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Diagnostische Gerätetechnik - Fakultät Elektrotechnik und ...

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<strong>Fakultät</strong> <strong>Elektrotechnik</strong> <strong>und</strong> Informationstechnik Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong><br />

Vorlesung<br />

SS 2009


Inhalt der Vorlesung<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Einführung in die <strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong><br />

Monitoring<br />

Monitoring<br />

Monitoring<br />

Mikroskopie<br />

-<br />

–<br />

–<br />

Spektroskopie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Biosignale<br />

Sensoren<br />

Systeme<br />

Ultraschall-Diagnostik<br />

Qualitätssicherung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 2


Themenkomplexe <strong>und</strong> Termine<br />

Datum Thema Referent<br />

07.04. Einführung/Monitoring I Thiele<br />

14.04. Vergleich bildgebender Verfahren Seminar Morgenstern<br />

21.04. Monitoring II Thiele<br />

28.04. Monitoring III Thiele<br />

05.05. Monitoring IV <strong>und</strong> Seminar Thiele<br />

12.05. Ultraschall-Diagnostik II Thiele<br />

19.05. Übersicht Mikroskopie/Spektroskopie Thiele<br />

26.05. Biosignalerfassung, -verarbeitung <strong>und</strong> –präsentation Seminar Morgenstern<br />

09.06. Chemische <strong>und</strong> Biochemische Sensoren Steiner<br />

16.06. Schwingungsspektroskopische Methoden in der med. Diagnostik Steiner<br />

23.06. Telemonitoring Niederlag<br />

30.06. Signal<strong>und</strong> Bildgebung im interventionellen Herzkatheterlabor Busch/Williams<br />

07.07. Ultraschall-Diagnostik Seminar Thiele<br />

14.07. Qualitätskriterien in der Diagnostik/Qualitätssicherung US Thiele/Morgenst.<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 3


Einführung<br />

Diagnose<br />

Erkennung<br />

einer Krankheit<br />

Diagnostik<br />

Lehre von der Erkennung<br />

einer Krankheit<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Therapie<br />

Behandlung<br />

einer Krankheit<br />

Therapeutik<br />

Lehre von der Behandlung<br />

einer Krankheit<br />

Theragnostik<br />

Verbindung von Erkennung <strong>und</strong> Behandlung<br />

einer Krankheit in einem Arbeitsschritt<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 4


Einführung<br />

Diagnostisch-therapeutischer Schleifenprozess<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Quelle: Morgenstern<br />

Thiele 5


Einführung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong><br />

(Medizin)<br />

�<br />

alle technischen Hilfsmittel<br />

�<br />

Informationen von (lebenden) biologischen Systemen<br />

(einzelne Zelle ��<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Patient)<br />

�<br />

erfassen, verarbeiten, präsentieren<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 6


Einführung<br />

Gewinnung der Information<br />

�<br />

Erfassung von Biosignalen<br />

�<br />

Struktur <strong>und</strong>/oder Funktion<br />

�<br />

Abbild (Modell) des lebenden Systems<br />

�<br />

Entscheidung �<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Therapie<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 7


Einführung<br />

Biologisches System<br />

Organismus<br />

Organ<br />

Zelle<br />

Biologische Signale<br />

Ausdruck nichtstationärer biologischer Prozesse<br />

mehrdimensional<br />

konkurrierend<br />

interindividuell Streuung<br />

intraindividuelle Streuung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

offen<br />

dynamisch<br />

nichtlinear<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 8


Einführung<br />

Signalerfassung<br />

Was •<br />

•<br />

Wo •<br />

Wie •<br />

•<br />

•<br />

Womit •<br />

Warum •<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Messgröße physikalisch (elektrisch –<br />

chemisch<br />

Signalart analog -<br />

Messort Körperteil<br />

diskret<br />

extrakorporal<br />

Methode invasiv<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

-<br />

-<br />

nicht invasiv<br />

Rückwirkungen?<br />

Regime kontinuierlich -<br />

Messprinzip<br />

Häufigkeit<br />

Messgerät Sensortyp, -fabrikat<br />

Ziel<br />

Auflösung<br />

Genauigkeit<br />

intrakorporal<br />

diskontinuierlich<br />

nicht elektrisch)<br />

Thiele 9


Einführung<br />

Beispiel: Fieber messen<br />

Was •<br />

•<br />

Wo •<br />

Wie •<br />

•<br />

•<br />

Womit •<br />

Warum •<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Messgröße nicht elektrisch<br />

Signalart analog<br />

Temperatur T<br />

Messort Achselhöhle<br />

extrakorporal<br />

Methode nicht invasiv<br />

keine Rückwirkungen<br />

Regime diskontinuierlich<br />

3 x täglich<br />

Messprinzip Volumenausdehnung einer Flüssigkeit V=f(T)<br />

Messgerät Alkoholthermometer<br />

Auflösung: 0,1 K<br />

Genauigkeit: 0,2 K<br />

Ziel Verlaufskontrolle<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 10


Einführung<br />

Signalverarbeitung<br />

Art der Messung<br />

Analysebereich<br />

Fragestellung<br />

Methode<br />

Signaldarstellung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

f<strong>und</strong>amental<br />

abgeleitet<br />

Zeitbereich<br />

Frequenzbereich<br />

Wertebereich<br />

Einzelwert, Mittelwert, Streuung<br />

Verteilungen<br />

Vertrauensbereich ...<br />

Statistik<br />

Frequenzanalyse (Fourier, Wavelet, Walsh ...)<br />

Filterung, Korrelation ...<br />

Einzelwert, Wertetabelle<br />

Diagramm, Bild<br />

Akustische Ausgaben<br />

Alarme ...<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 11


Einführung<br />

Aspekt Medizinische Diagnostik Technische Diagnostik<br />

Ziel<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Symptome � Krankheitsbild<br />

� Angaben zu Ätiologie, Therapie,<br />

Prognose<br />

Ausgangspunkt medizinischer Erfahrungsschatz,<br />

empirisch gewonnene Menschen<strong>und</strong><br />

Sachkenntnisse<br />

Annahmen<br />

Vorgehen<br />

Abbruch<br />

Messwerte sollen Verdacht bestätigen<br />

oder ausschließen, nicht messbare<br />

Faktoren gehen in Krankheitsverlauf<br />

ein, alle Beschwerden<br />

gehören zu einer Krankheit<br />

variable Folge von Messschritten<br />

entspr. vorliegender Symptome<br />

<strong>und</strong> bereits erzielten Bef<strong>und</strong>en<br />

sobald Diagnose soweit gesichert,<br />

dass adäquate Therapie möglich<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Bestimmung des aktuellen<br />

