Ich bin in der AG EH MED e.V. engagiert. Unser Verein gibt Erste Hilfe Kurse, und weil unsere Zielgruppe zu großen Teilen Medizinstudierende sind, bieten wir zusätzlich freiwillige Zusatzthemen an, die in einem normalen Erste Hilfe Kurs keinen Platz haben. Dazu gehört bei uns zum Beispiel eine Stunde zum Atemwegsmanagement, in der die Teilnehmenden vom Guedeltubus bis zum Endotrachealtubus die Grundlagen der Atemwegssicherung kennenlernen.

Beim Zeigen und Erklären der endotrachealen Intubation hatten wir aber immer dasselbe Problem: Selbst bei kleinen Gruppen von fünf bis acht Teilnehmenden ist es schwierig, dass alle gleichzeitig etwas sehen. Mit einem klassischen Laryngoskop schaut eben nur eine Person in den Rachen. Ideal wäre ein Videolaryngoskop mit einem großen Bildschirm, auf dem alle mitschauen können.

Erste Tests mit dem AirAngel

An dieser Stelle ein großes Danke an Sebastian aus der AG. Er hat ein AirAngel Videolaryngoskop gebaut. Das ist ein gemeinnütziges Projekt, das mit 3D Druck und einer günstigen Endoskopkamera Videolaryngoskope überall auf der Welt zugänglich machen und so Komplikationen beim Intubieren vorbeugen will. Die Grundidee: Man druckt einen Laryngoskopspatel, steckt eine Endoskopkamera für etwa 15 €, wie sie zum Beispiel zur Rohrinspektion verwendet wird, hinein, verbindet sie per USB Kabel mit dem Handy und nutzt dieses als Bildschirm.

Das hat bei uns in der AG super funktioniert. Ich dachte aber, dass man noch einen Schritt weitergehen kann. Mir persönlich waren die AirAngel Laryngoskope noch deutlich klobiger als normale Laryngoskope, und das Kabel zum Handy hat mich immer etwas gestört. So entstand die Idee, selbst noch einmal anzusetzen.

Mein erster eigener Entwurf

Die Kamera

Auch ich habe mich für eine Endoskopkamera entschieden, allerdings für eine Variante, die das Bild über einen eigenen WLAN Hotspot überträgt, den die Kamera selbst aufmacht. Das ist immer noch relativ günstig, etwa 50 € pro Endoskop, und die komplette Elektronik mit Akku, Beleuchtung und Funk ist schon vorhanden. Ich habe die WLAN Endoskopkamera von OOZAKA mit 5,5 mm Kameradurchmesser verwendet. Grundsätzlich sollte aber jede ähnliche WLAN Endoskopkamera funktionieren, solange die Elektronik ins Gehäuse passt. Das Bild schaut man sich dann in der App WiFi Look auf dem Handy oder Tablet an.

Das Endoskop zerlegen

Auf die inneren Werte kommt es an

An sich ist das Endoskop schon sehr kompakt gebaut. Trotzdem verbraucht die Kunststoffhülle unnötig Platz und ist überflüssig, weil die Elektronik ohnehin direkt ins Laryngoskop wandern soll. Also wurde das Endoskop erst einmal aufgemacht.

Nach fünf gebauten Laryngoskopen kann ich sagen: Am besten ritzt man die Ultraschallverschweißung des Gehäuses vorsichtig mit einem Messer rundherum an und hebelt es dann auf. Am besten von der Seite mit dem Schalter, denn so riskiert man nicht, den Akku zu beschädigen. Im Endoskop steckt ein 18650 Lithium Ionen Akku mit 2600 mAh. Mit dem sollte man vorsichtig umgehen: nicht mit dem Messer hineinstechen, nicht quetschen und keine Kurzschlüsse bauen. Der Akku hängt über einen kleinen Stecker an der Platine. Den sollte man vor allen weiteren Arbeiten abziehen.

