Methoden und Instrumente
für das optische System
Determining the Condition of Rigid Endoscopes
Methods and Instruments
| Zustandsbeurteilung Starrer
Endoskope
Methoden und Instrumente
für das optische System
Determining the Condition of Rigid Endoscopes Methods and Instruments |
|
| Starre Endoskope trüben
nach einiger Betriebszeit ein, d.h. der ehemals brillante, klare und scharfe
Bildeindruck geht verloren. Bilder werden als trübe oder milchig eingeschätzt.
Verschiedene, die Bildqualität einer Optik bestimmende Parameter,
verändern sich offenbar im Laufe der Zeit.
Als Ursache für das
Auftreten von Bildeintrübungen werden von den Herstellern gewöhnlich
mechanische Beschädigungen der Linsen des optischen Systems (Linsenbrüche)
genannt. Diese Einschätzung läßt sich auch häufig
durch vorliegende Beschädigungen am äußeren Hüllrohr
belegen. Solche Schäden führen vielfach zu Beschädigungen
des optischen Systems, z.B. in Form von Linsenbrüchen und damit zu
einer Veränderung relevanter optischer Eigenschaften (Bildschärfe,
Kontrast) sowie zu einer Verringerung der Bildhelligkeit (Nachlassen der
Transmission). Diese Einschätzung ist, sofern tatsächlich Linsenbrüche
vorliegen, sicherlich korrekt und nachvollziehbar.
Neben mechanischen Einflüssen,
die eine Optik schädigen können, existieren jedoch auch Verschleiß-
und Alterungseinflüsse, die den Bildeindruck des sichtbaren Bildes
ähnlich beeinflussen wie ein gering ausgeprägter Linsenbruch.
Diese Zusammenhänge werden im Reparaturfall weniger häufig genannt.
Da es von nennenswerter Bedeutung für die Höhe der Reparaturkosten ist, ob ein Linsenbruch vorliegt oder nicht, besteht in den Krankenhäusern ein Bedarf an Testverfahren für das optische System Starrer Endoskope. |
After a certain period of use rigid
endoscopes become dull which means that the former brilliant, clear and
precise picture impression has deteriorated. The image appears dull and
milky. Various parameters which determine the picture quality apparently
change within a certain period of time.
The manufacturers see the cause for
such dullness usually in mechanical damages of the lenses of the optical
system. This evaluation is also often confirmed by the damage of the outer
tubing. Such damages often lead to damages of the optical system i.e. cracked
lenses and therefore resulting in a change of relevant optical qualities
(focus, contrast) as well as the reduction of picture brightness (decline
of transmission). This evaluation is surely correct and comprehensible.
But besides mechanical influences which can damage an optical system there are also wear and tear factors which can influence the picture quality just like a broken lens. These coherences are not named very often in case of repair. Since the amount of the repair is substantially influenced by whether a lens is cracked or not, there is a demand for a method to test the condition of optical systems of rigid endoscopes at hospitals. |
2. Grundsätzlicher Aufbau Starrer Optiken
3.Verhalten bei Biegebeanspruchung
4. Prüfverfahren für das optische System
5.
Zusammenfassung und Beurteilung
Erfahrungsgemäß liegen bei fast
allen Optiken nach einiger Betriebszeit mechanische Beschädigungen
insbesondere am äußeren Hüllrohr des Endoskops vor. Diese
resultieren beispielsweise daraus, daß das Endoskop gegenüber
dem Operationsschaft, über den das Endoskop eingeführt wird,
verkantet. Je nach Stärke der Verkantungen werden so elastische oder
plastische Verformungen am äußeren Hüllrohr verursacht.
Plastische Verformungen sind äußerlich visuell nachweisbar,
elastische nicht.
Je nach Lage der Schadensstelle – bei Lage
in einem Bereich, bei dem im Endoskopinneren eine Stablinse aus optischem
Glas angeordnet ist oder nicht – kann das optische System durch den mechanischen
Einfluß beeinträchtigt werden oder nicht. Dies bedeutet, daß
bei vorliegenden äußeren Beschädigungen am Hüllrohr
eine optische Beeinträchtigung die Folge sein kann. Sie kann jedoch
auch bei anderer Lage relativ zu den Stablinsen folgenlos für die
optischen Eigenschaften sein.
Liegen am äußeren Hüllrohr
keine visuell feststellbaren Beschädigungen vor, kann jedoch andererseits
noch nicht darauf geschlossen werden, daß die inneren Linsen frei
von Linsenbrüchen sind, weil eine mechanische Belastung für das
äußere Hüllrohr im elastischen Bereich abgelaufen sein
kann. Wenn jedoch eine Glaslinse im verformten Bereich angeordnet war,
wird diese geschädigt werden.
