Ein Endoskop (gebildet aus und ) ist ein Gerät, mit dem das Innere von Organismen oder technischen Hohlräumen untersucht und manipuliert werden kann. Die als Endoskopie bezeichnete Anwendung des Endoskops wurde ursprünglich für die humanmedizinische Diagnostik entwickelt. Heute wird sie auch für minimal-invasive operative Eingriffe an Mensch und Tier sowie in der Technik zur Sichtprüfung schwer zugänglicher Hohlräume eingesetzt.
Grundarten und Arbeitsdurchmesser Zu den Endoskopen zählen die starren und flexiblen Endoskope und deren Unterarten. Für Endoskope werden herstellerbezogen oft unterschiedliche Namen verwendet, so zum Beispiel für starre Endoskope: Boreskope oder auch Boroskope, Technoskope, Autoskope, Intraskope; für flexible Glasfaser-Endoskope wie unter anderem Fiberskope oder Flexoskope.
Gebräuchliche Arbeitsdurchmesser von starren Boreskopen sind 1,6 bis 19 Millimeter. Halbstarre Boreskope (auch elastische oder semiflexible genannt) sind ab 1,0 Millimeter, flexible Endoskope von 0,3 bis 15 Millimeter und Videoendoskope von 3,8 bis 12 Millimeter erhältlich.
Durch die Integration von elektronischen und optischen Komponenten werden Endoskope heute häufig als optomechatronische Systeme ausgeführt.
Starre Endoskope mini|Starres Endoskop
Ein starres Endoskop (englisch rigid borescope) leitet die Bildinformationen des zu untersuchenden Objektes bzw. Raumes durch ein Linsensystem im Inneren des Endoskopschaftes an das Okular weiter. Beispiele sind das technische Boreskop und im Medizinbereich das Arthroskop und Zystoskop.
Stark verbreitet ist das von Harold H. Hopkins entwickelte Stablinsensystem. Hier wird das Licht durch Stablinsen aus Quarzglas geleitet und an Luftlinsen zwischen den Stäben gebrochen. Diese sehr lichtstarke Bauweise ermöglicht kleinere Linsendurchmesser. Die meisten aktuellen Endoskope bieten durch einen Fokussierungsring in der Nähe des Okulars die Möglichkeit, das Bild auch für Brillenträger auf die optimale Schärfe einzustellen. Das für die Untersuchung / Inspektion notwendige Licht der Lichtquelle wird über den angeschlossenen Lichtleiter ebenfalls im Inneren des Schaftes durch Glasfaserbündel an die Spitze des Endoskopes transportiert. Der Preis eines starren Endoskopes hängt von der Güte der verwendeten Linsen, den Blick / Sichtwinkel des Objektivs und der Arbeitslänge bzw. dem Arbeitsdurchmesser ab. Im Mittel handelt es sich hier um einen Betrag im eher niedrigeren vierstelligen Eurobereich.
Starre Endoskope mit objektivseitig reflektierendem Schwenkprisma können in Hohlräumen zur Seite blicken. Durch Drehen des Endoskops in seiner Hauptachse und Schwenken des die Blickrichtung davon ablenkenden Prismas lässt sich ein größerer Raumwinkel im Hohlraum abtastend betrachten. Ähnliches leistet schon ein kleiner polierter Metallspiegel, der durch biegsamen Draht und Aufsteckhülse mit dem Endoskopobjektivkopf verbunden ist.
Flexible Endoskope mini|Flexibles Endoskop (Fiberskop) mini|links|Flexibles Endoskop schematisch (Fiberskop)
Bei einem flexiblen Endoskop (bzw. Flexoskop oder englisch , die Namensgebung ist z. T. Herstellerabhängig) werden Bild und Licht über Glasfaserbündel übertragen. Beispiele sind das technische Flexoskop und im medizinischen Bereich das Gastroskop, Koloskop, Bronchoskop und Arthroskop. Auch der Herzkatheter gehört zur Klasse der Endoskope.
Ab einem praktikablen Durchmesser sind Fiberskope/Videoskope auch mit auswechselbaren statt festmontierten Objektiven (Vor/Seit oder Rückwärts) sowie Arbeitskanälen zum Einführen von mikromechanischen Geräten (kleine Zangen oder Greifer) in den Untersuchungs- bzw. Inspektionsraum erhältlich. Flexible Glasfaser-Endoskope (Fiberskope) und Video-Endoskope (Videoskope) besitzen meist eine über eingebaute Bowdenzüge fernsteuerbare Gerätespitze. Diese kann je nach Modell und Durchmesser nach 2 (auf-ab) oder nach 4 Seiten (auf-ab und rechts-links) teilweise bis zu 180° abgewinkelt werden. Die Länge dieser Spitze kann je nach Durchmesser zwischen 30 und 70 mm liegen. Im Handgriff des Gerätes ist eine Mechanik eingebaut, die über Kippbügel oder Handräder auf die Bowdenzüge einwirkt und diese Bewegung der Spitze ermöglicht.
