EMI 2024/25 Teil 7 - Telemedizin & Diagnosegeräte (PDF)

Einführung in die Medizinische Informatik Wintersemester 2024/25 – Teil 7 uni-siegen.de Prof. Dr. Kai Hahn 3. Dezember 2024 uni-siegen.de 4.5 Telemedizin Was ist Telemedizin? „Erbringung von Gesundheitsdienstleistungen durch Akteure im Gesundheitswesen...

Einführung in die Medizinische Informatik Wintersemester 2024/25 – Teil 7 uni-siegen.de Prof. Dr. Kai Hahn 3. Dezember 2024 uni-siegen.de 4.5 Telemedizin Was ist Telemedizin? „Erbringung von Gesundheitsdienstleistungen durch Akteure im Gesundheitswesen unter Verwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien, wenn die räumliche Distanz einen kritischen Faktor darstellt. “ WHO-Definition von 1998 „Die Telemedizin ist ein Teilbereich der Telematik im Gesundheitswesen und bezeichnet Diagnostik und Therapie unter Überbrückung einer räumlichen oder auch zeitlichen („asynchron“) Distanz zwischen Arzt (Telearzt), Therapeut (Teletherapeut), Apotheker und Patienten oder zwischen zwei sich konsultierenden Ärzten mittels Telekommunikation “ Wikipedia, 03.12.2024 EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 3 Ziele Move the data, not the patient Ortsunabhängige Versorgung – Medizinische Versorgung auch in strukturschwachen Regionen in höchster Qualität – Bspw.: Mangel an Haus- und Fachärzten – Bspw.: Mangel an Pflegepersonal – … und bei (inter-)nationalen Notständen, wie Pandemien Verbesserte Verfügbarkeit von Patientendaten – Verbesserung der Qualität medizinischer Entscheidungen durch Nutzung aller erreichbaren Informationen Qualitativ bessere und wirtschaftlichere medizinische Dienstleistungen – Patienten sollten auf Basis von mehr Daten eine bessere Dienstleistung bekommen – Maximalversorgung ist flächendeckend nicht wirtschaftlich. Telemedizin als Option. EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 4 Telemonitoring Fernuntersuchung, -diagnose und -überwachung (z.T durch Telemetrie) von Patient:innen durch ihre behandelnden Ärzte Einrichtung eines „geführten Überwachungsprozesses” durch Arzt-Patient:innen-Interaktion EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 5 Telemonitoring Beispiel: Herzinsuffizienz – Neue Methodenrichtlinie des Gemeinsamen Bundesausschusses: Telemonitoring im kardiologischen Bereich. – Involviert sind telemedizinische Zentren und niedergelassene Ärzte – Erste Ergebnisse (12-monatige Studie Charité) Sterblichkeit wird reduziert Ungeplante Hospitalisierungen sinken um 30 %! Quelle: Ärzteblatt, 25.02.2021 EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 6 Telekonsil Bestätigung von Diagnosen durch „zweite Meinung“ vom Spezialisten Vorstellung akuter Fälle durch Standardkrankenhäuser an Spezialist:innen in Fachkrankenhäusern, z.B. Unikliniken Vermeidung unnötiger Patiententransporte Bsp.: Telekonsil zwischen der Neurologie im Klinikum Siegen und der Klinik für Epileptologie des UK Bonn – Projekt (2023) zwischen Klinikum Siegen, UKB und LWF EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 7 Telepathologie Befasst sich mit der Interpretation von fernübertragenen digitalisierten Mikroskop- und Laborbefunden Statische Telepathologie – Experte ist nur verantwortlich für die Befundung der erhaltenen Bilder Dynamische Telepathologie – Fernsteuerung eines Mikroskops – Bilddokumentation und automatische Bildübertragung Für kleine Krankenhäuser ergibt sind der Vorteil, keine eigenen Pathologen vorhalten zu müssen. Größere Kliniken können Zweitmeinungen oder Referenzpathologen über die Verbindungen abfragen. EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 8 Telepathologie Operationssaal Pathologe Daten- übertragung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 9 Telechirurgie Arzt muss sich nicht vor Ort befinden – Von Vorteil, wenn ein Spezialist für ein bestimmtes Gebiet gefragt ist, der seinen Arbeitsplatz ganz woanders hat. – Operationen müssen dann vor Ort in geeigneter Weise durch ferngesteuerte technische Systeme durchgeführt werden. Weiteres Einsatzgebiet: Kriegsszenario – Die Chirurgen könnten abseits von der Front dringende Operationen durchführen, – am Operationsort wären noch zwei technische Assistenten für Notfälle zuständig – Dies war die ursprüngliche Motivation für die Entwicklung von OP-Robotern, die dann letztendlich zu dem heute bekannten (und auch in zwei Siegener Krankenhäusern verfügbaren) DaVinci-Systemen der Firma Intuitive Surgical führten. – Das eigentliche Kriegsszenario wurde nie in den praktischen Einsatz gebracht! EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 10 Telechirurgie Operationssaal Operateur Roboter Daten- übertragung Kamera EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 11 Telemedizin in