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Brandenburgische Technische Universität Cottbus; Tragbare Elektronik und
Rechentechnik
Bachelor-Studiengang: Informations- und Medientechnik
Bachelor-Arbeit
Thema: Medizintechnische Wearables: Genesis, Stand und
Perspektiven
Erstprüfer: Juniorprofessor. Dr. – Ing. A. Böger
Ronny Dietrich
Matrikel-Nr. 9912825
Florian-Geyer-Strasse 8
03099 Kolkwitz
 0355 / 287243
E-Mail: [email protected]
Datum: 23.10.2006
1
Bachelorarbeit
Name:
Ronny Dietrich
Studiengang:
Informations- und Medientechnik
Matrikelnummer: 9912825
Betreuerin: Prof. Dr.-Ing. Astrid Böger; Juniorprofessor Tragbare Elektronik und
Rechentechnik; Fakultät 3 / LG 3a
Thema
Medizintechnische Wearables: Genesis, Stand und Perspektiven
Beschreibung
Die Bachelorarbeit „Medizintechnische Wearables: Genesis, Stand und Perspektiven widmet
sich der ausführlichen Aufbereitung des vorhandenen Wissens zu tragbaren
medizintechnischen Geräten von ihrer Erfindung bis zum heutigen Stand technologischer
Entwicklungen und verbindet dies mit einem Ausblick auf zukünftige Trends und
Perspektiven. Dabei werden vor allem mobile medizinische Anwendungen als Ergebnis der
Miniaturisierungsprozesse vergangener Jahre analysiert.
Auf der Grundlage von umfangreichen Recherchearbeiten werden die historischen
Entwicklungsverläufe ausgewählter medizinischer Geräte herausgearbeitet und im Rahmen
der Bedeutung von Wearables für die Medizintechnik bewertet. Außerdem erfolgt eine
definitorische Auseinandersetzung zum Begriff Wearables. Im Ergebnis erfolgt eine
entsprechende Klassifizierung im Bereich Medizintechnik.
Ziel ist es, eine weitgehende Systematisierung medizinischer Wearables aus heutiger Sicht
vornehmen zu können.
Zur Vertiefung des vor allem theoretisch orientierten ersten Teils werden ausgewählte
Wearables mit unterschiedlichem Reifegrad hinsichtlich ihrer Akzeptanz als moderne
Wearable-Technik untersucht. Hierbei werden sowohl klassische Charakteristika als auch
neue Bewertungsansätze mit einbezogen.
Die Auswahl erfolgt hinsichtlich der Schwerpunkte Verfügbarkeit und Bekanntheitsgrad bei
den Anwendern. Im Vordergrund steht die kritische Auseinandersetzung der Nutzer
hinsichtlich der Chancen und Risiken neuer medizinischer oder Gesundheitsanwendungen.
Welche Akzeptanz erfahren neue tragbare Technologien im präventiven, privaten und
häuslichen Umfeld? Dabei wird die zentrale Frage diskutiert, in wieweit Wearables einen
Paradigmenwechsel im Gesundheitssystem hervorrufen können.
Zum Abschluss der Bachelorarbeit werden mögliche Perspektiven von medizintechnischen
Wearables aufgezeigt sowie ein Ausblick in die Zukunft gegeben.
2
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG ................................................................................................................. 5
1.1 WEARABLES – TRAGBARE ELEKTRONIK ALLGEMEIN ................................................... 5
1.1.1 GESCHICHTE................................................................... ...................................5
1.1.2 DEFINITION .................................................................... ...................................7
1.1.3 PHYSISCHE UMSETZUNG.................................................................................... 9
1.1.4 ANWENDUNGSBEREICHE...................................................................................10
1.2 WEARABLES IN DER MEDIZINTECHNIK ....................................................................... 11
2. GENESIS........................................................................................................................ 13
2.1 HISTORISCHER ENTWICKLUNGSVERLAUF AUSGEWÄHLTER MEDIZINTECHNISCHER ........
GERÄTE ...................................................................................................................... 13
2.1.1 HERZSCHRITTMACHER................................................................................... .14
2.1.2
THERMOMETER ............................................................................................... 20
2.1.3 STETHOSKOP ................................................................................................... 25
2.1.4 EEG - ELEKTROENZEPHALOGRAFIE ................................................................ 30
2.1.5 EMG - ELEKTROMYOGRAFIE .......................................................................... 35
2.1.6 EKG - ELKETROKARDIOGRAFIE ...................................................................... 36
2.1.7 DEFIBRILLATOREN .......................................................................................... 49
2.1.8 PULSMESSGERÄTE ........................................................................................... 54
2.1.9 BLUTDRUCKMESSGERÄTE ............................................................................... 58
2.1.10 HÖRGERÄTE .................................................................................................... 63
2.1.11 BRILLEN .......................................................................................................... 71
2.1.12 PROTHESEN ..................................................................................................... 79
2.2 ZUM STAND DER TECHNIK ......................................................................................... 85
2.2.1 SENSATEX SMART SHIRT ................................................................................ 85
2.2.2 BLUETHOOTH - EKG -T-SHIRT ....................................................................... 88
2.2.3
LIFEVEST WEARABLE DEFIBRILLATOR ........................................................... 90
3
3. EMPIRISCHE UNTERSUCHUNGEN....................................................................... 92
3.1 BESCHREIBUNG DER EMPIRISCHEN UNTERSUCHUNG .................................................. 93
3.1.1 ZIELSETZUNG .................................................................................................. 93
3.1.2 ABGRENZUNG DER UNTERSUCHUNG ............................................................... 94
3.1.3 ANGEWANDTE ERGEBUNGSMETHODEN UND VORGEHEN ................................ 94
3.2 UNTERSUCHUNGSOBJEKT ........................................................................................... 96
3.2.1 „DOKTOR MOUSE“ ............................................................................................. 96
3.3 ERGEBNISSE ............................................................................................................. 102
3.3.1 ERGEBNISSE DER ANWENDERBEFRAGUNG - ALLGEMEIN ................................. 102
3.3.2 ERGEBNISSE DER ANWENDERBEFRAGUNG - GRUPPE 1 ..................................... 106
3.3.3 ERGEBNISSE DER ANWENDERBEFRAGUNG - GRUPPE 2 ..................................... 111
3.3.4 ERGEBNISSE DER SELBSTTESTS ........................................................................ 115
3.4 SCHLUSSFOLGERUNGEN DER EMPIRISCHEN UNTERSUCHUNG ................................... 116
4. AUSBLICK, VISIONEN UND PERSPEKTIVEN .................................................. 119
5. FAZIT ........................................................................................................................... 120
EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG .......................................................................... 121
LITERATURVERZEICHNIS ....................................................................................... 122
ABBILDUNGSVERZEICHNIS .................................................................................... 127
ANHANG ......................................................................................................................... 134
4
1. Einleitung
1.1. Wearables – Tragbare Elektronik allgemein
1.1.1 Geschichte
Wearables sind technologische Zusatzgeräte, die unterstützende Funktionen, wie
beispielsweise die Verbesserung der menschlichen Sinne, haben. Derartige Ideen sind keine
Erscheinungen der Neuzeit, sondern traten schon viel früher auf. So beschrieb schon Robert
Hooke 1665 in seinem Werk Micrographia „augmented senses“ 1 - erweiterte
Sinneswahrnehmungen:
"The next care to be taken, in respect of the Senses, is a supplying
of their infirmities with Instruments, and as it were, the adding of
artificial Organs to the natural...and as Glasses have highly
promoted our seeing, so 'tis not improbable, but that there may be
found many mechanical inventions to improve our other senses of
hearing, smelling, tasting, and touching."
1762 erfand John Harrison den ersten nutzbaren Schiffs-Chronometer im Taschenuhrformat.
Er diente zur genauen und zuverlässigen Bestimmung von geographischen Längengraden.
1907 beauftrage der Flugzeugpilot Alberto Santos-Dumont den Juwelier Louis Cartier mit der
Konstruktion der ersten Armbanduhr. Das erlaubte Santos-Dumont während des Fliegens die
freihändige Nutzung der Uhr.
Der amerikanische Ingenieur Vannevar Bush erkannte schon frühzeitig die aufkommende und
exponentiell wachsende Informationsflut und entwickelte deshalb 1945 das Konzept des
Memex (Memory Extender). Dabei handelt es sich um einen fiktiven Analogrechner, in Form
eines Schreibtisches, der mit elektromechanischen Kontrollen, Mikrofilmgeräten und
Bildschirmen ausgestattet ist. Dieses Gerät dient als erweitertes Gedächtnis, das der Benutzer
als persönliche Bibliothek zur Speicherung und Wiederabrufung von Büchern,
Aufzeichnungen, Gesprächen etc. benutzen kann.
1960 ließ sich Morton Heilig ein stereophonisches Head Mounted Display (HMD) zum
Fernsehgebrauch patentieren. Zwei Jahre später folgte sein Patent für den Sensorama
Simulator, ein Echtheits-Simulator mit Lenkstangen, binokularen Displays, stereophonen
Lautsprechern, Kaltluftgebläse und einer olfaktorischen Ausgabevorrichtung.
Ed Thorp und Claude Shannon vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) stellten
1966 ihre Erfindung des ersten Wearable Computers vor, der beim Roulette zur Vorhersage
des Ergebnisses benutzt werden konnte. Es war ein zigarettenschachtelgroßer
Analogcomputer mit 4 Knöpfen. Eine weitere Erfindung in diesem Jahr war das erste
computerbasierte HMD (Head-Mounted-Display) von Ivan Sutherland. Es bestand aus zwei
CRTs (Cathode Ray Tube) mit halbversilberten Spiegeln, die die Bilder zu den Augen des
1
Quelle: http://www.media.mit.edu/wearables/lizzy/timeline.html#1665
5
Nutzers reflektierten. Befestigt wurden sie an den Ohren des Trägers. Das eigentliche
Rechnersystem war über dem Kopf des Nutzers angebracht, wodurch der Erfindung der Name
„Damoklesschwert“ zuteil wurde.
1976 konstruierte Hubert Upton einen analogen Wearable Computer mit einem an
Brillengläser befestigtem Display („eyeglass-mounted display“), zur Unterstützung des
Lippenlesens. Mit Hilfe von Hoch- und Tiefpassfiltern konnte dieser Computer die Art der
gesprochenen Laute bestimmen. Zu deren visuellen Darstellung waren Leuchtdioden so an die
Brillengläser montiert, dass unterschiedliche Laute die Gläser unterschiedlich beleuchteten.
Ein Jahr später stellte Douglas Engelbart die erste einhändig zu bedienende Tastatur vor.
1977 entwickelte C.C. Collins des Smith-Kettlewell Institutes eine tragbare „camera-totactile“ Weste für Blinde. Das System wog um die 2 kg und bestand aus einer am Kopf
angebrachten Kamera („head-mounted camera“), die Bilder in 1024 Punkte zerlegte und
einem 10 Zoll großen quadratischen Tastrasterfeld auf der Weste, auf dem die Bilder
entsprechend taktil sichtbar gemacht werden konnten.
Eudaemonic Enterprises konstruierte 1978 einen digitalen Wearable Computer in einem
Schuh zur Vorhersage von Rouletteergebnissen.
1981 entwickelte Steve Mann ein Rucksack-Computersystem zur Steuerung fotografischer
Ausrüstung (Blitzlichter, Kameras und andere Fotosysteme). Als Anzeige diente ein auf
einem Helm befestigter Kamera-Bildsucher-CRT. Versorgt wurde das komplette System mit
Bleisäurebatterien.
Im Jahr 1991 präsentierte Doug Platt seinen schuhkartongroßen „Hip-PC“, welcher mit einem
286 XT Modul arbeitete. Als Bildschirm fungierte hier ein „Private Eye HMD“ 2. Die
Eingabe erfolgte mittels Agenda Palmtop, der am Gürtel des Nutzers befestigt war.
1993 entwickeln Steve Feiner, Blair MacIntyre und Doreè Seligmann von der Columbia
Universität das „KARMA10 augmented reality system“. Bei diesem System trägt der
Benutzer ein Private Eye über einem Auge. Wenn der Träger seine Umwelt nun mit beiden
Augen betrachtete nahm er gleichzeitig die Anzeige des Private Eyes sowie seine Umwelt
wahr. Es entstand ein Überlagerungseffekt. So könnte beispielsweise bei der Betrachtung
eines Druckers gleichzeitig dessen Bedienungsanleitung via Private Eye angezeigt werden.
Ermöglicht wurde dies mit an Gegenständen angebrachten Sensoren zu deren Lokalisation.
Beim „Forget-Me-Not“-System, das 1994 von Mik Lamming und Mike Flynn entwickelt
wurde, handelte es sich um einen Wearable Computer, der die Interaktion von Menschen und
Geräten aufnahm und für eine spätere Verwendung abspeicherte. Über kabellose Transmitter
kommunizierte dieses System mit der intelligenten Raumausstattung und konnte somit auch
auf Fragen wie „Wer kam durch die Tür als ich mit Marc am Telefon sprach?“ reagieren.
Noch im selben Jahr stellten Edgar Matias und Mike Ruicci ihren „wirst computer“
(Armbandcomputer) mit einem „half-QUERTY keyboard“ vor.
1994 übertrug die von Steve Mann entworfene Wearable Wireless Webcam Bilder von einer
am Kopf montierten Kamera über Amateur-TV-Frequenzen direkt ins WWW. Die
Übertragung und Darstellung der Aufnahmen auf einer Webpage waren beinahe in Echtzeit.
2
Das Private Eye Display von Reflection Technology nutzt eine Reihe von LEDs und einen schnell vibrierenden
Spiegel, um die Illusion eines Volltextdisplays zu kreieren.
6
Im Jahr 1996 tagte der erste größere Workshop „Wearables in 2005“, wobei sämtliche
Industrie-, Universitäts- und Militärvisionäre zusammenkamen. Die erste akademische
Konferenz (IEEE International Symposium on Wearable Computers) fand 1997 in
Cambridge, Massachusetts, statt. Seitdem lädt das IEEE Symposium jährlich zum Thema
Wearables ein.
Auch kommerzielle Firmen, wie beispielsweise Xybernaut, tragen zur Weiterentwicklung von
Wearables bei. So entwickelte das Unternehmen 1999 das erste anwendungsfähige WearableSystem. Im Kapitel 2.2. werden einige aktuelle Systeme beschrieben.
1.1.2 Definition
„Wearable Computing ist das Forschungsgebiet, das sich mit der Entwicklung von tragbaren
Computersystemen (Wearable Computern) beschäftigt. Ein Wearable Computer wiederum ist
ein Computersystem, das während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt ist.
Wearable Computing unterscheidet sich von der Verwendung anderer mobiler
Computersysteme dadurch, dass die hauptsächliche Tätigkeit des Benutzers nicht die
Benutzung des Computers selbst, sondern eine durch den Computer unterstützte Tätigkeit in
der realen Welt ist.“ 3
Der Begriff „Wearable Computing“ bezeichnet demnach eine neue Form der MenschMaschine-Kommunikation und umfasst dabei nicht nur die Miniaturisierung und die
Integration von Computern in Kleidung, sondern beschreibt auch ein ganz neues Verständnis
hinsichtlich der Funktionalität dieser Computer für den Menschen. Ein Wearable Computer
ist nämlich kein herkömmlicher mobiler Arbeitsplatz, sondern er stellt dem Nutzer jederzeit
einen unsichtbaren, intelligenten und persönlichen Assistenten zur Verfügung, der die
verschiedensten Aufgaben zu bewältigen vermag. Sei es als Arzt, Kommunikations- oder
Informationsschnittstelle. Ein Wearable ist ein System, welches sowohl Informationen aus der
Umwelt als auch Informationen vom Benutzer selbst berücksichtigt und somit kontextsensitiv ist.
Ursprünglich stammt das Wort „Wearable“ aus dem Englischen und bezeichnet streng
genommen nichts weiter, als am Körper getragene Technik (auch: Wearable Electronics).
Schon in der Vergangenheit tauchten mit Brillen oder Taschenuhren erste Vorreiter moderner
Wearable-Systeme auf. Heutzutage versteht man unter einem Wearable-System eine Vielzahl
von Kleinstcomputern mit unterschiedlichen Funktionen, die ohne Benutzung der Hände
dauerhaft am Körper getragen und verwendet werden können. Die Kommunikation zwischen
den einzelnen Komponenten (Recheneinheiten, Sensoren, Ein- und Ausgabeeinheiten,
Netzwerke) erfolgt drahtlos oder über in die Kleidung eingewebte Kabel. Wearable-Systeme
können dem Nutzer also verschiedene Dienste nach dem „anytime, anything, anywhere“ Prinzip zur Verfügung stellen, wie z.B. Kommunikationsdienste – Mobilfunktelefonie.
Damit ein System als tragbar/wearable bezeichnet werden darf, muss es konkrete
Charakteristika aufweisen. B. J. Rhodes definierte sie wie folgt: 4

