Medizintechnik: Verfahren - Systeme - Informationsverarbeitung PDF
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Springer Reference Technik Rüdiger Kramme Hrsg. Medizintechnik Verfahren – Systeme – Informations verarbeitung 5. Auflage Springer Reference Technik € Rudiger Kramme Herausgeber Medizintechnik – – Verfahren Systeme Informationsverarbeitung € 5., vollständig uberarbeitete und erweiterte Auflage mit683Abbildungenund101Tabellen Herausgeber R€udigerKramme Titisee-Neustadt Deutschland ISBN978-3-662-48770-9 ISBN978-3-662-48771-6(eBook) ISBN978-3-662-48769-3(Bundle) DOI10.1007/978-3-662-48771-6 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografischeDatensindimInternet€uberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. Springer #Springer-VerlagGmbHDeutschland1997,2002,2007,2011,2017 DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgesch€utzt.JedeVerwertung,dienichtausdr€ucklichvom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere f€ur Vervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerarbeitungin elektronischenSystemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdend€urften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesemWerk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber €ubernehmen, ausdr€ucklich oder implizit, Gewähr f€ur den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Umschlaggestaltung:deblikBerlin FotonachweisUmschlag:©Fa.EndoControlSAS,LaTronche(Grenoble),Frankreich GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier SpringeristTeilvonSpringerNature DieeingetrageneGesellschaftistSpringer-VerlagGmbHDeutschland DieAnschriftderGesellschaftist:HeidelbergerPlatz3,14197Berlin,Germany WasLernenangeht,soistnichtsergiebiger,alssichsolchenanzuschließen,die bereits gelernt haben. Hs€un-Tzu, Hs€un-Tse, Sun-Tse, Xunzi (Meister Xun), chin. Philosoph um ca. 300 v. Chr. bis ca. 230 v. Chr. Anstelle eines Geleitwortes Anstelle eines Geleitwortes möchte ich, werte Leserin und werter Leser, zwei europäische Pioniere, die sich um die Entwicklung der Technik in der Medizin verdient gemacht haben, vorstellenundzuWortekommenlassen:HerrnDr.rer.nat.ChristianBuess,nddMedizintechnik AG,Z€urich,WegbereiterderUltraschall-SpirometrieundHerrnDipl.-Ing.Arch.M.S.Friedrich KarlBorck,bbeArchitekten,Berlin,dessenSpezialgebietseitEndeder50er-Jahrebisheutedie KrankenhausplanungsowiediePlanungdertechnischenAusr€ustungist. Dr. Christian Buess Ich begann das Studium der Elektrotechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Z€urich im Jahr 1979. Elektrotechnik faszinierte mich, da in diesem Fachgebiet Mathematik und praxisorientierte Anwendung derselben zusammenfinden. Am Ende des Studiums €ubernahm ich am Institut f€ur Elektronik unter der Leitung von Prof. W.Guggenb€uhleinProjekt,beiwelchemmittelsUltraschall-LaufzeitmessungdieStrömungvon Atemgasengemessenwerdensollte.Ichdachtedamals,dassichdiesesProjektinnerhalbvondrei Monatenabschließenwerde. VierJahrespäterpromovierteichzudiesemThema;dreißigJahrespäterbeschäftigeichmich nochimmermitderAnwendungdieserTechnologie,undichbereueeskeinenAugenblick. AmInstitutderETHZ€uricharbeiteteichaneinemAußenseiterprojekt,dasaberinternatio- nalaufregesInteresse stieß.SohabeichmitdervonmirweiterentwickeltenTechnologieam Max-Planck-Institut f€ur experimentelle Medizin in Göttingen bei Prof. Piiper die Atemströ- mung und den Gasaustausch von hechelnden Hunden gemessen, und in der europäischen SpacelabMissionwurdemeinStrömungsmesserverwendet,umdieAtmungvonAstronauten unterSchwerelosigkeitzuuntersuchen. Publikationen aus diesen Projekten brachten mich schließlich in Kontakt mit Prof. K. Harnoncourt, damals Leiter der Inneren Medizin des Landeskrankenhauses Graz, welcher inderUltraschall-FlowmesstechnikeineidealeMöglichkeitsah,dieLungenfunktionsdiagnos- tikstarkzuverbessern.IdealeHygieneeigenschaftenkombiniertmiteinergroßenGenauigkeit und der zusätzlichen Möglichkeit, die Molmasse der Atmung zu