der Luftfahrt Pilotprojekt "Tele Care System (TCS)" – 2004 gestartet, 2010 neu aufgelegt Vermeidung von Ausweichlandungen Breitband-Internetübertragung an Bord – Auf Basis des Lufthansa FlyNet Übertragung der Daten an Arzt am Boden – Patient mit Internetkamera in Augenschein nehmen – per Ferndiagnose Behandlungsempfehlungen oder Anordnung einer Ausweichlandung Überwachung der physiologischen Funktionen – z.B. EKG, Blutdruck EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 12 Telemedizin auf hoher See NEWS: Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf 06.06.2017 "Das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) unterstützt ab sofort per Telemedizin die Bordhospitäler der Mein Schiff- Flotte der Kreuzfahrtgesellschaft TUI Cruises. Künftig werden die an Bord der Schiffe angefertigten Röntgenbilder unabhängig von Ort und Zeit für eine Zweitbefundung an die Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Nuklearmedizin des UKE geschickt. Die UKE-Ärzte analysieren die Bilder und senden ihren Befund innerhalb von 30 Minuten an die Schiffsärzte. Um den Patientendatenschutz zu gewährleisten, erfolgt die gesamte Kommunikation über eine verschlüsselte Verbindung." EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 13 (Einige) Herausforderungen für den Einsatz der Telemedizin Zurückhaltung bei Fachpersonal und Patient:innen (wg. befürchteter Fehleranfälligkeit). Mobile Diagnostik verlangt z.T.nach geschulten Anwender:innen. Mobil einsetzbare medizintechnische Geräte in gewohnter Qualität können sehr teuer sein oder sind ohne Labore und andere Anbindungen nicht konkurrenzfähig. Datensicherheit, Datenschutz, Datenzugriff (insb. in strukturschwachen Regionen). Wenig zeitgemäße Regularien – das Fernbehandlungsverbot – die unzureichenden Abrechnungsmöglichkeiten von telemedizinischen Leistungen (GKV). Die Beziehung „Patient:in – Arzt/Ärztin“ ist Stoff für (berufs-) ethische Diskussionen. Die Telemedizin erweitert dieses Feld und macht eine „Lösung“ noch schwieriger. EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 14 Corona und Telemedizin MLP-Gesundheitsreport 2019 322 Niedergelassene Ärzte 209 Krankenhäuser EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 15 Corona und Telemedizin (2019) Befragt wurden 1216 Personen über 16 Jahre EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 16 Corona und Telemedizin Wie hat sich die Lage durch die Corona-Pandemie geändert ? – (folgende Daten von 11.2018 bis 11.2020)* Abrechnungsnummer „01450“ (Videosprechsunde): 4. Quartal 2019 Ca. 1.600 1. Quartal 2020 Ca. 202.000 Eine Steigerung um das 127-fache. Ähnlich verhält es sich bei der „Anschubförderung zur Videosprechstunde“, die in 2020 um das 111-fache stieg. Unbeachtet dessen ist die Abrechnung von CT- und Röntgenbefundungen über telemedizinische Anwendungen fast zum Erliegen gekommen. Gründe: unbekannt *Quelle: Fortschritt Medizin 2021, 163, S. 35 EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 17 Informatiksysteme in der medizinischen Praxis 3. Dezember 2024 Worum soll es gehen? Bisher: – Kapitel 4 lieferte einen Überblick darüber, wo Informatik in der Gesundheitsdministration besonders in Kliniken, aber auch in anderen Institutionen eine Rolle spielt. Im Folgenden: – Die Welt der Medizin ist heute durch hochkomplizierte Geräte gekennzeichnet, die in Diagnostik und Therapie zum Einsatz kommen. – All diese Geräte sind entweder unmittelbar mit Computern ausgestattet oder stützen sich in ihrer Funktion auf diese (Embedded Systems). – In diesem Teil der Vorlesung werden solche Geräte und ihre grundsätzlichen Funktionsweisen vorgestellt und damit die Basis für spätere vertiefende Betrachtungen im Rahmen geeigneter Module gelegt (z.B. Modul Medizintechnik, 2. Sem. DBHS). EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 19 5.1 Diagnosegeräte 5.1 Diagnosegeräte 5.1.1 Elektrokardiographie (EKG) Elektrokardiographie (EKG) Vor jeder Herzmuskelkontraktion: elektrische Erregung vom Sinusknoten aus Läuft über herzeigenes elektrisches Leitungssystem aus spezialisierten Herzmuskelzellen Daraus lässt sich ein Bild der elektrischen Herzaktion ableiten EKG: Aufzeichnen des zeitlichen und örtlichen (!) Verlaufs der elektrischen Spannungsänderungen am Herzmuskel gemessen an der Körperoberfläche Nicht-invasive Ableitung: – Gemessen werden die Spannungsdifferenzen, die über ein elektrisches Feld auf der Körperoberfläche entstehen – nur Bruchteile der vom Herzen entwickelten Spannung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 22 EKG-Geräte – früher und heute Quelle www.DocCheckShop.de EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 23 Ableitungen von der Körperoberfläche Abnahmestellen