Qualitätssicherung Automatische Sichtprüfung von starren Endoskopen

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Das Unternehmen Dovideq Medical ist Spezialist für Messinstrumente für die minimal-invasive Chirurgie, u. a. für die Qualitätsprüfung von starren Endoskopen. Um die Instandhaltung dieser zu erleichtern, wurde mit Komponenten von IDS Imaging Development Systems das automatisierte visuelle Inspektionssystem Light Control entwickelt. Denn Qualitätsmängel und die damit einhergehende beeinträchtigte Funktionsweise eines Endoskops können sehr vielschichtig sein und verschiedene Ursachen haben.

In der medizinischen Diagnostik und Therapie werden Endoskope eingesetzt, um Krankheiten zu diagnostizieren und minimalinvasiv zu behandeln. Durch eine verlässliche Qualitätsprüfung sollen vor allem Gefahren durch Infektionen und Verletzungen, aber auch Fehldiagnosen ausgeschlossen werden. In vielen Ländern sind Krankenhäuser gesetzlich verpflichtet, ihre Endoskope regelmäßig zu überprüfen und zu warten, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren und keine gesundheitsschädlichen Keime enthalten. Zusätzlich gibt es europäische Richtlinien und Standards, die die Qualitätssicherung von starren Endoskopen regeln. Diese Überprüfungen werden von speziell geschultem Personal durchgeführt und umfassen neben Endoskopie-Tests und Sterilisationsprüfungen auch umfangreiche visuelle Inspektionen.

Das niederländische Unternehmen Dovideq Medical Systems B.V. ist auf Messinstrumente für die minimalinvasive Chirurgie spezialisiert. Die aktuelle Produktpalette richtet sich an zentrale Sterilisationsabteilungen in Krankenhäusern, Endoskop-Hersteller sowie Endoskop-Reparaturbetriebe. Für die Prüfung von starren Endoskopen hat Dovideq Medical Systems verschiedene automatisierte und vernetzte Systeme entwickelt. Besonders handlich, klein, leicht, preiswert und schnell ist der automatische Endoskop-Tester Light Control. Anhand von sechs Test- und Messparametern werden detaillierte Daten zum Zustand des Endoskops erfasst und ausgewertet. So ist gewährleistet, dass nur einwandfreie Endoskope den OP erreichen.

Automatisierte Inspektionsverfahren erhöhen Hygiene und Sicherheit

Die Covid-19-Pandemie hat die Bedeutung der Hygiene und Sterilität von Endoskopen und anderen medizinischen Geräten noch weiter in den Vordergrund gerückt. Das Bewusstsein für die Notwendigkeit von automatisierten Inspektionsverfahren wächst. „Ein Endoskop, das nicht ordnungsgemäß gereinigt und desinfiziert wurde, kann die Übertragung von Infektionen verursachen, ein defektes Endoskop kann während der Untersuchung oder Behandlung von Patienten zu Verletzungen führen“, erklärt Chielant de Wit, Managing Director von Dovideq Medical Systems. Nicht minder schwerwiegend sind die Folgen einer Fehldiagnose oder falschen Behandlung, wenn ein Endoskop nicht richtig funktioniert oder eine Beschädigung aufweist und dadurch falsche Bilder liefert. Qualitätsmängel und die damit einhergehende beeinträchtigte Funktionsweise eines Endoskops können verschiedene Ursachen haben. Dazu gehören neben falscher Handhabung und mangelnder Wartung auch Faktoren wie Materialermüdung und Verunreinigung. Unsachgemäßer Transport oder ungeeignete Aufbewahrung können ebenso zu Schäden führen wie die schlichte Alterung des medizinischen Gerätes. Linsen und andere optische Komponenten nutzen sich mit der Zeit ab, was zu unscharfen oder verzerrten Bildern führt.