Zustands der Anlage<br />

� Maßnahmen zur Verbesserung<br />

von Funktionsfähigkeit,<br />

Zuverlässigkeit, Wirkungsgrad<br />

Kenntnis von Konstruktion,<br />

Funktion, Belastung der Anlage �<br />

Diagnosemodell, objektive Mittel<br />

<strong>und</strong> Methoden<br />

Zustand von wesentlichen, im<br />

Diagnosemodell fixierten Eigenschaften<br />

bestimmt,<br />

unabhängige Defekte mehrerer<br />

Teile möglich<br />

alle im Diagnosemodell<br />

vorgegebenen Größen werden<br />

durch Messung mit Werten belegt<br />

bei vollständiger Bewertung aller<br />

vom Diagnosemodell vorgegebenen<br />

Größen<br />

Thiele 12


Biosignale -Übersicht<br />

Strukturgrößen Funktionsgrößen<br />

Geometrie Konsistenz<br />

•Länge<br />

•Fläche<br />

•Umfang<br />

•Volumen<br />

•Rauheit<br />

•Lagebeziehung<br />

•Form<br />

•Formabweichung<br />

•…<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

•Viskosität<br />

•Elastizität<br />

•Plastizität<br />

•Dichte<br />

•…<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

•elektrische G.<br />

•optische G.<br />

•chemische G.<br />

•akustische G.<br />

•mechanische G.<br />

•…<br />

Thiele 13


Biosignale -Übersicht<br />

Physikalische Größen<br />

• elektrische G.<br />

Spannung, Strom, Widerstand,<br />

Leitfähigkeit…<br />

• nicht elektrische G.<br />

Zeit: absolut, Differenz,<br />

Frequenz…<br />

mechanische G.: Länge,<br />

Fläche, Volumen, Weg,<br />

Geschwindigkeit, Beschleunigung,<br />

Kraft, Druck…<br />

akustische G.: Schalldruck,<br />

Schallgeschwindigkeit…<br />

optische G.: Transparenz,<br />

Photonendichte, Farbe,<br />

Absorption, Streuung…<br />

thermische G.: Temperatur…<br />

magnetische G.: Feldstärke...<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Beispiele Chemische Größen<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

• Ionenkonzentrationen<br />

Natrium, Kalium, Kalzium...<br />

Wasserstoff (pH)<br />

komplexe Ionen...<br />

Gaskonzentration<br />

Sauerstoff, Kohlendioxid,<br />

Stickstoff, Ammoniak,<br />

Narkotika…<br />

• Substratkonzentration<br />

Sauerstoff, Kohlendioxid,<br />

Stickstoff, Ammoniak,<br />

Narkotika…<br />

• Enzymkonzentrationen<br />

Amylase, Aminotransferase,<br />

Kreatinkinase...<br />

• Medikamentenkonzentration<br />

Thiele 14


Biosignale -Übersicht<br />

körpereigene<br />

Energie<br />

Ableitung<br />

elektrischer<br />

Potentiale,<br />

Thermografie<br />

EKG<br />

EEG<br />

EMG<br />

…<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Informationsträger<br />

Energie Stoff<br />

Hilfsenergie körpereigener<br />

bildgebende<br />

Verfahren<br />

Röntgen<br />

RCT, MCT, OT<br />

SPECT, PET, US<br />

Photo-, Videogr.<br />

…<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Stoff<br />

Stoffmengenbestimmung<br />

Oximetrie<br />

…<br />

Hilfsstoff<br />

enzymatische<br />

Analyse-<br />

verfahren<br />

Glukose-<br />

messung<br />

…<br />

Thiele 15


Biosignale -Übersicht<br />

Signalerfassende Verfahren<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

elektrisch<br />

nicht elektrisch<br />

chemisch<br />

Thiele 16


Biosignale -Übersicht<br />

Biosignal-Messkette<br />

Koppelstelle 1<br />

(Schnittstelle)<br />

Messobjekt<br />

Messfühler<br />

direkte Messung<br />

nichtelektrischer Größen<br />

Elektroden<br />

direkte<br />

Messung<br />

elektrischer<br />

Größen<br />

Messfühler +<br />

Messwandler<br />

Umwandlung von<br />

nichtelektrischen<br />

in elektrische<br />

Größen<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Aufnehmer<br />

Verstärker<br />

Anzeige<br />

Skale<br />

Monitor<br />

Schreiber<br />

Anpassungs- Filter Drucker<br />

schaltung A/D-Wandler Datenträger<br />

�Prozessor Magnetband<br />

Video<br />

Film<br />

PC<br />

Signalverarbeitung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Ausgabe<br />

Koppelstelle 2<br />

(Schnittstelle)<br />

Auswertung<br />

Thiele 17


Biosignale -Übersicht<br />

Sensortyp Anwendungsbeispiel<br />

mechano-elektrischer Wandler<br />

resistiv, induktiv, kapazitiv Längen-, Dehnungs<strong>und</strong> Druckmessung in<br />

Körperorganen, -geweben <strong>und</strong> -flüssigkeiten<br />

piezoelektrisch Geräusch<strong>und</strong> Vibrationsmessung<br />

Hall-Effekt Blutflußmessung<br />

photo-elektrische Wandler<br />

Sek<strong>und</strong>ärelektronenvervielfacher<br />

Photowiderstand, -transistor,<br />

-diode,-element<br />

thermo-elektrische Wandler<br />

NTC-Widerstand (Heißleiter)<br />

PTC-Widerstand (Kaltleiter)<br />

chemo-elektrische Wandler<br />

Metalle, Halbleiter<br />

in Verbindung mit Elektrolyten<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Durchblutungsmessung<br />

Sauerstoffsättigung im Blut<br />

Körpertemperatur<br />

Atmungsparameter<br />

chemische Komponenten im Blut,<br />

Körpergewebe, Atemluft oder auf der Haut<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 18


elektrische Biosignale<br />

Probleme<br />

Ursprung der elektrischen Signale<br />

Ausbreitung im Körper<br />

Signalableitung<br />

angepasste Verstärkertechnik<br />

Einsatzzweck<br />

Fehlerquellen<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrophysiologie<br />

äquivalente elektrische<br />

Ersatzschaltbilder<br />

Elektrodentechnik<br />

Schaltungstechnik<br />

Gerätetyp<br />

Signalverarbeitung<br />

Datenpräsentation<br />

� Qualitätssicherung<br />

Thiele 19


elektrische Biosignale<br />

Zelle mit Zellmembran<br />

Zellverband<br />

Körpergewebe<br />

Elektrodenpaste<br />

Metallelektroden<br />

Registrierverstärker<br />

Ausgabeeinheit<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

v<br />

elektrische Quelle<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Überlagerung der elektrischen Quellen<br />

elektrisch leitfähig<br />

elektrisch leitende Kopplung<br />

Thiele 20


elektrische Biosignale<br />

Elektrophysiologie<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Aufbau der Zellmembran<br />

Funktion der Ionenkanäle<br />

intra<strong>und</strong> extrazelluläre<br />

Ionenverteilung<br />

• Elektrodiffusion � Flussgleichung<br />

� NERNST‘sche<br />

Potentialgleichung<br />

� Membranpotential<br />

• Ruhemembranpotential<br />

• Aktionspotential<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

[Klinke, R.; Silbernagl, S. (Hrgb.): Lehrbuch der Physiologie.;<br />

Georg Thieme Verlag; Stuttgart, New York; 1996/2000; S.28;<br />

Abb. 2.15 A]<br />

Thiele 21


elektrische Biosignale<br />

Elektrophysiologie<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Reizung elektrisch<br />

chemisch<br />

mechanisch<br />

Änderung der Membranleitfähigkeit<br />

Depolarisation<br />

� Aktionspotential<br />

Erregung<br />

lokal<br />

fortgeleitet<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 22


elektrische Biosignale<br />

Potentiallinien eines Dipols, verursacht durch<br />

negative <strong>und</strong> positive Ladungen gleicher Intensität<br />

nach [MEYER-WAARDEN 85]<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 23


elektrische Biosignale<br />

Überlagerung von Potentialfeldteilen an der<br />

Körperoberfläche, Ableitung mittels Elektroden<br />

nach [MEYER-WAARDEN 85]<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 24


elektrische Biosignale<br />

Ursprung<br />

(Bezeichnung)<br />

Herzmuskeln<br />

(Elektrokardiogramm)<br />

Gehirn<br />

(Elektroenzephalogramm)<br />

Gehirn<br />

(Evozierte Potentiale)<br />

Augen<br />

(Elektroretinogramm)<br />

Muskelfasern<br />

(Elektromyogramm)<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Abkürzung Ableitort Amplitude<br />

mV<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Frequenzbereich<br />

Hz<br />

EKG Thorax > 1000 0,01 -<br />

EEG (Brustkorb) 50 0,05 -<br />

EVP Schädel 20 1 -<br />

ERG Schädel > 100 0 -<br />

300<br />

100<br />

300<br />

20<br />

EMG Cornea > 1000 10 - 5000<br />

Thiele 25


elektrische Biosignale -<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Frühe Form der EKG-Ableitung nach Einthoven durch<br />