Danach kann die Elektronik komplett übernommen werden. Anschließend habe ich das Kamerakabel noch eingekürzt. Hier sollte man keinen feinen Seitenschneider verwenden, denn im Kabel steckt ein gehärteter Draht als flexible Führung, und der beschädigt die Schneiden.

Zusammenbau der ersten Version

Das Gehäuse der ersten Version besteht aus zwei Teilen: dem Laryngoskop mit angesetztem Elektronikgehäuse und einem Deckel. Gedruckt habe ich beides auf meinem Bambu Lab X1C aus schwarzem PLA.

Rendering der ersten Version schräg von oben, ein schwarzer Spatel mit eckigem Elektronikgehäuse am Griff

Die Elektronik wurde in der ersten Version einfach in die Box gelegt und mit Heißkleber fixiert, und zwar so, dass der Schalter und das Drehrädchen für die Helligkeit weiter bedienbar sind.

Die Kamera wird von vorne durch das Fixierungsloch an der Spatelspitze gesteckt und das Kabel durch den Kanal bis ins Gehäuse geführt. Dort wird es wieder an den Stecker zur Platine gelötet. Nach dem ersten Einschalten greift man das Kameramodul mit einer Zange oder einem Nadelhalter und dreht es so lange, bis das Bild gerade ist.

Damit war das Ziel erreicht: kabelloser Betrieb und ein deutlich schlankerer vorderer Teil des Laryngoskops.

Spatelspitze mit eingesetzter Kamera, deren LED Beleuchtung das Papier darunter hell anstrahlt

Version 2

Was draufsteht, muss man nicht erklären

Auch wenn die erste Version funktionierte, lag sie nicht gut in der Hand, weil die Box zu eckig war. Außerdem zeigte sich im Kursalltag, dass sie noch nicht nutzerfreundlich genug war:

  • Man musste jedes Mal erklären, wie der WLAN Hotspot der Kamera heißt und welche App man auf Handy oder Tablet braucht. Das merkt sich nämlich keiner. Also sollte das direkt auf das Laryngoskop gedruckt werden.
  • Alle haben die LED Beleuchtung immer auf maximale Helligkeit gestellt. Das Drehrädchen braucht man also gar nicht, die Helligkeit kann fest auf Maximum bleiben.
  • Für manche unserer Ausbilder war es offenbar notwendig, auch noch draufzuschreiben, dass das kein Medizinprodukt ist und Autointubation Risiken birgt. Schöne Grüße an Maurice 😉

Außerdem habe ich mich entschieden, den Deckel zu verschrauben, die Status LEDs der Platine durch eigene LEDs zu ersetzen und diese zusammen mit einem Ein und Ausschalter und einer USB C Ladebuchse direkt in den Deckel zu setzen. Und statt nur einer Form gibt es jetzt zwei Spatel: einen gebogenen, den ich grob nach dem Macintosh Spatel modelliert habe, und einen hyperangulierten.

Rendering der zweiten Version mit Macintosh Spatel, auf dem runden Griff steht in roter Schrift NOT FOR HUMAN USE, darüber der abgenommene Deckel

Auf der einen Seite des Griffs steht NOT FOR HUMAN USE, auf der anderen der Name der App. Der WLAN Hotspot heißt genauso, nur mit angehängter Modellnummer. So weiß jeder sofort, womit er sich verbinden muss.

Hyperanguliertes Laryngoskop von der Seite mit der roten Aufschrift APP/WiFi: “WiFi LOOK” auf dem Griff, an der Spatelspitze leuchtet die Kamerabeleuchtung

Der hyperangulierte Spatel ist deutlich stärker gekrümmt. Gerade bei Videolaryngoskopen ist diese Form verbreitet, weil man damit um die Kurve schauen kann, ohne die Achsen von Mund, Rachen und Kehlkopf so stark ausrichten zu müssen.

