Endoscope-I

Patienten, die an HNO-Kliniken überwiesen werden, können dank eines von Protolabs hergestellten Teils eine schnellere Krebsdiagnose und -behandlung erhalten.

Eine Nasenendoskopie ist ein diagnostisches Verfahren, das die Untersuchung der Nase, des Rachens und des Kehlkopfs umfasst. Ein spezielles Teleskopinstrument, ein so genanntes Endoskop, wird durch den Nasenkanal und den hinteren Teil des Rachens geführt und macht dabei detaillierte Aufnahmen der Strukturen.

Das von Endoscope-i entworfene und von Protolabs in 3D gedruckte Teil dient der Befestigung eines Apple-iPhones an einem flexiblen Endoskop. In Verbindung mit der urheberrechtlich geschützten Software von Endoscope-i können so hochauflösende endoskopische Bilder mit dem iPhone erfasst, gespeichert und übertragen werden. Diese Technik ermöglicht eine schnelle Ferndiagnose von Krebserkrankungen im Rachenraum.

Endoscope-i wurde 2012 von Ajith George, einem HNO-Arzt für Kopf- und Halskrebs am Royal Stoke University Hospital, gegründet. CEO Chris Coulson, HNO-Arzt am Queen Elizabeth Hospital in Birmingham, leitet das Unternehmen, während die Mitbegründer Simon Pargeter, Elektro- und Software-Ingenieur, und Mark Prince, Ingenieur für mechanisches Design, das technische Know-how in das Team einbringen.

Der innovative Ansatz von Endoscope-i für die HNO-Untersuchung wurde während des Höhepunkts der Covid-Pandemie in der Heiserkeitsambulanz des University Hospital North Midlands (NHNM) in Stoke getestet.

Traditionell werden Patienten mit Verdacht auf Kehlkopfkrebs von einem Facharzt in einem Krankenhaus untersucht. Um eine Diagnose zu stellen, führen die Ärzte eine Nasenendoskopie mit einem Endoskop und einem Endoskopie-Stack durch, einem großen Computer mit Videobildsoftware. Ein Endoskopie-Stack kann bis zu 50.000 Britische Pfund kosten, und obwohl es sehr hochauflösende Bilder liefert, haben Krankenhäuser aufgrund der hohen Kosten im Allgemeinen keinen ausreichenden Zugang zu solchen Geräten.

Das einzigartige System von Endoscope-i hat den großen Vorteil, dass ein iPhone zu einem Bruchteil des Preises zu einem Endoskopie-Stack umgewandelt werden kann. Das Unternehmen leistet seit fast einem Jahrzehnt Pionierarbeit bei der Weiterentwicklung dieser Technologie, doch das Interesse des NHS an der Erprobung der Endoscope-i-Geräte in der Heiserkeitsambulanz des UHNM wurden durch die Fortschritte in der Bildgebungsfähigkeit von Smartphones und die einzigartigen Herausforderungen aufgrund des Lockdowns geweckt.

Während der Studie wurden die von ihrem Hausarzt überwiesenen Patienten, bei denen aufgrund ihrer Krankengeschichte ein hohes Risiko für Kehlkopfkrebs bestand, auf dem traditionellen Weg in die Heiserkeitsambulanz des Krankenhauses geschickt. Unterdessen wurden die als risikoarm eingestuften Patienten zu einer Untersuchung mit der Endoscope-i-Technologie in die örtliche Klinik eingeladen. Diese Nasenendoskopie wurde dort von einer speziell ausgebildeten Krankenschwester und nicht von einem Facharzt durchgeführt.

Nach der Untersuchung konnte die Krankenschwester mit dem Endoscope-i-Gerät die Bilder speichern und schnell an einen Facharzt senden, der aufgrund von Covid-Maßnahmen oft nicht vor Ort war. Die Software von Endoscope-i wiederum ermöglichte es dem Arzt, die Aufnahmen zu sichten und wichtige Bilder schnell zu identifizieren.

Mit dem System von Endoscope-i war der Arzt in der Lage, einen Patienten effizient zu untersuchen, den Schweregrad der Pathologie einzuschätzen und in nur wenigen Sekunden eine Diagnose zu stellen, bevor er – in der Regel innerhalb von zwei Tagen – eine ärztliche Empfehlung geben konnte. Das gesamte System sorgte dafür, dass der Facharzt seine Zeit viel effektiver nutzen konnte, die im gesamten Prozess den größten Kostenanteil ausmacht.

Während des Pilotprojekts erwies sich die Endoscope-i-Klinik bei der Beurteilung von Patienten mit geringem Risiko als so effektiv, dass sie auch mit der Beurteilung von Patienten mit hohem Risiko betraut wurde, um die Regelklinik des jeweiligen Arztes zu entlasten.

