Medizinische Klinik und Poliklinik - Innere Medizin B), Univ.-Prof. Dr. med. H. H. Scheld (Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie), Priv. Doz. Dr. M. Deiwick (Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie), Prof. Dr. N. Senninger (Klinik und Poliklinik für Allgemeine Chirurgie), Dr. D. Tübergen (Klinik und Poliklinik für Allgemeine Chirurgie), Dr. K. Irion (Fa. Storz, Tuttlingen), Dr. H. Kasprzak (Institute of Physics, Technical University, Wroclav, Polen), Prof. Dr. H. Ohzu (Dept. Applied Optics, Waseda University, Tokyo, Japan)

Veröffentlichungen:

Avenhaus, W.; Kemper, B.; Knoche, S.; Poremba, C.; von Bally, G.; W. Domschke: Dynamisch-holographische Endoskopie: ex vivo-Untersuchungen an malignen Tumoren des menschlichen Magens. Zeitschrift für Gastroenterologie, 39 727, 2001

Avenhaus, W.; Kemper, B.; von Bally, G.; W. Domschke: Gastric wall elasticity assessed by dynamic holographic endoscopy: ex vivo investigations in the porcine stomach.Gastrointestinal Endoscopy, 54, 496 - 500, 2001

Knoche, S.; Kemper, B.; Avenhaus, W.; G. von Bally: Transportables endoskopisches ESPI-Kamera-System für die minimal-invasive Diagnostik.), Biomedizinische Technik, 46, Ergänzungsband 1, 410 - 411, 2001

von Bally, G.; Kemper, B.; S. Knoche: Dynamic holographic endoscopy: New perspectives in minimally invasive diagnostics. Med. Laser Appl. 17, 59 - 64, 2002

Avenhaus, W; Kemper B.; Knoche, S.; Poremba, C.; von Bally, G.; W. Domschke: Dynamic holographic endoscopy - Ex vivo investigations of malignant tumors in the human stomach. Gastrointestinal Endoscopy 55, AB124, 2002