Rendering des hyperangulierten Spatels von der Seite mit stark gekrümmtem Spatel und abgenommenem Deckel

Druck und Nachbearbeitung

Auch dieses Mal habe ich wieder schwarzes PLA verwendet (dazu mehr im Fazit) und die Schrift direkt mit rotem PLA mitgedruckt. Anschließend habe ich die Teile mit 80er und 220er Schleifpapier geschliffen und danach die Oberfläche mit einem Bunsenbrenner ganz kurz erhitzt, deutlich unter einer Sekunde pro Stelle. Dadurch schmilzt die Oberfläche minimal an, und der Kunststoff verliert den matten, angeschliffenen Charakter. Die Oberfläche wird so deutlich glatter und flutscht im Übungsmodell viel besser.

Dabei bitte vorsichtig sein: PLA wird schon bei niedrigen Temperaturen weich und kann sich bei zu langem Erhitzen verziehen oder entzünden. Also lieber mehrmals kurz drüber als einmal zu lange.

Der Deckel wird mit zwei M2 × 4 mm Schrauben gesichert. Im Deckel sind Aussparungen für M2 Muttern, die als Gewinde dienen.

Elektronik

Die Hardware und der grundsätzliche Zusammenbau sind im Vergleich zur ersten Version gleich geblieben. Neu ist, dass jetzt der Schalter, die Ladefunktion und die Status LEDs von der Platine abgegriffen und nach außen in den Deckel geführt werden.

Rückseite der Endoskopplatine mit angelöteten blauen, roten und schwarzen Litzen, die in kleinen JST Steckern enden

Die beiden blauen Kabel sind an die Kontakte des originalen Schiebeschalters gelötet. Der Originalschalter bleibt auf der Platine, steht aber auf OFF. Parallel dazu sitzt im Deckel ein rastender Metalltaster mit 12 mm Durchmesser, hohem Kopf und Schließerkontakt. Grundsätzlich funktioniert hier jeder Schalter, Hauptsache er rastet ein und ist kein Taster, der nur so lange schaltet, wie man ihn drückt.

Die anderen beiden Kabel sind an die beschrifteten Testpads für VCC und GND gelötet und führen zur USB C Ladebuchse im Deckel. Die originalen SMD LEDs der Platine habe ich entfernt und ihre Pads ebenfalls über Litzen nach außen geführt. Damit man den Deckel samt Elektronik aus dem Griff herausnehmen kann, enden alle Kabel jeweils in einem JST SH Stecker. Im Deckel sitzt jeweils das Gegenstück.

Innenseite des Deckels mit Taster, zwei JST Buchsen und Kabeln, alles mit schwarzem Heißkleber fixiert

Alles ist mit schwarzem Heißkleber im Deckel verklebt. Das schwarze Material verhindert, dass Licht der LEDs durch den Kleber nach außen streut, wirkt deutlich seriöser und macht das Ganze sehr robust.

Im Deckel sitzen außerdem je eine rote und eine reingrüne 3 mm LED. Sie zeigen den Zustand des Laryngoskops an:

  • Rot: Akku wird geladen
  • Grün beim Laden: Akku ist voll
  • Grün blinkend im Betrieb: Hotspot ist offen, aber noch kein Gerät verbunden
  • Grün dauerhaft im Betrieb: Handy oder Tablet ist verbunden

Deckel des Laryngoskops mit USB C Buchse, Metalltaster und leuchtender grüner LED

Damit die LEDs an den 3,3 V der Platine nicht zu viel Strom ziehen, bekommt jede LED einen Vorwiderstand. Der berechnet sich aus der Versorgungsspannung $U_B$, der Durchlassspannung der LED $U_F$ und dem gewünschten Strom $I_F$:

$$R = \frac{U_B - U_F}{I_F}$$

Für die rote LED mit $U_F \approx 2{,}0\ \text{V}$ habe ich 150 Ω verbaut, das ergibt etwa 9 mA. Die reingrüne LED hat eine deutlich höhere Durchlassspannung von etwa 3,0 V, bei ihr bleiben nur noch 0,3 V für den Widerstand übrig. Mit 33 Ω fließen hier ebenfalls etwa 9 mA.