Eintauchen der Extremitäten in Wannen mit Salzlösung<br />

Quelle: http://wikipedia.de<br />

Thiele 26


elektrische Biosignale -<br />

Erregungsablauf<br />

Quelle: http://www.gr<strong>und</strong>kurs-ekg.de/physiologie/reizleitung.jpg<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Sinusknoten<br />

�<br />

Vorhoferregung<br />

�<br />

AV-Knoten<br />

�<br />

His-Bündel<br />

�<br />

Purkinje-Fasern<br />

�<br />

Tawara-Schenkel<br />

�<br />

Kammererregung<br />

Thiele 27


elektrische Biosignale -<br />

Erregungsablauf<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

*<br />

*<br />

*<br />

*<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

P-Welle (max. 0,12 s) �<br />

Vorhoferregung (Sinusknoten),<br />

QRS-Komplex (max. 0,10 s) �<br />

Kammererregung<br />

Q der erste negative Ausschlag<br />

(AV-Knoten)<br />

R der erste positive Ausschlag<br />

(HIS Bündel)<br />

S der negative Ausschlag<br />

(Tawara Schenkel)<br />

nach der R-Zacke<br />

T-Welle<br />

Erregungsrückbildung Kammer<br />

U-Welle Nachschwankungen<br />

Kammererregung Rückbildung<br />

nicht konstante Erscheinung<br />

nach der T-Welle<br />

nicht immer sichtbar<br />

z.B. bei Elektrolytstörungen.<br />

Thiele 28


elektrische Biosignale -<br />

A: EKG-Ableitung nach Einthoven,<br />

B: Einthovensches Dreieck,<br />

C: Typische Einthoven-Ableitungen I, II, III<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Thiele 29


elektrische Biosignale -<br />

Erregungsablauf<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Quelle: http://www.gr<strong>und</strong>kurs-ekg.de/physiologie/reizleitung.jpg Quelle: Hoeft, Metzler, Pasch: Monitoring in Anästheie <strong>und</strong><br />

Intensivmedizin. Springer, 2008<br />

Thiele 30


elektrische Biosignale -<br />

Standard-EKG<br />

nach /Heinecker 1986/<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

nach Einthoven, II. Ableitung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Thiele 31


elektrische Biosignale -<br />

A: EKG-Ableitung nach Goldberger,<br />

B: Typische Goldberger-Ableitungen<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

aVR, aVL, aVF<br />

Thiele 32


elektrische Biosignale -<br />

A: EKG-Ableitung nach Wilson,<br />

B: Typische Wilson-Ableitungen V1 bis V6<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Thiele 33


elektrische Biosignale -<br />

normales 12-Kanal-EKG<br />

Quelle: http://wikipedia.de<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Thiele 34


elektrische Biosignale -<br />

Diagnostik<br />

Herzinfarkt �<br />

Herzmuskelzellen zerstört �<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

keine Erregung mehr<br />

� typische EKG-Signale<br />

Erkrankungen der Herzkranzgefäße � geringere Durchblutung bestimmter<br />

Muskelareale � Erregungs-Rückbildungs-Störungen<br />

Überdosierung bestimmter Medikamente<br />

Mangel oder Überfluss bestimmter Mineralstoffe �<br />

Vorhofflimmern oder –flattern<br />

Kammerflimmern oder -flattern<br />

Bradykardien<br />

(zu langsamer Herzschlag)<br />

beeinflusst die Reizleitung<br />

bei Erkrankungen des Sinusknotens oder AV-Knotens;<br />

Herzmuskelentzündung (Myokarditis);<br />

Herzbeutelentzündung (Perikarditis);<br />

Verdickung der Herzwand<br />

abnorme Belastung des rechten bzw. linken Herzens<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Thiele 35


elektrische Biosignale -<br />

Signalableitung -<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrodentechnik<br />

Thiele 36


elektrische Biosignale -<br />

Signalableitung -<br />

Frequenzverhalten des<br />

Elektrodenwiderstands<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrodentechnik<br />

nicht polarisierbare Elektrode<br />

Thiele 37


elektrische Biosignale -<br />

Signalableitung -<br />

1 Klebering<br />

2 Schaum mit Leitpaste<br />

3 Ag/AgCl-Kalotte<br />

4 Träger<br />

5 Zuleitung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrodentechnik<br />

a, b: Klebeelektroden<br />

/Hutten 1991/<br />

Thiele 38


elektrische Biosignale -<br />

Signalableitung -<br />

Klemmelektroden, Elektrodengürtel<br />

Quelle: http://www.chemomedica.at/data/69.jpg<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrodentechnik<br />

Brustwand-Saugelektrode<br />

Silber/Silberchlorid<br />

Quelle: http://picture.yatego.com/images/49219ecb828383.3/<br />

27098-11960.jpg<br />

Thiele 39


elektrische Biosignale -<br />

Signalableitung -<br />

Elektromagnetisches<br />

Feld<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Störquellen<br />

Kontaktspannung<br />

Referenzelektrode<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Bewegungsartefakte<br />

Rauschen<br />

Quelle: List, Metzler, Pasch: Monitoring in Anästhesie <strong>und</strong> Intensivmedizin. Springer, 1995<br />

Thiele 40


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrisches Ersatzschaltbild des Signalweges<br />

bioelektrische Quelle � Ableitelektrode<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Thiele 41


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Elektrisches Ersatzschaltbild eines EKG-Ableitkanals<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Thiele 42


elektrische Biosignale -<br />

OP1 – Verstärker<br />

OP2 – Verstärker<br />

OP3 – Subtrahierer<br />

Typische EKG-Verstärkerschaltung �<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

� 2R1<br />

V �<br />

�<br />

�1�<br />

� R<br />

Gain<br />

hohe Gleichtakt-Unterdrückung<br />

�<br />

unempfindlich gegen eingekoppelte<br />

Störsignale, z. B. Streufelder<br />

Instrumentenverstärker<br />

� R<br />

�<br />

��<br />

� R<br />

3<br />

2<br />

Thiele 43


elektrische Biosignale -<br />

Untersuchungsmethoden<br />

•3-/6-/12-<br />

Kanal Ruhe-<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

EKG<br />

(Routine, Aufnahme, Verlauf, Infarktdiagnostik)<br />

•Belastungs-EKG<br />

(AP, belastungsabh. Rhythmusstörungen)<br />

•Langzeit-<br />

EKG<br />

(Synkopenabklärung, Rhythmusstörungen, Vigilanz)<br />

•Schrittmacher-EKG<br />

(Kontrolle, Einstellung des Schrittmachers)<br />

•Eventrekorder<br />

(Erfassung seltener EKG-Ereignisse)<br />

•Kipptischuntersuchung<br />

(Erfassung von opthostatischen<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Problemen)<br />