könnten sich theoretisch an jeder beliebigen Stelle der Körperoberfläche befinden – bestimmte Ableitungspunkte haben sich in der Praxis bewährt Bipolare Ableitungen: – Ableitungen zwischen zwei Punkten Unipolaren Ableitungen – differente Elektrode ist gegen eine indifferente sog. Nullelektrode geschaltet (Sammelelektrode) – Sammelelektrode entsteht durch den Zusammenschluss von Extremitätenableitungen EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 24 Ableitungen von der Körperoberfläche Anzahl der Ableitungspunkte: Wenige: Grobe Überprüfung der Herzfunktion – Drei Ableitungen nach Einthoven Viele: differenzierte Diagnose – bis zu 12 Ableitungen Die sich dabei ergebenden Signale sind in der absoluten Höhe etwas unterschiedlich, die Signalstruktur ist jedoch immer die gleiche EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 25 Standardableitungen I 3 bipolare Extremitätenableitungen nach Einthoven (I, II, III) Die Potentialdifferenz wird zwischen zwei Elektroden gemessen: Ableitung I: rechter - linker Arm Ableitung II: rechter Arm - linkes Bein II Ableitung III: linker Arm - linkes Bein Stecker R: rechter Arm = roter Stecker L: linker Arm = gelber Stecker F: linker Fuß = grüner Stecker N: rechter Fuß = schwarzer Stecker (Erde) III EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 26 Standardableitungen aVR 3 unipolare Extremitätenableitungen nach Goldberger (aVR, aVL, aVF) aus den Einthoven-Ableitungen konstruiert Ableitung aVR: zwischen rechtem Arm und den zusammengeschalteten Elektroden von linkem Arm und linkem Bein Ableitung aVL zwischen linkem Arm und den zusammengeschalteten Elektroden von rechtem Arm und linkem Bein Ableitung aVF zwischen linkem Fuß und den zusammengeschalteten Elektroden von beiden Armen EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 27 Standardableitungen 6 unipolare Brustwandableitungen nach Wilson (V1...V6) Gemessen wird die Spannung gegen die zusammengeschalteten Elektroden nach Goldberger EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 28 Konventionelles EKG Ableitung mit zwölf Kanälen = Standardableitungen Anzahl zur Lokalisation nötig: Z.B.: – V2–V6: Vorderwand – I und aVL: Seitenwand der linken Herzkammer – II, III, aVF: Hinterwand Neben Standardableitungen weitere zusätzliche Ableitungen, für spezielle Krankheiten – Z.B. Rechtsherzhypertrophie, Situs inversus… EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 29 Elektrokardiogramm EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 30 Elektrokardiogramm EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 31 EKG-Kurve (Schema) EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 32 EKG-Kurve Sinusknoten Jeder Kontraktion des Herzmuskels geht eine elektrische Erregung voraus, die im Normalfall vom Sinusknoten ausgeht EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 33 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 34 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 35 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung AV-Knoten EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 36 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 37 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 38 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 39 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex R-Zacke Q-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 40 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex R-Zacke Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 41 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation R-Zacke Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 42 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation R-Zacke Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 43 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 44 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 45 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 46 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern [U-Welle] [Nachschwankungen der Kammererregungsrückbildung] Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 47 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern [U-Welle] [Nachschwankungen der Kammererregungsrückbildung] Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 48 EKG-Kurve Nomenklatur Elektrische Herzaktion P-Welle Vorhoferregung PQ-Strecke Überleitung QRS- Kammererregung Komplex ST-Strecke Vollständige Depolarisation T-Welle Repolarisation der R-Zacke Kammern [U-Welle] [Nachschwankungen der Kammererregungsrückbildung] Q-Zacke S-Zacke EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 49 Nutzen Bestimmung von: Schema zur – Herzfrequenz Bestimmung des – Herzrhythmus: regelmäßig / unregelmäßig? Lagetyps – Lagetyp (elektrische Herzachse) – elektrischer Aktivität von Herzvorhöfen und Herzkammern Diagnose von: – Herzrhythmusstörungen – Störungen der Erregungsleitung und -ausbreitung – Herzinfarkten Ermittlung des Lagetyps: – Verwendung des Cabrerakreises – Anhand der Höhe der R-Zacke (s. auch Cabrerakreis (bionity.com)) – Richtung im Cabrerakreis bezeichnet den Lagetyp Cardiac axis trainer (david-shrk.github.io) EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 50 Liefert zusätzlich Hinweise auf: Verdickung der Herzwand (Hypertrophie) abnorme Belastungen des rechten oder linken Herzens Entzündungen von Herzbeutel (Perikarditis) oder Herzmuskel (Myokarditis) Elektrolytstörungen unerwünschte Arzneimittelwirkungen EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 51 Die gängigsten EKG-Arten Ruhe-EKG: – im Liegen angefertigt – dauert nur einige Sekunden – bei Notfällen gut durchführbar – nur zeitweise auftretende Herzrhythmusstörungen werden eventuell nicht erfasst. Langzeit-EKG – Patient trägt über 24 (manchmal auch über 48 oder 72) Stunden tragbares EKG-Gerät – meist zwei oder drei Kanäle abgeleitet – wird in erster Linie zur Rhythmusdiagnostik verwendet Belastungs-EKG – der Patient wird definiert belastet – wird verwendet, um das maximale Belastungsniveau sowie den Anstieg von Blutdruck und Herzfrequenz unter Belastung zu bestimmen – belastungsinduzierte Herzrhythmusstörungen können dokumentiert werden EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 52 Blockschaltbild eines EKG-Gerätes EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 53 EKG zum selbst bauen ? Es gibt mehrere Bauanleitungen im Netz, z. B. http://formica.nusseis.de/EKG/ Praktikum Digitale Medizin EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 54 5.1 Diagnosegeräte 5.1.2 Elektroenzephalographie (EEG) Elektroenzephalographie (EEG) Bestimmung von Hirnströmen als Maß für die elektrische Aktivität des Gehirns Elektrische Aktivität entsteht durch Signalübertragung der Nervenzellen im Gehirn. Auf dem Kopf befestigte Elektroden messen die Hirnströme, verstärken sie und zeichnen sie auf – Positionierung der Elektroden im sog. „10-20-System“ – Gemessen werden EEG-Frequenzbänder in Form von Wellen elektrische Aktivität des Gehirns hängt davon ab – ob jemand wach ist oder schläft, – wie alt ein Mensch ist, – in welcher Hirnregion sie entsteht. EEG dient vor allem dazu, Unregelmäßigkeiten der elektrischen Aktivität zu erfassen und Funktionsstörungen des Gehirns aufzudecken. EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 56 Elektroenzephalographie (EEG) Verliert durch moderne bildgebende Verfahren (z.B. fMRT- funktionelle Magnetresonanztomografie s. Modul Medizintechnik) an Bedeutung – Diese können Schädigungen des Gehirns in der Regel besser darstellen – EEG wird heute insbesondere angewendet Zur Dioagnostik bei Epilepsie(-verdacht), bei altersabhängigen Hirnreifungsstörungen, bei Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus, zur Feststellung eines Hirntodes. In der Gaming-Szene gibt es Bestrebungen, EEG zur „Gedankensteuerung“ von Spielen zu nutzen. EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 57  EEG-Signal von einer Sekunde Dauer EEG-Frequenzbänder EEG-Signal besteht aus einem spezifischen Frequenzspektrum – Von geübten Spezialisten auf auffällige Muster Delta-Wellen untersucht – Von Analysesoftware: Fourier-Transformation Theta-Wellen – transformiert ein Signal vom Zeitbereich in den Frequenzbereich. – liefert so eine Trennung des Signals in die Alpha-Wellen verschiedenen Frequenzen, die darin enthalten sind. – Die so gewonnene Darstellung erlaubt die schnelle Bestimmung von rhythmischer Aktivität. Beta-Wellen Gamma-Wellen EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 58 EEG-Frequenzbänder Frequenz- Frequenz Zustand band Delta 0,1 - 30 Hz starke Konzentration, Lernprozessen; Meditation EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 59 Beispiel-EEG EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 60 Beispiel-EEG EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 61 Weitere Elektrophysiologische Diagnosegeräte EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 62 Weitere Elektrophysiologische Diagnoseverfahren EMG (Elektromyographie) – Messung der elektrischen Aktivität von Muskeln und motorischen Nerven NLG – Messung der Nervenleitgeschwindigkeit motorischer Nerven EP (Evozierte Potenziale) – Messung der elektrischen Nervenreaktion auf externe visuelle, akustische, somatosensorische, …) Reize EMI - Vorlesung Teil 7 – 2024/25 63 Vielen Dank Prof. Dr. Kai Hahn Am Eichenhang 50 57076 Siegen [email protected] Einführung in die Medizinische Informatik 3. Dezember 2024 64