erfassen, €uberzeugten ihn, zusammenmitmireineFirmazugr€unden. Selbstbestimmt arbeiten zu können war f€ur mich schon immer wichtig, eine Firma mit- zugr€unden stand nicht im Vordergrund, war aber eine Gelegenheit, welche ich ohne Zögern ergriff.NachanfänglichenStartschwierigkeiten,welcheimWesentlichendarinbestanden,dass vii viii AnstelleeinesGeleitwortes wir als junge Firma zu komplexe Produkte angeboten hatten, entschieden wir uns, die neue Technologie in der einfachsten Form auf den Markt zu bringen, nämlich als einfaches, bat- teriebetriebenesSpirometerf€urdiebreiteAnwendunginderAllgemeinmedizin.Wirentschlos- sen uns außerdem, dieses Spirometer nicht primär in Europa, sondern mit Fokus auf den Vertrieb in den USA zu entwickeln. Wir konnten das Team des damaligen US-Marktf€uhrers f€ur unsere Sache begeistern – dieses Team bildet noch heute den Kern unserer US- Tochtergesellschaft. Auf der technologischen Seite investierten wir in die Entwicklung eines mixed-Signal ASICs, um Bauform und Energieverbrauch des Ultraschall-Flowsensors zu minimieren.DasersteSpirometermitdervonmirentwickeltenMesstechnikwurde2001von der FDA zugelassen. Durch stetige Verbesserung in allen Bereichen gelang uns der Wandel vom kleinen Startup zum Marktf€uhrer bei Spirometern f€ur die einfache Lungenfunktions- diagnostik. R€uckblickend ist es interessant zu sehen, dass auch bei großen Schwierigkeiten nie das ganzeTeamdenGlaubenandenErfolgverlorenhat.DurchhartnäckigenEinsatzkonntenwir wichtige Klippen in der Entwicklung des Unternehmens meistern. Durch Ehrlichkeit und Glaubw€urdigkeitgelangesunsimmerwieder,wichtigeProjektezurealisieren;sowurdeunser Spirometer beispielsweise in einer weltweiten WHO-Studie eingesetzt, und unsere Geräte werden vermehrt auch f€ur pharmakologische Studien verwendet. An diesen und ähnlichen Projekten konnten wir wachsen, und unsere neue Technologie konnte ihre Vorteile demonst- rieren. DerAufbauunsererFirmazeigt,dasskleineeuropäischeUnternehmeninNischenmärkten auchheuteerfolgreichseinkönnen,undichglaube,dassProjektewiediesesebenfallsdemons- trieren, dass bei entsprechendem Einsatz aus unscheinbaren Projekten an einer Hochschule Arbeitsplätzegeschaffenwerdenkönnen. Dipl.-Ing. Friedrich Karl Borck Als Spross einer neumärkischen Handwerkerfamilie hatte ich–imGegensatzzurfamiliärenTradition–großesInteresse,nachmeinemAbiturdasFach Medizin zu studieren. Zur Einstimmung aufdas naturwissenschaftliche Studium hatte ich die Möglichkeit, ein Praktikum im Chemischen Institut der Universität Rostock zu absolvieren. WomitmeineFamilieundichnichtgerechnethatten,wardieTatsache,dassmeineBewerbung f€ur den Studienplatz Humanmedizin abgelehnt wurde, was mir jedoch aufgrund fehlender Konformität zuderdamaligen sozialistischen Politik imOsten Deutschlandsverwehrtwurde. DaswarderAnlassf€urmich,indenWesten€uberzusiedeln,genauernachWest-Berlin,umeine akademischeAusbildungzuerlangen.DiesewurdemiranderTechnischenUniversitätBerlin, im Fach Architektur, geboten. Bei dem damaligen renommierten Professor Peter Poelzig schlossichmeinStudium1961alsDiplom-Ingenieurab. Motiviert und voller Tatendrang €ubernahm ich bei dem Architekten Willy Kreuer, Berlin, meinerstesanspruchsvollesProjekt:PlanungvonNeubautenf€urdasChemischeundPhysika- lische Institut der Universität Köln. Die gesammelten Eindr€ucke und Erfahrungen vertieften mein Interesse an der Architektur, sodass ich die Chance, die ein Fulbright- und Boese- AnstelleeinesGeleitwortes ix Stipendiumf€ureinAuslandsstudiumindenUSAbot,gerneannahm.NacheinemPostgraduier- tenStudiumanderColumbiaUniversityinNewYork1962/1963,dasichmitdemMasterof Science erfolgreich abschloss, wurde ich Mitarbeiter in dem angesehenen Architekturb€uro Rogers and Butler in New York, das sich als eines der ersten B€uros €uberregional auf den amerikanischenKrankenhausbauspezialisierthatte.AlsjungerArchitektwardasf€urmichein