So sieht das Ganze aus, wenn man den Deckel samt Elektronik aus dem Griff zieht. Die Platine sitzt zusammen mit dem Akku in einem kompakten Paket, das in den Griff geschoben wird.

Geöffnetes Videolaryngoskop, das Elektronikpaket mit Akku und Deckel ist aus dem Griff gezogen

Nachbauen

Wichtig: Das ist kein Medizinprodukt. Die Laryngoskope sind ausschließlich für die Lehre an Übungsmodellen gedacht und dürfen nicht am Menschen eingesetzt werden. Genau deshalb steht es auch drauf. Dazu kommt, dass die Bildübertragung per WLAN läuft. In der Praxis war das bei uns nie ein Problem, eine Verbindung über Funk kann aber immer verzögern oder abreißen, und das ist am Menschen keine Option.

Material

  • Körper und Deckel aus dem 3D Drucker
  • WLAN Endoskopkamera, bei mir von OOZAKA mit 5,5 mm Kamerakopf
  • rastender Schalter oder Taster, bei mir ein 12 mm Metalltaster mit hohem Kopf und Schließerkontakt
  • USB C Einbaubuchse zum Laden
  • je eine rote und eine reingrüne 3 mm LED
  • Widerstände mit 150 Ω und 33 Ω
  • JST SH Stecker und Buchsen
  • 2 Schrauben M2 × 4 mm und 2 Muttern M2
  • dünne Litze
  • schwarzer Heißkleber
  • Schleifpapier mit 80er und 220er Körnung
  • Bunsenbrenner oder Gasbrenner zum Glätten
  • Lötkolben, Messer zum Öffnen des Endoskops und Zange oder Nadelhalter zum Ausrichten der Kamera

Druckeinstellungen

  • Schichthöhe 0,15 mm
  • 12 Wandlinien
  • 30 % Infill
  • mit Stützstruktur
  • liegend gedruckt, so dass die Seite mit NOT FOR HUMAN USE oben liegt

Für den Einsatz in der Lehre empfehle ich GF ABS statt PLA, warum, steht im Fazit.

Dateien

Am einfachsten geht der Nachbau mit dem kompletten Bambu Studio Projekt als 3MF. Darin sind beide Laryngoskope der zweiten Version samt Deckeln schon fertig mit roter Schrift eingefärbt.

Die STL Dateien sind dagegen einfarbig. Im Fusion 360 Projekt ist die Schrift als 0,01 mm tiefe Fläche angelegt, so dass ihr sie bei eigenen Anpassungen als eigenen Körper ausprägen könnt.

Die Laryngoskope stehen unter der Lizenz CC BY-NC-SA 4.0. Ihr dürft sie also kostenlos nachbauen, verändern und weitergeben, solange ihr mich als Urheber nennt, sie nicht kommerziell nutzt und eigene Veränderungen unter derselben Lizenz weitergebt.

Falls ihr Fragen habt oder andere Dateiformate braucht, schreibt mir gerne: wird geladen …

Fazit

Die zweite Version hat sich in den letzten zwei Jahren in der AG bewährt. In Kooperation mit dem Simulationszentrum der Anästhesie in Greifswald haben wir noch einmal einen Satz für dieses gebaut. Diese Laryngoskope gingen nach vermutlich falscher Belastung kaputt, dabei ist der Spatel vom Handgriff abgebrochen. Deshalb habe ich sie noch einmal aus GF ABS mit 12 Wandlinien gedruckt. Seitdem halten auch diese stabil, werden regelmäßig in der Lehre eingesetzt und haben sich bewährt.