Telematik - Dzomo - Graphisch-Interaktive Systeme

Anwendung von digitalen Bildern
in der Telematik
Dzomo Prudence Christelle (Matrikelnr. 1166710)
Technische Universität Damstadt, Fachbereich Informatik
Seminar „DigitaleBilder: Anwendungen und Trends“ WS 06/08
Betreuer: Prof. Jose Luis Encarnacao, Gino Brunetti, Marion Jähne
Kurzfassung: Die Bewältigung des Fachkräftemangels ist eine Herausforderung in vielen
Wirtschaftsbereichen. Öfters stellt sich das Problem, wie die Kompetenz der wenigen
Spezialisten optimal genutzt werden kann. Darüber hinaus wird heutzutage nicht nur aufgrund
der Globalisierung verstärk standortübergreifend gearbeitet. Dementsprechend besteht ein
Bedarf an technischen Möglichkeiten, welche u.a. die Einbeziehung eines an einem anderen
Standort anwesenden Experten sowie die kollaborative Arbeit unterstützen. Außerdem ist es
heute auf mehreren Gebieten aufgrund von Präzisionsanforderungen notwendig, die visuelle
Komponente in vielen Fällen und Untersuchungen einzubeziehen, um bessere Ergebnisse zu
erzielen. Im Rahmen dieser Ausarbeitung war insbesondere der Austausch zwischen Experten
basierend auf 2D-Bildern von Bedeutung. Dabei war es wichtig, dass die ausgetauschten Bilder
bearbeitet werden. Damit ist u.a. das Hinzufügen von Annotationen gemeint. Die Telematik
sowie deren Anwendungsgebiete und Werkzeuge werden eingeführt. Des Weiteren werden
weitere Ansätze von 2D-Bildern für die Kollaborative Arbeit erarbeitet und diskutiert.
1 Einleitung & Motivation
Die Telematik ist eine Technologie, die Telekommunikation und Informatik verknüpft [1]. Die
Informationen (Texte und Bilder) werden zwischen Experten und Nicht-Experten via
Telekommunikation ausgetauscht. Dieser Austausch an Informationen via mobile Geräte
ermöglicht eine Kommunikation bzw. Diskussion und Lösungen von Problemen zwischen
Experten und Nicht-Experten, ohne dass alle sich am Ort des Problems befinden. Dies spart Zeit
und Reisekosten. Der Nicht-Experte ist derjenige, der sich am Problemort befindet und der sich
an den Experten wendet, damit sie zusammen eine Lösung für ein Problem finden. Dafür
werden annotierte digitale Bilder ausgetauscht.
Der Expertenmangel ist ein Problem in vielen Branchen, beispielsweise der Medizin. Oft ist es
für die wenigen Experten nicht möglich, an verschiedenen Orten gleichzeitig anwesend zu sein.
Dementsprechend ergibt sich der Bedarf, Experten für die Lösung von Problemen
hinzuzuziehen, ohne dass sie sich am Problemort befinden. In der Regel befindet sich ein NichtExperte an einer Stelle, von wo aus Bilder erzeugt und an den Experten für eine genauere
Diagnose gesendet werden.
In den folgenden Abschnitten werden die Anwendungsgebiete der Telematik mit digitalen
Bildern besprochen. Es wird dargestellt, in welchen Gebieten der Austausch von Bildern via
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mobile Geräte eingesetzt wird. Damit diese Bilder problemlos gesendet, empfangen oder
bearbeitet werden können, werden Werkzeuge eingesetzt, auf die im Abschnitt 3 näher
eingegangen wird. Es wird diskutiert, wie Nicht-Experten und Experten eine Ferndiagnose via
mobile Geräte zusammen durchführen können.
2 Anwendungsgebiete
In diesen Abschnitt werden einige Anwendungsgebiete der Telematik mit digitalen Bildern,
deren Konzept, Vorteile und Nachteile beschrieben. Aufgrund der stärkeren Entwicklung im
Bereich der Medizin, wird die Telemedizin als Anwendungsgebiet näher betrachtet.
2.1
Telemedizin
Es ist allgemein bekannt, dass die Kosten im Bereich des Gesundheitswesens in den letzten
Jahren sehr stark angestiegen sind. Dank der rasanten Entwicklung im Bereich der
Computerindustrie hat sich ein Weg eröffnet, der die Vorsorge im Gesundheitssektor sichert,
verbessert und dadurch auch Kosten reduziert [2]. Das ist die Telemedizin.
