Das papierlose Labor

Pharm. Ind. 73, Nr. 12, 2142 – 2145 (2011)
© ECV • Editio Cantor Verlag, Aulendorf (Germany)
Arzneimittelwesen • Gesundheitspolitik • Industrie und Gesellschaft
Fachthemen
Das papierlose Labor
Andreas Schild und Ulf Fuchslueger
Vialis AG, Liestal (Schweiz)
Laboratorien der Entwicklung und Qualitätskontrolle der pharmazeutischen
Industrie befinden sich in einem immer stärker
ausgeprägten Spannungsfeld zwischen regulatorischen und wirtschaftlichen
Anforderungen. Um diesen Anforderungen zu genügen,
sind neue Wege des Prozess-, Daten- und Systemmanagements
nötig. Dieser Artikel zeigt auf, dass das papierlose Labor, verstanden
als ganzheitliche Prozessinitiative und nicht als Systemimplementierung,
über diese Herausforderungen hinaus auch noch einen nachweisbaren
Effizienzschub leisten kann.
Warum moderne Konzepte für
das Labordatenmanagement
Laboratorien der Entwicklung und
Qualitätskontrolle der pharmazeutischen
Industrie befinden sich in
einem immer stärker ausgeprägten
Spannungsfeld zwischen regulatorischen
und wirtschaftlichen Anforderungen.
Einerseits fordern Behörden
immer mehr und ausführlichere
Daten bei stets steigenden Anforderungen
an deren Qualität und
Haltung, wie auch der neue EU GMP
Annex 11 und die intensivierte Inspektionstätigkeit
der FDA in Bezug
auf 21 CFR Part 11 zeigen. Andererseits
erfordern die wirtschaftlichen
Ziele der Unternehmen, dass mehr
Daten in kürzerer Zeit geliefert
werden und das typischerweise mit
gleichbleibendem oder geringerem
Personalbestand. Gekoppelt mit
dem technologischen und apparativen
Fortschritt, welcher ebenfalls
dafür sorgt, dass mehr Daten in immer
kürzerer Zeit generiert werden,
stellt dies klassische Dokumentations-
und Datenmanagementprozesse
in regulierten Laboratorien vor
nahezu unüberwindliche Hindernisse
und machen diese somit oft
zu den eigentlichen Flaschenhälsen
in Entwicklungs- und Freigabeprozessen.
Hybridsystem als Grundübel
Wenn man sich die aktuelle Datenhaltung
in Laboratorien vor Augen
führt, ist diese durch den Einsatz vieler
unabhängiger, nicht integrierter
Datenablagen in elektronischer und
Papierform gezeichnet. Oft gilt Papier
als das führende Dokumentationsmedium,
was in Kombination mit
den zahlreichen computergestützten
Systemen wie Analysengeräten,
Office-Applikationen oder übergeordnetenLaborinformationsmanagement-
oder Enterprise-Resource-
Planning-Systemen (ERP-Systemen)
zu einem Hybridsystem mit zahlreichen
Medienbrüchen führt. Dies
ist das eigentliche Grundübel, resultiert
in Ineffizienzen, Qualitäts- und
Compliance-Risiken, unnötig langen
Durchlaufzeiten und verhindert so
das Erreichen von Unternehmenszielen.
Tab. 1 zeigt typische Kennzahlen
für derart funktionierende
Laboratorien. Das Qualitätsrisiko
durch die hohe Anzahl an manuellen
Datenübertragungen wird zwar
typischerweise durch extensive Kontrollmechanismen
reduziert. Dies
führt jedoch zu geringerer Effizienz
und längeren Durchlaufzeiten. Der
Einsatz isolierter Systeme verhindert
die zeitgerechte Verteilung von Information,
was zu weiteren, allerdings
schwer quantifizierbaren, Verzögerungen
und Mehraufwänden führt.