•Spätpotentiale<br />

(computergesteuerte Auswertung , Risiokopat. Rhythmusst.)<br />

•Elektrophysiologische Untersuchung<br />

( Untersuchung der Reizleitung, Mapping)<br />

•Vektorelektrokardiographie<br />

( Untersuchung der Richtung der Erregung)<br />

Thiele 44


elektrische Biosignale -<br />

3-Kanal-Notfall-EKG<br />

http://www.pflege-reanimation.de/bilder/ekg1.jpg<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Multikanal-Gerät<br />

(Forschung)<br />

EKG [GEO 4/91]<br />

Thiele 45


elektrische Biosignale -<br />

Monitoring<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

kardialer Arrhythmien<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Ziel<br />

- schnelle <strong>und</strong> eindeutige Erkennung kardialer Arrythmien<br />

- Unterscheidung von signifikanten (klinisch bedeutsam oder<br />

lebensbedrohlich) von nicht signifikanten Arrhythmien<br />

Ableitungen<br />

- bei Standard-EKG Ableitung II<br />

- Gegenkontrolle durch weitere Ableitung empfohlen<br />

Computergestütztes Arrythmie-Monitoring<br />

- EKG-Abtastung mit 500 Samples/s � Filterung<br />

- Gr<strong>und</strong>linienschwankungen, Muskelartefakte, Schrittmacherimpulse, P<strong>und</strong><br />

T-Zacken identifizieren <strong>und</strong> eliminieren<br />

- Identifikation des QRS-Komplexes<br />

- Zuordnung einer idealen R-Zacke zur Vermessung <strong>und</strong> Klassifizierung<br />

- Klassifikation durch Abgleich mit Schablonen („template families“)<br />

- Klassifizierung in Normalschlag, ventrikuläre Extrasystole, supraventrikuläre<br />

Extrasystole, schrittmacherinduzierter Schlag, nicht<br />

zuzuordnen<br />

Thiele 46


elektrische Biosignale -<br />

Monitoring<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

kardialer Ischämien<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Ziel<br />

- Erkennung akut ablaufender oder abgelaufener ischämischer<br />

Veränderungen<br />

Ableitungen<br />

- Einzelableitungen oder Ableitungskombinationen unterschiedlicher<br />

Sensitivität bzgl. Ischämieerkennung<br />

- V2 + V3 + V4 + V5 + II � 100% Sensitivität<br />

Algorithmik der Ischämie-Erkennung<br />

Basis sind morphologische Phänomene im EKG („Gestaltsänderung“)<br />

- ST-Segment-Änderung (häufigstes Merkmal)<br />

- T-Wellen-Änderung<br />

- „Nekrose-Q“ (abgelaufener Infarkt)<br />

- Abnahme der Amplitude des QRS-Komplexes<br />

Thiele 47


elektrische Biosignale -<br />

Monitoring<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

kardialer Ischämien<br />

normales EKG<br />

frischer HI<br />

alter HI<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

Ischämisch bedingte ST-Segment-<br />

Änderung<br />

J-Punkt<br />

Junction Point (am Ende des QRS-Komplex,<br />

Beginn der ST Strecke)<br />

Thiele 48


elektrische Biosignale -<br />

Monitoring<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektrokardiogramm<br />

in besonderen klinischen Situationen<br />

EKG bei Magnetresonanzuntersuchungen<br />

- 3-Kanal-Ableitung<br />

- metallfreie Elektroden<br />

- Karbonkabel (Verhinderung von Verbrennungen durch Induktion)<br />

- Hardware-Filter gegen Artefakte aus elektromagnetischem Feld<br />

- Qualität abhängig von Lage der Ableitpunkte im Magnetfeld<br />

- Qualität mit wachsender Feldstärke schlechter<br />

EKG bei großflächigen Verbrennungen<br />

- Klebeelektroden werden durch Nadelelektroden oder Klammern (für<br />

W<strong>und</strong>verschluss) ersetzt<br />

Thiele 49


elektrische Biosignale -<br />

Entstehung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

- elektrische Aktivität der 10 10 -1012 Nervenzellen (Neuronen)<br />

- Neuronen erzeugen <strong>und</strong> übertragen Aktionspotentiale (Spikes)<br />

- Amplitude bis zu 70mV, Dauer ca. 1ms<br />

- Feuerrate 1 bis 1000 Spikes pro Sek<strong>und</strong>e<br />

- Spikes �<br />

- PSP �<br />

allgemein:<br />

nicht invasiv:<br />

postsynaptische Potentiale (PSP)<br />

Summenpotentiale, an Cortexoberfläche messbar<br />

(Cortex<br />

EEG<br />

- Evozierte Poetentiale<br />

-<br />

spontanes<br />

EEG<br />

–<br />

Hirnrinde)<br />

Elektrocorticogramm (ECoG)<br />

Elektroenzepaphalogramm (EEG)<br />

(EP)<br />

� feste Phasenbeziehung zum<br />

Stimulus<br />

� keine feste Phasenbeziehung zum<br />

Stimulus<br />

Thiele 50


elektrische Biosignale -<br />

Evozierte Potentiale (EP)<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

Einteilung nach Art des Stimulus<br />

- Visuell evozierte Potentiale (Flash, Licht, Muster)<br />

- Akustisch evozierte Potentiale (Ton, Klick)<br />

- Somatosensorisch evozierte Potentiale (Taktile Reize, elektrische<br />

Stimulation des Nervus Medianus oder Nervus Tibialis)<br />

- Olfaktorisch evozierte Potentiale (Geruchssinn)<br />

spontanes EEG<br />

Spektralkomponenten im Bereich von 0 bis 40 Hz<br />

- Delta (“0”-4Hz)<br />

- Theta (4-8Hz)<br />

- Alpha (8-13Hz)<br />

- Beta (13-30Hz)<br />

- Gamma (>30Hz)<br />

Thiele 51


elektrische Biosignale -<br />

Anwendungsgebiete<br />

Diagnostik<br />

- Schlafanalyse <strong>und</strong> Epilepsie<br />

- Überwachung von Patienten in der Intensivstation<br />

- Überwachung der Narkosetiefe (Anästhesie)<br />

- Hirntoddiagnostik<br />

Therapie (zukünftig)<br />

- nicht-invasives Brain-Computer Interface<br />

- Biofeedback z.B. in der Schmerztherapie<br />

Forschung<br />

- Experimentelle Psychologie<br />

- Kognitionswissenschaften<br />

- Neurophysiologie<br />

- Pharmakologie.<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

Thiele 52


elektrische Biosignale -<br />

Elektrodenanordnung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

Das internationale 10-20 System<br />

Seitenansicht (Bild A) <strong>und</strong> Ansicht von oben (Bild B)<br />

(A-Ohrlappen, F -frontal, C -zentral, P - parietal, Ookzipital, T – tempora<br />

Skriptum zu den Laborübungen in Gr<strong>und</strong>lagen der Biomedizinischen Technik, Alois Schlögl, TU Graz, 2005<br />

Thiele 53


elektrische Biosignale -<br />

Elektrodenanordnung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

Thiele 54


elektrische Biosignale -<br />

Elektrodenanordnung<br />

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/th<br />

umb/5/5e/EEG_mit_32_Electroden.jpg/460px-<br />

EEG_mit_32_Electroden.jpg<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

Pichelmayr, Lehmkuhl: EEG-Überwachung des Intensivpatienten.<br />

Springer, 1988<br />

Thiele 55


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

typische EEG Zeitverläufe im spontanen EEG<br />

Skriptum zu den Laborübungen in Gr<strong>und</strong>lagen der Biomedizinischen Technik, Alois Schlögl, TU Graz, 2005<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Wachzustand<br />