Die Telemedizin ist eine schnelle Anwendung im Bereich der Medizin, wo medizinische
Informationen (hier interessieren uns vor allem bildbasierte Diagnosehilfsmittel) für die
Remoteberatung per Telefon, Internet, oder durch andere Netzwerke als digitale Bilder
ausgetauscht werden. Digitale medizinische Bilder (Röntgenbilder, ComputertomographieBilder, Ultraschall-Bilder, Magnetresonanztomographie-Bilder) werden aufgenommen und an
Spezialisten für die Diagnose geschickt, weil es Nicht-Spezialisten nicht einfach ist, die
Beschwerden von Patienten auf der Grundlage von Bildern zu analysieren oder weil eine zweite
Meinung eingeholt werden soll. Röntgenbilder werden also beispielsweise von einen Arzt an
Spezialisten in Krankenhäusern übermittelt, damit diese dort interpretiert werden können.
Darüber hinaus können Untersuchungsergebnisse zum selben Zweck verschickt werden.
Um im klinischen Umfeld Interoperabilität zwischen medizinischen Systemen verschiedener
Hersteller zu erreichen, wird der offene Standard DICOM (Digital Imaging and Communication in
Medicine) [3] zum Austausch digitaler Bilder in der Medizin eingesetzt. Dabei standardisiert
DICOM sowohl das Format zur Speicherung von Bilddaten, als auch das
Kommunikationsprotokoll zum Austausch der Bilder.
Die Telemedizin hat viele Vorteile. Sie vermeidet die Doppeluntersuchung und die unnötigen
Krankentransporte, da Untersuchungsergebnisse und Bilder in digitaler Form der elektronischen
Patientenakte angehängt werden. Jeder berechtigte Arzt kann auf diese Daten zugreifen. Die
Qualität und Wirtschaftlichkeit der Patientenversorgung wird erhöht und damit auch die
Zufriedenheit des Patienten. Ein weiterer Vorteil wären die schnelleren und kürzeren
Kommunikationswege. Ein großes Problem dabei ist die Datensicherheit, da Patientendaten
über Netz verschickt werden.
Die Telemedizin wird in vielen medizinischen Anwendungsfeldern [4] eingesetzt.
Häusliche Betreuung
Patienten werden zu Hause oder in einer Nicht-Krankenhausumgebung untersucht. Ein
Anwendungsbeispiel wäre die Fernbetreuung von Diabetikern. Die Patienten bekommen
Software geliehen, damit selbstkontrollwerte, Bilder und/oder Texte genommen und an den
Hausarzt oder Spezialisten übertragen werden können. Die Telemedizin verbessert die
ambulante
Pflege
und
vermeidet
die
unnötigen
Rettungsdiensteinsätze
oder
Krankenhausaufenthalte. Bei Unfällen zum Beispiel können früh Patientendaten ins
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Krankenhaus verschickt werden, damit Maßnahmen zur Vorbereitungen für die Behandlung
eingeleitet werden können, bevor der Patient im Krankenhaus eintrifft.
Telemonitoring
Es betrifft hier die Patienten, die an eine lange therapeutische Leine genommen sind. Darunter
versteht man die Fernuntersuchung und –Diagnose eines Patienten von seinem behandelten
Arzt. Da zwischen den beiden nur mittelbare Kontakte existieren, sollten besondere
medizinische, technologische und datensicherheitstechnische Regularien erfüllt werden.
Telekonsultation, Telepräzenz
Hier stehen der Arzt und der Spezialist im direkten (z.B. Videokonferenz) oder indirekten Kontakt
(z.B.: E-Mail), um gemeinsam Probleme zu lösen. Dadurch können Diagnosen durch „second
opinion“ vom Spezialisten bestätigt werden. Dies vermeidet unnötige Patiententransporte und
Fehlleitungen und ermöglicht den Fernzugriff auf Wissen oder Erfahrung eines Spezialisten [2].
Teleradiologie
Medizinische Bilder von Patienten werden in der Radiologieabteilung erstellt und mit bestimmten
Annotationen und Texten zusammen verschlüsselt, komprimiert und an Experten nach
vorheriger Anmeldung verschickt. Der Experte (Radiologe) begutachtet auf seinem Bildschirm
die Bilder, die ihm versand wurden, und stellt die Kommunikation mit dem Versender für eine
Diagnose her.
Teleausbildung im Gesundheitswesen
Interaktive Lehrsysteme sind inzwischen Bestandteil in der Medizinerausbildung. So werden
zum Beispiel bereits Operationen an Computern simuliert. Dies soll die zukünftigen Mediziner für
den Umgang mit diesen Systemen in der Praxis sensibilisieren [4] (vgl. Abb. 1).
Abbildung 1: Teleausbildung im Gesundheitwesen [3].
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Telechirurgie
Die Telechirurgie ermöglicht Operationen, bei denen Chirurg und Patient räumlich getrennt sind
(vgl. Abb. 2). Aufgrund von Bildern wird der chirurgische Eingriff durchgeführt.