Schlussendlich liegt erhebliches
Kapital des Unternehmens in Form
von Unternehmenswissen brach. Der
Aufwand, um die Datengrundlage für
moderne Knowledge-Management-
Systeme für Statistiken, Data Mining,
Reporting, Exception Handling etc.
zu schaffen, ist bei den vielen Insellösungen
schlicht zu groß. Viele Erkenntnisse,
die aus den vorhandenen
Daten gewonnen werden könnten,
bleiben verborgen.
In der Industrie beobachtet man
drei verschiedene Ansätze, das hier
geschilderte Grundübel zu adressieren.
Erstens – und eigentlich keine
echte Lösung – ist dies die Optimierung
des bestehenden Hybridsystems
durch Anpassungen der bestehenden
■■Tabelle 1
Typische Kennzahlen für Qualitätskontroll-
und Entwicklungslaboratorien.
Kennzahl Wert
Dokumentations- 45 %
und Kontrollaufwand
Anzahl qualitätsrelevan- 100
ter Überträge
(pro Batch-Freigabe)
Anzahl Überträge 250
redundanter Daten
Durchlaufzeit bis zu 20 Tage
Systeme im Einsatz 10
(Papier und elektronisch)
Mit Ausnahme des Dokumentations- und Kontrollaufwands
beziehen sich alle Zahlen auf die Freigabe
bzw. Analyse eines Batches. Qualitätsrelevante
Überträge haben einen direkten Einfluss auf das
Resultat, während Überträge redundanter Daten
Referenzen und Querverweise darstellen.
Schild und Fuchslueger • Das papierlose Labor 1
l Zur Verwendung mit freundlicher Genehmigung des Verlages / For use with permission ofthe publisher l

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Prozesse und Systeme. Es versteht
sich von selbst, dass dies wenn überhaupt,
nur punktuelle und sehr geringe
Verbesserungen verspricht. Der
zweite beobachtete Ansatz ist die
Einführung von elektronischen Dokumentationssystemen
(oft als elektronische
Laborjournale bezeichnet),
welche das Papier in elektronischer
Form abbilden. Zwar verspricht die
Einführung derartiger Systeme gewisse
Gewinne aus Qualitäts- und
Compliance-Sicht, da aber das eigentliche
Problem nur von Papier in
eine elektronische Form verschoben
wird („Paper on Glass“), materialisieren
sich erhoffte Effizienzsteigerungen
nur in sehr geringem Maß. Über
die Praktikabilität der elektronischen
Dokumentation im Labor (z. B. durch
Nutzung von Tablet-PCs oder anderer
mobiler Geräte) wird ohnehin gestritten.
Der Dritte, und hier in weiterer
Folge ausgeführte Ansatz ist die
Optimierung und gleichzeitige elektronische
Unterstützung der eigentlichen
Laborprozesse – die Einführung
des papierlosen Labors.
Der Weg zum papierlosen
Labor
Da es sich bei der Einführung des papierlosen
Labors nicht einfach um die
Implementierung einer weiteren IT-
Applikation handelt, berücksichtigt
das Vorgehensmodell zur Einführung
weitere Aspekte, um ein tragfähiges
Gesamtkonzept erstellen zu können.
Diese lassen sich in drei Hauptgruppen
einteilen, die Business-Sicht, die
Sicht der Nutzer und die technische
Perspektive.
Die Business-Sicht definiert das
Ziel des Projekts, die Vision und
stellt sicher, dass die Einführung des
papierlosen Labors mit den Unternehmenszielen
einhergeht. Typische
Ziele sind hierbei beispielsweise die
Erhöhung des Netto-Cashflow in produzierenden
Unternehmen, die Verkürzung
von Entwicklungszeiten und
daraus resultierende Mehrumsätze
im Entwicklungsumfeld oder die Reduktion
von Lagerbeständen und die
damit verbundene Kapitalfreisetzung.