3
4
Wearables müssen aus der Bewegung heraus benutzt werden können.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wearable_Computing
Quelle: http://www.tzi.de/~ruegge/PDF-Dateien/THEALIT_01_Ohne_Bilder.pdf
7

Wearables können durch gesprochene Sprache o.ä. kontrolliert werden, so dass
beide Hände frei sind für andere Aufgaben.

Wearables sind mit Sensoren zur Wahrnehmung der physikalischen Umwelt
ausgestattet.

Wearables sind immer funktionsbereit und versorgen den Benutzer autonom mit
Informationen.

Wearables nehmen kontinuierlich Daten auf und sind permanent im Einsatz.
Steve Mann, ein Wegbereiter des Wearable Computing, formulierte ebenfalls konkrete
Eigenschaften für Wearable-Systeme in Form von 6 Attributen.5
1. Unmonopolizing: Das Wearable-System darf während seiner Benutzung nicht die
gesamte Aufmerksamkeit des Nutzers beanspruchen, so dass er sich gleichzeitig auch
anderen Dingen zuwenden kann. Der Benutzer darf nicht von seiner Außenwelt
abgeschnitten sein. Das Wearable-System hat sich immer den Anforderungen der
realen Welt unterzuordnen.
2. Unrestrictive: Der Benutzer muss das System uneingeschränkt, unabhängig von Ort,
Zeit und ausgeübter Tätigkeit, nutzen können.
3. Observable: Das System kann immer die Aufmerksamkeit des Benutzers erlangen.
4. Controllable: Der Benutzer hat jederzeit die volle Kontrolle über das WearableSystem. Automatische Prozesse müssen vom Benutzer widerrufen werden können
5. Attentive: Die Umgebung des Benutzers sowie der Zustand des Benutzers selbst soll
zu jedem beliebigen Zeitpunkt aufmerksam, multimodal und multisensorisch vom
System erfasst und kontrolliert werden können.
6. Communicative: Das Wearable-System hat jederzeit die Fähigkeit mit anderen
außerhalbliegenden Medien zu kommunizieren.
Abb. 1: Signalflüsse zwischen Mensch und Maschine nach Steve Mann
5
Quelle: http://www.cs.albany.edu/~maniatty/teaching/ubicomp/class02/lectnotes.pdf
8
Beim Wearable Computing spielt jedoch nicht nur die Leistungsfähigkeit und
Leistungsbereitschaft der Miniaturcomputer eine zentrale Rolle, sondern auch die Ein- und
Ausgabegeräte sowie deren Anordnung. Außerdem ist die Gestaltung von adaptiven
Schnittstellen von enormer Bedeutung, damit der Interaktionsaufwand für den Benutzer so
gering wie möglich gehalten wird.
Grundsätzlich werden Wearables in 2 Kategorien eingeteilt. Zum einen können sie den
Benutzer mit einer Art technischer Verbesserung ausstatten – Personal Enhancement (PE)
und zum anderen können sie den Benutzer bei der Erreichung eines bestimmten Zieles
unterstützen –Personal Assistent (PA).
1.1.3 Physische Umsetzung
Eine der bedeutsamsten Aufgaben bei der Konzeption eines Wearables stellt deren physische
Realisierung dar. Abhängig vom Einsatzort und der Anwendung eines Wearable-Systems
muss eine Art und Form der Umsetzung gefunden werden, die den Gebrauch im jeweiligen
Bereich ermöglicht. Generell lassen sich 3 große Realisierungsrichtungen unterscheiden, die
nun im Folgenden näher betrachtet werden sollen.
Geräte zum Umschnallen/ Anlegen /“Anziehen“
Zu dieser Kategorie zählen unter anderem die ersten Prototypen von Wearables, aber auch
viele neue Entwicklungen, bei denen es sich um Zusatzkomponenten handelt, die man
bewusst nicht in die Kleidung integriert. Solche Geräte werden dann von außen am Körper
angebracht. Beispiele hierfür sind sogenannte „onhandPCs“, die man wie Armbanduhren
trägt und am Handgelenk oder Unterarm befestigt. Aber auch größere Gerätschaften, die
mittels Gürtel oder Rucksäcke getragen werden, fallen mit in diese Gruppe. Ein Beispiel dafür
ist der „Voltaic – Solar Backpack“ 6 für die mobile Energieversorgung.
Derartige Ansätze zur Gestaltung von Wearables lassen zwar die Entwicklung von
leistungsfähigeren Produkten zu und sind aufgrund der nicht fest in die Kleidung integrierten
Technik sehr einfach erweiterbar, haben aber dennoch entscheidende Nachteile für den realen
Einsatz, vor allem aus optischen und ergonomischen Gründen.
In Textilien und Kleidungsstücke integrierte Systeme
Durch die zunehmenden Fähigkeiten der Forschung und Entwicklung, Technik immer kleiner
gestalten zu können, ist man in der Lage, Wearable-Systeme direkt in handelsübliche
Textilien zu integrieren. So können Mikrochips, Verbindungsleitungen, Ein- und
Ausgabegeräte komplett in den Stoff mittels spezieller Webetechniken eingearbeitet werden.
Mit diesem Verfahren fallen auch die optischen und ergonomischen Probleme weg, so dass es
sich dann tatsächlich um intelligente Kleidung handelt, die jedermann überall kaufen und in
gewohnter Art und Weise verwenden kann. Ein Beispiel hierfür ist ein in die Kleidung
integrierter MP3-Player von Infineon. 7
6
7
Quelle: http://www.voltaicsystems.com/bag_backpack.shtml
Quelle: http://www.golem.de/0204/19543.html
9
Integration im Körper / menschlichen Gewebe
Diese letzte Realisierungsrichtung von Wearables findet sich in der direkten Implantation in
den menschlichen Körper wieder. Dabei werden technologische Kleinstgeräte in das lebende
Gewebe eingepflanzt. Darunter fallen beispielsweise Systeme wie Herzschrittmacher oder das
„Braingate“ 8 der US Firma Cyberkinetics. Beim „Braingate“ handelt es sich um einen
Mikrochip, der direkt in das Gehirn eines 25 jährigen Querschnittsgelähmten implantiert
wurde. Dieser Chip ermöglicht es ihm E-Mails abzurufen, Fernsehprogramme zu steuern und
Computer zu spielen. Inwiefern und ob sich derartige Entwicklungen dauerhaft im Businessoder Consumerbereich durchsetzen werden ist ungewiss. Anders sieht es da im medizinischen
Bereich aus. Dort wächst der vermehrte Einsatz von Implantaten.
1.1.4 Anwendungsbereiche
Nahezu jeder Berufszweig nutzt heutzutage die Computertechnologie um mit deren Hilfe
effizienter, kosteneffektiver und schneller die gesteckten Unternehmensziele erreichen zu
können. So stehen vielen Arbeitnehmern und Arbeitgebern bei der Ausübung verschiedenster
Tätigkeiten Computer unterstützend zur Seite. Dies gilt auch für mobile Arbeiten, bei denen
sich Wearable Computer als optimale Lösung zur Arbeitsunterstützung anbieten. Denn durch
ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellen sie ein enormes Innovationspotential für viele
Branchen aber auch für private Zwecke dar. So umfassen potentielle Einsatzgebiete von
Wearable-Systemen die gesamte Breite der klassischen Wirtschaftssektoren - von der
Dienstleitung über die Industrie bis hin zur Landwirtschaft - sowie den gesamten
Consumerbereich. Erste Wearable Systeme wurden bereits für folgende Bereiche entwickelt:

Logistik

Produktion, Montage, Konstruktion

Instandhaltung: Inspektion, Wartung, Instandsetzung

Medizin

Tourismus / Kultur

Umwelt / Landwirtschaft

Unterhaltung / Journalismus

Krisen- und Katastrophenmanagement

Militär / Sicherheit

Facility Management.
Auf nähere Erläuterungen und konkrete Beispiele für die einzelnen Anwendungsbereiche, mit
Ausnahme der Sparte „Medizin“ (siehe Abschnitt 1.2), wird hier verzichtet, da es den
Rahmen der Einleitung sprengen würde und nicht Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist.
8
Quelle: http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,323079,00.html
10
1.2 Wearables in der Medizintechnik
Besonders großes Potential für den Einsatz von Wearable-Systemen steckt im medizinischen
Sektor. Wearables übernehmen dort schon heute erfolgreich die verschiedensten Aufgaben
(Monitoring, Prävention etc.) und werden zukünftig sicherlich noch in weitere
Aufgabenbereiche der Medizin vorstoßen. Wearable-Systeme sind hier in 2 große Bereiche zu
unterteilen, nämlich in Wearables zur Unterstützung von Verwaltung und Personal und in
Patienten-Wearables. Schwerpunkt dieser Bachelorarbeit sind die Patienten-Wearables.
1. Patienten-Wearables
Patienten-Wearables sind zum einen überwachende Systeme zur medizinischen Vor- und
Nachsorge (Monitoring) und zum anderen Systeme, die in der Lage sind, Aufgaben defekter
Körperfunktionen zu übernehmen. Überwachende Systeme werden vom Patienten am Körper
getragen oder sind direkt in die Alltagskleidung integriert. Sie ermöglichen eine
allgegenwärtige Kontrolle der Vitalfunktionen (Puls, Blutdruck, Körpertemperatur etc.) und
sind bei Notfällen mit der Fähigkeit ausgestattet, Hilfe zu alarmieren - so wie beispielsweise
das „Smart Shirt“ von Sensa-Tex (siehe Abschnitt 2.2.1).
Aufgrund dieser Möglichkeiten werden solche Systeme deswegen hauptsächlich bei
Sportlern, kranken oder gesundheitlich gefährdeten Menschen eingesetzt. Zum Beispiel
profitieren Menschen mit chronischen Krankheiten wie einer Herzschwäche sehr von solchen
technischen Errungenschaften. Sie können rund um die Uhr mit einem mobilen, portablen
EKG überwacht werden, das bei Herzunregelmäßigkeiten Alarm auslöst und völlig autonom
den Arzt informiert. Dadurch erlangen Patienten ein ganz neues Gefühl der Sicherheit und
können wie gewohnt ihrem Alltagsgeschehen nachgehen.
Wearable-Systeme, die zur Heilung oder zur Übernahme von defekten Körperfunktionen bzw.
Körperorganen entwickelt und eingesetzt werden, sind der andere Teil von PatientenWearables.
Hierzu zählen beispielsweise Hörgeräte, Herzschrittmacher und Prothesen. Herzschrittmacher
werden dabei direkt in das menschliche Gewebe implantiert und steuern die regelmäßige
Herztätigkeit. Es ist auch möglich, Herzschrittmacher mit Defibrillatoren auszustatten, die bei
Notfallsituationen, in denen es um das Überleben des Patienten geht und somit jede Sekunde
zählt, automatisch versuchen die reguläre Herztätigkeit des Patienten wiederherzustellen.
Selbst Gehörlosen und Sehbehinderten kann mit Wearable-Systemen geholfen werden. Zwar
sind Gehörlose in der Lage mit der Gebärdensprache gut miteinander zu kommunizieren, aber
für die meisten anderen Menschen ist sie unverständlich. Deshalb wird an Geräten geforscht,
die die Gebärdensprache in die gewöhnliche Muttersprache des Landes übersetzen können.
Einen ersten Prototyp dafür entwickelte Thad Starner 9. Thad Starner war es auch, der für
seine stark sehbehinderte Großmutter ein Wearable-System konstruierte, das Bilder so
vergrößert oder deren Lichtintensivitäten verstärkt, dass sie wieder lesen konnte. 10 Auch
Steve Mann konstruierte eine Weste für sehbehinderte Menschen, die mit einem Radar
arbeitete und den Trägern durch Vibrationen die eigene Position mitteilte. Dadurch wurde es
9
http://en.wikipedia.org/wiki/Thad_Starner
http://www.monitor.co.at/monitor/598/story/drescode.html ; Die medialisierte Wirklichkeit
10
11
ihnen möglich, sich ohne Hilfe von Dritten in ihrer Umgebung zurechtzufinden. Forschungen
auf diesen Gebieten stehen hier allerdings noch am Anfang.
2. Wearables zur Unterstützung von Verwaltung und Personal
Das Monitoring von Patienten findet heute fast ausschließlich in den Krankenhäusern oder
Arztpraxen statt. Dies soll sich in Zukunft schon allein aus Kostengründen heraus ändern.
Dann tragen Patienten im Alltag miniaturisierte und integrierte Monitoring-Systeme, die
ununterbrochen Patientendaten sammeln und sie bei Bedarf an den Klinikcomputer schicken.
Der behandelnde Arzt kann diese dann mittels einer von ihm getragenen Armtastatur jederzeit
abrufen und Änderungen wie Notizen etc. vornehmen. Ähnlich könnte es auch bei einer Visite
im Krankenhaus vonstatten gehen. Patientendaten könnten hier direkt während der Visite
durch den Arzt über die Armtastatur aktualisiert werden. In diesem Zusammenhang eröffnet
sich das Feld der digitalen Krankenakte. Durch die digitale Verwaltung von Patientendaten
sowie deren ständige Aufnahme mit Hilfe von Wearable-Systemen stehen jedem
behandelnden Arzt und jedem medizinischen Personal sämtliche Patienteninformationen
jederzeit und überall zur Verfügung – abgerufen werden sie durch Wearable-Systeme, die das
medizinische Fachpersonal ständig bei sich trägt. Besonders in Notfallsituationen kann dies
von lebensrettender Bedeutung sein. Rettungssanitäter können mittels der am Unfallort
erhobenen Patientendaten die digitale Krankenakte des Patienten aktualisieren. Somit haben
die Mediziner im Krankenhaus die Möglichkeit durch Abfrage der aktualisierten Krankenakte
bereits vor Eintreffen des Patienten im Krakenhaus eine Diagnose zu stellen und entsprechend
Vorbereitungsmaßnahmen zu treffen. Dadurch kann eine schnellere Hilfe gewährleistet
werden. Aber auch bei der häuslichen Pflege durch Pflegepersonal kann die digitale
Krankenakte sinnvoll eingesetzt werden. Das Pflegepersonal kann sich mit ihr vor Ort
patientenbezogene Informationen beschaffen, wie z.B. spezielle Behandlungshinweise, und
Patientendaten ändern.
Wie anhand dieses Abschnittes leicht zuerkennen ist, ergeben sich zahlreiche Vorteile für den
Einsatz von Wearable-Systemen im medizinischen Bereich. Die Wichtigsten davon sind:

die allgegenwärtige, kostengünstige Überwachung, Vorsorge und Nachsorge von
Patienten

die schnelle Benachrichtigung bei Notfallsituationen durch das Wearable selbst und