Abbildung 2: Prinzipieller Ablauf einer Telechirurgie mit Roboter [4].
Telepathologie
Durch Telepathologie können Pathologen Präparate an anderen Orten analysieren (vgl. Abb. 3).
Abbildung 3: Prinzipieller Ablauf einer Telepathologie [4].
2.2
Lebensmittelsindustrie
Bei der Herstellung von Lebensmitteln wird eine strenge Überwachung der Qualität und Hygiene
des Produktionsprozesses und der Endprodukte gefordert. Dieses kann im Extremfall nur durch
Experten gewährleistet werden, die z. B. mit Hilfe eines Fernberatungssystems eine
Begutachtung von Proben durchführen können. Wenn ein Problem im Labor auftritt, werden die
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Bilder von Proben aufgenommen, bearbeitet (Hinzufügen von Texten, Annotationen), digitalisiert
und an einem Experten zur Begutachtung nach Anmeldung und Authentifizierung - für die
Kommunikation (ISDN) - verschickt [5] (vgl. Abb. 4).
Abbildung 4: Bearbeitung von Proben [5].
Dieses Konzept lässt sich anwenden im
 Prototypischen System TeCo für den Bereich der Medizin [6]
 System KAMEDIN der Telecom und des ZGDV [7]
2.3
Maschinenindustrie
Heutzutage wächst die Konkurrenz in der Markwelt und besonders in der Maschinenindustrie
sehr stark. Die Qualität ist also in diesem Bereich von großer Bedeutung. Dementsprechend ist
die Qualitätsprüfung besonders in der Flugzeugindustrie sicherzustellen. Flugzeuge unterliegen
eine Sichtprüfung vor jedem Start und nicht nur der Pilot, sondern auch Techniker führen diese
Prüfung durch. Bei Zweifeln während der Prüfung werden Flugzeugbauer kontaktiert und sie
müssen schnellstmöglich entscheiden, ob das Flugzeug starten darf. Da die Zeit immer kritisch
ist und die Reduzierung von Kosten eine der größten Sorge jeder Firma ist, werden vom Pilot
oder Techniker Bilder aufgenommen, die an Experten für die Qualitätsprüfung verschickt
werden. Nach Anforderungen von dem Experten werden bearbeitete Bilder via mobile Geräte
ausgetauscht, um am Ende zu einer Konklusion zu kommen.
Die Hersteller können die Maschinen und Anlagen über beliebige Distanzen warten. Dank der
Telematik können Servicetechniker Serviceleistungen (Diagnose, Einrichten, Reparaturen) ohne
aufwendige Reise erbringen. Der Vorteil damit ist, dass die kleinen Maschinenbauunternehmen
die neuen Märkte in fernen Regionen, die nicht beliefert wurden, weil der Service dort zu teuer
ist, erschließen (siehe Abb.5 als Beispiel).
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Abbildung 5: Remote Assistance [8].
2.4
Katastrophenmanagement
Nach einer Katastrophe (Hochwasser, Gebäudebrand, Industrieunfälle, Straßenunfälle,
Waldbrand, Schnee/Eis, Sturm, etc.) werden Bilder aufgenommen, auf denen Markierungen
eingetragen werden, um sie Gutachtern für die Durchführung einer Analyse zuzusenden. Beim
Vergleich mit dem Zustand vor und nach der Katastrophe, können Informationen über die
Katastrophenursache gewonnen werden [9] (Abb. 6).
Abbildung 6: Schnelle und effektive Hilfe im Notfall [10].
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E-Commerce
Je nach Kunden, hat man unterschiedliche Wünsche, die nicht immer vom
Warenhersteller vorher erbracht werden können. Um diese Wünsche zu
kommunizieren, können vom Kunden Bilder von Waren erzeugt werden, an denen
Bearbeitungen (z.B. Farb-, Form- und Dimensionsveränderung) erfolgen, um sie
einen Hersteller als Darstellung der gewünschten Ware zuzusenden. Der Hersteller
kann wiederum die zu ihm gesendeten Bilder bearbeiten um damit zu illustrieren,
welche Kundenwünsche erfüllbar sind. Der Vorteil dabei ist die Individualisierung
bzw. die Erfüllung kundenspezifischer Wünsche.
2.6
Telerobotik
Roboter, die auf neue Planeten landen, können Bilder erzeugen, die auf die Erde gesendet
werden. Nach Bearbeitung dieser Bilder können die Roboter gesteuert oder neue Aufgaben
(Erzeugung neuer Bilder) gestellt werden. Genauso können Bilder von Astronauten
aufgenommen und zur Erde für eine Bearbeitung und Analyse verschickt werden.
