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1 VITIS - schneller zur Diagnose von Schlaganfallpatienten Prof. Dr.-Ing. Frowin Derr (Hochschule Ulm) Dr. med. Andrej Schleyer (Oberarzt, Abteilung für Neurologie, Bezirkskrankenhaus ) Der Schlaganfall stellt die zweithäufigste Todesursache und die häufigste Ursache für schwere Behinderungen dar und trifft im Jahr allein in Deutschland Menschen. Die einzig wirksame Therapie besteht in der schnellen Auflösung des Blutgerinnsels, möglichst innerhalb von 3h seit Auftreten der ersten Symptome. Die Entscheidung zu dieser potenziell gefährlichen Therapie erfordert aber die Expertise eines in der Schlaganfall-Behandlung erfahrenen Neurologen. Kann der Patient nicht zum Arzt, muss der Arzt zum Patienten. Die Abteilung für Neurologie und Neurologische Rehabilitation des Bezirkskrankenhauses übernimmt mit ihrer "stroke unit" seit 2000 die überregionale Akut- Versorgung von Schlaganfallpatienten des eigenen Krankenhauses als auch der 5 Partnerkrankenhäuser im Allgäu (Kempten, Memmingen) und im Donau-Ries (Nördlingen, Donauwörth, Öttingen). Dazu unterhält sie wählbare Bildfernsprechverbindungen, die dem konsultierten Arzt in eine teleneurologische Untersuchung von Patienten in den anderen Krankenhäusern ermöglicht (TESS Telemedizin zur Schlaganfallversorgung in Schwaben). Das System ist aufgrund seiner Größe nur stationär einsatzfähig und auf einen ISDN-Anschluss mit sechs B-Kanälen (6x64 kbit/s = 384 kbit/s) angewiesen. In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben VITIS zwischen der Neurologie des Bezirkskrankenhauses und dem Institut für Kommunikationstechnik der Hochschule Ulm wurde der Aspekt der Mobilität der behandelnden Ärzte in den Partnerkrankenhäusern und des konsultierten Neurologen in untersucht und durch neue Endgeräte deutlich verbessert. Die Ausgangssituation ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Patient befindet sich im Telemedizin-Raum des (exemplarischen) Krankenhauses in Nördlingen. Der Neurologe in hält sich ebenfalls in dem Raum auf, in dem das stationäre Videokonferenzsystem untergebracht ist. Die telemedizinische Untersuchung, die ca. 20 min dauert, besteht im wesentlichen aus folgenden Schritten: - Gespräch mit dem Arzt vor Ort und, soweit möglich, mit dem Patienten - Überprüfung motorischer Funktionen (z.b. Handbewegung zur Nase, Öffnen der Hände) - Überprüfung des Pupillenreflexes - Evtl. Begutachtung von CT-Aufnahmen - Schriftverkehr zur Dokumentation des Konsils und der Diagnose Aus den genannten Schritten leiten sich die Anforderungen ab, die für einen zu realisierenden Demonstrator im Folgeprojekt VITIS (VIdeo based Telemedicine Information System) zu berücksichtigen waren: - Qualitativ sehr gute Audio- und Videoverbindung - Steuerbare Kamera mit optischem Zoom/Pan/Tilt auf Seite des Patienten - Anbindung an die gebräuchlichsten Netzinfrastrukturen (LAN, WLAN, DSL, GSM/EDGE, UMTS) - Zugangssicherung zum System und Authentifizierung der Benutzer - Gewährleistung des Datenschutzes - Zugriff auf CT-Bilder über den DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

