MEDS - Einführung Medizinische Technik und Medizininformatik - Materialsammlung an der Hochschule Aschaffenburg

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Medizintechnik

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Medizinprodukte

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Beispiele für medizintechnische Produkte

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Vorschriften für Medizinprodukte

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Pulsoximetrie: Mess-Methode

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Blutdruck-Messung: Normalbefund und weitere physiologische Kenngrößen

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Spirometrie: Mess-Methode

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Technik im medizinischen Labor

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Medizintechnik in der medizinischen Therapie

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Definition der Medizinischen Informatik

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Klassische Themengebiete der Medizinischen Informatik

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Medizinische Dokumentation

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MEDS - Einführung Medizinische Technik und Medizininformatik - Materialsammlung

Medizintechnik

  • ist die Anwendung der Prinzipien, Methoden und Verfahren der Ingenieurwissenschaften auf die Medizin. 
  • Der technische Gegenstand der Medizintechnik sind Medizinprodukte. Sie sind nach der für die Medizintechnik geltenden Europäischen Medizinprodukterichtlinie (93/42/EWG, April 1993) wie folgt definiert:

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Medizinprodukte


  • Instrumente, Apparate, Vorrichtungen, Stoffe oder andere Gegenstände, die zur Erkennung (Diagnostik), Verhütung (Prävention), Überwachung (Monitoring) und Behandlung (Therapie) von Erkrankungen beim Menschen oder zur Wiederherstellung der Gesundheit (Rehabilitation) bestimmt sind.

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Beispiele für medizintechnische Produkte

  • Medizintechnische Geräte allgemein, z. B.: 
  • - Katheter 
  • - Endoskope, 
  • - Anästhesiegeräte
  •  - Chirurgische Instrumente
  •  - Infusions- und Transfusionsgeräte 
  • - Augenärztliche (ophthalmologische) Geräte 
  • - Zahnärztliche Dental- und Modellierinstrumente 
  • - Geräte zur Atmungstherapie, Beatmungs-/Wiederbelebungs-Apparate Elektromedizinische Geräte, z. B.:
  •  - Elektronische Blutdruckmessgeräte
  • - Ultraschallgeräte: Diagnose/Therapie-Geräte (z.B. Nierensteinzertrümmerer) 
  • - Röntgengeräte 
  • - Computertomografen 
  • - Elektrodiagnosegeräte, z.B. Kernspintomografie, Magnetresonanzgeräte,–Elektrokardiographen (EKG) 
  • - Nuklearmedizinische Geräte mit Alpha-, Beta- oder Gammastrahlen,–Ultraviolett/Infrarot-Bestrahlungsgeräte
  • - Dentalbohrmaschinen
  • - Schwerhörigengeräte 
  • - Herzschrittmacher

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Vorschriften für Medizinprodukte

Bevor ein Medizinprodukt in Deutschland in Verkehr gebracht werden darf, sind zahlreiche national sowie EU-weit gültige Vorschriften zu erfüllen

Ausblick: Ausschnitt aus den allgemeinen Anforderungen an Medizinprodukte in der EU

 

  1. Vertretbar minimierte Gefährdung von Patienten und Dritten, Risikominimierung bei Anwendungsfehlern 
  2. Nach Grundsätzen der integrierten Sicherheit und dem allgemein anerkannten Stand der Technik ausgelegt 
  3. Erfüllung der Leistungsangaben des Herstellers 
  4. Keine Änderung der Merkmale und Leistungen bei normaler Belastung 
  5. Keine Änderung der Merkmale und Leistungen bei sachgerechter Lagerung und Transport 
  6. Bei vorgegebenen Leistungen keine unerwünschten Nebenwirkungen mit unvertretbaren Risiken – Nachweis durch eine klinische Bewertung nach Anhang X