Wachzustand<br />

eingeschränkte<br />

Hirnfunktion<br />

Thiele 56


elektrische Biosignale -<br />

somatosensorisch<br />

Pichelmayr, Lehmkuhl: EEG-Überwachung des Intensivpatienten.<br />

Springer, 1988<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

evozierte Potentiale SEP<br />

Torsten Eisenach: Kortikal somatosensorisch-evozierte Potentiale<br />

während Wirbelsäulenoperatione….,Dissertation, Düsseldorf, 2008<br />

Thiele 57


elektrische Biosignale -<br />

somatosensorisch<br />

Einteilung nach<br />

- Reizort<br />

- mittlere Latenz<br />

- Polarität<br />

- Ableitort<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektroenzephalogramm<br />

evozierte Potentiale SEP<br />

Pichelmayr, Lehmkuhl: EEG-Überwachung des Intensivpatienten. Springer, 1988<br />

Latenz<br />

- frühe < 30 ms<br />

- mittlere 30 – 75 ms<br />

- späte > 75 ms<br />

Thiele 58


elektrische Biosignale -<br />

Aufbau einer motorischen Einheit<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Thiele 59


elektrische Biosignale -<br />

Quergestreifte Muskulatur<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Aktinfilament Myosinfilament<br />

Thiele 60


elektrische Biosignale -<br />

elektromechanische Kopplung<br />

1. Ruhestellung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

2. Eintreffendes<br />

Aktionspotential<br />

Aktin-Myosin-Bindung<br />

ATP-Spaltung<br />

5. Aufrichten der Myosinköpfe<br />

Lösung der Aktin-Myosin-Bindung<br />

4. ATP-Bindung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

3a. Kippen der Myosin-Köpfe<br />

durch P i -Abgabe<br />

3b. Endstellung der Köpfe<br />

durch ADP-Abgabe<br />

[Silbernagl, S.; Despopoulos, A.: Taschenatlas der Physiologie, 4. überarb. Aufl.; Georg Thieme Verlag; Stuttgart, New York; 1991,S.39, Abb. A]<br />

Thiele 61


elektrische Biosignale -<br />

I –<br />

t -<br />

Kurve<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

ms<br />

Thiele 62


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Kontraktionsverhalten als Funktion der Reizfrequenz<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

[Gillert; Rulffs; Boeglein: Elektritherapie.; Pflaum Verlag; München;1995; S.54; Abb. 39 A-D]<br />

Thiele 63


elektrische Biosignale -<br />

Relaxometrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Nervenstimulation<br />

muskuläre Antwort auf elektrische Stimulation des motorischen Nerven<br />

Akzeleromyographie<br />

Kraft- (Beschleunigungs-)wirkung<br />

am stimulierten Muskel<br />

Elektromyographie<br />

Ableitung des Summenaktionspotentials am (stimulierten) Muskel<br />

Thiele 64


elektrische Biosignale -<br />

Nervenstimulation<br />

„einfache“<br />

Nervenstimulation<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

visuelle oder taktile Beurteilung der (mechanischen) Muskelreaktion<br />

nach elektrischem Reiz des zugehörigen motorischen Nerven<br />

Testmuskel<br />

verschiedene Muskelgruppen �<br />

Goldstandard intraoperativ<br />

Stimulation<br />

Nervus ulnaris<br />

(„Ellennerv“)<br />

Putz/Pabst: Sobotta. Atlas der Anatomie des Menschen,<br />

21. Aufl. Urban & Fischer, 2000<br />

Reaktion<br />

musculus adductor pollicis<br />

(„Daumenanzieher“)<br />

unterschiedliche Empfindlichkeit<br />

Hans Walter Striebel: Die Anästhesie: Gr<strong>und</strong>lagen <strong>und</strong><br />

Praxis. Schattauer Verlag, 2003<br />

Thiele 65


elektrische Biosignale -<br />

Stimulationsmuster<br />

•<br />

•<br />

Einzelreize „single<br />

Vierfachreizung „Train<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

twitch“<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

of four“ TOF<br />

- 4 Einzelreize mit 0,5 s Abstand<br />

- Abzählen der Reizantworten T1 � Maß für neuromuskuläre<br />

Blockade (T4/T1 –TOF-Ratio)<br />

–T 4<br />

Thiele 66


elektrische Biosignale -<br />

Stimulationsmuster<br />

•<br />

•<br />

Salvenstimulation „Double burst“<br />

- zwei 50 Hz-Salven<br />

Tetanischer<br />

Reiz<br />

supramaximale<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Stimulation<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

- 50 – 100 Hz<br />

- Reizdauer 5 s<br />

(üblich 60 mA)<br />

Thiele 67


elektrische Biosignale -<br />

Akzeleromyographie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Verfahren der quantitativen Nervenstimulation<br />

frei bewegliche konstante Masse � Daumen<br />

�<br />

Messung der Beschleunigung � piezoelektrischer Beschleunigungs-<br />

�<br />

sensor<br />

Berechnung der Kraft<br />

nach Newton F = m · a<br />

Organon Laboratories Limited<br />

Cambridge Science Park, Milton Road, Cambridge CB4 0FL<br />

Thiele 68


elektrische Biosignale -<br />

Elektromyographie<br />

EMG Messprinzip<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/bilder/emg1_04.gif<br />

Thiele 69


elektrische Biosignale -<br />

Elektromyographie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Ableitelektroden<br />

Nadelelektroden Oberflächenelektroden<br />

Bischoff, Schulte-Mattler, Conrad: Das EMG-Buch: EMG unfd<br />

periphere Neurologie in Frage <strong>und</strong> Antwort. Thieme, Stuttgart 2005<br />

http://www.urodirect.de/urodyna<br />

mik-bilder/emg-elektroden.jpg<br />

http://www.uniklinikum-<br />

jena.de/img/MedWeb_/Zentralwerkstatt/Fingerelektroden.jpg<br />

Thiele 70


elektrische Biosignale -<br />

EMG -<br />

Zeitverhalten<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

http://www.uniklinikum-giessen.de/neuropaed/diagnostik/elektromyo.gif<br />

Thiele 71


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Bestimmung motorischer Nervenleitgeschwindigkeit<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Thiele 72


elektrische Biosignale -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Elektromyogramm<br />

Bestimmung sensibler Nervenleitgeschwindigkeit<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Thiele 73


nicht elektrische Biosignale -<br />

Länge<br />

Weg<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Messprinzipe<br />

x x x x x x<br />

Kraft x x x x x<br />

Druck x x x x x<br />

Beschleunigung<br />

Vibration<br />

x x x x<br />

Temperatur x x x<br />

Temperaturverteilung<br />

Strömung<br />

Blut<br />

Strömung<br />

Gase<br />

x x<br />

x x<br />

x x<br />

pH-Wert x x<br />

BlutgaskonzentrationAtemgaskonzentrationSubstatkonzentration<br />

resistiv<br />

piezoresistiv<br />

induktiv<br />

kapazitiv<br />

piezoelektrisch<br />

Thermopaar/<br />

-element<br />

x x x x<br />

x x x x<br />

x x<br />

O2-Sättigung x x<br />

Halbleiter<br />

optoelektrisch<br />

faseroptisch<br />

ielektrochemisch<br />

Spektrometer<br />

bioanalytisch<br />

Ultraschall<br />

Bild<br />

Thiele 74


nicht elektrische Biosignale -<br />

Blutdruck –<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Herz-Kreislauf -System<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Thiele 75


nicht elektrische Biosignale -<br />

Blutdruck –<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Herz-Kreislauf -System<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Thiele 76


nicht elektrische Biosignale -<br />

Blutdruck –<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Herz-Kreislauf -System<br />

invasiv<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

ECKERT S: 100 Jahre Blutdruckmessung nach Riva-Rocci <strong>und</strong> Korotkoff: Rückblick <strong>und</strong> Ausblick. Journal für Hypertonie 2006; 10 (3), 7-13<br />