Selbstverständlich sind Kombinationen
davon und weitere, andere Ziele
2 Schild und Fuchslueger • Das papierlose Labor
ebenfalls möglich. Entscheidend ist
jedoch, dass ein quantitativer Zusammenhang
zwischen den Laboraktivitäten
und den Unternehmenszielen
hergestellt wird. Dies geschieht durch
Definition eines unternehmensspezifischen
Einflussgefüges und dessen
Umsetzung in ein entsprechendes
Finanzmodell [1]. Nur so kann sichergestellt
werden, dass das Umsetzungsprojekt
die Unternehmensziele
unterstützt und eine Wirtschaftlichkeitsrechnung
alle Aspekte und Einflussfaktoren
berücksichtigt.
Die Sicht der Nutzer stellt das
zentrale Element bei der Konzepterstellung
dar. Basierend auf einer
fundierten Prozess- und Systemanalyse
wird diese in Form von Prozessbeschreibungen
und Datenströmen
wiedergegeben. Neben den eigentlichen
Laborprozessen wie Musterfluss
und Bearbeitung werden auch
unterstützende Prozesse von der Gerätewartung
bis zur Verwaltung von
Referenzsubstanzen und Reagenzien
im Ist-Zustand abgebildet. Dies beinhaltet
auch für jeden Prozessschritt
eingesetzte Systeme, Wechsel von
Verantwortlichkeiten und Daten-In-
und -Output pro Prozessschritt. Im
Rahmen der Prozessanalyse werden
auch erste spezifische Kennzahlen
erhoben, welche später in das Finanzmodell
einfließen. Wichtige Schnittstellen
zu übergeordneten Prozessen
werden analysiert und dokumentiert.
Die Prozessanalyse ist aber auch
der Grundstein für die nachfolgend
■■Abbildung 1
durchgeführte Multimomentanalyse,
einer Methodik, welche es erlaubt
aus und für Prozesse quantitative
Aussagen abzuleiten.
Die Multimomentanalyse [2, 3]
liefert statistisch fundierte und akkurate
Aussagen über den Ressourceneinsatz
pro Prozessschritt oder gar
Prozessteilschritt, und dies über alle
Prozesse hinweg. Zur quantitativen
Erfassung erhält jeder Labormitarbeiter
ein auf seine von ihm durchgeführten
Prozesse abgestimmtes
mobiles Gerät (PDA), welches ihn
in periodischen, aber zufälligen Abständen
(z. B. durchschnittlich alle
20 Minuten einmal) auffordert, den
eben durchgeführten Arbeitsschritt
aus einer Auswahlliste auszuwählen.
Da die Multimomentanalyse keine
Eingabe von Zeiten oder anderen
Parametern erfordert, sondern nur
einen simplen Klick, ist der Eingriff
in den Arbeitsfluss minimal. Über
einen typischen Zeitraum von zwei
Wochen erhält man so ausreichend
Daten, um mit hohem Detaillierungsgrad
statistisch signifikante Aussagen
über Aufwände, Zeiten und Häufungen
für Prozesse, Prozessschritte und
Arbeitskategorien treffen zu können.
Die Abbildungen 1 bis 3 zeigen beispielhaft
verschiedene Auswertungen
aus einer Multimomentanalyse.
Neben der Tatsache, dass die Auswertungen
erlauben, Prozesse – auch
unabhängig von der Einführung eines
neuen Systems – wirklich dort zu optimieren,
wo der größte Bedarf bzw.
Verteilung der Arbeitsaufwände für einen spezifischen Laborprozess in Prozent der
Arbeitszeit. Die Farben stellen die Kategorisierung in 4 Kategorien dar, wobei die
Kategorien Dokumentation und Kontrolle bei der Einführung eines papierlosen
Labors deutlich reduziert werden können.
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■■Abbildung 2
Verteilung von nicht-prozessbezogenen Aktivitäten pro Abteilung in Prozent der
Arbeitszeit.