Hieraus folgt, daß die visuelle Prüfung
des Äußeren eines Starren Endoskops nicht geeignet ist, auf
Beschädigungen des optischen Systems zu schließen.
Beide Schadensursachen stellen sich bei
Beurteilung des sichtbaren Bildes häufig gleich dar: Bilder erscheinen
trübe. Eine Differenzierung nach der Ursache ist notwendig, um die
korrekte Einstufung in die jeweiligen Reparaturklassen zu überprüfen.
2.
Grundsätzlicher Aufbau Starrer Optiken
Der grundsätzliche Aufbau einer Starren
Optik (Laparaskop, 10 mm) ist in Bild 1 dargestellt. Die Linsen des optischen
Systems werden im inneren Hüllrohr geführt und mit Distanzhülsen
auf Abstand gehalten. Das innere Hüllrohr ist distal mit dem Ablenkprisma
abgeschlossen (das u.a. die Blickrichtung bestimmt) und proximal mit dem
Objektiv.
Es wird eingeschlossen von dem äußeren
Hüllrohr, in dem sich der Lichtleiter befindet, sowie der Lichtleitkabel
angeordnet ist. Dieses Teil wird distal von der Decklinse abgeschlossen,
proximal ist die Okularabdeckung angebracht. Eine der wesentlichen Eigenschaften
dieser Komponente ist u.a. die Abdichtung der inneren Teile gegenüber
eindringende Fremdstoffe.
3. Verhalten bei Biegebeanspruchung
Wird ein solches stabförmiges Gebilde
durch Biegung beansprucht, wird die biegeinnere Seite gestaucht, die biegeäußere
Seite gedehnt. Die Lage der Linsen im inneren Hüllrohr ist relativ
starr. Sie können nicht oder kaum in axialer Richtung ausweichen.
Insofern pressen die Abstandhülsen bei dieser Belastung gegen den
Linsenrand. Bei größeren Belastungen treten in der Folge Linsenbrüche
ausgehend vom Randbereich auf (vgl. Bild 2).
Linsenbrüche im Randbereich werden
häufig nicht als Beeinträchtigung wahrgenommen. Diese Schäden
führen im Reparaturfall zu Diskussionen über die korrekte Einstufung
in die einzelnen Reparaturklassen ("Die Optik war doch nicht blind, das
hätte ich doch gesehen – Ein Linsenbruch kann also gar nicht vorgelegen
haben").
Ein massiv ausgeprägter Linsenbruch
ist auf dem Deckblatt abgebildet. Solche Schadensbilder sind nicht zu übersehen.
Diese Optiken werden als "blind" bezeichnet.
Es soll an dieser Stelle keine Abhandlung
über das Belastungsverhalten Starrer Optik verfaßt werden. Auf
weitere Überlegungen zu diesem Thema wird daher verzichtet.
4. Prüfverfahren
für das optische System
Es sollen die mir bekannten Prüfmethoden
dargestellt werden, mit denen der Zustand des optischen Systems beurteilt
werden kann. Darüber hinaus existieren nach meinem Kenntnisstand keine
Verfahren, die im Feld und außerhalb der Herstellerorganisation angewandt
werden können.
4.1. Beurteilung des sichtbaren Bildes
Das Verfahren, Optiken zur Prüfung
auf ein Referenzobjekt zu richten und nach diesem Bildeindruck auf den
Zustand der Optik zu schließen, ist verbreitet und bekannt. Es wird
fast ausschließlich und als alleiniges Mittel zur Qualitätskontrolle
im Feld praktiziert.
Erfahrungsgemäß erfordert diese
Methode sehr erfahrenes und routiniertes Personal. Defekte lassen sich
nur in größerer Ausprägung beurteilen.
Dieses Verfahren soll – weil hinreichend
bekannt - nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden.
4.2. Transmissionsmessung
Ein Prüfverfahren zur Bestimmung des
Transmissionsgrades einer Optik besteht aus einen Leuchtdichte-Meßgerät,
das am Okular einer Optik adaptiert wird. Distal wird über einen Adapter
Licht eingeleitet. Die proximal austretende Lichtmenge ist der Meßwert.