Um zu vermeiden, dass sich Bakterien oder andere Krankheitserreger auf dem Endoskop absetzen und damit nicht nur die Qualität der Bilder beeinträchtigen, sondern schlimmstenfalls auch den Behandelten schaden, werden sie regelmäßig sterilisiert. Doch auch der Sterilisationsprozess kann die Qualität und Genauigkeit der medizinischen Geräte beeinträchtigen, da die hohen Temperaturen und chemischen Substanzen, die dabei verwendet werden, potenziell schädlich für die empfindlichen Komponenten des Endoskops sein können. Insbesondere kann sich durch Hitze und Dampf Feuchtigkeit in den Linsen einschließen und zu Beschädigungen führen. Darüber hinaus können einige Sterilisationsmittel, wie Formaldehyd, eine korrosive Wirkung auf Metallteile haben.

Visuelles Prüfsystem erfüllt komplexe Kriterien

So vielschichtig die möglichen Ursachen sind, so vielseitig sind auch die möglichen Beschädigungen eines Endoskops. Um der Komplexität der erforderlichen Prüfkriterien effizient zu begegnen, hat Dovideq Medical Systems das patentierte visuelle Prüfsystem Light Control entwickelt. „Es sieht mithilfe der Kamera weit mehr als das menschliche Auge eines Chirurgs, beispielsweise Schmutzpartikel, Linsenbrüche, Verunreinigungen oder Farbabweichungen“, erklärt de Wit.

Light Control führt die automatisierte Sichtprüfung mit Hilfe einer u-Eye-LE-Kamera des Herstellers IDS durch. Preis, Sensor und Größe waren bei der Wahl des Modells ausschlaggebend. Die eingebaute USB3-Vision-Industriekamera U3-3860LE Rev.1.2 ist auf wesentliche Funktionen reduziert und verfügt über einen lichtempfindlichen Sony Sensor. Der integrierte IMX290 sorgt mit BSI-Technologie (back-side-illumination) für hervorragende Bildqualität mit exakter Farbtrennung und ermöglicht die hier so besonders wichtige originalgetreue Motivwiedergabe – auch unter schlechten oder schwankenden Lichtverhältnissen. Die Kamera ist bauklein und variantenreich; das leichte, beschichtete Plastikgehäuse ist dennoch robust. Damit eignet sie sich für die Integration in Kleingeräte und Embedded Systeme und ist prädestiniert für ihren Einsatz in der Medizintechnik.

Die IDS-Kamera im Detail

Die u-Eye-LE-Projektkamera:

• Interface: USB 3

• Name: U3-3860LE-C-HQ Rev.1.2

• Sensortyp: CMOS

• Hersteller: Sony

• Framerate: 135 fps

• Auflösung: 1936 x 1096 px

• Shutter: Rolling-Shutter

• Sensorformat: 1/3"

• Auflösung: 1,31 MPixel

• Maße: 47,0 x 46,0 x 23,9 mm

• Gewicht: 36 g

• Anschluss: USB Type-C

• Anwendungen: u. a. industrielle Bildverarbeitung, Medizintechnik und Laborautomation sowie Inspektionsanwendungen

Messparameter für Echtzeitkontrolle

Dovideq hat sechs Test- und Messparameter identifiziert, die verlässliche Daten über den Zustand des Systems in Echtzeit liefern und so die automatisierte Qualitätsprüfung von Endoskopen ermöglichen:

• Der Linsenfraktur-Algorithmus misst, ob eine oder mehrere interne Linsen eine Fraktur aufweisen.

• Der Particle-Detection-Algorithmus findet heraus, ob feine Schmutzpartikel, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen in das Innere des Endoskops gelangt sind. Bei beiden Messungen nimmt die Kamera mehrere Bilder auf und macht daraus ein Histogramm. Das System referenziert die Bilder in Bezug auf vorangegangene Bilder und füttert mit diesen Daten ein neuronales Netz.

• Lichtfasern werden in Lux gemessen und basieren auf der Lichtemission. Bei der Lichtfaser-Messung wird anhand von Referenzwerten sichergestellt, dass die Fasern bzw. Faserpakete des Endoskops genügend Licht hindurchlassen. So wird verhindert, dass das Endoskop undeutliche Bilder liefert.