■■Abbildung 3
Aggregierte Werte über alle Prozesse und nicht prozessbezogenen Aktivitäten nach fünf
verschiedenen Kategorien pro Abteilung und total. Die Kategorien Dokumentation und
Kontrolle zeigen das Potential bei der Einführung eines papierlosen Labors auf.
Nutzen besteht, erlauben sie auch,
Arbeitsschritte zu kategorisieren und
somit das Potential für die Einführung
des papierlosen Labors quantitativ
auszudrücken (siehe Abb. 3).
Dies wiederum liefert die Basis für einen
faktenbasierenden Business Case
und für den Vergleich von verschiedenen
Umsetzungsszenarien in Bezug
auf deren wirtschaftlichen Nutzen.
Die qualitative Prozessbeschreibung
liefert somit in Kombination mit den
Kennzahlen und quantitativen Aussagen
aus der Multimomentanalyse
die Kerninformationen für die Konzepterstellung.
Berücksichtigt man noch die
technische Sichtweise, die vor allem
bestehende Infrastruktur, Unternehmensstandards
und langfristige Strategie
aus IT und apparativer Sicht beleuchtet,
kann ein vollumfängliches
Konzept zur Automatisierung der
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Labordatenflussprozesse in Übereinstimmung
mit den Unternehmenszielen
erstellt werden.
Neben den drei Sichtweisen erfordert
die Konzepterstellung für das papierlose
Labor auch die Anwendung
von Prinzipien, welche erlauben, die
Soll-Prozesse basierend auf der Prozessbeschreibung
der Ist-Prozesse zu
definieren. Das Schlüsselprinzip und
die Vision des papierlosen Labors ist
der selbst dokumentierende Prozess,
ein Prozess, der allein durch seine
Ausführung eine GxP-gerechte Dokumentation
generiert und überflüssige
Arbeit aus dem Arbeitsfluss eliminiert.
Das bedeutet natürlich implizit,
dass manuelle Datenerfassungen
und Überträge wo immer möglich eliminiert
werden, sei es durch Schnittstellen
von und zu Geräten und Systemen
oder, wo dies nicht möglich
ist, durch Nutzung von Barcodes zur
fehlerfreien und schnellen Erfassung.
Es bedeutet aber auch, dass Datenredundanz
und Fragmentierung
eliminiert werden, das „Single-Source-of-Truth“-Prinzip
umgesetzt wird
und dass all diese Daten von überall
und durch jeden Nutzer mit entsprechender
Berechtigung in Echtzeit zugänglich
sind. Dies führt wiederum
zu Prozessverbesserungen, schnellerer
Entscheidungsfindung und verbesserter
Zusammenarbeit.
Die Anwendung dieser Prinzipien
auf die Ist-Prozesse erlaubt die Definition
von Soll-Prozessen und die
Ableitung von funktionalen Anforderungen.
Als Teil des Konzepts wird
im Rahmen der Gap-Analyse das Delta
zwischen verfügbarer Funktionalität
– aus der technischen Sichtweise
– und den benötigten funktionalen
Anforderungen gebildet. Erst dies ermöglicht
es, das Füllen dieser Lücken
konzeptionell zu betrachten, selbstverständlich
immer mit den wirtschaftlichen
Zielen im Hintergrund.
Mögliche Szenarien beinhalten dabei
auch die Adaptierung bestehender
IT-Infrastruktur durch Anpassungen
an bereits eingesetzte Applikationen
und verschiedene Varianten, die funktionalen
Lücken mit weiteren Applikationen
zu schließen. War früher
ein Labor-Informations-und-Management-System
(LIMS) die einzige auf
das Laborumfeld zugeschnittene Applikation,
so ist heute eine Vielzahl
von Applikationstypen mit teils überlappender
Funktionalität verfügbar.