Die Anordnung wird zunächst referiert, d.h. mit dem Leuchtdichte-Meßgerät
die Lichtmenge gemessen, die aus dem Adapter austritt. Hiermit werden Einflüsse
aus der Leistung der Lichtquelle, den Verlusten des Lichtleiters und des
Adapters berücksichtigt. Der so gemessene Meßwert wird zu 100%
genommen. Er stellt den Referenzwert dar.
Wird eine Optik als Meßobjekt in
den Meßkreis zwischen Lichteinspeisung und Meßgerät geschaltet,
tritt zwangsläufig ein Nachlassen der gemessenen Lichtmenge auf, was
im Verhältnis zum Referenzwert als individuelles Qualitätskriterium
geeignet ist.
Bild 3: Typisches Schadensbild
einer altersgemäß verschlissenen und eingetrübtenOptik
Über Meßreihen ist so der Transmissionsgrad
eines Optiktyps zu bestimmen. Über weitere Meßreihen kann definiert
werden, ab welchem Nachlassen der Transmission eine Optik als unbrauchbar
(weil trübe) einzuschätzen ist. Des typische Bild des Inneren
einer einer trüben Optik zeigt Bild 3.
Der Nachteil dieser Methode liegt im Aufwand
des Meßaufbaus und in der Notwendigkeit, Grenzwerte selbst erarbeiten
und festlegen zu müssen. Danach kann es als durchaus geeignet zur
Feststellung des relativen Eintrübungsgrades gelten. Linsenbrüche
sind mit diesem Verfahren jedoch nicht nachweisbar, da nur die als Folge
des Bruchs auftretende Eintrübung meßtechnisch erfaßt
wird.
Der Preis des Gerätes von ca. 1.700,-
DM relativiert sich dann, wenn man analog zur Transmissionsmessung von
Optiken das Gerät auch zur Messung von Lichtquellen und Lichtleitkabeln
einsetzt, was über entsprechende Adaptersätze möglich ist.
Bei diesen Messungen ist ein analoges Vorgehen wie bei den Optiken vorgesehen.
Nachlassende Transmissionsleistungen relativ zu einem Ausgangswert sind
meßbar.
4.3. Augenlupe
Bekannt, wenn auch nach meinem Kenntnisstand
nirgends beschrieben, ist das Verfahren zur Untersuchung des optischen
Linsensystems mit einer Augenlupe. Hierbei wird die (monokulare) Lupe vor
das Auge genommen, das Endoskop gegen eine helle, reflektierende Fläche
gerichtet und mit der Lupe in das Okularende des Endoskops geschaut. Stimmen
die optischen Achsen (die des Auges mit der Lupe sowie die der Längsachse
des Endoskops) exakt überein, gelingt dies. Durch Variation des Abstands
Endoskop zum Auge (bei Beibehaltung der Achsenausrichtung) kann man durch
die einzelnen Linsen im Endoskopinneren in die Optik hineinsehen. Durch
Fokussierung auf eine Linsenoberfläche lassen sich Verunreinigungen
nachweisen bzw. ausschließen. Durch Fokussierung in eine Linse lassen
sich Linsenbrüche feststellen.
Das geschilderte Verfahren erfordert sehr
viel Übung, da das Ausrichten der Seh-Achse zur optischen Achse des
Endoskops mit zunehmender Entfernung vom Auge und größerer Baulänge
des Endoskops schwieriger wird. Der Prüfer ermüdet sehr leicht,
was auch auf die Blendungseffekt durch die Reflektionsfläche bzw.
durch seitlich einfallendes Licht zurückzuführen ist.
Das Verfahren ist jedoch eindeutig als geeignet einzuschätzen, Linsenbrüche festzustellen. Stärkere verschleißbedingte Ablagerung sind ebenfalls nachweisbar und von Brüchen zu unterscheiden.
Bild 4: Endoskope mit
Lupenrohr und Gleitstücken
4.4 Verfahren mit dem Lupenrohr
Dieses Verfahren stellt die Weiterentwicklung
des Verfahrens mit der Augenlupe dar und ist auch von ungeübtem Personal
anzuwenden. Die Vorrichtung besteht aus einem Hüllrohr, welches das
Endoskop aufnimmt und an seinem proximalen Ende eine Lupe integriert hat.
Ein Gleitstück, das über das äußere Hüllrohr
des Endoskops geschoben wird, zentriert das Endoskop in der Vorrichtung
und richtet es aus (vgl. Bild 4 und 5).
Durch Variation der Distanz zwischen Lupe
und Okular kann innerhalb des Endoskops auf verschiedene Tiefen fokussiert
werden. Dies erfolgt durch das Verschieben des Endoskops innerhalb der
Vorrichtung.