die gesundheitlich unterstützenden Funktionen, wie z.B. die Kontrolle und Korrektur
der allgemeinen Herzrhythmustätigkeit.
Nachfolgend werden noch zwei Anwendungsbeispiele für Wearable-Systeme (PatientenWearables) im medizinischen Bereich aus einer Studie über „Technologische und
anwendungsorientierte Potenziale mobiler, tragbarer Computersysteme“ vorgestellt und
bewertet. Die Studie selbst wurde an der Universität Bremen im Technologie-Zentrum
Informatik mit Unterstützung des Unternehmens Xybernaut 11 und der Landesinitiative zur
verstärkten Informations- und Mediennutzung „bremen in t.i.m.e.“ 12 verfasst. Eine
entsprechende grafisch tabellarische Darstellung der aufgezeigten Beispiele ist im Anhang
(Abbildung 1 & 2) wiederzufinden.
11
12
http://www.xybernaut.com/
http://www.bremerarbeit.de/_gruen/index.php?rubric=Bremen+in+t.i.m.e.
12
VibraVest
Die „VibraVest“ ist ein Wearable-System, das blinden Menschen bei der Orientierung in ihrer
Umwelt helfen soll. Es besteht aus einem Wearable Computer mit Radar-Sensoren sowie
einem in eine Weste integrierten taktilen Display. Die Radar-Sensoren nehmen Gegenstände
in der näheren Umgebung des Westenträgers wahr, die ein Softwareprogramm in
entsprechende Vibrationen umsetzt. Je nach Vibration kann der Träger der Weste die
Entfernung, die Geschwindigkeit und die Richtung von Objekten auf taktiler Ebene erkennen.
Die „VibraVest“ erlaubt blinden Menschen also eine freie und vor allem sichere Bewegung
im Alltag, ohne auf die Mithilfe von Dritten angewiesen zu sein.
NOAH Vest
Um veraltete und langsame Kommunikations- und Dokumentationstechniken im Bereich des
Rettungsdienstes zu ersetzten, wurde eine spezielle Weste, die „NOAH Vest“, entwickelt. Sie
ist mit einem Modem, einem besonderen Touchscreen für Ein- und Ausgaben, einer Batterie
und einer Main-Unit für Prozessorarbeiten ausgestattet. Mit dieser Ausstattung erlaubt sie den
Rettungssanitätern bei Notfallsituationen eine umgehend digitale und somit weitestgehend
verlustfreie Informationsübertragung (Unfallhergang, Zustand der Unfallopfer etc.) zum
Krankenhaus und reduziert Zeitverluste, die lebensrettend sein können. Des Weiteren wird
durch den Einsatz der „NOAH Vest“ die Qualität der Dokumentation mit Hilfe spezieller
Softwareprogramme erheblich gesteigert.
Mit der „NOAH Vest“ können demnach viele der im Zielkrankenhaus benötigten Daten,
erhoben durch die Kommunikation und Dokumentation vor Ort, zeitnah und wohl strukturiert
übermittelt werden. Durch diesen geschaffenen Zeitvorsprung im Gegensatz zur üblichen
Vorgehensweise wird Patienten eine schnellere und präzisere Hilfe gewährleist, die über
Leben und Tod entscheiden kann.
2. Genesis
2.1.
Historischer
Entwicklungsverlauf
medizintechnischer Geräte
ausgewählter
In dem nun folgenden Kapitel wird der Entwicklungsverlauf einiger ausgewählter
medizinischer Instrumente und Geräte näher betrachtet. Die Auswahl erfolgte nicht
willkürlich, sondern beruht zum einen auf der konstruierten Fragestellung - „Bei welchen
medizinischen Geräten/Instrumenten könnte sich in deren Entwicklungsverlauf die Entstehung
eines Wearables abzeichnen?“ - und zum anderen auf dem Schwerpunkt dieser
Bachelorarbeit (Patienten-Wearables; siehe Abschnitt 1.2). Nach ausgiebigen Literaturstudien
fiel die Wahl der zu untersuchenden Geräte auf,
1. Herzschrittmacher,
2. Thermometer,
3. Stethoskope,
4. Elektroenzephalographen,
5. Elektromyographen,
6. Elektrokardiographen,
13
7. Defibrillatoren,
8. Pulsmessgeräte,
9. Blutdruckmessgeräte,
10. Hörgeräte,
11. Brillen und
12. Prothesen.
Bei den Recherchearbeiten für die einzelnen Instrumente waren in der Literatur immer wieder
Unstimmigkeiten bezüglich der Jahresangaben zu finden. So wurden in manchen Quellen
Erfindungen früher oder später datiert als in anderen. Bei solchen Fällen wurden stets die
Jahreszahlen übernommen, die in der Mehrheit auftraten.
Die Entwicklungsgeschichte der o.g. Geräte wurde durch viele herausragende Neuerungen
und Ideen geprägt. Einige davon waren essentiell für deren weitere Entwicklung, andere
wiederum gerieten schon nach kürzester Zeit wieder in Vergessenheit. Deswegen
konzentrieren sich die kommenden Abschnitten auf die wichtigsten und bedeutsamsten
Erfindungen jener Zeit.
2.1.1 Herzschrittmacher
Der Herzschrittmacher wurde für Patienten entwickelt, deren Herz zu langsam oder zu
unregelmäßig schlägt und den menschlichen Körper deshalb nicht mit ausreichend Blut
versorgen kann. Der Herzschrittmacher ist ein medizinisches, elektronisches Gerät, das aus
einem miniaturisierten Schaltkreis und einer Kompaktbatterie besteht. Die Verbindung
zwischen Schrittmacher und Herz wird durch eine bzw. zwei Elektrode(n) hergestellt. Die
Elektrode ist ein sehr dünner, elektrisch isolierter Draht, der im rechten Vorhof oder in der
rechten Herzkammer verankert wird. Er stellt die Herzaktivität fest, leitet die Informationen
an den Herzschrittmacher weiter, der dann durch einen elektrischen Impuls von rund 3 Volt
für eine Zeitdauer von etwa 0,5 Millisekunden automatisch die Herzfrequenz des Patienten an
die gegebene Situation (z.B. schlägt das Herz bei erhöhter Körperbelastung schneller und bei
Schlaf langsamer) anpassen kann. Dadurch zieht sich das Herz zusammen und Blut wird in
den Kreislauf gepumpt.
Neuere Schrittmacher haben darüber hinaus noch weitere Funktionen. Sie können einen
Herzblock 13 zwischen Vorhof und Kammer überbrücken, sie können Herzrhythmusstörungen
des Trägers aufzeichnen und in einer Datenbank speichern, sie können durch Überstimulation
Vorhofrhythmusstörungen vermeiden helfen, sie verfügen über ein hochauflösendes
intrakardiales EKG, das in Echtzeit am Monitor des Arztes zu sehen ist, sie verfügen über ein
Home-Monitoring-System etc.
Durch all diese o.g. Eigenschaften ist ein Herzschrittmacher zu einem vollständigen am
Körper tragbaren Computersystem geworden – einer Wearable-Applikation.
Grundsätzlich gibt es 3 verschiedene Arten von Herzschrittmachern: externe (nichtinvasive)
Schrittmacher, passagere Schrittmacher und permanente Schrittmacher. Externe
Schrittmacher sind große aufklebbare Elektroden, über die durch die Haut regelmäßig
13
Herzblock: Blockierung oder Verzögerung der Erregungsausbreitung im Erregungsleitungssystem des
Herzens.
14
Stromstösse gegeben werden, um das Herz stimulieren. Sie sind nur im Notfall sinnvoll.
Passagere Schrittmacher werden über eine Vene mit einer Elektrode in das rechte Herz
eingebunden. Über eine von außen angeschlossene Batterie und ein Steuerungssystem wird
dann das Herz stimuliert. Diese Methodik ist nur für wenige Tage sinnvoll, da sonst
Infektionsgefahr besteht. Bei permanenten Schrittmachern wird eine Reizelektrode mit
Batterie in den Brustkorb des Patienten operiert, um das Herz je nach Bedarf zu stimulieren.
Ein moderner Herzschrittmacher hat heutzutage eine Funktionsdauer von 6 bis 12 Jahren.
Meilensteine in der Entwicklung von Herzschrittmachern
Im Jahr 1855 behandelte der französische Neurologe Armand-Duchenne eine
Tachyarrhythmie 14-Patientin mit der „elektrischen Hand“ - zwei von außen aufgelegte
Plattenelektroden. Dadurch gelang es ihm ihre zu hohen Herzfrequenzen zu senken und den
regelmäßigen Pulsschlag wiederherzustellen.
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts um 1882 schaffte es Geh.-Rat Prof. Dr. Hugo Wilhelm von
Ziemssen erstmals, Herzaktionen von außerhalb beliebig zu steuern. Ausschlaggebend für
diesen Durchbruch war jedoch das Fehlen einiger Rippen bei der Patientin in der Herzregion.
1927 berichtete Arzt Marmorstein als Erster über eine erfolgreiche transvenöse Stimulation
des rechten Vorhofs und Ventrikels 15 mit einer unipolaren, bipolaren und tripolaren
Elektrode.
Fünf Jahre darauf, 1932 beschrieb der New Yorker Arzt Hyman ein Gerät zur elektrischen
Herzreizung durch periodische Stromimpulse. Das Gerät bestand aus einem
Gleichstromgenerator mit Stromunterbrecher und einer bipolaren Nadelelektrode zur
transthorakalen 16 Punktion des rechten Vorhofs. Diese erste Variante eines
Herzschrittmachers wog 7,2 kg und musste alle 6 Minuten neu aufgeladen werden
Der erste Herzschrittmacher, gebaut von dem kanadischen Elektrotechniker John Hopps im
Jahre 1950, gab von außerhalb des Körpers elektrische Impulse durch die Haut an das Herz
ab. Er war groß, klobig und unhandlich. Nachfolgende Geräteentwicklungen wurden zwar
immer kleiner, arbeiteten jedoch noch von außerhalb und bezogen ihren Strom aus der
Steckdose. Dadurch wurde die Bewegungsreichweite des Patienten, in Abhängigkeit der
Länge des vorhandenen Stromkabels, stark eingeschränkt.
14
Tachyarrhythmie beschreibt eine schnelle und unregelmäßige Herztätigkeit.
Herzhauptkammer
16
Transthorakal: durch den Thorax (Körper)
15
15
Abb. 2: erster externer Herzschrittmacher
1957 erfand Earl Bakken den ersten batteriebetriebenen externen Herzschrittmacher, der mit
Transistoren arbeitete.
Abb. 3 : Earl Bakkens Herzschrittmacher
Im folgenden Jahr, 1958, entwickelten der Techniker Rune Elmqvist und der Chirurg Ake
Senning (Firma Siemens&Halske) den ersten voll implantierbaren Herzschrittmacher mit
myokardialen Elektroden 17. Dieser Schrittmacher bestand aus 20 diskreten Bauteilen und
hatte einen Durchmesser von 5,6 cm, war 1,9 cm dick und wo ca. 180 g. Er arbeitete mit 2
Volt und einer Impulsdauer von 1,5 ms. Seine Funktionsdauer betrug um die 3 Stunden.
Nachfolgende Geräte dieser Art hielten schon 2 Tage. Die Stromversorgung wurde über
Nickel-Kadmium Akkus realisiert, die durch Induktionsspulen von außerhalb des Körpers
wieder aufgeladen werden konnten. Somit entfiel die zuvor nachteilige
Reichweiteneinschränkung.
Dem ersten Patienten dieses ersten Herzschrittmachers, Arne Larsson, wurden im Laufe
seines Lebens noch 22 weitere Geräte eingesetzt.
17
Myokardiale Elektroden: Elektrodenkopf ist über ein Gewinde in den Herzmuskel eingeschraubt
16
Abb. 4: erster implantierter Herzschrittmacher
1960 entwickelten und implantierten William Chardack und Wilson Greatbatch verbesserte
Herzschrittmacher, welche sich durch besseres Material und längere Akkulaufzeiten
auszeichneten, bei zwei Kindern und acht älteren Patienten mit Herzrhythmusstörungen.
Durch den Einsatz von Quecksilberoxid-Zink-Akkumulatoren betrug die maximale
Funktionsdauer etwa 24 Monate. Dadurch mussten diese Geräte nicht mehr von außerhalb
aufgeladen werden.
Abb. 5: Medtronic Chardack-Greatbatch Herzschrittmacher
Die erste erfolgreiche Implantation eines Herzschrittmachers (Chardack-Greatbatch 5850) in
Deutschland gelang Prof. Dr. Heinz-Joachim Sykosch im Jahre 1961. Dieser Schrittmacher
war faustgroß und wog 300g.
1962 baute Wilson Greatbatch den ersten Prototyp eines Zweikammerschrittmachers. Dieser
erlaubte eine Synchronisation zwischen Vorhof und Ventrikel bei Herzrhythmusstörungen.
Zweikammerschrittmacher arbeiten grundsätzlich mit 2 Elektroden (Sonden), je eine für die
Haupt- und Vorkammer. Vorherige Schrittmacher waren nur Einkammersysteme, bei denen
dann auch nur eine Elektrode zum Einsatz kam.
Im selben Jahr wurden erste Sonden, die direkt durch die Vene ins Herz gebracht werden
konnten, entwickelt. Dadurch erübrigten sich bisherige Verfahren, wobei dem Patienten unter
Vollnarkose der Brustkorb geöffnet werden musste.
17
Lagergren kombinierte dann im Jahr 1963 den transvenösen 18 Zugang der Elektroden mit der
Implantation eines batteriebetriebenen Aggregates unter die Haut (vorhofgesteuerter
Schrittmacher). Ein Jahr nach dem ersten Prototyp eines Zweikammerschrittmachers, kam es
zum ersten Einsatz dieser Systeme.
Im Gegensatz zu den bisher festfrequenten Schrittmachern, die pausenlos elektrische Impulse
abgaben, entwickelte Castellanos im Jahr 1964 den ersten Bedarfsschrittmacher nach dem
Demand-Prinzip. Hier erfolgt die Impulsabgabe nur bei unregelmäßigem oder bei
aussetzendem Herzschlag. Diese Entwicklung war die Grundlage der modernen
Herzschrittmachertherapie.
1969 erfand Berkovits die ersten Zweikammersysteme (bifokale Schrittmacher), die eine
koordinierte Vorhof- und Ventrikelstimulation ermöglichten.
Um 1970 kam es zur Entwicklung und Implantation von Schrittmachern, die mit
atombetriebenen Energiequellen arbeiteten und sich durch eine einwandfreie Funktionsweise
auszeichneten. Jedoch wurde die Nutzung dieser Geräte, weil der Umgang mit ihnen aus
strahlenrechtlichen Gründen sehr umständlich war, ziemlich bald auch wieder eingestellt.
Mit der Erfindung der ersten implantierbaren Lithium-Iod-Batterie im Jahr 1972 durch Wilson
Greatbatch erhöhte sich die Funktionsdauer der Herzschrittmacher deutlich und löste die
bisherigen Zink-Quecksilber Batterien sowie alternative Energiekonzepte (z.B.
atombetriebene Schrittmacher) ab.
Der große Nachteil damaliger Schrittmacher war es, dass sie nur so arbeiteten wie es die
Techniker in der Fabrik eingestellt hatten. Erst durch Entwicklung der programmierbaren
Herzschrittmacher wurde es möglich, beispielsweise die Geschwindigkeit oder die Energie
seiner Impulse durch von außen angelegte elektromagnetische Funkwellen zu verändern.
1974 setzte Camilli erstmals einen frequenzadaptiven Schrittmacher ein, bei dem das System
auf Veränderungen des pH-Wertes im Blut, als Parameter veränderlicher körperlicher, und
damit auch kardialer Belastung des Schrittmachers, reagiert.
1976 wurden antitachykarde Systeme entwickelt und implantiert. Sie dienten speziell zur
Behandlung von zu schnellen Herzfrequenzen.
Im Jahr 1979 wandte man zum ersten Mal die Telemetrie an, um den Batteriezustand oder die
Elektrodenfunktionen ohne chirurgischen Eingriff überprüfen zu können.
Das von Michael Mirowski 1966 entwickelte Konzept des implantierbaren Kardioverters
wurde 1980 realisiert und bei einem Patienten am St. John’s Hopkins Medical Center in
Baltimore, MD, USA, angewandt. Es sollte dem plötzlichen Herztod aufgrund von
Herzrhythmusstörungen vorbeugen.
Durch die Konstruktion von atemfrequenzgesteuerten und frequenzadaptierenden
Herzschrittmachern im Jahr 1983 waren die Schrittmacher nun in der Lage, eigenständig die
Stimulationsfrequenz je nach Körperaktivität des Trägers anzupassen.
1986 kamen erste Herzschrittmachern mit Temperatursensoren hervor, da sich bei Belastung
zahlreiche physiologische Parameter u.a. die zentralvenöse Bluttemperatur verändern. Somit
18
eine Elektrodeneinführung durch die Vene
18
könnte die Stimulationsfrequenz des Herzschrittmachers kann anhand dieser Daten gesteuert
werden.
Im Jahr 1992 wurde der erste Herz-Kreislauf-Schrittmachers, der mittels „Closed Loop
Stimulation“ komplett in die natürliche Regulierung des Systems integriert werden konnte,
eingesetzt. Dieser Schrittmacher erkannte sowohl physische als auch mentale Belastungen
(veränderte Gefühlslage) und führte dementsprechende Stimulationsfrequenzanpassungen
durch.
1995 gelang die Konstruktion eines speziellen Zweikammerschrittmachers mit nur einer
Elektrode.
Nach der Entwicklung der Einkammer- und Zweikammersysteme kam 1999 erstmals die
Dreikammerstimulation (Dreikammersysteme - biventrikulärer Herzschrittmacher) zum
Einsatz. Sie zeichnete sich durch eine zeitgerechte Stimulation des rechten Vorhofs und der
beiden Herzkammern aus und diente zur Behandlung von Patienten mit schwerer
Herzinsuffizienz.
Im Universitätsklinikum Heidelberg implantierte man 2003 weltweit erstmalig einen
Schrittmacher, der beide Herzkammern synchronisiert und von zu Hause aus überwachbar ist
(Home Monitoring System). Die aufgezeichneten kardialen Patientendaten werden per
Mobilfunk über ein mobiles Patientengerät an die Servicezentrale des Herstellers Biotronik
übermittelt und bei Anfrage des Arztes per Fax an diesen übertragen.
Heute: Moderne Schrittmacher wiegen um die 20 g und sind etwa so groß, wie ein 5-DM
Stück. Sie lassen sich nach dem NBG-Code in mehrere Gruppen (Stimulationsort,
Wahrnehmungsort, Betriebsart, Frequenzadaption und multifokale Stimulation) einteilen, die
jeweils mit maximal 5 Buchstaben abgekürzt sind. Abhängig vom Bedarf des Patienten
werden Einkammer-, Zweikammer- oder Dreikammersysteme (intern sowie extern)
verwendet.
Abb. 6: moderne interne Herzschrittmacher
Prognose: Die Herzschrittmachertechnik (Hardware) wird zunehmend optimiert (z.B. längere
Funktionsdauer) und miniaturisiert. Aufgrund der Multiprogrammierbarkeit der
Schrittmachersysteme, gibt es eine bessere Adaption an die verschiedenen Belastungen. Im
Idealfall kann zukünftig der realistische physiologische Zustand des Patientenorganismus
wiederhergestellt werden.
19
2.1.2 Thermometer
Thermometer sind Messgeräte zur Erfassung von Temperatur und Temperaturschwankungen.
Je nach Aufbau (messbare Temperaturbereiche, Skaleneinteilung etc.) und/oder verwendetem
Sensor werden sie in verschiedenen Bereichen zur Temperaturmessung eingesetzt.
Thermometer lassen sich in unterschiedliche Kategorien einteilen, zu denen beispielsweise

Berührungsthermometer, die direkt mit dem Messstoff in Berührung kommen,

Ausdehnungsthermometer, mit denen die Temperatur durch Messen der Längen- oder
Volumenänderung
eines
Körpers
bestimmt
wird,
z.B.
QuecksilberFieberthermometer,

Bimetallthermometer, die sich die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von
Bimetallen zur Nutze machen,