Siehe auch: Medizinische Endoskopie und Mikromechanik
Videoendoskope mini|Videoendoskop im Querschnitt
Die jüngste Unterart der flexiblen Endoskope bilden die Videoendoskope, oft auch Videoskope genannt (englisch Videoscope bzw. Videoprobe), wobei die Namensgebung herstellerabhängig ist. Videoendoskope eröffnen ein neues Kapitel in der modernen Endoskopie, da sie zur Bilderzeugung und -übertragung Digitaltechnik nutzen. Ein am Objektiv des Videoendoskopes angebrachter Chip erzeugt ein Bild des Untersuchungsobjektes. Beim CMOS-Chip findet die Digitalisierung des Bildsignals auf dem Videochip statt, so dass das an den Videoprozessor übertragene Bild weniger durch elektromagnetische Störungen beeinflusst werden kann, als bei Endoskopen mit CCD-Chip, wo das analoge Signal des Chips erst außerhalb des Endoskopes im sogenannten Videoprozessor zur weiteren Verarbeitung digitalisiert wird. Ein Videoprozessor bereitet die Bildinformation auf und verbindet sie mit Untersuchungsdaten und Patienteninformationen, bevor die Bilder oder Videosequenzen auf dem Betrachtungsbildschirm angezeigt oder auf einem Speichermedium gesichert werden. Auch eine Übertragung ins Kliniknetzwerk kann von hier aus erfolgen. Genau wie Fiberendoskope besitzen auch Videoendoskope eine fernsteuerbar abwinkelbare Gerätespitze, die je nach Verwendungszweck in 2 oder 4 Richtungen bewegt werden kann. Die Steuerung erfolgt mechanisch oder elektronisch. Die mechanische Steuerung erfolgt über ein kleines Getriebe über Kipphebel oder Drehräder. Einige Videoskope haben anstelle der Mechanik kleine Elektromotoren eingebaut, die über einen Joystick die Bowdenzüge steuern.
Videoendoskope haben grundsätzlich eine um ein Vielfaches höhere Auflösung als Fiberendoskope. Die Bildqualität wird maßgeblich von der Qualität des Linsensystems und des Videochips sowie der Beleuchtung des Untersuchungsgebietes und der Nachbearbeitung des Bildsignals im Videoprozessor beeinflusst. Das letzte entscheidende Glied in der Kette der Bildwiedergabe ist der Betrachtungsbildschirm. Über viele Jahre bot der CCD-Chip die beste Videoqualität. Aufgrund der kompakten Bauform werden in Videoendoskopen auch heute noch meist Chips dieses Typs verwendet. Neueste CMOS-Chips ermöglichen höhere Bildwiederholraten als CCD bei gleichzeitig höherer Auflösung, so dass erste Videoendoskope heute eine Darstellung in 1080p erreichen. Geräte, die LEDs in der Gerätespitze zur Ausleuchtung nutzen, erreichen aufgrund der geringeren Lichtintensität aktuell noch nicht die gleiche Bildqualität wie jene, die mittels Lichtleiter ausleuchten. Batteriebetriebene LED-Lichtquellen, die direkt am Endoskop befestigt werden, stellen aufgrund der noch schwächeren Ausleuchtung nur eine Sonderlösung für Ausnahmesituationen dar. Die aktuelle Entwicklung der Lichttechnologie stellt die Multi-LED-Lichtquelle dar. Hier wird in einer externen Lichtquelle das Licht von mehreren LEDs gebündelt und wie bei der Xenon-Lichtquelle über einen oder mehrere Lichtleiter auf das Untersuchungsgebiet abgestrahlt. Diese Technik ermöglicht eine Ausleuchtung, die mindestens den gleichen Ansprüchen genügt, wie Xenon-Licht, bei gleichzeitig um ein vielfaches längerer Haltbarkeit der Leuchtmittel und deutlich geringerem Energieverbrauch.
Hersteller digitaler Videoendoskope sind etwa Olympus, Pentax Medical, Fujifilm und Karl Storz.