Es lassen sich ermüdungsfrei die bereits
mit der Augenlupe beschriebenen Schadensbilder nachweisen. Diese können
über Video- oder Fotoadapter dokumentiert werden. Zustandsbeurteilungen
Starrer Optiken sind von angelernten Mitarbeitern durchführ.
Linsenbrüche als Faktor, der die Höhe
der Reparaturkosten bestimmt, lassen sich sehr gut und zweifelsfrei nachweisen.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß
auch Verunreinigungen innerhalb der Linsen, die fertigungsbedingt unvermeidbar
sind und bei allen Herstellern vorkommen (Einschlüsse, Luftblasen),
sichtbar werden. Es ist also ein gewisses "Grundrauschen" auch bei fabrikneuen
Optiken zu tolerieren. Dies gilt insbesondere im Randbereich der Linsen.
Fremdkörper (Fusseln, lose Teile) und Verklebungen der Linsenoberflächen
sind jedoch nicht zu tolerieren.
Weiterhin ist ein reproduzierbarer Meßwert,
wie er als Relativwert bei der Transmissionsmessung ausgewiesen werden
kann, nicht zu erzielen.
Der Preis dieser Vorrichtung liegt bei
ca. 1.500,- DM.
5.
Zusammenfassung und Beurteilung
Es wurden Verfahren geschildert, die es
im Feld und außerhalb der Herstellerorganisationen erlauben, den
Zustand Starrer Optiken zu beurteilen.
Das Verfahren zur Transmissionsmessung
erscheint mir eher für den interessierten Techniker geeignet, der
nach entsprechender Vorarbeit das Alterungsverhalten über das Nachlassen
der Transmissionsleistung beurteilen will. Ergebnisse wie: "Optik 4711
hat nach X Sterilisationszyklen mit Verfahren Y um Z Prozent in ihrer Lichtleistung
nachgelassen" sind möglich. Wie oben erwähnt, können solche
Aussagen auch über andere optische Komponenten getroffen werden.
Bild 5: Endoskop im Lupenrohr
Aussagen über die Lebensdauer einer
Optik (gewöhnlich definiert als die Anzahl Sterilisationszyklen bis
zu ihrer Eintrübung) sind mit diesem Verfahren belegbar.
Die Weiterentwicklung der Augenlupe in
Form des Lupenrohrs ist dagegen nicht zur Erzielung meßbarer Qualitätskriterien
geeignet. Es erlaubt jedoch den schnellen Check, eine Beurteilung des Trübungsgrades
und die Feststellung bzw. den Ausschluß eines Linsenbruches. Dieses
Verfahren eignet sich eher für die Praktiker im Krankenhaus und da,
wo Zweifel an den Reparaturklasseneinstufung bestehen.
Durch die Differenzierung zwischen altersgemäßen
Einflüssen und unsachgemäßer Handhabung lassen sich während
der Garantiezeit Ansprüche gegenüber dem Hersteller/Lieferanten
durchsetzen. Dies ist ein unmittelbarer wirtschaftlicher Vorteil.
Bei entsprechender Erfahrung wird auch
die Beurteilung der Reparaturqualität insbesondere bei Reparaturen
durch Dritte möglich.
Die Vorrichtung Lupenrohr ist klein, handlich
und läßt sich ohne Energieversorgung praktisch überall
im Krankenhaus anwenden (nach OP, beim Eingang in den Aufbereitungsbereich
bzw. vor dem Einschweißen in die Sterilisationsverpackung). Sie ist
geeignet für eine erste Zustandsbeurteilung vor Abgabe an ein Reparaturunternehmen
sowie für den Außendienst der Herstellerfirmen. Es lassen sich
Linsenbrüche und altersgemäße Einflüsse feststellen
und in ihrer Ausprägung beurteilen. Die Differenzierung zwischen sachgerechter
und unsachgemäßer Nutzung gelingt.
Bei einem Reparaturaufkommen für Starre
Endoskope >5.000,- DM p.a. bzw. einem Bestand von mehr als 5 Optiken erscheint
die Beschaffung zumindest eines der beiden Prüfmittel bzw. (bei sehr
seltenen Prüfvorgängen) die Einarbeitung in das Verfahren mit
der Augenlupe sinnvoll.
Über den Autor:
Dipl. Ing. C. Hilger
Sachverständiger für Schäden an medizinischen Geräten und medizinisch - technischen Systemen sowie deren Bewertung
- öffentlich bestellt und vereidigt –
Keuloserstr. 75
36093 Künzell