Der Erfolg des Endoscope-i-Geräts war so groß, dass die Heiserkeitsambulanz des UHNM in Stoke die Anzahl der von ihr untersuchten Patienten erhöhen konnte. Dies ist umso bemerkenswerter angesichts der Tatsache, dass während Covid die Kapazitäten der meisten Krankenhäuser auf etwa 10 % reduziert waren. Stoke konnte seine Kapazität dagegen noch steigern.

Die in Stoke erprobte Heiserkeitsambulanz wird nun auf andere Krankenhäuser im Vereinigten Königreich ausgeweitet. „Die Studie hatte bemerkenswerte Ergebnisse“, erklärt der Endoscope-i-Konstrukteur Mark Prince. „Eine Person in der Heiserkeitsambulanz wurde aufgrund ihres Risiko-Indexes als Patient mit einer geringen Krebswahrscheinlichkeit eingestuft. Doch bei Einsatz unseres Endoskops zeigten die Bilder, dass es sich tatsächlich um Kehlkopfkrebs handelte. Glücklicherweise erhielt dieser Patient dank unseres Systems eine schnellere Diagnose und konnte sich früher in Behandlung begeben, als es sonst der Fall gewesen wäre. “

„Und das ist einem kleinen Stück Kunststoff zu verdanken, das von Protolabs hergestellt wird“, sagt Mark. „Natürlich gibt es weit mehr als dieses kleine Kunststoffteil, aber es spielt eine wesentliche Rolle in unserem System. Die Ergebnisse für die Patienten und Krankenhäuser sind fantastisch.“

Als weltweit schnellster digitaler Hersteller und mit seinem führenden Online-Angebots- und dem automatischen Feedbacksystem bietet Protolabs Innovatoren wie Mark den bestmöglichen Service.

Neben der Designentwicklung für Endoscope-i ist Mark leitender Dozent an der Aston University, wo er sich auf Automatisierung und additive Fertigung spezialisiert hat. Mark weiß also fast alles, was es über 3D-Druck zu wissen gibt!

Mark ist langjähriger Kunde von Protolabs. Die erste Zusammenarbeit fand bereits 2014 statt. Warum also hat sich dieser Experte für additive Fertigung überhaupt für eine Zusammenarbeit mit Protolabs entschieden?

„Ursprünglich habe ich mich für Protolabs entschieden, weil ich nicht nur für Endoscope-i arbeite, sondern auch als Hochschullehrer für Maschinenbau und Design tätig bin“, erklärt Mark. „Protolabs gehört zu den Adressen, an die wir die Studierenden immer verweisen, wenn sie Angebote für die von ihnen entworfenen Teile benötigen, die im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Denn Protolabs verfügt über eine sehr gute Kalkulations- und Angebotssoftware mit kurzer Reaktionszeit. Das ist genial, denn so können die Studierenden sehen, wie sie ihre Entwürfe ändern müssen, damit die Herstellbarkeit der Teile gegeben ist.“

„Als 2014 das erste Endoscope-i-Herstellungsprojekt anstand, entschied ich mich, Protolabs eine Chance zu geben. Nach meiner Erfahrung waren sie sehr kompetent, reaktionsschnell und hilfsbereit. Seitdem ist die Zusammenarbeit großartig gelaufen. Der Service war stets hervorragend.“

Mark arbeitet regelmäßig mit Protolabs zusammen, um sicherzustellen, dass das Produktportfolio von Endoscope-i mit den regelmäßigen Produkteinführungen von Apple Schritt hält.

Mark erläutert: „Alle zwei Jahre bringt Apple neue Geräte auf den Markt. Ihre Produktpalette wird also immer breiter. Wir beliefern unsere Kunden, also Chirurgen, Ärzte und Tierärzte, sowohl im öffentlichen als auch im privaten Sektor direkt. Dabei wissen wir nie, welche Geräte sie verwenden. Das bedeutet, dass wir Adapter anbieten müssen, die für jedes iPhone geeignet sind. Also entwerfe ich alle zwei Jahre vier neue Vorrichtungen, die auf die Neuerscheinungen von Apple abgestimmt sind.“

Im Rahmen der jüngsten Zusammenarbeit mit Protolabs entwickelte Mark vier neue Teile - Adapter für das iPhone 13, das iPhone 13 Pro, das iPhone 13 Pro Max und das iPhone 13 Mini. Ihre Geometrie ist sehr ähnlich und sie sind je nach iPhone zwischen 10 und 15 cm lang. Diese Teile sehen ähnlich aus wie eine Smartphone-Schutzhülle und befestigen das iPhone an den starren oder flexiblen Endoskopen, die bei verschiedenen medizinischen Eingriffen zum Einsatz kommen: Gastroskope und Laparoskope zur Untersuchung von Darm, Dünndarm oder inneren Organen, Nasenendoskope zur Untersuchung von Rachen, Zungengrund und Kehlkopf sowie starre Otoskope zur Untersuchung von Mittelohr und Trommelfell.

