BMT301. Grundlagen der Medizinischen Messtechnik. Ergänzende Folien EF1. Prof. Dr. rer. nat. Dr. rer. med. Daniel J. Strauss

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1 BMT301 Grundlagen der Medizinischen Messtechnik Prof. Dr. rer. nat. Dr. rer. med. Daniel J. Strauss Ergänzende Folien EF1

2 Geschichte der medizinischen Messtechnik Als die Menschen noch in Höhlen lebten... Werkzeuge: Steine, Zweige, Wurzeln, Kräuter aufgezeichnete menschliche Geschichte

3 Hippocrates (~400 v. Chr.) Hippokrates war ein griechischer Arzt, der auf der Insel Kos (Griechenland), 460 v. Chr. geboren wurde. Er wurde bekannt als der Begründer der Medizin und wurde als der bedeutendste Arzt seiner Zeit betrachtet. Er stützte seine Therapien auf Beobachtungen und auf der Studie des menschlichen Körper. Er war davon überzeugt, das alle Krankheiten eine körperlich und rationale Erklärung haben. Er widersprach somit der Ansichten seiner Zeit, dass Krankheiten von Aberglaube und Besessenheit bzw. Ungunst der Götter verursacht werden.

4 Erfindungen und Entdeckungen der medizinischen Messtechnik CAT=Computerized Axial Tomography

5 Ziele eines Messsystems beobachteter Zustand erfasster Zustand Phenome tatsächlicher Wert (Messgröße) Messtechnik gemessener Wert (Messwert) Benutzer

6 Verallgemeinertes Blockschaltbild

7 Messverfahren direkte und indirekte Messverfahren analoge und digitale Verfahren zeitlich kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren Ausschlags- und Kompensationsverfahren

8

9 Messfehler

10 Störeinflüsse superponierende äußere Störeinflüsse deformierende äußere Störeinflüsse innere Störeinflüsse Messfehler systematische und zufällige Fehler statische und dynamische Fehler Fehler im Zusammenhang der Auswertung

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12 Genauigkeit vs. Richtigkeit

13 Klassifikation von biomedizinischen Geräte Quantitative Messgrößen (Druck, Fluss, Temperatur) Prinzipien der Wandlung (Widerstand, Induktivität, Kapazität, Ultraschall, Elektrochemisch) Organsysteme (Kardiovaskulär, Atmung, etc.) klinische Spezialbereiche (Pädiatrie, Kardiologie, Radiologie, etc.)

14 Wandler & Sensoren Wandler: Geräte, die Signalgrößen zur Übertragung wandeln. Sensoren: transformieren physikalische Messgrößen in elektrische Ausgangssignale. Man unterscheidet grundsätzlich 6 verschiedene physikalische Größen, deren Energieform ein Gerät in eine andere Energieform wandeln kann. Elektrisch: ohmsch, kapazitiv, induktiv oder piezo-elektrisch Mechanisch: Kraft Thermisch: thermodynamisch gekoppelt, temperaturabhängige Widerstände, Wärmestrahlung Magnetisch Optisch: Laser, lichtabhängige Widerstände Chemisch

15 Sensoren & Aktoren In einem Mess- und Kontrollsystem gibt es die Unterscheidung zwischen Eingabe- und Ausgabewandler: Sensoren Eingabewandler physikalisches Signal wird in ein elektrisches Signal gewandelt Ziel: Aufnahme von Informationen Aktoren Ausgabewandler wandelt ein elektrisches Signal in eine physikalische Ausgangsgröße um Ziel: vornehmlich Leistungskonvertierung

16 Klassifikation von Sensoren Folgende unterschiedliche Kriterien sind zu beachten: nach der Energieversorgung nach dem Ausgangssignal nach dem Verarbeitungsmodus nach der Ein- und Ausgangsbeziehung nach dem Messverfahren nach den Wandlungskriterien

17 Medizinische und physikalische Parameter

18 (Bio-) Monitoring

19 Was ist Biomonitoring? Biomonitoring ist......die Nutzung von Technologien für das Monitoring von physiologischen Parametern. Lawrence Berkeley National Laboratories, Berkeley, CA, USA Klinisches Biomonitoring ist die Untersuchung, Überwachung und Beobachtung (in vivo und/oder in vitro) von biologischen (physiologischen, anatomischen, morphologischen und zytologischen) Parametern (Biomerkmalen) im klinischen Bereich

20 Model für das Biomonitoring für indirektes Monitoring Anregung Organismus Entscheidungsfindung Datenakquisition Biomerkmale Monitoring der Biomerkmale Datenverarbeitung Dokumentation Reglung Übertragung

21 Direktes Biomonitoring Biomerkmale sind direkt zugänglich

22 Typisches direktes Biomonitoring Blut Urin Lungengeräusche Haare Expirationsluft Temperatur Druck Herztöne- und Herzgeräusche Gewebeproben Morphologische Merkmale

23 Bioelektisches Monitoring Elektrokardiographie / EKG Elektrogastrographie / EGG Elektroenzephalographie / EEG Elektrookulographie / EOG Elektromyographie / EMG Elektroretinographie / ERG

24 Indirektes Biomonitoring Biomerkmale sind indirekt zugänglich

25 Röntgenverfahren Durchleuchtung Computertomographie

26 Nuklearmediznische Verfahren Szintigraphie Positronenemissionstomographie

27 Nichtionisierende Strahlung Sonographie Optische Kohärenztomographie Magnetresonanztomographie

28 Zukünftige Entwicklungen Herausforderungen für die Ingenieurwissenschaften

29 Medizinische Implantate

30 kabelloses Biomonitoring

31 Nanotechnologie im Biomonitoring

32 Proteomforschung

33 Intraoperatives Monitoring