Dazu gehören unter anderem elektronische
Laborjournale (ELN), von manchen
Herstellern für den Qualitätskontrollbereich
in Anlehnung an MES
(Manufacturing Execution System)
auch als Laboratory Execution System
(LES) bezeichnet, Archivierungs-
bzw. Rohdatenverwaltungssysteme
(Scientific Data Management Systems
(SDMS)), spezielle Applikationen zur
Geräte- und Systemintegration, aber
auch vermehrt ursprünglich laborfremde
Applikationen wie Product-
Life cycle-Management-Systeme
(PLM-Systeme) oder ERP-Systeme.
Einige Hersteller bieten auch Kombinationen
aus den oben genannten
Applikationen an und grundsätzlich
ist ein Trend zur immer stärkeren
Schild und Fuchslueger • Das papierlose Labor 3
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Ausweitung und Überlappung der jeweiligen
Funktionalität zu sehen, was
auch als Konvergenz der Applikationen
bezeichnet wird. Kurz, die Frage,
welche Applikationskombination die
Unternehmensziele am besten unterstützt,
ist nicht einfach zu beantworten.
Durch eine vergleichende SWOT-
Analyse (Strengths, Weaknesses,
Opportunities and Threats, Analyse
der Stärken, Schwächen, Chancen
und Risiken) der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten,
welche natürlich
den im Rahmen des Business
Case ausgewiesenen wirtschaftlichen
Nutzen der jeweiligen Lösung für das
Unternehmen (und nicht nur für den
Laborbereich allein) berücksichtigt,
kann die Auswahl im Normalfall auf
ein bis zwei Szenarien reduziert werden.
Selbstverständlich gilt es danach
für das entwickelte Szenario, die
Ziel-Applikationskombination, die
passenden Produkte auszuwählen.
Aufgrund des fundierten Konzepts
und der definierten Soll-Prozesse
und daraus abgeleiteter funktionaler
Anforderungen ist dies ein relativ
einfaches Unterfangen. Neben den
funktionalen Aspekten gilt es hierbei
auch die Komplexität der IT-Landschaft
und auch weiche Faktoren,
wie die Offenheit der jeweiligen Anbieter
mit anderen Firmen zusammenzuarbeiten,
zu berücksichtigen.
Zur finalen Bestätigung der Auswahl,
zur Abklärung technischer
Aspekte aber auch um die späteren
Nutzer der Lösung frühzeitig zu involvieren,
kann es empfehlenswert
sein, die Gesamtlösung zu pilotieren,
also in kleinem und gut definiertem
Rahmen aufzubauen. Ein derartiges
Pilotsystem sollte möglichst viele Aspekte
des papierlosen Labors abdecken
und so auch helfen, mit relativ
geringem Risiko und Kosteneinsatz
die Feinplanung der eigentlichen
Implementierung abzustimmen. Die
Implementierung der Gesamtlösung
erfolgt im Anschluss nach gängigen
Standards wie zum Beispiel GAMP ®
[4]. Es versteht sich von selbst, dass
im Pharma-Umfeld eine Validierung
des Gesamtsystems gemäß aktueller
Richtlinien [5, 6] unerlässlich ist.
Hierbei erweisen sich die in diesem
4 Schild und Fuchslueger • Das papierlose Labor
Vorgehensmodell durchlaufenen
Schritte (Prozessanalyse, Konzept,
Soll-Prozess, Pilotierung) als wertvolle
Vorarbeit, aus der ein Teil der
benötigten Dokumentation abgeleitet
werden kann. Dabei ist auch zu
berücksichtigen, dass das papierlose
Labor nicht einfach eine Systemeinführung,
sondern auch und vor
allem ein Prozess-Re-Engineering
ist. Damit gilt es hierbei auch die
Umsetzung der neuen, optimierten
Prozesslandschaft in Standard Operating
Procedures (SOPs) und Richtlinien
mit abzubilden und so vom
Nutzen des papierlosen Labors vollumfänglich
zu profitieren.