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Pulsoximetrie: Mess-Methode

  • Zur Messung wird eine Sensor-Klammer auf Finger, Zeh oder Ohrläppchen aufgesteckt.
  • In der Innenseite der Sensor-Klammer befinden sich auf der einen Seite zwei Lichtquellen (Leuchtdioden) und auf der anderen Seite ein Licht-Sensor (Photodiode)
  • Die Lichtquellen werden in schneller Folge abwechselnd eingeschaltet und für jede Quelle wird getrennt die Transmission (wie viel Licht durch das Gewebe dringt) gemessen.
  • Die gemessenen Signalwerte variieren mit der Zeit, da die Transmission jeweils einerseits von stetigen Einflüssen (Absorption durch Knochen, Gewebe, venösem Blut) und und einem variablen Einfluss abhängt, nämlich der Transmission in den durch den Herzschlag pulsierenden Arterien.
  • Da nur dieser letztgenannte Einfluss für die Bestimmung des arteriellen Sauerstoffgehalts relevant ist, wird das Signal jeweils ausgewertet, wenn es ein lokales Maximum und wenn es ein lokales Minimum erreicht.
  • Pro Lichtquelle wird das letzte lokale Minimum vom letzten Maximum abgezogen, um nur den variablen Anteil des Signalwertes zu betrachten.
  • Als Nebeneffekt lässt sich durch den zeitlichen Abstand zwischen den lokalen Maxima die aktuelle Herzschlagfrequenz (Puls) bestimmen und anzeigen.
  • Die Lichtquellen senden Licht jeweils unterschiedlicher Wellenlänge aus, meist wird eine im sichtbaren roten Bereich (Wellenlänge ca. 660 nm) und eine im unsichtbaren Infrarot-Bereich (Wellenlänge ca. 910 nm) verwendet.
  • . Das arterielle Blut enthält Anteile von oxygeniertem und deoxygeniertem Hä- moglobin, wobei beide Arten von Hämoglobin das Licht je nach Wellenlänge unterschiedlich stark absorbieren.
  • Es wird der variable Anteil des Signalwertes pro Lichtquelle verwendet um durch Quotientenbildung ein Verhältnis (ratio) der Signale zu berechnen.
  • . Der sich ergebende Wert ist als Verhältnis unabhängig von den absoluten Größen der Ausgangswerte
  • . Dieser Verhältnis-Wert wird mit einer im Gerät gespeicherten Look-Up-Tabelle verglichen, der einem Verhältnis-Wert einen entsprechenden Wert für die Sauerstoff-Sättigung zuordnet, welches dann vom Gerät angezeigt werden kann.

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Blutdruck-Messung: Normalbefund und weitere physiologische Kenngrößen

Das Herz arbeitet nach dem physikalischen Prinzip einer Druck- und Saugpumpe mit folgenden Kenndaten für gesunde Menschen im Ruhezustand:
- Blutmenge pro Herzschlag (Schlagvolumen): ca. 70 ml,
- Herzfrequenz (Ruhepuls fH) ca. 70 Schläge je Minute,
- Herz-Zeit-Volumen = fH · Schlagvolumen: ca. 5 l/min, steigerbar auf ca. 30 l/min,
- Blutströmungsgeschwindigkeit (m/s): 0,4 (Aorta), 0,06 (Arterie), 0,02 (Vene),
- Blutdruck: Herz-Kontraktion (Systole) 120 mmHg, Dilatation (Diastole) 80 mmHg.

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Spirometrie: Mess-Methode

  • In der Regel wird der Patient gebeten tief Luft zu holen, und dann forciert und vollständig in das Mundstück des Spirometers auszuatmen und danach über das Mundstück einmal einzuatmen.
  • Zur Messung wird ein Mundstück mit Atemrohr verwendet, sodass die Atemluft direkt über den spirometrischen Sensor ein- bzw. ausgeatmet wird. 
  • Der Sensor bestimmt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Atemrohr
  • Der Volumenstrom (Fluss) wird berechnet als Produkt von der  mittleren Strömungsgeschwindigkeit und der bekannten Querschnittsfläche des Atemrohrs
  • Daraus kann für die Zeit des Atemvorgangs das ein- und ausgeatmete Volumen bestimmt werden kann.

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Technik im medizinischen Labor

  • In medizinischen Laboren werden unterschiedliche Proben von Körperflüssigkeiten (z. B. Speichel, Urin, Blut) auf den Gehalt von bestimmten Inhaltsstoffen/Eigenschaften (z. B. HbA1c) untersucht.
  • Die Anforderung der schnellen Untersuchung von vielen Proben hat dazu geführt, dass eine Gruppe von Geräten entwickelt wurde, um genau diese Anforderung zu unterstützen, sogenannte Lab Analyzer
  • Viele dieser Geräte basieren darauf, dass Proben automatisiert mit für die untersuchten Inhaltsstoffe spezifische Reagenzien gemischt werden. 
  • Die Reagenzien und die untersuchten Inhaltstoffe reagieren miteinander, so dass sich eine Trübung der Probe ergibt, die optisch gemessen werden kann. 
  • Aus dem Messergebnis wird anhand von Vergleichswerten der Gehalt an Inhaltsstoff ermittelt. 
  • Die Durchführung des Vorgangs ist stark automatisiert, so dass in kurzer Zeit viele Proben auf mehrere Inhaltsstoffe untersucht werden können.