„Für diese iPhone-13-Generation wurden die Teile nicht im Spritzgussverfahren hergestellt, wie wir es in der Vergangenheit getan haben“, sagt Mark. „Das liegt daran, dass die Produktionsanforderungen des Spritzgusses mich dazu zwingen, eine bestimmte Richtung bei der Morphologie oder Form des Designs einzuschlagen, während der 3D-Druck mir mehr Flexibilität bietet. Ich kann viel komplexere Formen herstellen und muss mich nicht um Hinterschnitte und Ähnliches kümmern. Deshalb werden die meisten unserer Gehäusekomplettadapter – jene, die wie eine Handyhülle aussehen – in 3D gedruckt.“

Der 3D-Druck bzw. die additive Fertigung von Protolabs stellt Genauigkeit und Wiederholbarkeit sicher, so dass die Designer hochpräzise Teile erhalten. Die Technologie eignet sich für funktionsfähige Prototypen, komplexe Designs und Produktionsbauteile in extrem kurzen Zeitspannen. Additive Teile werden mit Stereolithographie, selektivem Lasersintern, Multi Jet Fusion, PolyJet und direkten Metalllasersinterprozessen sowie in verschiedenen Kunststoffen und Metallen hergestellt.

Das Projekt Endoscope-I war recht unkompliziert. Das Material, Bayblend T65 XF (Black), wurde von Protolabs geliefert und bereits bei früheren Produkten verwendet. Bei der Auswahl dieses Materials stand Protolabs beratend zur Seite, wie Mark erklärt: „Als ich zum ersten Mal mit Protolabs an diesen Smartphone-Adaptern gearbeitet habe, ging es darum, das richtige Material zu finden. Ich wollte ein robustes Material mit guten Funktionseigenschaften, das im Kontakt mit Personen zugleich sicher ist. Protolabs hat uns hervorragend beraten. Wir haben uns für T65 XF entschieden, ein Polycarbonat-ABS, das auch für die Innenausstattung von Autos verwendet wird. Es hat eine gute Temperaturbeständigkeit, und Protolabs konnte uns hinsichtlich der Schrumpfrate beraten.“

„Protolabs leistet hervorragende Arbeit bei der Beratung zu Materialien. In einem Fall wollten wir herausfinden, ob wir ein Nylon 11 für eines unserer Teile verwenden konnten. Da wir nicht sicher waren, ob es funktionieren würde, führte Protolabs einen Test für uns durch. Es wurde in Nylon 11 und 12 in Schwarz und Weiß gedruckt, damit wir es in verschiedenen Farben und mit verschiedenen Materialien ausprobieren konnten, um sicherzugehen, dass es unseren Anforderungen entsprach. Protolabs hat dies auf eigene Kosten getan und uns damit ermöglicht, die Details festzulegen und das Geld für weitere Prototypen einzusparen. Das war genial.“

„Wir arbeiten gerne mit Protolabs zusammen, weil der Service immer hervorragend ist. Bei früheren Projekten haben sie uns Ratschläge zu den Hinweisen gegeben, die wir auf den Fertigungsscheinen vermerken müssen und die wir auch heute noch verwenden, um sicherzustellen, dass die Teile so hergestellt werden, wie wir sie brauchen. Besonders hilfreich ist, dass Protolabs Ihnen auf die Frage, ob etwas funktionieren wird, erklären kann, warum es aus ihrer Sicht nicht der Fall sein wird. Eine Zeit lang hatten wir Probleme mit Verformungen und einigen Gewinden, die an den Teilen nicht richtig funktionierten. Deshalb haben sie uns zu einem anderen Verfahren geraten, und nachdem wir es übernommen hatten, funktionierte alles tadellos.“

Neben der Einführung der Heiserkeitsambulanz in anderen NHS-Krankenhäusern arbeitet Endoscope-i an einer Reihe von Projekten im öffentlichen und privaten Sektor. Dabei findet auch eine Zusammenarbeit mit dem Verteidigungsministerium statt, um die bahnbrechenden Geräte von Endoscope-i zur schnellen Untersuchung des Gehörs von Truppenmitgliedern vor Ort zu nutzen und Strategien zur Behandlung von Gehörschäden nach IED-Explosionen zu erarbeiten.

Es sind große Anstrengungen für dieses innovative Unternehmen, das immer stärker wird – und Mark plant bereits das nächste Projekt mit Protolabs.

„Bisher haben wir Protolabs für das Spritzgießen und die additive Fertigung genutzt. Unser nächstes in Kürze anstehendes Projekt wird CNC-Bearbeitung umfassen. Ich bin also gespannt, wie sich das entwickelt, bin aber zuversichtlich, dass wir in Zusammenarbeit mit Protolabs das gewünschte Ergebnis erzielen werden.“