Piezorohre ermöglichen eine höhere Bildauflösung in der Scanning Fiber Endoskopie

Nicht nur zur Diagnose, sondern auch für die Therapie von Krankheiten kommen feinste Endoskope in der Medizin immer häufiger zum Einsatz. Durch ihre kompakte und flexible Bauweise von nur wenigen Millimetern Durchmesser erlauben sie schonendere minimalinvasive Eingriffe. Entgegen bisheriger Limitationen der Bildqualität in herkömmlichen Endoskopen bietet das innovative Design von Scanning Fiber Endoskopen (SFE) neue Möglichkeiten: SFE erzeugen laserbasierte, vollfarbige Bilder mit höherer Auflösung und einem vergrößerten Sichtfeld, z. B. in der optischen Kohärenztomographie. Die schnelle Auslenkung und Steuerung kleinster Piezorohre führt zu einer Scanbewegung der optischen Faser im Scanning-Fiber-Endoskop. Damit liefern SFE mehr Bildinformation, neue Erkenntnisse in der biomedizinischen Forschung und verbesserte minimalinvasive Verfahren im klinischen Alltag, z. B. in der optischen Kohärenztomographie.

Die zentrale bildgebende Komponente in Scanning-Fiber-Endoskopen ist eine optische Single-Mode-Faser, angetrieben von einem miniaturisierten, rohrförmigen piezoelektrischen Aktor mit segmentierten Elektroden. Miniaturisierte Piezorohre können unter Nutzung des inversen Piezoeffekts schnellste Bewegungen realisieren. Diese segmentierten Piezorohre bieten nicht nur eine radiale und axiale Auslenkung, bei gezielter Ansteuerung der Segmente kann eine Scan-Bewegung in der xy-Ebene stattfinden. Dadurch wird die optische Faser im SFE in mechanischer Resonanz zwischen 5 und 12 kHz angeregt und die abzubildende Fläche mit RGB-Laserlicht abgerastert. Die radiale Vibrationsbewegung kann modelliert werden, dann bewegt sich die optische Faser während des Betriebs z. B. in einem spiralförmigen Scanmuster oder in Lissajous-Figuren.

Die während des Betriebs des SFE angelegten elektrischen Spannungen sind niedrig, da der rohrförmige Piezoaktor elektrisch einem kleinen Kondensator entspricht – im typischen Betrieb liegt die Spannung unter 50 V. Ähnliche Scanning-Anwendungen sind auch mit Biegeaktoren realisierbar, die selbst bei kleinster Fläche relativ große Auslenkungen erreichen.

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