Kabelloses Endoskop überträgt Bilder über Licht

Im Operationssaal der Zukunft könnten Kabel möglicherweise vollständig verschwinden. Forscher des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts arbeiten gemeinsam mit Partnern an einer innovativen Lösung, bei der die medizinische Bildgebung nicht mehr über herkömmliche Verkabelung, sondern über Licht erfolgt.

Im Rahmen des OWIMED-Projekts entwickelten sie einen Prototyp eines kabellosen Endoskops, der Bilder aus der Bauchhöhle in Echtzeit mithilfe der sogenannten LiFi-Technologie überträgt. Diese Entwicklung könnte einen wichtigen Schritt zur Verbesserung der Effizienz, Hygiene und Ergonomie im Operationssaal darstellen.

Kabelloser OP

Endoskope sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen minimalinvasiven Chirurgie. Traditionell sind diese Geräte über mehrere Kabel mit Monitoren und Krankenhaussystemen verbunden: für Beleuchtung, Stromversorgung und Datenübertragung. Dies führt in der Praxis oft zu einem Kabelgewirr rund um den Operationstisch.

Diese Verkabelung ist nicht nur unpraktisch, sondern auch ein hygienisches Problem. Kabel müssen abgedeckt werden und können sowohl die Arbeit der Chirurgen behindern als auch die Reinigung des Operationssaals erschweren. Gleichzeitig erweisen sich kabellose Alternativen auf Basis von Funktechnologie, wie WLAN, als unzureichend für die strengen Anforderungen der medizinischen Praxis, insbesondere in Bezug auf Zuverlässigkeit, Sicherheit und Latenz.

Daher konzentriert sich die Forschung auf eine Alternative: kabellose Kommunikation über Licht, auch LiFi (Light Fidelity) genannt. Diese Technologie nutzt moduliertes LED-Licht zur Datenübertragung. Da sich Licht nur lokal ausbreitet und nicht durch Wände geht, bietet es inhärente Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Interferenz.

LiFi als Alternative

Im OWIMED-Projekt (Optical Wireless Communication for Medical Imaging Devices) entwickelten Forscher ein Endoskop, in dem sowohl die Lichtquelle als auch die Datenkommunikation vollständig integriert sind. Das Endoskop ist mit einer LED-Lichtquelle und einem batteriebetriebenen LiFi-Modul ausgestattet, das die Bilddaten optisch an die Umgebung überträgt.

Der Empfang dieser Signale erfolgt über LiFi-Module, die in die Operationsleuchten über dem Operationstisch eingebaut sind. Dank der direkten Sichtlinie zwischen Endoskop und Lampe entsteht eine stabile Verbindung, mit der Bilder in 4K-Qualität ohne merkliche Verzögerung auf einen Monitor übertragen werden können.

Die Technologie arbeitet mit einer schnellen Modulation des LED-Lichts, wobei das Licht mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Eine Fotodiode fängt diese Lichtimpulse auf und wandelt sie in elektrische Signale um. Die Verbindung ist zudem bidirektional, sodass Gesundheitsfachkräfte vom Monitor aus Einstellungen des Endoskops anpassen können.

Praxistests im OP

Ein wichtiger Bestandteil des Projekts war die enge Zusammenarbeit mit klinischen Partnern, darunter das St. Joseph Krankenhaus Berlin-Tempelhof. Chirurgische Teams waren von Anfang an in die Entwicklung eingebunden und gaben kontinuierlich Feedback zu den technischen Entscheidungen.

Der Prototyp des kabellosen Endoskops wurde schließlich in einer realistischen Operationssaalumgebung mithilfe eines medizinischen Simulators getestet. Dabei wurden entscheidende Faktoren wie Latenz, Zuverlässigkeit, Datendurchsatz, Lichtqualität und Ergonomie untersucht.

Die Ergebnisse sind laut den Forschern vielversprechend. Die LiFi-Lösung erwies sich als stabil und schnell genug für den Einsatz während chirurgischer Eingriffe. Auch die Benutzererfahrung wurde von den beteiligten Gesundheitsfachkräften positiv bewertet. In zukünftigen Anwendungen ziehen sie sogar diese kabellose Variante den traditionellen Systemen mit Kabeln vor.

Flexibilisierung der Versorgung

Die Entwicklung kabelloser medizinischer Geräte passt in einen breiteren Trend zur Digitalisierung und Flexibilisierung der Versorgungsumgebung. Durch die intelligente Integration von Technologie in bestehende Infrastrukturen, wie Operationsleuchten, entsteht Raum für effizienteres Arbeiten und bessere Patientensicherheit.

Obwohl weitere Entwicklung und Zertifizierung erforderlich sind, bevor die Technologie breit angewendet werden kann, zeigt das Projekt, dass innovative Kommunikationsmethoden wie LiFi eine ernsthafte Alternative zu bestehenden Systemen darstellen. Der Operationssaal der Zukunft scheint damit nicht nur intelligenter, sondern auch übersichtlicher und sicherer zu werden, mit weniger Kabeln und mehr Raum für Versorgung.

KI-Endoskop

Im vergangenen Jahr entwickelten deutsche Forscher ein innovatives Endoskop, das Laser- und Bildgebungstechnologie mit Künstlicher Intelligenz kombiniert. Dieses KI-gesteuerte Endoskop ermöglicht es Chirurgen, während Operationen in Echtzeit Tumorgewebe präzise zu identifizieren und zu entfernen, während gesundes Gewebe so weit wie möglich geschont wird.

Die Technologie analysiert über fortschrittliche optische Methoden die chemischen und strukturellen Eigenschaften von Gewebe, ohne Farbstoffe zu verwenden. Einzigartig ist die Integration von Diagnose und Behandlung in einem System, bei dem ein Femtosekundenlaser direkt das kranke Gewebe entfernt. Präklinische Tests zeigen eine Genauigkeit von 96 Prozent. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Folgeoperationen und verbessert die Genesungschancen, was sowohl Patienten als auch Gesundheitsfachkräften zugutekommt.