–<br />

nicht invasiv<br />

nicht invasiv<br />

nicht invasiv<br />

intravaskulär<br />

- auskultatorisch<br />

-<br />

-<br />

oszillometrisch<br />

palpatorisch<br />

Thiele 77


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

•<br />

Tasten des Pulses<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

Tasten des Pulses peripher oder zentral am Körper<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

� Ja-/Nein-Aussage<br />

� Pulsqualität (Regelmäßigkeit, Frequenz, Amplitude …)<br />

qualitative Ergebnisse, von Erfahrung<br />

�<br />

Orientierung, Plausibilitätsprüfung<br />

abhängig<br />

palpatorisch<br />

Thiele 78


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

•<br />

nach Riva-Rocci<br />

http://www-med-physik.vu-<br />

wien.ac.at/physik/ws95/w95c0dir/w95c3d1b.gif<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

(1886)<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

palpatorisch<br />

ECKERT S: 100 Jahre Blutdruckmessung nach Riva-<br />

Rocci <strong>und</strong> Korotkoff: Rückblick <strong>und</strong> Ausblick.<br />

Journal für Hypertonie 2006; 10 (3), 7-13<br />

http://www.propatient.info/<br />

content/__28-29.pdf<br />

Thiele 79


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

•<br />

nach Korotkow<br />

http://www-med-physik.vu-<br />

wien.ac.at/physik/ws95/w95c0dir/w95c3d1c.gif<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

(1905)<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Littmann Stethoskop<br />

Master-Classic II<br />

auskultatorisch<br />

BOSO Mercurius E Blutdruckmessgerät<br />

Thiele 80


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

•<br />

nach Korotkow (1905)<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

auskultatorisch<br />

Korotkoff-Geräusche<br />

Phase 1<br />

Einsetzen eines scharfen Klopfgeräusches, dessen<br />

Intensität im Laufe der Phase zunimmt<br />

Phase 2<br />

Das Klopfgeräusch der 1. Phase wird von einem<br />

zusätzlichen Murmelgeräusch begleitet<br />

Phase 3<br />

Es sind wieder reine Klopfgeräusche zu hören, die<br />

nun besonders stark <strong>und</strong> scharf sind<br />

Phase 4<br />

Plötzliche Änderung: Die Töne klingen gedämpft<br />

<strong>und</strong> leiser, es fehlt ihnen jetzt die typische<br />

Klopfqualität<br />

Phase 5<br />

Die Geräusche verschwinden völlig<br />

ECKERT S: 100 Jahre Blutdruckmessung nach Riva-Rocci <strong>und</strong> Korotkoff: Rückblick <strong>und</strong> Ausblick. Journal für Hypertonie 2006; 10 (3), 7-13<br />

Thiele 81


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

ECKERT S: 100 Jahre Blutdruckmessung nach Riva-Rocci <strong>und</strong><br />

Korotkoff: Rückblick <strong>und</strong> Ausblick. Journal für Hypertonie 2006; 10<br />

(3), 7-13<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

oszillatorisch<br />

Druckmessung in Manschette<br />

Thiele 82


nicht elektrische Biosignale -<br />

nicht invasive<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Blutdruckmessung -<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Gerätetypen<br />

Ferrari, Muggli: Blutdruckmessung: wo, wie, mit welchem Gerät? Schweiz Med Forum Nr. 22 30. Mai 2001<br />

Thiele 83


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

Blutdruckmessung –<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

typische Messorte<br />

Kramme: Medizintechnik –Verfahren, Systeme <strong>und</strong> Informationsverarbeitung. Springer 1997<br />

Thiele 84


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung –<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Prinzip<br />

mit Flüssigkeit gefülltes System überträgt Druck im Blutgefäß auf Sensor<br />

System: intravasaler Katheter<br />

Schlauchsystem<br />

Kramme: Medizintechnik –Verfahren, Systeme <strong>und</strong> Informationsverarbeitung. Springer 1997<br />

Thiele 85


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

- Domsystem<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Haufe u. a.: Medizintechnik in der Intensivmedizin. expert Verlag, 1998<br />

Thiele 86


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

Haufe u. a.: Medizintechnik in der Intensivmedizin.<br />

expert Verlag, 1998<br />

-<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Domsystem<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Hoeft, Metzler, Pasch: Monitoring in Anästhesie <strong>und</strong><br />

Intensivmedizin. Springer, 2008<br />

Thiele 87


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

- Einmalsystem<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Haufe u. a.: Medizintechnik in der Intensivmedizin. expert Verlag, 1998<br />

Thiele 88


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

– arterielles Kathetersystem<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Firma vygon<br />

Thiele 89


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

extrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

– zentralvenöses Kathetersystem<br />

Thiele 90


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Übertragungsverhalten eines Kathetersystems<br />

Mechanische Ersatzschaltung Sprungantwort<br />

Armin Bolz, Wilhelm Urbaszek: Technik in der Kardiologie: Eine<br />

interdisziplinäre Darstellung für Ingenieure <strong>und</strong> Mediziner. Springer, 2002<br />

Thiele 91


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

Blutdruckmessung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Übertragungsverhalten eines Kathetersystems<br />

List, Metzler, Pasch: Monitoring in Anästhesie <strong>und</strong><br />

Intensivmedizin. Springer, 1995<br />

Thiele 92


nicht elektrische Biosignale -<br />

invasive<br />

•<br />

intrakorporal<br />

Blutdruckmessung<br />

� 2 – 7 French (0,66 – 2,31 mm)<br />

-<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Tipmanometer<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Blutdruck<br />