Virtuelle Endoskopie Mit Hilfe moderner Bildgebungstechniken wie CT oder MRT ist es möglich, diese Bilddaten als Basis für eine virtuelle Endoskopie zu verwenden. In diesem Datenraum können Flugpfade (engl. fly-throughs) eingelenkt werden, welche die Nachteile klassischer Endoskopieverfahren – wie eingeschränkte Drehmöglichkeiten, spezifische Bildverarbeitung je nach Technik oder die begrenzte Gewebepenetration – umgehen. Diese Methode ist nicht-invasiv und bietet weitere Vorteile, ist jedoch durch die Auflösung der bildgebenden Verfahren limitiert. Große Polypen und Karzinome werden jedoch mit derselben Verlässlichkeit wie bei konventionellen Methoden erkannt.
Diese Verfahren sind seit den 1990er-Jahren in Entwicklung und werden vor allem bei Kontraindikationen zur konventionellen Endoskopie eingesetzt. Trotz der großen Beliebigkeit der möglichen Perspektiven werden oft dennoch Pfade gewählt, die realen, anatomisch möglichen Verläufen nachempfunden sind, um dem medizinischen Fachpersonal vertraute Anhaltspunkte zu geben.
Basiskomponenten mini|Endoskopische Grundausrüstung
Zu einem einfachen Endoskopset gehören: Lichtquelle Lichtleiter Endoskop (mit Bildleiter) Einzelne Komponenten verschiedener Hersteller lassen sich in der Regel nicht ohne weiteres kombinieren. Ein Lichtleiter oder Endoskop des einen Herstellers kann beispielsweise nicht ohne weiteres an einer Lichtquelle eines anderen Herstellers betrieben werden. Namhafte Hersteller bieten hierfür auf Nachfrage passende Adapter an. Zur Erleichterung der praktischen Arbeit mit Endoskopen werden von der Industrie verschiedene Haltearmsysteme (PDF) abgerufen am 1. Dezember 2008.Beispiel für ein elektrisch betätigtes Haltearmsystem. (PDF) abgerufen am 1. Dezember 2008. angeboten.
mini|links|160px|Moderne Xenonlampe mini|Prinzip eines Bildleiters aus Glasfasern mini|Bild vom Inneren eines Uhrenwerks mittels Glasfaser-Bildleiter. Deutlich erkennbar sind die einzelnen Fasern und Farbfehler, die zu einer reduzierten Bildqualität führen.
Lichtquellen Insbesondere die Nutzung digitaler Bildübertragungstechniken (Videoendoskopie) mittels CCD-Chips machte den Einsatz teurer Xenon-Lampen notwendig. Deren Lichtstärke ist zwar exzellent, ihre Standzeit wird jedoch stark von den jeweiligen Ein/Ausschaltzyklen bestimmt. Es gilt: Je mehr Zyklen desto geringer die Standzeit.
Leuchtmittel wie Xenon-Lampen entwickeln während des Betriebes enorm viel Wärme, welche zum größten Teil durch den Infrarotanteil des Leuchtmittelspektrums verursacht wird. Daher muss verhindert werden, dass der IR-Anteil zum Lichtaustritt des Endoskopes gelangt. Moderne Lichtquellen sind daher in der Lichtstärke regelbar, durch einen Ventilator gekühlt, und die infrarote Strahlung wird durch dichroitische Hohlspiegel sowie (zusätzlich) durch Wärmeschutzfilter vor dem Lichtleiter weitgehend aus dem Lichtspektrum entfernt. Diese Systeme werden als Kaltlichtquellen und die Leuchtmittel als Kaltlichtspiegellampen bezeichnet. Eine weitere und aufgrund des niedrigen Strom-/Kühlungsbedarfs von Vorteil geprägte Entwicklung sind Geräte mit Leuchtdioden (Light Emitting Diode, LED) als Lichtquelle. Die Lichtleistung von LEDs kann sich jedoch zurzeit noch nicht mit der von Xenonlampen messen. Dennoch öffnet diese Technik neue Einsatzgebiete und bietet speziell für Lichtquellen im Akkubetrieb eine interessante Alternative.
Lichtleiter Für endoskopische Lichtleiter werden hauptsächlich Glasfasern verwendet. Es gibt aber auch Lichtleiter, die das Licht mittels eines Gels als Transportmedium leiten können. Gellichtleiter, auch Flüssigkeits-Lichtleiter genannt, bieten eine stärkere Lichtausbeute, was besonders für große Räume und die digitale Endoskopie im Allgemeinen von Vorteil ist. Die Flüssigkeitslichtleiter sind in der Regel besser für die Übertragung von UV-Licht geeignet als Glasfasern. Gel/Flüssig-Lichtleiter sind in der Verwendung etwas unhandlicher und nicht so biegsam sowie etwas teurer als Glasfaser-Lichtleiter. Ohne angeschlossenen Lichtleiter sieht man zwar ein Bild durch das Endoskop, dieses ist jedoch zu dunkel, um in geschlossenen Räumen verwertbare Ergebnisse zu erzielen.
Bildleiter