Schneller, genauer,
ökonomischer
Aufgrund des ganzheitlichen und
prozessorientierten Ansatzes ist der
Nutzen des papierlosen Labors im
Vergleich zur Einführung einer spezifischen
Applikation, wie z. B. eines
ELN, um Faktoren höher. Die Automatisierung
des Datenflusses und
die weitgehende Eliminierung von
dokumentatorischen und damit verbundenen
Kontrollaktivitäten führen
zu deutlichen Effizienzsteigerungen
für Labormitarbeiter und Laborleitung.
Je nach Ausgangslage sind allein
damit Effizienzgewinne von 20 bis
30 % realisierbar. Damit einher gehen
die Reduktion von Durchlaufzeiten
und eine deutliche Reduktion des
Qualitätsrisikos durch Eliminierung
beinahe aller manuellen Überträge.
Die systembedingte automatische
Sicherstellung der Compliance und
Datenkonsistenz ermöglicht, Kontrollaktivitäten
auf atypische Ereignisse
zu reduzieren („review by
exception“) und so Ressourcen zielgerichtet
einzusetzen und Prozesse weiter
zu beschleunigen. Da im Rahmen
der automatisierten Dokumentation
zahlreiche prozessbezogene Parameter,
wie z. B. Durchlaufzeiten für einzelne
Methoden, Geräteauslastungen
oder probenlogistische Parameter
automatisch erfasst werden, steht
auch ein hervorragender Datenpool
für das Labormanagement zur Verfügung.
Das papierlose Labor liefert
sozusagen die Kennzahlen zu seiner
kontinuierlichen Verbesserung gratis
mit und macht somit auch den Vergleich
von Organisationseinheiten auf
einer fundierten Datenbasis möglich.
Nicht zuletzt profitieren auch Bereiche
außerhalb des Labors von den in
Echtzeit verfügbaren Daten, was die
Zusammenarbeit über Grenzen hinweg
vereinfacht, das Wissensmanagement
unterstützt und zu weiteren
positiven Effekten in Folgeprozessen
führt. Aus Nutzersicht führt das papierlose
Labor zu einer deutlichen
Vereinfachung des Arbeitsflusses und
zu einer Reduktion der eingesetzten
Systeme. Der Einsatz von nutzerspezifischen
Portalen kann dies noch
weiter unterstützen und den Fokus
auf das Wesentliche schärfen.
Es versteht sich von selbst, dass
die Summe der positiven Effekte aus
dem Papierlosen Labor enorm ist.
Wie bei allen Investitionsprojekten
dieser Größenordnung sollte auch
hier nach Abschluss der Implementierung
der Beweis angetreten werden,
dass der kalkulierte Business
Case auch der Realität entspricht.
Dies kann wiederum und jederzeit
mit Hilfe der Multimomentanalyse
geschehen, die natürlich auch den
Einfluss jeder anderen Prozessänderung
auf den Arbeitsablauf quantitativ
belegen kann.
■■ LiterAtur
[1] Ritter J. Reducing Cost by Automating
Laboratory Workflow G.I.T. Laboratory
Journal. 2009;13(7 – 8):32 – 34.
[2] Haller-Wedel E. Das Multimomentverfahren
in Theorie und Praxis. München;
Carl Hanser Verlag: 1969.
[3] Simons B. Das Multimomentzeitverfahren,
Grundlagen und Anwendung. Köln: Verlag
TÜV Rheinland GmbH; 1987.
[4] ISPE: GAMP ® 5, ein risikobasierter Ansatz
für konforme GxP-computergestützte
Systeme, 2008.
[5] Food and Drug Administration: 21 CFR
Part 11.
[6] EU-GMP Annex 11.
Korrespondenz:
Andreas Schild,
Vialis AG,
Kesselweg 40,
4410 Liestal (Schweiz),
e-mail: andreas.schild@vialis.ch
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