Initialerlebnis,dasmeineweitereberuflicheEntwicklungstarkgeprägthat. Zur€uckinBerlinkonnteichalsProjektleiterf€urdasUrban-Krankenhausmeineneuerwor- benen Erkenntnisse auf dem Gebiet Krankenhausbau erstmals einsetzen. Mit dem Thema Intensivmedizinkonnte ichmichfr€uhzeitigauseinandersetzen und arbeitete mit Peter Poelzig anVorträgenf€urdieseAufgabe.NachdemichnunmitpraktischemundtheoretischemWissen einsolidesFundamenthatte,erf€ullteichmirdenlanggehegtenWunsch:eineigenesArchitek- turb€uro. Mit meinen Partnern Boye und Schaefer gr€undeten wir das B€uro bbs-Architekten in BerlinmitderAusrichtungKrankenhaus-undInstitutsbau. Als erstes Projekt habenwir den Neubau desPharmakologischen Forschungszentrums der ScheringAGBerlingeplantundausgef€uhrt.WeiterekleinereundgrößereProjektefolgten,wie beispielsweise die Grundsanierung und Neubauten des Städtischen Krankenhauses Berlin- Tempelhof,TeilsanierungdesStädtischenKrankenhausesBerlin-Lichtenberg,Grundsanierung und Neubau der Inneren Medizin der Charité in Berlin-Mitte, Umnutzung und Neubau des Institutsf€urKlimafolgenforschung,Potsdam,oderTeilsanierungundNeubauimBundeswehr- krankenhausBerlin-Mitte. MeinAnsinnenistesbisheute,KrankenhäuserundinternebaulicheStrukturenf€urPatienten undKrankenhauspersonalmitangenehmerAtmosphäreundeffizientenräumlichenArbeitsbe- dingungen zu gestalten, sodass diese sich auf den Gesundungsprozess positiv auswirken. Dieses Anliegen habe ich auch als Preisrichter bei Wettbewerben in Berlin, Dresden und LeipzigimmerimFokusmeinerEntscheidungengehabt. Zur€uckblickend stelle ich fest, dass mein interessanter beruflicher Werdegang mit den jeweiligen Entwicklungsschritten genau das Richtige f€ur mich und meine Familie war. Die Entscheidung,einAuslandsstudiummitanschließenderpraktischerausländischerBerufserfah- rung aufzunehmen, war f€ur mich ein beruflicher Erfolgsgarant, da die Entwicklung des deutschen Krankenhausbaus erst in den zaghaften Anfängen stand. Der amerikanische Kran- kenhausbauwar imGegensatzzum europäischen zum damaligen Zeitpunktweitfortgeschrit- ten. Was wie eine sorgfältige Umsetzung urspr€unglicher Berufsw€unsche, verkn€upft durch die Architektur, gesehen werden kann, ist eine spezifische Auswahl aus der €uber 50-jährigen Berufstätigkeit,diesichimÜbrigendurcheinenintensivenNutzerkontaktwährenddesgesam- ten Planungsprozesses auszeichnete. Darum habe ich auch keine Scheu, den k€unstlerischen BerufdesArchitektenauchalsDienstleistungzusehen.LetztendlichhatteichdieGelegenheit, dieZukunftdesdeutschenKrankenhausesalsArchitektmitzugestalten. Vorwort zur 5. Auflage Seit der ersten Auflagedieses Buches vor20 Jahren freuen sich die Autoren und der Heraus- geberaufdenungebrochenenregenZuspruchunddienachwievorbestehendeAkzeptanzder Leserschaft. In dieser Zeit hat sich die Medizintechnik aufgrund ihrer Dynamik stetig und nachhaltigweiterentwickelt.WieindenvorhergehendenEditionensindwirindervorliegenden f€unften Auflage der Konzeption und Zielsetzung treu geblieben, die praxisrelevantes Wissen undZusammenhängevermitteltsowiedermedizintechnischenEntwicklungRechnungträgt. Die Medizintechnik ist ein interdisziplinäres Fachgebiet zwischen Tradition und Zukunft, das sich zwischenzeitlich zu einem bedeutsamen Wirtschaftsfaktor in Deutschland entwickelt hat. Durch die enorme Ausweitung der Technik in der Medizin und die Verkn€upfung mit anderen Fachdisziplinen wie beispielsweise der Informatik, Mikroelektronik, Optik u. a., hat die Medizintechnik einen dominanten Stellenwert in der Medizin erobert, den sie sukzessive ausbaut. IndervorliegendenNeuauflagewurdedasThemenspektrumaktualisiertunderweitert.Neu hinzugekommenistdieSektionLaboratorieninderMedizin.NebenderbewährtenGliederung ineinenallgemeinenundspeziellenTeil,bieteteinumfangreicherAnhangpraktischesHinter- grundwissen anhand zahlreicher Tabellen, Norm- und Anhaltswerten. Ein fach€ubergreifender historischer Abriss der Medizintechnik und ein ausf€uhrliches Sachverzeichnis runden das Buchab. Allen Autoren, die den Erfolg dieses Werkes durch