2.7
Militär
Beim Militär wird die Telematik unter anderem für die Orientierung und für Erkundungsflüge
eingesetzt:
 Orientierung
Bilder mit GPS-Information werden an eine Zentrale gesendet; Zusätzliche Informationen
werden dem Bild hinzugefügt und der Truppe zur Orientierung zurückgeschickt.

Erkundungsflüge
Durch Flug (von Drohnen) werden Bilder aufgenommen, worauf Annotationen
eingetragen werden. Anhand dieser Informationen beschießt ein Kampflugzeug
bestimmte Ziele.
3 Ausblick
Die notwendigen Werkzeuge für die genannten Anwendungsbereiche in der Telematik sind
vergleichsweise einfache Programme für die Bildbearbeitung wie beispielsweise Coreldraw [11]
oder Paint [12]. Außerdem gibt es aufwendigere Werkzeuge wie beispielsweise von Adobe
(Photoshop CS3 Extended, Abb. 7) [13], die u.a. die Integration von Ton, Bilder und Videos als
Annotationen ermöglichen. Schließlich gibt es Werkzeuge, die im Rahmen von
Forschungsprogrammen entwickelt wurden und auf die spezifischen Anforderungen von
Telematik-Anwendungen zugeschnitten sind. Beispiele für letztere Werkzeuge sind die Systeme
MASP und PCOM [8] (vgl. Abb. 8).
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Abbildung 7: Photoshop CS3 Extended für Bildbearbeitung [13].
Abbildung 8: Programm für den Austausch von Bildern mit Annotationen und Texte [8].
Es ist denkbar, Bilder von Stadtteilen oder Sehenswürdigkeiten aufzunehmen, und diese um
Texte und Informationen, Ton, Videos zu bereichen. Diese Bilder könnten von Autofahrern durch
Navigationssysteme oder mobile Geräte von zentralen Servern abgerufen werden. Eine andere
Vision wäre die Integration weiterer Sinneswahrnehmungen wie Gerüche in 2D-Bilder, die mit
den Bildern verschickt werden. Dafür wäre ein Duftgeber notwendig, der an den Rechner
angeschlossen wird. Dieser Duftgeber wäre in der Lage, verschiedene Grunddüfte zu
vermischen, um bekannte Düfte zu erzeugen. Beim Öffnen eines 2D-Bildes würde das
Bildbearbeitungsprogramm die im Bild enthaltenen Informationen (Konzentration der
Grunddüfte) ablesen. Diese Informationen würden an den Treiber des Duftgebers gesendet
werden. Damit würde der Duftgeber gesteuert, so dass die Grunddüfte in entsprechenden
Konzentrationen freigesetzt werden. Ein Anwendungsbeispiel wäre ein Benutzer, der ein Bild
öffnet und den Duft des auf dem Bild befindlichen Objekts (Blume) wahrnimmt.
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Bibliographie
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Wikipedia: Telematik. http://de.wikipedia.org/wiki/Telematik (zuletzt besucht 14.01.2008)
[2]
Haupt, P.: Telemedizin als ein Instrument zur Optimierung der medizinischen Versorgung und
zur Steuerung des Gesundheitssystemes. Referat FH-Zwickau, 1999
[3]
NEMA: DICOM – Digital Imaging and Communication in Medicine. http://medical.nema.org/
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[4]
Tolxdorff, T.: Telemedizin.
http://www.charite.de/medinfo/Studium/Vorlesung/6Telemedizin/Q1_Telemedizin(6p).pdf
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[5]
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http://www.offis.de/projekte/mi/127/focomo.php (zuletzt besucht 20.01.2008)
[6]
Universität Oldenburg: Teco: Tele Cooperation / Tele Consultation via
http://pi.informatik.uni-oldenburg.de/forschung/TeCo/, 2005 (zuletzt besucht 20.01.2008)
[7]
Kuehn, B., Rinast, E., Busch, C., Handels, H., Miehe, J., Will, A.: KAMEDIN: Cooperative Work
and Computer-aided Medical Diagnosis on Digital Networks. RSNA '95 - Scientific Program,
Supplement to Radiology, Volume 197(P), pp.543, 1995
[8]
Santos, L.: Asymmetric and Adaptive Conference Systems for Enabling Computer-Supported
Mobile Activities. Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2003
[9]
Lexikon der Fernerkundung. http://www.fe-lexikon.info/lexikon-k.htm#katastrophenmanagement
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[10]
Brinkhof, T.: Mobile Geodatenvisualisierung und Erfassung im Katastrophenmanagement.
http://www.fh-oow.de/institute/iapg/events/mobiles_gis_2006/VortragBrinkhoff.pdf
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[11]
Wikipedia: CorelDraw. http://de.wikipedia.org/wiki/CorelDRAW (zuletzt besucht 26.01.2008)
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ISDN.