Halbleiterthermometer und

Widerstandsthermometer, bei denen die Temperatur über die Temperaturabhängigkeit
des elektrischen Widerstandes ermittelt wird, gehören.
Die Entwicklung des Thermometers wurde besonders zu Beginn ihrer Ära stark von anderen
wissenschaftlichen Forschungen und Erkenntnissen aus Philosophie, Physik und Chemie
beeinflusst. Auf dem Weg hin zur ihrer Vervollkommnung durchlief sie verschiedene Stadien,
wobei eines einer besonderen Bedeutung zu Teil wurde und den Kern in der
Thermometerentwicklung darstellte. Nachdem die Grundform des Thermometers durch viele
Experimente weitestgehend festgelegt war, kam es über viele Jahrzehnte hinweg immer
wieder zu ständigen Veränderungen bzgl. der Skaleneinteilung, Fixpunkte und Flüssigkeiten.
In
den
jeweiligen
Zeiträumen
etablierten
sich
demnach
unterschiedliche
Thermometerstandards, so dass einheitliche Messungen so gut wie unmöglich waren. Einige
von den im Laufe der Zeit entwickelten Standards sind uns auch noch bis heute erhalten
geblieben. Dazu zählen zum Beispiel Celsius und Fahrenheit.
Nachfolgend werden nun die bedeutsamsten Entdeckungen und Forschungen rund um das
Thermometer beschrieben.
Meilensteine in der Entwicklung des Thermometers
Das älteste bekannteste Instrument zur Temperaturmessung datiert um 120 v. Chr. stammt
von Heron von Alexandria. Dieses Gerät – das Thermoskop 19 - besaß noch keine Skala zum
Ablesen der gemessenen Temperatur.
19
Ein nicht geeichtes wärmeempfindliches Instrument, das Temperaturveränderungen anzeigt. Thermoskope
bildeten die Ausgangsbasis zur Entwicklung der Thermometrie bzw. Thermodynamik.
20
Abb. 7: Thermoskop von Heron von Alexandria
Galileo Galilei wird das erste neuzeitliche Gerät zur Temperaturmessung zugeschrieben - ein
offenes Luftthermoskop aus dem Jahre 1592. Es bestand aus einem Glaskolben mit einer
aufgesetzten Glasröhre, die mit ihrem offenen Ende in ein Vorratsgefäß taucht. Jedoch waren
auch mit diesem Apparat noch keine präzisen und genauen Messungen möglich, da die
Messergebnisse je nach Luftdruck stark variierten.
Die Körpertemperaturmessung mit dem Galilei’schen Thermoskop erwies sich ebenfalls als
ungenau und sehr zeitraubend.
Abb. 8: Galileis Thermoskop
Einige Jahre später ca. 1611 entwickelte Santorio unabhängig von Galileis Erfindung ein
ähnliches Thermometer zur Körpertemperaturmessung. Es war wie eine Glaskugel geformt,
die der Patient im Mund hielt und von der aus sich eine lange schlangenförmige Röhre zu
einer mit Wasser gefüllten Schüssel erstreckte. Je höher die Körpertemperatur des Patienten
war, desto tiefer fiel der Wasserspiegel im Rohr.
21
1631 gelang dem Arzt Jean Rey die Konstruktion des ersten geschlossenen
Flüssigkeitsthermometers. Durch dieses geschlossene System konnten nun vom Luftdruck
unabhängige Temperaturmessungen vorgenommen werden, wodurch es die Genauigkeit von
Galileis Thermoskop übertraf. Da die Flüssigkeit die Rey in seinem Thermometer verwendete
Wasser war, gelangen ihm jedoch keine Messungen von Kältegraden.
Durch die Entwicklung der ersten Weingeistthermometer um 1640 gelang eine präzisere
Temperaturanzeige, die vor allem wegen des niedrigeren Gefrierpunktes von Alkohol noch
bis zu bestimmten Kältegraden funktionierte. Die unterschiedliche Reinheit der verwendeten
Alkohole, führte aber auch hier zu ungenauen und uneinheitlichen Messergebnissen.
Großherzog Ferdinand II. von Toskana aus dem Hause der Medici entwickelte 1654 das
„Florentiner - Flüssigkeitsthermometer“, ein Alkoholthermometer aus versiegeltem Glas, mit
einer Skaleneinteilung von 50 Einheiten. Dieses Thermometer gab es später aber auch noch in
anderen Ausführungen, die sich u.a. in ihrer Skaleneinteilung voneinander unterschieden. Die
50-teiligen Thermometer konnten im Gegensatz zu den anderen Arten jedoch fast gleich
gehend angefertigt werden und ihre Kalibrierung erfolgte durch den Vergleich mit anderen
Geräten. Bisherige Thermometer enthielten noch keinerlei Referenzpunkte.
Abb. 9: 50-teiliges Thermometer „Florentine Little“
Zu Beginn des 18. Jahrhunderts kam man auf die Idee, die Wärmeausdehnung von Metallen
zur Temperaturmessung zu verwenden. Des Weitern nahm Isaac Newton 1701 die erste
Festlegung von Fixpunkten bzw. Referenzpunkten vor. Er entschied, den Nullpunkt auf den
Gefrierpunkt von Wasser zu legen sowie den von menschlichem Blut auf 12°. Dadurch
konnten Thermometer nun anhand von Fixpunkten auf den Temperaturskalen untereinander
kalibriert werden. Newton verwendete seinerseits Leinöl als Thermometerflüssigkeit, das im
22
Vergleich zu Wasser über einen größeren Temperaturbereich flüssig blieb. Zwei Jahre darauf
1703 entwickelte Guillaume Amontons eines der ersten Gasthermometer mit konstantem
Volumen.
1715 baute der Danziger Glasbläser David Fahrenheit ca. 60 cm lange
Quecksilberthermometer, die allesamt in ihrer Anzeige übereinstimmten und entwickelte
seine eigene Temperaturskala. Als Fixpunkte wählte er den Gefrierpunkt des Wassers bei
+32° und den Siedepunkt des Wassers bei + 212°.
Abb. 10: frühes Quecksilberthermometer
Während Fahrenheit wie erwähnt Quecksilber als Füllung für sein Thermometer benutzte,
konstruierte der Franzose Rene-Antoine Ferchault de Réaumur 1730 ein ähnliches
Thermometer mit einer Alkoholfüllung (Weingeist). Er legte jedoch mit 0° (Gefrierpunkt des
Wassers) und 80° (Siedepunkt des Wassers) neue Fixpunkte für die Temperaturmessung mit
seinem Thermometer fest und unterteilte seine Skala in 80 gleiche Gradabstufungen. Die
Temperaturmessergebnisse waren aber noch ziemlich ungenau, da der verwendete Weingeist
kein lineares Volumenausdehnungsverhalten aufwies.
23
Aufgrund der Unzulänglichkeit des Alkohols bei höheren
Temperaturen kehrte der schwedische Astronom Anders
Celsius um 1742 zum Quecksilberthermometer zurück. Celsius
führte bei seinem Thermometer eine neue und besser zu
handhabende Skaleneinteilung von 100 Einheiten ein. Dies
ermöglichte unter der Festlegung eines bestimmten Luftdrucks
eine universelle Temperaturmessung, so dass Temperaturen auf
der ganzen Welt miteinander verglichen werden konnten. Als
neue Fixpunkte zur Kalibrierung des Thermometers wählte er
100° als Gefrierpunkt des Wassers und 0° als Siedepunkt des
Wassers.
Drei Jahre darauf, 1745, kalibrierten Daniel Ekström und Carl
von Linnè die Fixpunkte von Celsius neu, woraufhin der
Gefrierpunkt des Wassers bei 0° und der Siedepunkt des
Wassers bei 100° lag. Mit diesen Fixpunkten und der
Skaleneinteilung von Celsius ist dieses Thermometer in dieser
Form noch bis heute das gebräuchlichste Instrument für die
wissenschaftliche und damit auch für die ärztliche
Thermometrie.
1800 entwickelte A.L. Breguet ein Bimetallthermometer, das
einen erweiterten Messbereich zur Bestimmung höherer
Temperaturen besaß. Im selben Jahr baute der Liverpooler
James Currie ein Thermometer zur Körpertemperaturmessung
mit gebogenem Ende, so dass der Arzt, der hinter dem
Patienten stand, das Messergebnis optimal ablesen konnte.
Zu Ehren von Anders Celsius wurde 1948 bei der 9.
Generalkonferenz für Maß und Gewicht festgelegt, die
Temperaturskala in Celsius-Skala umzubenennen.
Sir Clifford Allbutt stellte 1866 ein etwa 15 cm langes
Fieberthermometer her, bei welchem der Quecksilberfaden
durch Kontraktion unterbrochen wurde, so dass auf diese Weise
die Maximaltemperatur abgelesen werden konnte. Aus dieser
Idee entstand allmählich das heutige Fieberthermometer mit
Quecksilber.
1871 konstruierte Werner von Siemens das erste PlatinWiderstandsthermometer.
Abb. 11: Thermometer mit Réaumur-Skala
24
Heute: Durch den Aufschwung der Chemie und Technik ist das heutige Thermometer zu
einem der wichtigsten Messinstrumente überhaupt geworden. Es sind Messungen von bis zu
1/1000 °C möglich, weshalb es auch in vielen Gebieten, wie zum Beispiel in der Medizin
oder der Meteorologie Anwendung findet. Aufgrund der leichten Zerbrechlichkeit und der
hochgiftigen Flüssigkeit Quecksilber haben digitale Thermometer Quecksilberthermometer,
speziell im medizinischen Bereich, ersetzt.
Abb. 12: modernes digitales Fieberthermometer
Prognose: Weitere Verbesserungen der Messtechnik sowie deren Miniaturisierung wird es
ermöglichen winzige Fieberthermometer in Alltagsgegenstände, wie z.B. Kleidung zu
integrieren. Dadurch kann eine permanente Überwachung der Körpertemperatur garantiert
werden.
2.1.3 Stethoskop
Das Stethoskop dient bei ärztlichen Untersuchungen als Diagnosegerät, mit dem der Arzt
Körpergeräusche, vor allem jedoch Herztöne, Lungen- und Darmgeräusche sowohl abhören
als auch gleichzeitig beurteilen kann. Das Abhören eines Organs mit einem Stethoskop wird
in der Medizin selbst als Auskultation (lateinisch: auscultare – (eifrig) zuhören, horchen)
bezeichnet. Das Stethoskop, eine noch relativ junge Erfindung des frühen 19. Jahrhunderts,
dient aber nicht nur zur klaren Filterung von Körpergeräuschen, sondern soll auch die Distanz
zum kranken Patienten wahren, um einer möglichen Ansteckung vorzubeugen.
Stethoskope lassen sich in zwei Typen unterscheiden, nämlich in akustische und elektronische
Stethoskope. Akustische Stethoskope sind heutzutage die gängigsten und bestehen aus den
drei Grundelementen Ohrbügel, Schlauch und Schalltrichter/Bruststück/Kopf. Im
Schalltrichter befindet sich zur Aufnahme von Geräuschen eine Membran, die durch solche in
Schwingung versetzt wird. Die dadurch entstehenden Schallwellen bahnen sich ihren Weg
durch den Schlauch zum Ohrbügel, der mittels so genannter „Oliven“ die Gehörgänge des
Arztes abdichtet, um ein frühzeitiges Entweichen des Schalls zu vermeiden. Mit einem
speziellen Trichter im Bruststück werden die Schallwellen noch zusätzlich verstärkt.
Elektronische Stethoskope basieren nicht wie Akustische auf physikalischen Phänomenen,
sondern sind in der Lage, den Schall mittels zusätzlicher elektronischer Systeme gezielt zu
verstärken, Umgebungsgeräusche herauszufiltern und wahrgenommene Töne aufzuzeichnen.
Stethoskope dieser Art sind bisher noch kaum verbreitet.
25
Meilensteine in der Entwicklung des Stethoskops
Erste Schritte zur Entdeckung des Stethoskops machte etwa in der Mitte des 18. Jahrhunderts
um 1761 Leopold Auenbrugger. Er erkannte, dass durch Abklopfen/Abhören des Brustkorbes
(Perkussion 20) innere Erkrankungen wesentlich besser diagnostiziert werden können.
Im Jahr 1808, rund 40 Jahre nach der Entdeckung von Auenbrugger, veröffentlichte dann der
Pariser Arzt Jean Nicolas Corvisart eine Schrift über die Perkussion. Dadurch verhalf er der
Perkussion zur allgemeinen Anerkennung als wichtiges diagnostisches Hilfsmittel. Während
der Perkussion hörte der Arzt mit seinem Ohr direkt den Körper des Patienten ab.
Den entscheidenden Geistesblitz, der zur Entwicklung des Stethoskops führte, hatte 1816 der
französische Arzt Dr. Renè Thèophile Hyacinthe Laennec. Er formte erstmals eine Rolle aus
Papier, um Herztöne von Patienten abzuhören, da die Perkussion zur Diagnose allein oftmals
nicht ausreichte. Es wird vermutet, dass Laennec aufgrund der enormen Leibesfülle seiner
Patienten auf diese Idee kam. Später ersetze er diese Papierrolle durch ein Holzrohr und
nannte sein Instrument Stethoskop (griechisch: stethos, skopein = Brust, beobachten). Das
erste Stethoskop für ein Ohr bestand aus einer 32 mm langen und 36 mm dicken
Eichenholzrolle mit einem Gewicht von 230 Gramm. Nachfolgende Instrumente wurden
stetig leichter, handlicher und brachten vor allem bessere akustische Ergebnisse. Laennec gilt
aufgrund dieser Erfindung als Vater der Auskultation.
Abb. 13: Nachbildung des Stethoskops von Laennec
Laennecs Schüler Pierre Adolph Piorry fügte 1826 dem ursprünglichen Stethoskop ein großes
flaches Ohrstück hinzu, das die Ohrmuschel besser abdecken sollte, um so die gehörten
Schallwellen präziser in den Gehörgang zuleiten. Außerdem empfahl er die Verwendung
einer kleinen flachen Elfenbeinplatte, die er als Plessimeter bezeichnete und die auf den
Brustkorb des Patienten aufgelegt, dem klopfenden Finger als Anschlagfläche diente. Etwa
zur gleichen Zeit kam aus England dann jedoch der Vorschlag, der sich bis heute durchgesetzt
hat, einen Finger der anderen Hand des Untersuchers als Anschlagpunkt zu verwenden.
20
In der Medizin bezeichnet die Perkussion ein von Leopold Auenbrugger eingeführtes Verfahren, bei dem der
Körper zur Diagnose abgeklopft wird.
26
1829 verbesserte Dr. Charles Williams das Laennec-Stethoskop, indem er es in 2 Teile
zerlegte und als Material Guttapercha 21 einsetzte. Ein Gelenk verband diese beiden Teile, so
dass es sich in verschiedene Winkel drehen ließ. Das ermöglichte dem Arzt beim Abhören
eine bequemere Körperhaltung.
Der englische Arzt Nicholas Comins entwickelte im selben Jahr ein Stethoskop mit einem
langen flexiblen Tubus, da vor allem Frauen Untersuchungen mit dem herkömmlich kurzen
Stethoskop als peinlich und unsittlich empfanden.
Der New Yorker Arzt George P. Camman erschuf im Jahr 1850 ein binaurales Stethoskop für
beide Ohren. Die ersten Stethoskope dieser Art waren hauptsächlich aus Stahl, mit Ohrteilen
aus Elfenbein und Brustteilen aus Ebenholz in zwei verschiedenen Größen (variabel
aufsteckbar). Die Schläuche bestanden aus Guttapercha und später aus Gummi.
Abb. 14: binaurales Stethoskop von Camman
Im Jahr 1868 baute Scott Alison das Differentialstethoskop bestehend aus zwei separaten
Bruststücken, wobei die Schläuche jeweils an ein Ohr angelegt werden mussten. Dies
ermöglichte den Vergleich der wahrgenommenen Geräusche von jedem Ohr. Das Stethoskop
wurde zum Sinnbild eines wissenschaftlichen Arztes.
21
Der eingetrocknete Milchsaft der im malaiischen Raum heimischen Palaquium Bäume.
27
Abb. 15: Alisons Differentialstethoskop
Die Arbeit des Italieners Aurelio Bianchi an einem komplexen Stethoskop mit einer
Wasserdichtung, welches sich im praktischen Umfeld jedoch als unbrauchbar herausstellte,
bildete 1884 die Grundlage für ein Patent, das der amerikanische Ingenieur R.C. M. Bowles
für ein einfaches modernes Membranenbruststück einreichte.
Durch aufwändige Untersuchungen und vielen Erfahrungen beim Umgang mit dem
Stethoskop zeigte es sich immer mehr, dass sowohl ein Trichter als auch eine Membran zum
optimalen Abhören eines Patienten erforderlich sind. Howard Sprague entwickelte deshalb
1926 das erste kombinierte Bruststück, wobei er einen Trichter mit einer Membran bespannte.
Dieses Grundelement ist uns, wenn auch in deutlich weiterentwickelter Form, noch bis heute
erhalten geblieben.
1958 konstruierte der britische Kardiologe Dr. Aubrey Leatham eine neuartige Form des
Stethoskops. Sein Instrument enthielt neben der Kombination von Membran- und
Trichterstethoskop, einen zusätzlich kleineren Trichter innerhalb des Ersten. Durch einen
Hebelmechanismus konnte nun der eigentliche Trichter mit dem Kleineren erweitert werden,
wodurch eine einfachere und akkuratere Auskultation von Kindern machbar wurde.
Amplivox entwickelte 1961 ein elektronisches Stethoskop, das sich die neue kleinere
Vakuumröhrentechnologie zunutze machte. Das Gerät entsprach jedoch nicht den
Anforderungen der Ärzte und musste den herkömmlichen Stethoskopen wieder weichen.
Im gleichen Jahr fertigte der amerikanische Kardiologe Dr. David Littmann im Gegensatz zu
Vorgängergeräten ein rationalisierteres, leichtgewichtigeres und binaurales Stethoskop mit
Schlauch an. Die Vorteile dieser Erfindung waren ein leichtes Gewicht, Flexibilität und
ausgezeichnete akustische Eigenschaften. Littmanns Stethoskop war somit einer der
wichtigsten Meilensteine in der Entwicklung des Stethoskops.
28
Abb. 16: Stethoskop nach Littmann
Heute: Stethoskope kommen heutzutage in fast jeder medizinischen Einrichtung für das
Abhören von Patienten zum Einsatz. Dabei werden derzeit fast ausschließlich nur akustische
Stethoskope, die sich physikalische Phänomene zunutze machen, um Körpergeräusche besser
wahrnehmen zu können, benutzt. Elektronische Stethoskope „Digital Stethoskop“ hingegen
sind gerade erst auf dem Vormarsch.
Abb. 17: elektronisches Stethoskop
Prognose: Zukünftig werden digitale Stethoskope den Markt erobern, da sie schlichtweg
leistungsfähiger als ihre akustischen Konkurrenten sind. Mit der Weiterentwicklung der
Technik im Allgemeinen wird es auch hier möglich sein, Stethoskope soweit zu
miniaturisieren, dass sie in Kleidung miteingebunden werden könnten. Dies würde ein
automatisches Abhören von Körpergeräuschen für Vorbeugung, Nachsorge etc. ermöglichen.
Der zuständige Arzt könnte dann die dadurch ermittelten Daten bei Bedarf über eine zentrale
medizinische Sammelstelle abrufen.
Voraussichtlich wird Stethoskopen im Bereich Wearables jedoch nur eine geringe Bedeutung
zu Teil werden, da der Auswertungsaufwand der aufgenommenen Körpergeräusche zu
umständlich und kompliziert sein würde.
29
2.1.4 EEG - Elektroenzephalografie
Die Elektroenzephalografie ist eine Methode um elektrische Gehirnströme zu messen. Diese
Gehirnströme werden durch physiologische Vorgänge innerhalb einzelner Gehirnzellen, die
durch ihre elektrischen Zustandsänderungen zur Informationsverarbeitung des Gehirns
beitragen, hervorgerufen und sind an der Kopfoberfläche abgreifbar. Die gemessenen
elektrischen Spannungen werden dann mit einem geeigneten Gerät verstärkt und auf einem
Monitor in Form von Hirnstromwellen angezeigt. Der Arzt kann dann anhand der Frequenzen
und der Amplituden der Hirnstromwellen Aussagen über die Gehirnaktivität und den
Bewusstseinszustand ableiten. Die grafische Darstellung der gemessenen Hirnströme heißt