Pfeifer, 1989<br />

Thiele 93


nicht elektrische Biosignale -<br />

Indikatordilution<br />

Prinzip<br />

strömendes Blut<br />

�<br />

Zugabe definierter Menge Indikator<br />

�<br />

stromabwärts Bestimmung von<br />

Konzentration=f(Zeit)<br />

�<br />

Berechnung des Flusses<br />

Indikatoren<br />

- Wärme bzw. Kälte<br />

- Gase (O2,CO2, Edelgase)<br />

- radioaktive Stoffe ( 125J-Albumin) - Farbstoffe (Indozyaningrün)<br />

- Lithium<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

�<br />

V<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Herzzeitvolumen<br />

Thermodilutionskurve<br />

Analysemethoden<br />

-Prinzip der Massenerhaltung<br />

-Messung von Transitzeiten<br />

Thiele 94


nicht elektrische Biosignale -<br />

Indikatordilution<br />

Prinzip der Massenerhaltung<br />

m<br />

0 c0 � � Vd<br />

�<br />

Vd<br />

m<br />

m<br />

m<br />

�<br />

0<br />

V �<br />

� m<br />

raus<br />

0<br />

� m<br />

�<br />

�<br />

t<br />

0<br />

�<br />

rein<br />

�<br />

�<br />

t<br />

0<br />

rein<br />

m<br />

0<br />

m<br />

c(t)dt<br />

� m<br />

raus<br />

� m<br />

raus<br />

(t)dt �<br />

raus<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

�<br />

� V<br />

� �<br />

�<br />

t<br />

0<br />

�<br />

�<br />

t<br />

m<br />

c<br />

0<br />

0<br />

V(t)<br />

�c(t)dt<br />

0<br />

c(t)dt<br />

m0 Vd c0 –<br />

–<br />

–<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Herzzeitvolumen<br />

bekannte Menge Indikator<br />

vorgegebenes Verteilungsvolumen<br />

resultierende Indikatorkonzentration<br />

Fluss berechnet sich aus dem Verhältnis der<br />

applizierten Indikatormenge m0 zur Fläche<br />

unter der Indikatorverdünnungskurve<br />

Thiele 95


nicht elektrische Biosignale -<br />

Indikatordilution<br />

Messung von Transitzeiten<br />

V<br />

mtt �<br />

V<br />

c<br />

mtt �<br />

mtt �<br />

�<br />

�<br />

d<br />

�<br />

1<br />

c(t) � tdt<br />

0<br />

�<br />

�<br />

0<br />

�<br />

� t1<br />

� c2<br />

� t2<br />

� ��<br />

� � c<br />

c � c � ��<br />

� � c<br />

1<br />

c(t)dt<br />

V<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

d<br />

2<br />

�<br />

� mtt � V<br />

n<br />

n<br />

� t<br />

n<br />

�<br />

n<br />

�<br />

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n<br />

�<br />

i�1<br />

c � t<br />

i<br />

i<br />

i<br />

c � t<br />

i<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Herzzeitvolumen<br />

mtt – mittlere Transitzeit<br />

Vd – vorgegebenes Verteilungsvolumen<br />

c(t) – Zeitverlauf Indikatorkonzentration<br />

Hoeft, Metzler, Pasch: Monitoring in Anästhesie <strong>und</strong><br />

Intensivmedizin. Springer, 2008<br />

Thiele 96


nicht elektrische Biosignale -<br />

HZV -<br />

Thermodilution<br />

Pulmonalarterieneinschwemmkatheter<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Herzzeitvolumen<br />

nach Swan <strong>und</strong> Ganz<br />

Thiele 97


nicht elektrische Biosignale -<br />

HZV -<br />

Thermodilution<br />

Prinzip der Massenerhaltung<br />

Applikation „Kältebolus“<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

m 0<br />

m0=(TBlut-TInj)·(VInj-VTotraum) ·kspez pulmonal<br />

aortal<br />

�<br />

V �<br />

�<br />

�<br />

t<br />

0<br />

m<br />

0<br />

�T(t)dt<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Herzzeitvolumen<br />

Thiele 98


nicht elektrische Biosignale -<br />

Transportprozess der Atmung<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

[Klinke, Silbernagl: Lehrbuch der Physiologie, 1. Aufl.; Georg Thieme Verlag; Stuttgart, New York, 1994]<br />

Thiele 99


nicht elektrische Biosignale -<br />

Oxygenierung<br />

[Klinke, Silbernagl: Lehrbuch der Physiologie, 1. Aufl.; Georg Thieme<br />

Verlag; Stuttgart, New York, 1994]<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Fraktionen des Hämoglobin<br />

-<br />

�<br />

-<br />

funktionelle Fraktionen<br />

• oxygeniertes O2Hb • reduziertes Hb<br />

Sauerstofftransport<br />

dysfunktionelle Fraktionen<br />

• Methämoglobin MetHb<br />

• Carboxyhämoglobin COHb<br />

� kein Sauerstofftransport<br />

Thiele 100


nicht elektrische Biosignale -<br />

Oxymetrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Farbe des Blutes = f(Absorption) = f(Sauerstoffsättigung)<br />

E � �lg<br />

E~<br />

c<br />

E � ε<br />

�<br />

I<br />

I<br />

0<br />

E<br />

c �<br />

ε �d<br />

�<br />

Quelle<br />

I o<br />

<strong>und</strong><br />

�c<br />

�d<br />

I<br />

� lg<br />

I<br />

0<br />

E~<br />

d<br />

Probe<br />

d<br />

c, �<br />

� � � � E<br />

εi<br />

ci<br />

d<br />

i<br />

i<br />

Detektor<br />

I=f(c, �, d)<br />

E Extinktion (engl. absorbance A)<br />

I0 eingestrahlte Intensität<br />

I gemessene Intensität<br />

d Dicke der Probe<br />

c Konzentration des Stoffes<br />

�� molarer dekadischer Extinktionskoeffizient<br />

bei Wellenlänge �<br />

Thiele 101


nicht elektrische Biosignale -<br />

Oxymetrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Extinktionskoeffizienten<br />

der Hämoglobin-Fraktionen<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

dysfunktionell<br />

funktionell<br />

funktionell<br />

dysfunktionell<br />

Thiele 102


nicht elektrische Biosignale -<br />

Definition Sauerstoffsättigung<br />

fraktionelle Sauerstoffsättigung<br />

S<br />

a<br />

O<br />

frak<br />

�<br />

c<br />

c<br />

O<br />

Hb<br />

Hb<br />

total<br />

mit<br />

funktionelle Sauerstoffsättigung<br />

S<br />

a<br />

2<br />

O<br />

2<br />

Hb<br />

Hb<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

c<br />

Hb<br />

total<br />

� cO<br />

Hb � cHb<br />

� c<br />

�����<br />

�COHb<br />

� c<br />

� �� �MetHb<br />

� ��<br />

�<br />

2<br />

���� funktionell<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

dysfunktionell<br />

cO2Hb<br />

O2<br />

�<br />

func c � c<br />

Pulsoxymetrie<br />

2<br />

SpO2 Thiele 103


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

E �<br />

�lg<br />

I<br />

I<br />

0<br />

�10<br />

I<br />

I<br />

0<br />

-ε<br />

λ<br />

� ε<br />

�c�d<br />

I 0<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

λ<br />

I<br />

�c<br />

�d<br />

660 nm<br />

940 nm<br />

Intensität I<br />

Zeit t<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

AC<br />

pulsatil<br />

DC<br />

Gr<strong>und</strong>absorption<br />

Thiele 104


Thiele 105<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Pulsoxymetrie<br />

nicht elektrische Biosignale -<br />

Sauerstoffsättigung<br />

)]<br />

)<br />

(<br />

)<br />

(<br />

(<br />

)<br />

(<br />

[<br />

)<br />

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0<br />

2<br />

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)<br />

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[<br />

)<br />

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0<br />

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0<br />

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min<br />

0<br />

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2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

min<br />

max<br />

max<br />

min<br />

10<br />

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)<br />

,<br />

(<br />

10<br />

)<br />

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)<br />

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10<br />

)<br />

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10<br />

)<br />

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10<br />

ges<br />

Hb<br />

ges<br />

Hb<br />

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func<br />

a<br />

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Hb<br />

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Hb<br />

O<br />

Hb<br />

O<br />

Hb<br />

Hb<br />

c<br />

c<br />

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Hb<br />

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Hb<br />

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Hb<br />

O<br />

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�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

<strong>und</strong><br />

mit


Thiele 106<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

Pulsoxymetrie<br />

nicht elektrische Biosignale -<br />

Sauerstoffsättigung<br />

))<br />

(<br />

)<br />

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,<br />

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),<br />

,<br />

(<br />

2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

1<br />

1<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

1<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

1<br />

1<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

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�<br />

�<br />

�<br />

Hb<br />

Hb<br />

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Hb<br />

Hb<br />

O<br />

Hb<br />

Hb<br />

p<br />

Hb<br />

Hb<br />

O<br />

p<br />

Hb<br />

Hb<br />

Hb<br />

O<br />

p<br />

Hb<br />

func<br />

func<br />

func<br />

O<br />

S<br />

O<br />

S<br />

O<br />

S<br />

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t<br />

I<br />

t<br />

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�<br />

�<br />

�<br />

�<br />

gemessen<br />

werden


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

Kalibrierung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Praxis<br />

keine ungestreute Strahlung durch homogene, absorbierende<br />

Substanzen<br />

�<br />

empirische Kalibration<br />

- � mit invasiver<br />

arterieller<br />

SaO2-Messung korreliert<br />

�intra<strong>und</strong>interindividuell verschieden<br />

- � mit laboroximetrische<br />

SaO2-Messung<br />

korreliert<br />

Thiele 107


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

Fehler<br />

Instabilitäten der optischen Messstrecke<br />

Bewegungsartefakte<br />

Minderperfusion<br />

Venöse Pulsation<br />

Dyshämoglobine<br />

des Applikationsortes<br />

Optische <strong>und</strong> elektrische Störstrahlung<br />

Farbstoffe<br />

• Histologischer Aufbau des Applikationsorts<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Thiele 108