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Medizintechnik in der medizinischen Therapie

  • Medizintechnik kommt an einigen Stellen in der medizinischen Therapie zum Einsatz, im Folgenden seien nur ein paar Beispiele aufgelistet.
    • Blutreinigung (Dialyse): Als Dialyse (griechisch διάλυσις dialysis, deutsch ‚Auflösung‘, ‚Loslösung‘, ‚Trennung‘) wird ein Blutreinigungsverfahren bezeichnet, das bei Nierenversagen als Ersatzverfahren zum Einsatz kommt. Die Dialyse ist neben der Nierentransplantation die wichtigste Nierenersatztherapie bei chronischem Nierenversagen und eine der Behandlungsmöglichkeiten bei akutem Nierenversagen.
    • Herzschrittmacher: Ein Herzschrittmacher (HSM) oder Pacemaker (PM) (englisch für ‚Schritt- macher‘) ist ein elektronischer Impulsgenerator zur (meist regelmäßigen) elektrischen Stimulation (Anregung) des Herzmuskels zur Kontraktion. Das Gerät dient der Behandlung von Patienten mit zu langsamen Herzschlägen (bradykarde Rhythmusstörungen).
    • Defibrillatoren: Ein Defibrillator, auch Schockgeber, oder im Fachjargon Defi, ist ein medizinisches Gerät zur Defibrillation und unter Umständen zur Kardioversion. Es kann durch gezielte Stromstöße Herzrhythmusstörungen wie Kammerflimmern und Kammerflattern (Fibrillation) oder ventrikuläre Tachykardien, Vorhofflimmern und Vorhofflattern beenden (Kardioversion).
    • Beatmungsgeräte: Ein Beatmungsgerät oder Respirator ist eine elektrisch, heute von Mikroprozessoren gesteuerte, elektromagnetisch oder pneumatisch angetriebene Maschine zur Beatmung von Personen mit unzureichender oder ausgesetzter Eigenatmung. Das Atemgas wird meist mit Sauerstoff angereichert. [
    • HF-Chirurgie: Bei der Hochfrequenz-Chirurgie (im Weiteren als HF-Chirurgie bezeichnet) wird hochfrequenter Wechselstrom durch den menschlichen Körper geleitet, um Gewebe durch die damit verursachte Erwärmung gezielt zu schädigen bzw. zu schneiden. Die Diathermie oder Elektrokaustik (von griech. kaustos für “verbrannt”) ist hierbei eine operative Methode zur Durchtrennung von Gewebestrukturen oder zur vollständigen Entfernung von Körpergewebe (Kauterisation) mit dem Elektrokauter. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlicher Schneidetechnik mit dem Skalpell ist, dass gleichzeitig mit dem Schnitt eine Blutungsstillung durch Verschluss der betroffenen Gefäße erfolgen kann. Die benutzten Geräte werden auch als Elektroskalpell bezeichnet.
    • Lasersysteme: Laserstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit spezifischen Eigenschaften (hohe Intensität/Energiedichte, oft sehr engem Frequenzbereich, scharfer Bündelung des Strahls). Anwendung in der Medizin vor Allem in der Chirurgie, auch Hornhautchirurgie, Vorteile bei Einsatz in der Chirurgie sind inhaerente Blutstillung, berührungsfreie Gewebeabtragung und mini- male Traumatisierung des umliegenden Gewebes durch Kraeftefreiheit.

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Definition der Medizinischen Informatik

Medizinische Informatik ist die Wissenschaft von der Informationsverarbeitung und der Gestaltung informationsverarbeitender Systeme in der Medizin und im Gesundheitswesen. [

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Klassische Themengebiete der Medizinischen Informatik

• Medizinische Dokumentation
• Medizinische Informationssysteme
• Medizinische Entscheidungsunterstützungssysteme, inkl. Diagnosesysteme
• Medizinische Signal-und Bildverarbeitung
• Medizinische Forschung: Studien in der Medizin
• Medizinische Lehr- und Lernsysteme

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Medizinische Dokumentation

Erfassen, Erschliessen, Speichern, Ordnen und Wiedergewinnen von medizinischen Informationen.
Ziele: Berechtigten Personen alle relevanten Informationen zu einem oder mehreren Patienten und den zugehörigen Behandlungen bereitzustellen, und zwar zum richtigen Zeitpunkt, am richtigen Ort und in der richtigen Form.
Medizinische Dokumentation dient:
der Patientenversorgung
• der Administration (der entsprechenden Einrichtung des Gesundheitswesens)
• Erfüllung rechtlicher Erfordernisse (z. B. Anzeige meldepflichtiger Erkrankungen)
• Qualitätsmanagement
• Forschung
• Lehre


Medien der Med. Dokumentation

konventionelle Patientenakte
• digitale Patientenakte
• Aktenarchiv (konventionell oder digital oder hybrid)


Arten der Med. Dokumentation in der Routine

• Klinische Basisdokumentation
• Befunddokumentationen
• Verlaufsdokumentationen
• Pflegedokumentaiton
• OP-Dokumentation
• Intensivdokumentation
• Tumordokumentation

Dokumentationen können standardisiert oder nicht-standardisiert sein oder als eine Mischform realisiert sein. Standardisierung bedeutet, dass bestimmte Fakten einheitlich dokumentiert werden (es ist also standardisiert welche Fakten in welcher Form zu dokumentieren sind).