ihre qualitativ hochwertigen und dem aktuellen Stand der Technik entsprechenden Beiträge ermöglicht haben, danke ich f€ur ihre engagierte und kompetente Mitarbeit. Besonderer Dank geb€uhrt meiner Frau f€ur ihr Engage- ment,ihreUnterst€utzungundihreGeduld. F€urdieverlegerischeRealisierungdesBuchesgiltmeinDankdemSpringer-VerlagHeidel- berg sowie f€ur die stets angenehme und vertrauensvolle Zusammenarbeit insbesondere mit Herrn Hinrich K€uster (senior editor), Frau Kerstin Barton (Projektmanagement), Frau Sonja Hinte(Lektorat)undallenanderen,diezumGelingendieserAuflagebeigetragenhaben. Titisee,imSommer2016 R€udigerKramme xi Vorwort zur 1. Auflage DieEntwicklungzahlreichermedizintechnischerGeräteundEinrichtungenwährendderletzten 20 Jahre ist vergleichbar mit der Entwicklung des Flugzeugs vom Doppeldecker zum vier- strahligen D€usenjet. Medizin und Technik stehen in einer dynamischen Wechselbeziehung zueinander. Medizinische Fragen fordern mehr und mehr technische Antworten. Neue Mög- lichkeiten der Technik beeinflussen die moderne Heilkunde. Sie erweitern das diagnostische undtherapeutischePotentialmitdemZiel,präziseInformationen€uberdenGesundheitszustand des Patienten zu liefern, die Lebensqualität der Kranken zu verbessern und die Verlängerung desLebens,nichtetwadesSterbens,zuermöglichen.SosehrauchdieBedeutungderTechnik in der Medizin als Werkzeug f€ur den Anwender wächst, bleibt dennoch die Kontinuität der Betreuung durch den Arzt und das Pflegepersonal von vorrangiger Bedeutung. Denn die spezifisch menschlichen Fähigkeiten und Eigenschaften kann – gerade in der Medizin – eine Maschineniemalsersetzen.ZieldiesesBuchesistes,Neueszuvermitteln,bereitsBekanntesin Erinnerung zu rufen sowie Informationen aus den verschiedenen Bereichen der heutigen Medizintechnik bereitzustellen. Zunehmend werden Beschäftigte im Gesundheitswesen mit medizinischen Geräten konfrontiert, ohne ausreichendes Informationsmaterial zur Verf€ugung zu haben. Während der ärztlichen oder pflegerischen Ausbildung, selbst in der Ausbildung angehender Ingenieure und Techniker f€ur das Gesundheitswesen, wird die Medizintechnik vernachlässigt oder nur marginal behandelt. Diesem Defizit will das vorliegende Buch be- gegnen. Der–gemessenanderF€ulledeszurVerf€ugungstehendenMaterials–knappePlatzzwingt zurKonzentration. Indermedizinischen Technik bleibtVieleserklärungsbed€urftig – auchf€ur Fachleute, die außerhalb ihres Spezialgebietes Laien sind. Die an der Praxis der Anwender orientierten, aktuellen Beiträge sind f€ur technische Laien leicht verständlich geschrieben. MedizintechnischeFachbegriffeundZusammenhangewerdenerklärtundsomitdasVerständ- nisf€urdieaktuelleMedizintechnikgefordertundvertieft. Nutzen Sie dieses Buch als Nachschlagewerk, Ratgeber oder Arbeitsbuch. Neben einem allgemeinen Teil, in dem die Rahmenbedingungen der Medizintechnik dargestellt werden, behandelt der zweite, spezielle Teil Geräte der Funktionsdiagnostik, Bildgebende Systeme, Therapiegeräte und Patienten€uberwachungssysteme. Zahlreiche Tabellen, Übersichten und Abbildungen erleichtern das Verständnis. Dar€uber hinaus werden zwei Spezialthemen (Bio- werkstoff Kunststoff und Operationstischsysteme) sowie Beiträge €uber Kommunikation und Informationsverarbeitungssysteme in der Medizin angeboten. Ein schneller Zugriff zu den einzelnen Themen wird durch ein €ubersichtliches und gut strukturiertes Sachwortregister gewährt. Dar€uber hinaus wird im Anhang praktisches Hintergrundwissen anhand zahlreicher systematisierter Tabellen, Norm- und Anhaltswerte geboten. Ein Glossar zur Computer- und KommunikationstechnikstehtebenfallszurVerf€ugung. Ohne die engagierte und kompetente Mitarbeit der Autoren wäre das vorliegende Buch in dieserFormnichtzurealisierengewesen;deshalbgiltmeinbesondererDankallen,diedirekt undindirektdurchihrenEinsatzdiesesBuchermöglichthaben. Kirchhofen,imSeptember1996 R€udigerKramme xiii
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