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

Fehler<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Störsignalunterdrückung<br />

�<br />

keine Filterung, da Frequenzinhalt<br />

von Nutz<strong>und</strong>Störsignal ähnlich<br />

�<br />

Statistische Verfahren<br />

• Full-Pulse-Wave-Algorithmus<br />

(FPW)<br />

• Splitted-Pulse-Wave-<br />

Algorithmus (SPW)<br />

Thiele 109


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

Transmission<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

Messprinzipe<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Finger-Clip<br />

Neonatal-Clip<br />

(Einmalprodukt)<br />

Ohr-Clip<br />

Neonatal-Clip<br />

(wieder verwendbar)<br />

Thiele 110


nicht elektrische Biosignale -<br />

Pulsoxymetrie<br />

Reflexion<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

-<br />

Messprinzipe<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Sauerstoffsättigung<br />

Stirnbandsensor<br />

Thiele 111


nicht elektrische Biosignale –<br />

Kapnographie/-metrie<br />

Infrarotabsorptionsspektroskopie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

CO2-Konzentration Kohlendioxidgehalt der Atemluft<br />

Angabe des endexpiratorischen<br />

CO2–Gehalts in<br />

•<br />

•<br />

Absolutwert der Konzentration<br />

etCO2-Wert Partialdruck des Gasgemisches<br />

etpCO2-Wert pgesamt = pA + pB+ pC+ ... + pH2O pEinzelgas = AnteilEinzelgas · pGesamt V ·p= n ·R ·T<br />

Thiele 112


nicht elektrische Biosignale –<br />

Kapnographie/-metrie<br />

Messbedingungen<br />

•<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

CO2-Konzentration STPD-Bedingungen: (Standard temperature, pressure, dry).<br />

normale physikalische Umgebungswerte<br />

T=273 K = 0°C, p=760 mmHg, pH2O=0 •<br />

BTPS-Bedingungen: (Body temperature, pressure, saturated).<br />

Bedingungen, die in der Lunge vorgef<strong>und</strong>en werden<br />

T=310 K = 37°C, p= aktueller Barometerdruck, pH2O=47 mmHg<br />

•<br />

ATPD-Bedingungen: (Ambient temperature, pressure, dry).<br />

aktuellen Umgebungsbedingungen außerhalb des Körpers<br />

T = 273 K+/- Umgebungstemperatur = 0°C +/- Umgebungstemperatur,<br />

p = aktueller Luftdruck, pH2O = 47 mmHg bei Exspirationsluft,<br />

O = 0 bei Inspirationsluft<br />

pH 2<br />

Thiele 113


nicht elektrische Biosignale –<br />

Kapnographie/-metrie<br />

Messbedingungen<br />

•<br />

•<br />

Hauptstromkapnometrie<br />

Messammer zwischen Tubusende<br />

Nebenstromkapnometrie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

CO2-Konzentration <strong>und</strong> Beatmungsschläuchen<br />

Messkammer im Monitor,<br />

Atemgas wird aus T-Stück mit einer Flussrate von 50-200 ml/min<br />

abgesaugt <strong>und</strong> dem Monitor zugeführt<br />

Thiele 114


nicht elektrische Biosignale –<br />

Kapnographie/-metrie<br />

normales Kapnogramm Phase I (A-B)<br />

Inspiratorische<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

CO2-Konzentration Nullinie<br />

Phase II (B-C)<br />

Beginn der Exspiration<br />

Anstieg der CO2-Kurve durch<br />

Abatmung von CO2-haltiger Luft<br />

aus den großen Atemwegen<br />

(Anstiegsphase)<br />

Phase III (C-D)<br />

Abatmung von CO2-haltiger<br />

Alveolarluft (Plateauphase)<br />

Phase IV (D-E)<br />

Inspiratorischer Abfall (D-E)<br />

Thiele 115


nicht elektrische Biosignale –<br />

Kapnographie/-metrie<br />

Beurteilungskriterien<br />

• Werden Atemzüge registriert?<br />

- besteht eine Ventilation?<br />

- Atemfrequenz? Rhythmus? Atempausen?<br />

● Stimmt die Gr<strong>und</strong>linie mit der Nullinie überein?<br />

- Anhalt für inspiratorisches CO2<br />

- Rückatmung des Patienten<br />

● Anstiegsphase: steil? Verzögert?<br />

- Verzögerte Ausatmung durch Obstruktion<br />

● Plateauphase: horizontale Ausrichtung?<br />

- Hinweise auf ungleichmäßige alveoläre Exspiration<br />

● Plateauphase: Inspiratorische Einziehungen?<br />

- Hinweise auf inspiratorische Anstrengungen des Patienten<br />

● Inspirationsbeginn: Schlagartig? Verzögert?<br />

- verzögerte Inspirationsphase<br />

● Endexspiratorischer CO2-Wert: Größe?<br />

- Hypoventilation, Hyperventilation<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

CO2-Konzentration Thiele 116


Monitoring<br />

Gesetzliche Vorschriften, Normen, Leitlinien<br />

Gesetzliche Vorschriften<br />

•<br />

•<br />

•<br />

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Medizinproduktegesetz<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

MPG<br />

Medizinprodukte-Betreiberverordnung<br />

Medizinprodukte-Sicherheitsplanverordnung<br />

Gr<strong>und</strong>legende Anforderungen an ein MP<br />

Betreiben von MP<br />

Anwendung von MP<br />

fachgerechte Instandhaltung<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

MPBetreibV<br />

MPSV<br />

Thiele 117


Monitoring<br />

Gesetzliche Vorschriften, Normen, Leitlinien<br />

Technische Normen<br />

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EN 740 Anästhesie-Arbeitsplatz <strong>und</strong> dessen Module (bis 1.5.2009)<br />

Reihe EN ISO 8835<br />

weitere Normen für einzelne Überwachungsgeräte<br />

Leitlinien<br />

systematisch entwickelte, wissenschaftlich begründete <strong>und</strong><br />

praxisorientierte Entscheidungshilfen für angemessene ärztliche<br />

Vorgehensweise bei speziellen ges<strong>und</strong>heitlichen Problemen<br />

Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Anästhesiologie <strong>und</strong><br />

Intensivmedizin (DGAI) <strong>und</strong> der Deutschen Gesellschaft für Thorax-,<br />

Herz<strong>und</strong> Gefäßchirurgie (DGTHG)<br />

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Intensivmedizinische Versorgung herzchirurgischer Patienten<br />

Hämodynamisches Monitoring <strong>und</strong> Herz-Kreislauf-Therapie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 118


Monitoring<br />

Algorithmus Basismonitoring<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 119


Monitoring<br />

Intensivtherapie<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 120


Monitoring<br />

Anästhesiearbeitsplatz<br />

Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 121


Institut für Biomedizinische Technik<br />

<strong>Diagnostische</strong> <strong>Gerätetechnik</strong> SS 2009<br />

Thiele 122

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