• Die Lichtdurchlässigkeit der Linsen wird anhand von Einzelbildern der integrierten IDS-Kamera ermittelt. Das Messgerät verwendet dafür eine kalibrierte Lichtquelle, die auf eine Pixelebene fällt. Jedem Pixel ist ein bestimmter RGB-Wert eines Farbspektrums zugeordnet. Die Kombination aller Pixel wird mithilfe eines speziell entwickelten Algorithmus in einen Leuchtdichtewert umgewandelt und referenziert.

• Mit der Fokus-Messung wird mithilfe der Harr-Wavelet-Transformation geprüft, ob die Linsen intakt und nicht verunreinigt sind bzw. ob das Endoskop ein klares Bild liefert. Während der Messung macht das System mehrere Aufnahmen, um sich ein Bild vom Zustand jeder Linse zu machen. Im optimalen Fall blickt die Kamera durch das Endoskop und zeigt scharfe Konturen.

• Die Farbkorrektheit wird durchgeführt, um Verfärbungen durch den Sterilisierungsprozess zu erkennen. Das System warnt vor Fehlinterpretationen der Aufnahmen durch Farbabweichungen. Das Gerät nimmt Bilder auf und misst Abweichungen in der Farbübertragung anhand des HSV-Modells, das die Farbe eines Bildpunktes auf der Basis der drei Werte Hue (Farbton), Saturation (Sättigung) und Value (Helligkeit) beschreibt. Die Farbkorrektheit stellt sicher, dass die tatsächlichen Farben der Organe oder Gewebe wiedergegeben werden, um eine fehlerhafte Diagnose oder Behandlung zu vermeiden.

„Mit Hilfe der Test- und Messdetails können Informationen über die Leistung der getesteten Endoskope ausgewertet sowie Verlaufs- und Trendanalysen erstellt werden“, erläutert de Wit. „Light Control speichert alle Details der Endoskopmessungen samt Testergebnisse zu Berichts- und Verwaltungszwecken in einer Datenbank, dem so genannten Endoscope Manager, und ermöglicht ein spezielles Management- und Qualitätsberichtswesen.“

Der Vorteil solcher Systeme: Sie liefern objektive Ergebnisse und erkennen selbst kleinste Defekte, Kratzer oder Abnutzungen; sie arbeiten stets mit der gleichen Genauigkeit und Konsistenz – unabhängig von Müdigkeit oder menschlicher Fehlbarkeit – und sind wesentlich schneller. Das spart Zeit und Kosten, führt zu einer höheren Verfügbarkeit der Geräte und einer verbesserten Auslastung der Ressourcen. Potenzielle Defekte oder Schäden werden frühzeitig erkannt, was kostspielige Reparaturen oder den Austausch von Endoskopen vermeiden kann.

Künstliche Intelligenz für größere Genauigkeit und Effizienz

„Endoskope sind lebenswichtige medizinische Geräte, mit deren Hilfe Ärzte eine Vielzahl von Krankheiten diagnostizieren und behandeln, indem sie einen eindeutigen, klaren Blick in den Körper eines Patienten ermöglichen. Doch wie jedes medizinische Gerät unterliegen auch Endoskope dem Verschleiß und müssen mit der Zeit repariert oder ersetzt werden“, weiß de Wit. Schon jetzt ist der Bedarf an automatisierter intelligenter visueller Inspektion von Endoskopen hoch und wird in den kommenden Jahren weiter steigen, insbesondere aufgrund der zunehmenden Anzahl von Endoskopie-Verfahren und der wachsenden Sensibilität für Infektionsrisiken.

Künstliche Intelligenz wird dazu beitragen, die Effizienz und Genauigkeit von Inspektionsprozessen zu verbessern und menschliche Fehler zu minimieren. Die Bedürfnisse des Gesundheitssektors entwickeln sich ebenso schnell wie die Technologien, die in diesem Bereich zum Einsatz kommen.

* Die Autorin: Silke von Gemmingen ist Referentin Unternehmenskommunikation bei IDS Imaging Development Systems GmbH.

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