Codierung in der Med. Dokumentation

Bestimmte freitextliche Angaben (z. B. Diagnosen) werden in der Regel mit Hilfe eines Ordnungssystems “verschlüsselt”/“codiert”, um z. B. Patienten mit bestimmten Diagnosen einfacher sowie zuverlässiger wiederzufinden und um statistische Auswertungen zu ermöglichen. Eine korrekte und reproduzierbare Kodierung setzt dabei die genaue Kenntnis des verwendeten Ordnungssystems und der
zugehörigen Codier-Richtlinien voraus.


Ordnungssysteme

Ordnungssysteme (Begriffssysteme) für medizinische Begriffe werden benutzt, um Begriffe anhand definierter Kriterien und Regeln zu systematisieren und mit natürlichsprachlichen Ausdrücken in Beziehung zu setzen. Nur so ist es möglich, aus Sammlungen von medizinischen Dokumenten gezielt Dokumente und Fakten zu finden, die bedeutungsverwandt, aber sprachlich unterschiedlich beschrieben sind.


Arten von Ordnungssysteme - Grund-Begriffe

Thesaurus: Begriffliche Ordnungssysteme, in denen Begriffe systematisch dargestellt und mindestens zusätzlich durch synonyme Bezeichnungen beschrieben werden.
Klassifikation: System zur Zusammenfassung von Begriffen Klassen (Gruppen). Pro Klasse werden Begriffe zusammengefasst, die jeweils in mindestens einem klassenbildenden (gruppenbildenden) Merkmal übereinstimmen.
Nomenklatur: Als Nomenklatur wird eine Zusammenstellung von standardisierten Begriffen, den so genannten Deskriptoren, bezeichnet, die zur Indexierung von Dokumentationsobjekten eingesetzt werden. Hierbei werden einem Objekt ein oder mehrere Deskriptoren zugeordnet (im Prinzip beliebig viele). Das Ziel besteht darin, das Objekt möglichst genau zu beschreiben.
Ontologie: Eine (formale) Ontologie ist die Beschreibung der Gegenstände (Objekte, Prozesse, Eigenschaften) eines Fachgebietes und ihrer Beziehungen (zum Beispiel Oberbegriff – Unterbegriff) mit Mitteln der mathematischen Logik. Sie unterstützt die präzise Definition der Fachtermini und trägt so zur begrifflichen Standardisierung bei. Spezialisierte Softwarewerkzeuge können aus Ontologien logische Schlüsse ziehen und ihre Widerspruchsfreiheit sicherstellen.


Wichtige Ordnungssysteme

 ICD (International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems): Internationale Klassifikation der Krankheiten, herausgegeben von der World Health Organization (WHO)
ICF (International Classification of Functioning, Disability and Health): Internationale Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit, herausgegeben von der World Health Organization (WHO)
OPS (Operationen- und Prozedurenschlüssel): die deutsche Modifikation der Internationalen Klassifikation der Prozeduren in der Medizin (ICPM) und heute die offizielle Klassifikation von operationellen Prozeduren für die Leistungssteuerung, den Leistungsnachweis und Grundlage für die Leistungsabrechnung (für stationäre Leistungen nach G-DRG) der deutschen Krankenhäuser und niedergelassenen Ärzte.
MeSH (Medical Subject Headings): ein Thesaurus zur Sacherschließung von Büchern und Zeitschriftenartikeln in Medizin und Biowissenschaften, herausgegeben von der von der United States National Library of Medicine.
LOINC (Logical Observation Identifiers Names and Codes): eine internationale, primär englischsprachige Nomenklatur zur Verschlüsselung von medizinischen Untersuchungen, insbesondere von Laboruntersuchungen. Wird vom Regenstrief Institute (USA) herausgegeben.
UMLS (Unified Medical Language System): enthält medizinische Bezeichnungen und semantische Beziehungen zwischen ihnen. Die Bezeichnungen stammen aus etwa 100 heterogenen begrifflichen Ordnungssystemen und medizinischen Nomenklaturen in zurzeit 15 Sprachen. Dieses ehrgeizige Projekt wurde Ende der achtziger Jahre von der US National Library of Medicine
(NLM) begonnen. Das Projekt will die verschiedenen begrifflichen Ordnungssysteme semantisch anreichern und miteinander verknüpfen und hilft so, konzeptuelle Links zwischen Benutzeranfragen und relevanten Fachinformationen zu erstellen und heterogene Informationssysteme besser zu erschließen.

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