2 - Elektronischer Schriftverkehr einschließlich Unterzeichnung - Portable Geräte mit einfacher Bedienung Für die Videodarstellung wird ein H.264 Video-Codec mit standardmäßig 320x240 Pixel und einer Bitrate von 256 kbit/s eingesetzt. Die Qualität des sehr effizient komprimierenden Codecs ist, im Zusammenhang mit der hochwertigen Zoom-Kamera, auch für den Pupillentest ausreichend. Die Audioübertragung nach G.722 (Bitrate 32 kbit/s) ist unproblematisch. Kritisch ist die akustische Freisprecheinrichtung auf der Patientenseite, insbesondere das Mikrofon und die akustische Rückkopplung. Diese Rückkopplung führt zu einem störenden Echo - der Neurologe hört seine Sprache nach einigen 100 ms Verzögerung erneut. Abhilfe konnte hier mit einem kommerziellen VoIP-Mikrofonset geschaffen werden. Die Videoqualität wird entscheidend von der Kamera bestimmt. Eine qualitativ hochwertige PAL-Kamera, die über eine serielle Schnittstelle (VISCA-Protokoll, Video System Control Architecture) in alle Raumrichtungen geschwenkt und gezoomt (optisch 18x) werden kann, erfüllt diese Aufgabe. Über Mausbewegungen im darstellten Videobild steuert der Neurologe den Blick der Kamera auf den Patienten. Die im VITIS-System verwendeten Übermittlungsprotokolle für Audio-, Video und Steuerdaten werden unter dem Begriff H.323 zusammengefasst. H.323 ist der Standard in öffentlichen Multimedianetzen und basiert auf dem IP-Protokoll des Internet, siehe Abbildung 2. Somit stehen, im Gegensatz zum TESS-System mit ISDN, deutlich mehr Übertragungswege zur Verfügung. Neben dem kabelgebundenen LAN und dem häuslichen DSL-Anschluss sind dies Wireless LAN, sowie die verschiedenen Funkdatendienste GPRS, GSM/EDGE, UMTS und UMTS/HSDPA. Letztere erlauben dem Neurologen, sich prinzipiell vollständig frei bewegen zu können. Für den Übergang vom öffentlichen Internet in das Intranet des Krankenhauses sind spezielle Router vorgesehen, die dedizierte Verbindungen des Typs H.323 überprüfen und nur auf festgelegte IP-Adressen und -Ports zulassen. Dem Thema Zugangssicherheit und Datenschutz wurde ein besonderes Augenmerk gewidmet. In Anlehnung an die Richtlinien des Landesdatenschutzgesetzes wurden die sicherheitskritischen Stellen des Systems untersucht und ihnen mit entsprechenden Maßnahmen begegnet. So ist beispielsweise der Datenstrom der Audio/Videokommunikation komplett verschlüsselt (AES 128). Die Anmeldung am Notebook und der Zugriff zur verschlüsselten Festplatte ist nur mittels Smartcard und Passwort möglich. Damit ist auch bei Verlust des Notebooks kein unbefugter Datenzugriff möglich. Auf dem Notebook ist ein DICOM-Viewer installiert, der die Begutachtung von CT- Bildern und den dazugehörigen Metadaten erlaubt. Sollte die Netzinfrastruktur der beteiligten Krankenhäuser derartige Zugriffe nicht zulassen, kann das CT-Bild auf einem Display beim Patienten auch über die Videokamera "abfotografiert" werden. Konsilanforderung und unterzeichneter Befund werden im TESS-System mittels Fax übermittelt. Das VITIS-System ermöglicht die papierlose Befunderstellung. Hierzu wird das Fax auf das Notebook weitergeleitet und der handschriftliche Befund des Neurologen mittels eines Electronic Pen aufgezeichnet. Beide Teile, Konsilanforderung per Fax und der Befund, werden zusammengeführt und wiederum per Fax an die anfordernde Stelle zurückübertragen. Aus den beschriebenen Anforderungen heraus entstanden zwei Endgeräte: der transportable VITIS-Koffer zur Mitnahme zum Patienten und das VITIS-Notebook Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

3 zum mobilen Einsatz des konsultierten Neurologen (siehe Abbildung 3). Abbildung 4 zeigt einen Screenshot des Bildschirms, wie er sich dem Neurologen nach Start des Notebooks bietet. Erste Tests im Klinikbetrieb wurden bereits durchgeführt, ebenso eine erfolgreiche Online-Vorführung während des Softwaretechnik Forums des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart im November 2007 (siehe Abbildung 5 bzw. 6). Kritische Punkte für den stabilen Betrieb des Systems sind die Internetzugänge, die je nach Konfiguration die H.323-Verbindung beeinträchtigen können, und die Qualität der Funkverbindung, insbesondere im UMTS-Netz, die abhängig von der Tageszeit, der Verkehrsauslastung in der Funkzelle und der HF-Eigenschaften der im Notebook integrierten Schnittstellenkarte stark schwanken kann. Hier wird der zu erwartende, kontinuierliche Ausbau der Netze und der angedachte Einsatz von Übertragungsdiensten mit definierter Übertragungsqualität (Quality of Service) für Abhilfe sorgen. Ein produktiver Einsatz des VITIS-Systems ist vorgesehen, da drei weitere Krankenhäuser im Umland die Dienstleistung der "stroke unit" in nutzen wollen. Es wird geprüft, welche Hardware-Komponenten des VITIS-Systems aus Gründen der Produkthaftung und der Sicherheit im medizinischen Umfeld durch kommerzielle Produkte ersetzt werden müssen. Die VITIS-Software wird einem Code-Review unterzogen. Parallel dazu untersucht das IKT, inwieweit die Funktionalität des VITIS-Notebooks auf ein Smartphone (Handy mit Computerfunktionen) portiert werden kann. Das Smartphone ist deutlich handlicher als das Notebook und ersetzt zudem das Notfall- Handy, was für den Neurologen im Bereitschaftsdienst eine deutliche Erleichterung darstellt. Die Zeit von der Konsilanforderung bis zur Telediagnose im TESS-System setzt sich im wesentlichen aus drei Bestandteilen zusammen: Telefonat und Kurzbericht des lokalen Arztes (bis zu 5 min), Fahrt ins Krankenhaus (10-40 min) und die eigentliche telemedizinische Videokonferenz (10-20 min). Die Zeiten für Telefonat und Videokonferenz bleiben auch im VITIS-System erhalten, jedoch kann die Fahrtzeit ganz entfallen, beispielsweise, wenn der Neurologe zuhause Internetzugang hat oder in einer UMTS-Funkzelle einbuchen kann. Rechnet man eine realistische Zeit für den Aufbau der Videokonferenz mit 3-5 min ab, so liegt die Zeitersparnis bei bis zu 35 min, eine Zeit, die zwischen späterer Behinderung und Nicht-Behinderung des Schlaganfallpatienten entscheiden kann. Viele haben zur erfolgreichen Durchführung des Projekts beigetragen. Dem Projektmitarbeiter Dominik Ruf (jetzt ND Satcom) und Herrn Jochen Herrmann (IKT) gilt ein besonderer Dank. Weiterer Dank gilt dem BMBF für die finanzielle und T-Mobile für die technische und materielle Unterstützung des Projekts. Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

4 Abbildung 0: Logo des Projekts VITIS VIdeo based Telemedicine Information System Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

5 Patient Nördlingen ISDN Arzt 3 x 2B H.320 Abbildung 1: Teleneurologische Untersuchung mittels stationärem ISDN- Videokonferenzsystem im TESS-System (H.320 steht für das verwendete Multimedia-Verbindungsprotokoll) Patient Nördlingen Internet LAN Nördlingen Arzt IP H.323 UMTS Arzt mobil GPRS EDGE LAN DSL/ WLAN Abbildung 2 VITIS-Gesamtsystem Der Neurologe kann sich sowohl im Krankenhaus als auch zuhause oder unterwegs aufhalten. Die Übergänge der Krankenhausnetze zum öffentlichen Internet werden durch spezielle Router geschützt. (H.323 steht für das verwendete Verbindungsprotokoll) Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

6 Abbildung 3 Beide Endgeräte des VITIS-Systems, links der VITIS-Koffer zum Einsatz beim Patienten, rechts das VITIS-Notebook des Neurologen Abbildung 4 Screenshot des Bildschirms, wie er sich dem Neurologen nach dem Bootvorgang am VITIS-Notebook bietet Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

7 Abbildung 5 Online-Demonstration des VITIS-Systems anlässlich des Stuttgarter Softwaretechnik Forums 2007 im Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart, November 2007 Telediagnose von Dr. Schleyer (links mit Headset) an einer Patientin in (mit lokaler Ärztin per Beamer projiziert) Abbildung 6 Demonstration des VITIS-Systems anlässlich des Stuttgarter Softwaretechnik Forums 2007 im Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart, November 2007 Dr. Schleyer begutachtet CT-Bilder, die mittels Videokamera aus dem Krankenhaus in übermittelt wurden (Projektion per Beamer) Factum_Beitrag_v1.doc vom /7

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