Elektroenzephalogramm.
Damit Gehirnströme aufzeichnet werden können, werden dem Patienten ca. 30 Elektroden auf
der Kopfhaut angebracht. Ein EEG dauert etwa 30 Minuten, aber es sind auch EEGMessungen bis zu 24 Stunden möglich. Dabei wird dem Patienten ein tragbares EEG-Gerät
angelegt, das die Hirnströme über festsitzende oder festgeklebte Elektroden aufnimmt und
abspeichert. Sämtliche EEG-Untersuchungen sind ungefährlich, schmerzlos und beliebig oft
wiederholbar.
„Grundsätzlich gibt es zwei Arten der EEG-Technologie. Das konventionelle und das
Computer-EEG. Unter einem konventionellen EEG werden EEG-Geräte verstanden, die mit
direkt schreibenden Registriersystemen arbeiten und eine EEG-Buch erzeugen. Das EEGBuch besteht aus ca. 120 registrierten Papierseiten von EEG-Signalen über die Dauer von ca.
20 Minuten. Dagegen bezeichnet man Systeme, die ein EEG auf elektronische Datenträger
wie Laserplatten („Optical disk“) abspeichern und die registrierten Signale auf einem PCMonitor zur Darstellung bringen als Computer-EEG. Um ein Elektroenzephalogramm
aufzuzeichnen, werden Elektroden, ein Vorverstärker (Differenzverstärker) und ein EEGGerät mit Verstärker und Schreib- oder Speichersystemen benötigt.“ 22
Abb. 18: modernes digitales EEG-System mit 32 Kanälen
22
Quelle: http://www.file-commander.de/projektarbeit.htm
30
Die Entwicklung der Elektroenzephalografie nahm schon in der Antike mit der primitiven
Hirnforschung ihren Anfang. Viele Gelehrte und Wissenschaftler (z.B. Hippokrates,
Herophilos, Erasistratos und Claudius Galenus) experimentierten dort mit Leichen, um ihre
anatomischen Kenntnisse auch im Bereich des Gehirns zu erweitern.
Erst mit der Entdeckung der Nervenzellen um 1677 durch den Holländer Antoni van
Leeuwenhoek begann man, die Komplexität des Gehirns zu erahnen, womit das Interesse der
Wissenschaftler stetig anstieg.
Etwa 250 Jahre später, um 1929, wurde dann das erste menschliche EEG aufgenommen. In
den folgenden 60 Jahren gab es zahlreiche Verbesserungen und Weiterentwicklungen in der
Technologie zur Ableitung, Verstärkung und Analyse des EEG. Weitreichende Fortschritte in
der Aufklärung der elektrophysiologischen Vorgänge, die der Wellenform des EEG zugrunde
liegen, ergaben sich in den letzen 20 Jahren.
Meilensteine in der Entstehung der Elektroenzephalografie
Erste Entdeckungen, die den Weg der Elektroenzephalografie ebneten, machte 1840 Emil Du
Bois-Reymond. Er stellte fest, dass Aktivitäten peripherer Nerven zu Spannungsänderungen
im näheren Umfeld führen (stetiger Wechsel zwischen Ruhepotential und Aktionspotential).
Dem Liverpooler Arzt Richard Caton gelang es 1875 erstmals, diese elektrischen
Spannungsänderungen auf dem freiliegenden Kortex 23 von Tieren (Affen und Kaninchen) zu
messen. Dabei verwendete er ein Thomson-Spiegelgalvanometer (Abschnitt 2.1.6).
1888 entdeckte der polnische Wissenschaftler Adolf Beck regelmäßige elektrische Muster im
zerebralen Kortex von Kaninchen und Hunden. Schon zu dieser Zeit vor den bahnbrechenden
Arbeiten des deutschen Neurologen und Psychiaters Hans Berger 24 studierte Beck die
elektrische Aktivität des Gehirns bei Tierversuchen und gelang größtenteils, wie später
festzustellen war, zu denselben Ergebnissen wie Berger.
Die Unterlagen des russischen Physiologen Pravdich-Neminski enthalten vermutlich die
weltweit erste illustrierte Aufzeichnung einer elektrischen Hirnaktivität um 1911. Das
„Electrocerebrogram“, wie er es nannte, wurde an Hunden mit Hilfe des Fadengalvanometers
von Einthoven vermessen (Abschnitt 2.1.6).
Das Jahr 1929 war wohl eines der bedeutsamsten in der Entwicklung der
Elektroenzephalografie. Der Jenaer Psychiater Hans Berger publizierte die von ihm 1924
erstmals durchgeführte Elektroenzephalografie mit Silbernadelelektroden beim Menschen das erste menschliche Elektroenzephalogramm. Dabei registrierte er mit Hilfe von
Verstärkern und Messgeräten (Berger verwendete sowohl Lippmanns Kapillargalvanometer
als auch Einthovens Fadengalvanometer) die Aktionsstromtätigkeit des Gehirns und entdeckte
dabei die Alpha 25- und Beta 26-Wellen. Natürlich stand man trotz dieses Durchbruchs noch
23
Großhirnrinde, eine vor allem beim Menschen besonders groß entwickelte Struktur, die nochmals unterteilt
werden kann in Bereiche mit unterschiedlicher Funktion, z.B. auditiver Kortex (Hörrinde), visueller Kortex
(Sehrinde) etc.
24
Hans Berger gilt als Entdecker des Elektroenzephalogramms. Er entwickelte eine Methode zur Ableitung von
menschlichen Hirnströmen. (Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Hans_Berger)
25
Als Alpha-Welle wird ein Signal im Frequenzbereich zwischen 8 und 12 Hat bezeichnet. Ein verstärkter
Anteil von Alpha-Wellen wird mit leichter Entspannung assoziiert.
31
am Anfang in der Entwicklung von EEG-Systemen. So arbeitete Berger beispielsweise,
aufgrund mangelndem Wissens und technischen Defiziten noch mit zu großen Elektroden. Sie
erlaubten keine detaillierten Aufnahmen der elektrischen Hirnaktivität, um beispielweise
Tumore oder epileptische Zentren erkennen zu können.
Abb. 19: das erste von H. Berger aufgenommene Elektroenzephalogramm
Abb. 20: Bergers EEG-Aufnahmesystem um 1926
1932 erfand Jan Friedrich Tönnies den Differenzverstärker und konstruierte das erste direkt
schreibende Multikanal-EEG-Gerät, bei welchem die gemessenen Hirnströme direkt mit
einem Messschreiber auf Endlospapier geschrieben werden konnten. Durch den
Differenzverstärker wurde es nun möglich, die sehr kleinen Hirnströme, die man über die
Kopfhaut abgriff, soweit zu verstärken, dass verbesserte Auswertungsmöglichkeiten von
Elektroenzephalogrammen zur Verfügung standen.
26
Beta-Wellen nehmen einen Frequenzbereich zwischen 14 und 30 Hz ein. Beta-Wellen treten nur unter der
Einwirkung von Sinnesreizen oder bei geistiger Tätigkeit auf.
32
Abb. 21: direkt schreibendes Multikanal-EEG-Gerät
Zwei Jahre darauf, 1934 hielt die nächste Revolution auf dem Gebiet der Verstärkertechnik
ihren Einzug. B.H.C. Matthew entwickelte den Differentialverstärker mit dem die Gewinnung
von bioelektrischen Signalen, einschließlich der Hirnströme, stark erleichtert wurde. Im
folgenden Jahr gelang der Nachweis der Delta 27-Wellen.
Im Jahr 1936 richtete das „Massachusetts General Hospital“ das erste EEG-Labor ein. Im
gleichen Jahr erkannte der britische Wissenschaftler William Gray Walter, dass mit einer
größeren Anzahl von Elektroden, die zudem noch kleiner als Bergers waren, viel bessere
Messergebnisse erzielt werden könnten und dadurch die Lokalisierung von Tumoren und
anderen Krankheiten möglich wurde. Da Walter seine Forschungen im Bereich der
Elektroenzephalografie stetig vorantrieb, verwundert es nicht, dass er schließlich 1943 die
Theta 28-Wellen entdeckte.
Der erste in Europa industriell hergestellte 4-Kanal-Elektroenzephalograph von der Firma
Schwarzer wurde 1946 ausgeliefert. Ein Jahr später kam es zur Gründung der „American
EEG Society“.
1957 machte der Wissenschaftler William Gray Walter mit der Entwicklung des Toposkops
sowie der dazugehörigen Technologie für dessen Anwendung, der EEG –Topographie, erneut
auf sich aufmerksam. Das Gerät bestand aus 22 Kathodenstrahlröhren (CRT), woran
wiederum je ein Elektrodenpaar befestigt war. Sämtliche Elektroden wurden in einer
konkreten geometrischen Anordnung auf der Kopfhaut des Patienten angebracht, so das nun
jede Kathodenstrahlröhre in der Lage war, die Intensität der elektrischen Hirnstromwellen
einzelner Gehirnbereiche zu ermitteln und diese simultan als Elektroenzephalogramm auf
einem speziellen Bildschirm darzustellen. Mit Hilfe dieser Technologie erkannte Walter
schnell, dass Hirnstromwellen in unterschiedlicher Weise, zu unterschiedlichen Zeiten und in
27
Als Delta-Wellen werden Hirnwellen mit niedrigen Frequenzen von 0,5 bis 4 Hz bezeichnet. Delta-Wellen
sind typisch für die traumlose Tiefschlafphase.
28
Theta-Wellen sind Signale im Frequenzbereich zwischen 3 und 8 Hz. Sie sind typisch für die Einschlafphase,
Wachträumen, Hypnose, aber auch tiefe Entspannung und Meditation.
33
unterschiedlichen Teilen des Gehirns variieren. Anhand dieser Erkenntnisse konnte er dann
die Funktionen der Alpha und Beta-Wellen exakt beschreiben.
Walters Toposkop war jedoch sehr kompliziert und kostspielig, weshalb es sich trotz seiner
enormen Vorteile in der Diagnostik nicht durchsetzen konnte. Erst in den 80er Jahren mit der
Einführung schnellerer und kompakter Computer kam es zur Wiedergeburt dieses
Instruments, das bis heute noch in ähnlicher Form weltweit zum Einsatz kommt.
Durch die sich langsam verbreitende Digitaltechnik wurde 1988 das weltweit erste digital
arbeitende EEG-Gerätes mit thermosensitiver Aufzeichnung und Signalübertragung mittels
Lichtwellenleiter konstruiert.
1998 wurde der erste in Deutschland gefertigte Elektroenzephalograph für den Einsatz im
Kernspintomographen gebaut.
Heute: Die Elektroenzephalografie wird heute zu klinischen Diagnosen von schweren
Kopfverletzungen, Gehirntumoren, zerebralen Infektionen, Epilepsie und degenerativen
Krankheiten des Nervensystems eingesetzt. Sie findet aber auch Anwendung in der modernen
Schlafmedizin. Gegenwärtige kommerzielle EEG-Geräte arbeiten zur Aufnahme von
Hirnstromaktivitäten mit ca. 21 Kanälen (Elektrodenanzahl), obwohl weitaus mehr möglich
wären. Dies würde jedoch im Vergleich zu dem erwartenden Informationsgewinn einen
enormen methodischen und apparativen Mehraufwand bedeuten und wäre somit
unökonomisch. Einige Labore hingegen nutzen zu besonderen Forschungszwecken teilweise
bis zu 60 Kanäle.
Neben normalen Kurzzeituntersuchungen von etwa 30 Minuten können EEG-Geräte auch zu
Langzeituntersuchungen (24 Stunden) eingesetzt werden. Dabei kommen dann mobile
Wireless-EEG-Systeme zum Einsatz, bei denen beispielsweise die gesamte Elektronik in
einem Golfcap 29 integriert ist.
Abb. 22: modernes Computer-EEG
29
Quelle: http://www.futurehealth.org/wireless_eeg.htm
34
Abb. 23: Wireless-EEG
Prognose: Zukünftige EEG-Instrumentarien werden aufgrund ihrer Miniaturisierung
unauffällig in die Kleidung integriert, so dass der Träger seinen alltäglichen Aufgaben in
gewohnter Art und Weise nachgehen kann.
Des Weiteren ist es vorstellbar, dass man Schnittstellen zwischen dem menschlichen Gehirn
und dem Computer (Brain Computer Interface) entwickelt, bei denen Elektroenzephalografen
die Gehirnströme des Menschen aufnehmen um sie zur Analyse an ein lernfähiges
Computersystem zu übertragen. Dort werden aus den ausgewerteten Daten Steuerungssignale
für angeschlossene Systeme generiert. Träger eines solchen Brain Interfaces sind dann in der
Lage, per Gedanken Geräte in ihrer unmittelbarer Körpernähe zu kontrollieren.
2.1.5 EMG - Elektromyografie
Die Elektromyografie ist eine Methode der medizinischen Elektrodiagnostik. Dabei misst man
mit Hilfe von Oberflächen- oder Nadelelektroden Aktionspotentiale der Muskelzellen, die
durch die Aktivität der Körpermuskulatur entstehen. Bei dieser Untersuchung werden die
bipolaren Oberflächen- oder Nadelelektroden in einen Muskel eingestochen bzw. äußerlich
auf einem Muskel angebracht. Die elektrischen Ströme in den Muskeln werden so sowohl im
Ruhezustand als auch bei Anspannung gemessen. Die dann von den Elektroden
aufgenommenen elektrischen Potentiale des Muskels werden über ein Oszilloskop als
Wellenmuster angezeigt. Veränderungen des Wellenmusters können Hinweise auf mögliche
Muskel- oder Nervenerkrankungen geben. Es werden also Folgen von muskulären
Nervenschädigungen erkannt und Muskelerkrankungen diagnostiziert. Dabei handelt es sich
hauptsächlich um neuromuskuläre Erkrankungen wie beispielsweise primäre
Muskelerkrankungen oder unvollständige Lähmungen der Muskulatur.
Eine besondere Form der Elektromyografie ist das Messen der Nervenleitgeschwindigkeiten
(NLG). Hier wird gemessen wie schnell die Nerven elektrische Impulse weiter leiten können.
Aus dem Vergleich mit Normalwerten ergeben sich dann Hinweise auf Art und Ort einer
Schädigung des Nervens der untersucht wurde. Bei dieser Art der Messung werden Nerven
mit kurzen Stromstössen gereizt, wodurch das Reizantwortpotential ermittelt werden kann.
Die Nervenleitgeschwindigkeit ergibt sich somit aus dem Quotienten von Weg- und
Zeitdifferenzen. Die Messung der NLG ist in allen Fällen von neurogenen Schädigungen bzw.
Erkrankungen der Muskulatur von Bedeutung.
Die Elektromyografie lässt sich in zwei Subkategorien einteilen, in das klinische und das
kinesiologische EMG. Während beim klinischen EMG hauptsächlich mit Nadel- und
35
Drahtelektroden gearbeitet wird, um die Potentiale einzelner motorischer Einheiten messen zu
können, beschäftigt sich das kinesiologische EMG, das meist mit Oberflächenelektroden
agiert, primär mit der Funktion und der Koordination von Muskeln bei unterschiedlichen
Bewegungsabläufen und Positionen.
Meilensteine in der Entstehung der Elektromyografie
Aufzeichnungen aus dem Jahr 1666 dokumentieren erste Erkenntnisse über die Muskulatur
von Lebewesen. So beschrieb F. Redi als erster Wissenschaftler, dass Muskeln elektrische
Potentiale generieren.
1780 entdeckte Luigi Galvani durch Experimente mit präparierten Froschschenkeln die
Kontraktion von Muskeln unter Einfluss statischer Elektrizität. Nach dieser ersten zufälligen
Entdeckung stellte Galvani systematische Beobachtungen an und bemerkte, dass die
Froschbeine auch zuckten, wenn er sie mit zwei unterschiedlichen Metallen berührte. Galvani
zog aus seinen Untersuchen damals jedoch den falschen Schluss. Er vermutete, dass die
elektrische Spannung, die die Kontraktion der Froschmuskeln bewirkte, vom Froschgewebe
selbst erzeugt worden sei und nannte sie „animalische Elektrizität“.
Erst 1799 widerlegte Alessandro Volta aus Padua Galvanis Theorie der „animalischen
Elektrizität“. Er erkannte, dass der elektrische Stromfluss in Galvanis Experiment nicht vom
Froschbein selbst erzeugt wurde, sondern durch den leitenden Kontakt der zwei
unterschiedlichen Metalle (Kupfer und Eisen).
Im Jahr 1838, knapp 60 Jahre nach Galvanis Versuchen, bewies Carlo Matteucci, Professor
der Physik, bei Forschungsarbeiten, ebenfalls mit Froschschenkeln, das biologisches Gewebe
wie Nerven und Muskeln durch willkürliche Kontraktionen geringe elektrische Ströme
erzeugen.
Schließlich war es Emil Du Bois-Reymond der 1840 die Ursache dieser elektrischen Ströme
im Ruhepotential eines Muskels, das sich durch Kontraktion verändert, sah. Die
Potentialänderung nannte er Aktionspotential. Neun Jahre später leitete Du Bois-Reymond
dann als Erster diese elektrische Signale von einem menschlichen Muskel ab, um sie mit
einem von ihm entwickelten, besonders empfindlichen Galvanometer, dem„Multiplikator“, zu
messen.
Zur Untersuchung der Handgreifmuskulatur entwickelte Piper um 1907 die ersten
Metalloberflächenelektroden, um elektrische Ströme über die Haut abzunehmen. Bei seinen
Experimenten verwendete er neben diesen Elektroden auch ein Kraftmessgerät und einen
Galvanometer.
36
Abb. 24: Oberflächenelektroden
1922 kamen Herbert Gasser und Joseph Erlanger auf die Idee, die 1897 entwickelte
Braunsche Röhre 30 anstatt des Galvanometers zu verwenden, um so Elektrizität, die von der
Muskulatur ausging, sichtbar zu machen. Nachfolgende Messungen wurden daraufhin leichter
und vor allem präziser.
Abb. 25: Braunsche Röhre
Neben sämtlichen Erfindungen diverser Geräte, die die Entwicklung der Elektromyografie
vorantrieben, gab es auch zahlreiche theoretische Forschungen im Bereich der
Körpermuskulatur, die einen großen Anteil an der o.g. Entwicklung hatten. So entwarfen
beispielsweise Sherrington und Liddell 1925 ihr Konzept der motorischen Einheit, das
wesentlich zum Verständnis der Entstehung von registrierten elektrischen Signalen beitrug.
Mit der Einführung der konzentrischen Nadelelektrode im Jahr 1929 durch Adrian und Bronk,
wurde es nun möglich, die von einzelnen bzw. wenigen Muskelfasern erzeugten elektrischen
Signale direkt zu erfassen. Dies lies eine genauere Diagnose von Erkrankungsursachen zu.
30
Die Kathodenstrahlröhre oder auch Braunsche Röhre (engl. cathode ray tube, kurz CRT) ist eine
Elektronenröhre zur Erzeugung von Elektronenstrahlen, mit der sich u. a. schnell ändernde Spannungen und
Ströme auf einem Fluoreszenzschirm sichtbar machen lassen.
37
Abb. 26: konzentrische Nadelelektrode
1934 revolutionierte B.H.C. Matthew mit der Erfindung des Differentialverstärkers die
Verstärkertechnik zur Gewinnung von bioelektrischen Signalen.
Einen der ersten Elektromyographen mit einer 35 mm Aufnahmekamera und einem
Lautsprecher konstruierten 1946 Huddleston und Golseth.
Abb. 27: Elektromyograph von Huddleston & Golseth
Im Jahr 1960 wurden die ersten stabilen Silber-Chlorid-Oberflächenelektroden für das
kinesiologische EMG entwickelt. Das besondere dieser Elektrodenart ist, dass sie nicht
polarisierbar sind und deshalb ein unverfälschtes Messergebnis liefern können.
Heute: Moderne EMG-Geräte basieren auf denselben Komponenten wie EMG-Geräte älterer
Herkunft (Eingabeterminal, Verstärker, Filter, visuelle und/oder auditive Ausgabegeräte,
Elektroden), erlauben aber eine bessere und zuverlässigere Diagnose, wodurch steigende
Heilungschancen erreicht werden. Das EMG dient heutzutage nicht nur zur Diagnose von
Muskelerkrankungen, sondern auch zum Studium komplexer Bewegungsabläufe im Bereich
Physiotherapie oder der Sportmedizin.
Gegenwärtige EMG-Geräte gibt es in verschiedenen Ausführungen:

komplexe EMG-Systeme in medizinischen Laboren

kleine tragbare EMG-Geräte für Belastungs- oder
Langzeituntersuchungen sowie zur dauerhaften Überwachung
38

wireless EMG-Geräte
Abb. 28: tragbares EMG-Gerät
Prognose: Tragbare und miniaturisierte EMG-Systeme werden in Kleidungsstücke, als
Hilfsmittel zur schnellen Diagnose von Muskelkrankheiten und zum Einsatz im Affective
Computing 31 (z.B. können Muskelverkrampfungen Stress signalisieren  Einleitung von
Gegenmaßnahmen, wie entspannende Musik aktivieren), integriert.
2.1.6 EKG – Elektrokardiografie
Bei der Elektrokardiografie werden Herzströme untersucht, die bei elektrischer Erregung des
gesamten Herzmuskels entstehen. Diese messbare elektrische Spannung im mV (Millivolt)
Bereich kann mit einem Spannungsmessgerät am Körper abgefasst werden. Aus elektrischer
Sicht kann man sich das schlagende Herz als Wechselspannungsquelle im Körper vorstellen,
die Wechselströme nach allen Seiten hin fließen lässt. Da der Körper des Menschen elektrisch
leitfähig ist, können nun überall an der Körperoberfläche (Brustwand und Extremitäten) diese
Potentialschwankungen gemessen werden. Dazu werden verschiedene Elektroden am Körper
angebracht, welche die sehr geringen Spannungen aufnehmen und sie nach entsprechender
Verstärkung im EKG-Gerät auf ein Oszilloskop abbilden. Anhand der Größe, Richtung und
Dauer der elektrischen Spannungsänderungen kann eine Diagnose bzgl. der Herztätigkeit
gestellt werden. Herzkrankheiten verändern das charakteristische Schaubild eines gesunden
Herzens und werden somit erkennbar.
Die Entwicklung der Elektrokardiografie ging aus dem Studium der Elektrizität hervor. Schon
in der Antike kannte man 4 Quellen der Elektrizität:

den Blitz,

den Bernstein, durch Reibung mit weichem, trockenen Stoff,
31
Affective Computing beschreibt eine Mensch-Maschine-Interaktion auf emotionaler Ebene. Dabei sind
Mensch-Maschine-Schnittstellen in der Lage auf emotionales Verhalten eines Users zu reagieren, es zu
beeinflussen oder hervorzurufen.
39

elektrische Fische und

magnetisches Eisenerz.
Das eigentliche Studium der Elektrizität wurde ab ca. 1600 systematisch durch verschiedenste
Forscher und Wissenschaftler betrieben:

William Gilbert betrachtete die Erde als einen Magneten

Otto von Guericke beschrieb die Aufladung von gewissen Gegenständen durch
Reibung

Stephen Gray beschrieb die Eigenschaften von Leiter und Isolator

Ewald von Kleist, Abbè Nollet, Pieter van Musschenbroek u.a. erfanden den „ersten
Stimulator“, womit zum ersten Mal Stromstöße nach Belieben abgegeben werden
konnten.
Meilensteine in der Entwicklung der Elektrokardiografie
Alles begann 1756 mit der Entdeckung von Leopold Caldani, Professor der Medizin aus
Bologna. Er zeigte, dass ein isoliertes Nerven-Muskel-Präparat (meist ein präparierter
Froschschenkel) durch einen Stromstoss erregt (zucken) werden kann.
Einige Jahre später 1780 entdeckte Luigi Galvani durch Experimente ebenfalls mit
präparierten Froschschenkeln, die Kontraktion von Muskeln unter Einfluss statischer
Elektrizität. Nach dieser ersten zufälligen Entdeckung stellte Galvani systematische
Beobachtungen an und stellte fest, dass die Froschbeine auch zuckten, wenn er sie mit zwei
unterschiedlichen Metallen berührte. Galvani zog aus seinen Untersuchen damals jedoch den
falschen Schluss. Er vermutete, dass die elektrische Spannung, die die Kontraktion der
Froschmuskeln bewirkte, vom Froschgewebe selbst erzeugt worden sei und nannte sie
„animalische Elektrizität“.
1799 widerlegte Alessandro Volta aus Padua Galvanis Theorie der „animalischen
Elektrizität“. Er erkannte, dass der elektrische Stromfluss in Galvanis Experiment nicht vom
Froschbein erzeugt wurde, sondern durch den leitenden Kontakt der zwei unterschiedlichen
Metalle (Kupfer und Eisen). Volta war auch der Erfinder der ersten funktionierenden Batterie
– der voltaischen Säule.
40
Abb. 29: voltaische Säule
Durch die Entdeckung des Elektromagnetismus von Hans Christian Ørsted aus Kopenhagen
um 1820, der erstmals magnetische Felder um stromdurchflossene elektrische Leiter
beschrieb, und den Forschungsarbeiten von Ampère, Schweigger und Poggendorff konnte das
erste elektrische Ladungsmessgerät, der
Galvanometer,
gebaut
werden.
In
den
darauffolgenden Jahren kam es dann zur ständigen Weiterentwicklung dieses Instruments. So
konstruierte der Florentiner Physikprofessor Leopold Nobili im Jahre 1825 eine Variante, die
er „astatic galvanometer“ nannte und konnte mit ihr verschiedene Ladungsströme in einem
Nerven-Muskel-Präparat aufzeigen.
Abb. 30: Nobilis „astatic galvanometer“
Im Jahr 1838 bewies Carlo Matteucci, Professor der Physik, bei Forschungsarbeiten ebenfalls
mit Froschschenkeln, dass biologisches Gewebe wie Nerven und Muskeln durch willkürliche
Kontraktionen geringe elektrische Ströme erzeugen.
Schließlich war es Emil Du Bois-Reymond der 1840 die Ursache dieser elektrischen Ströme
im Ruhepotential eines Muskels, das sich durch Kontraktion verändert, sah. Die
41
Potentialänderung nannte er Aktionspotential. Im selben Jahr beobachtete Carlo Matteucci bei
Tierversuchen mit Taubenherzen, dass auch die Herzmuskeltätigkeit auf elektrischen Strömen
basiert. Neun Jahre später leitete Du Bois-Reymond dann als Erster die elektrische Signale
von einem menschlichen Muskel ab, um sie mit einem von ihm entwickelten besonders
empfindlichen Galvanometer, dem„Multiplikator“, zu messen.
Abb. 31: Multiplikator
1873 entwickelte der luxemburgische Physiker Gabriel Lippmann das Kapillarelektrometer.
Es bestand aus einer Quecksilber-Schwefelsäule in einem dünnen Glasschlauch
(Kapillarröhrchen), der die Veränderungen des elektrischen Potentials durch die Bewegung
des Quecksilbermeniskus erkennen lies. Später stellte sich dieses Elektrometer jedoch als
unzureichend heraus.
42
Abb. 32: Lippmanns Kapillarelektrometer
Eine erste graphische Darstellung elektrischer Ströme, die bei einer Muskelbewegung erzeugt
werden – auch beim Herzmuskel - gelang dem Franzosen Etienne Jules Marey im Jahr 1876.
Er verwendete dabei das Lippmann’sche Kapillarelektrometer.
Den Grundstein für das moderne Galvanometer legten 1880 Arsène d’Arsonval und Marcel
Deprez. Sie entwickelten ein Galvanometer mit einem räumlich fixen Magneten und einer
beweglichen Spule.
Abb. 33: Galvanometer von Deprez und d’Arsonval
43
Zum großen Durchbruch in der Elektrokardiografie kam es 1887, als Augustus Waller das
erste menschliche Elektrokardiogramm aufzeichnete. Er benutzte dazu das Lippmann’sche
Kapillarelektrometer, um die durch die Herztätigkeit bedingten Spannungsänderungen an der
Körperoberfläche zu messen. Zur Ableitung verwendete er zwei Elektroden auf Brust und
Rücken. Für Diagnosezwecke waren diese noch recht ungenauen Aufnahmen, die nur
Kammerausschläge enthielten, jedoch ungeeignet.
Abb. 34: das erste menschliche Elektrokardiogramm
1893 führte der holländische Physiologe Willem Einthoven bei einem Meeting der „Dutch
Medical Association“ den Begriff „Elektrokardiogramm“ ein. Später gestand er aber, dass A.
Waller ihn als Erster benutzt hatte.
Zwei Jahre darauf, 1895 verbesserte Einthoven durch viele mathematische Berechnungen die
Kapillarelektrometerkurvenanalyse und beobachtete fünf Phasen der elektrischen
Herztätigkeit, die er P, Q, R, S und T nannte. Diese Phasenbezeichnung wird auch noch heute
in der modernen Medizin bei der Aufnahme eines EKG verwendet.
Abb. 35: 5 Phasen der elektrischen Herztätigkeit
Viele große Entdeckungen unserer Zeit wurden oftmals durch zufällige Experimente gemacht
und genauso verhielt es sich im Jahre 1897 auf dem Gebiet der Elektrokardiografie. In diesem
Jahr entwickelte Clement Ader ein Empfangsgerät für die Überseetelegrafie, welches sich
jedoch nicht nur für seinen konstruierten Zweck eignen sollte. Wie sich später herausstellte
besaß dieses Gerät ideale Eigenschaften, es in einen Galvanometer zu transformieren. So
entstand der sogenannte Fadengalvanometer / Saitengalvanometer. Beim dieser
Galvanometervariante wurde der zwischen zwei Elektroden abgenommene Strom durch einen
im magnetischen Feld gespannten Faden geleitet, der sich dann je nach Stromrichtung nach
44
rechts oder links bewegte. Der Schatten des Fadens projizierte sich auf eine lichtempfindliche
Platte und zeigte das Elektrokardiogramm an.
Abb. 36: Fadengalvanometer
1903 baute Einthoven einen verbesserten und empfindlicheren Fadengalvanometer, den er bei
der Konstruktion eines Elektrokardiographen verwendete. Dieser Apparat wog etwa 270 kg
ermöglichte erstmals die Aufzeichnung verwertbarer Herzstromkurven. Als Elektroden
dienten hierbei mit Wasser gefüllte Metalleimer.
Willem Einthoven gilt vor allem wegen dieser Erfindung als Erfinder der Elektrokardiografie.
Abb. 37: Einthovens Elektrokardiograph
45
Abb. 38: eines der ersten Elektrokardiogramme, aufgezeichnet durch ein Fadengalvanometer
In den folgenden Jahren prägte Einthoven mit seinen Forschungsergebnissen und
Entwicklungen die Elektrokardiografie. So geschah es auch, dass der erstmals 1905 ein
Telekardiogramm aufnahm. Dabei wurden die gemessenen Herzströme eines Mannes, der
sich in einem Krankenhaus befand, zu Einthovens 1,5 km entfernten Labor via Telefonkabel
übertragen und aufgezeichnet. 1912 beschrieb Einthoven sein „Einthoven-Dreieck“, das die
Anordnung und Stückzahl der Leitungen bei der Messung eines EKGs angab. Dazu
bestimmte er die drei Standardleitungen I, II und III.
Ab 1920 konnten, aufgrund der Erfindung des Röhrenverstärkers um 1906, die ersten
fahrbaren Elektrokardiographen konstruiert werden.
1924 erhielt Willem Einthoven den Nobelpreis für die Erfindung des Elektrokardiographen.
Ernstine und Levine setzten 1928 erstmals Vakuum-Röhren (Röhrenverstärker) ein, um das
vom Körper abgeleitete EKG-Signal zu verstärken. Da der Röhrenverstärker wesentlich
leichter zu bedienen und auch billiger war, konnten Diagnosen von nun an in ganz normalen
Arztpraxen, anstatt in großen Forschungseinrichtungen oder größeren Kliniken, durchgeführt
werden. Außerdem ermöglichte diese Technik eine einfachere und genauere Aufzeichnung
der gemessenen elektrischen Potentiale.
Im gleichen Jahr baute Frank Sanborn’s Unternehmen (gegründet 1917; 1961 übernommen
von Hewlett-Packard und seit 1999 Philips Medical Systems) einen portablen
Elektrokardiographen mit einem Gewicht von etwa 23kg, der seinen Strom von einer 6-Volt
Autobatterie bezog.
1930 wurden die ersten tragbaren Elektrokardiographen entwickelt, die kurze Zeit später ein
fester Bestandteil der medizinischen Diagnostik waren.
1932 entwickelte Frank Wilson eine neue Ableitungsmethodik, die eine Bezugselektrode /
Sammelelektrode verwendete. Bei diesem Verfahren wurde von den drei
Extremitätenableitungen einzeln gegen die Bezugelektrode abgeleitet (unipolare Ableitung).
Nach vielen Experimenten erweiterte er die Elektrodenanzahl um drei und schuf die nach ihm
benannte Brustwandableitung.
1934 revolutionierte B.H.C. Matthew mit der Erfindung des Differentialverstärkers die
Verstärkertechnik zur Gewinnung von bioelektrischen Signalen.
Im Jahr 1938 definierten die “American Heart Association” und die “Cardiac Society of Great
Britain” Standardpositionen und –leitungen zum Verdrahten eines Patienten bei einem EKG.
Heraus kamen dabei die sechs Brustwandableitungen: V1 – V6; V steht für Volt.
46
Vier Jahre danach, 1942 führte Emanuel Goldberger die drei Extremitätenableitungen aVR,
aVL und aVF ein. Zusammen mit Einthovens drei Extremitätenleitungen und den sechs
Brustwandableitungen, erhielt er ein EKG mit 12 Leitungen, so wie es auch heute noch zum
Einsatz kommt.
1948 konstruierte der Schwede Rune Elmquist den ersten Tintenstrahldrucker zur
Aufzeichnung von physiologischen Signalen, mit dem er zur Demonstration beim „First
International Congress of Cardiology“ in Paris verschiedene EKGs aufzeichnete.
Außerdem gelang in diesem Jahr die Erfindung des Transistors durch William B. Shockley,
John Bardeen und Walter Brattain. Der Transistor hatte u.a. auch großen Einfluss auf die
Elektrokardiografie. EKG-Geräte waren nun in der Lage das aufgezeichnete
Elektrokardiogramm direkt auf Papier auszudrucken. Außerdem ermöglichte der Transistor
die Herstellung von wesentlich kleineren und handlicheren Geräten, als zuvor mit der
Röhrentechnik.
Kurz darauf entwickelte der Physiker Norman Jeff 1949 einen 33 kg schweren tragbaren
Elektrokardiografen, integriert in einem Rucksack, der das EKG der Trägers aufzeichnen und
als Signal übertragen konnte. Dieses erste System eines „Holter Monitors“ (Langzeit-EKG)
gilt als Vorreiter des ambulanten EKGs.
Abb. 39: moderner „Holter Monitor“
1963 waren es Baule und McFee, die als Erste ein Magnetkardiogramm aufzeichneten. Dabei
nutzten sie das elektromagnetische Feld, das bei jeder elektrischen Herzaktivität entsteht.
Somit gelang die Aufnahme der Herztätigkeit ohne Anbringung von den
Hautoberflächenelektroden.
Die Firma Schwarzer entwickelte 1956 einen 17 Kilogramm schweren EinkanalDirektschreiber, den „Cardioscript II“.
47
Abb. 40: Einkanal-Direktschreiber der Firma Schwarzer
1993 veröffentlichten Professor Robert Zalenski und Kollegen einen Bericht über die Nutzung
eines EKGs mit 15 Ableitungen. Durch die drei zusätzlichen Leitungen (Standard sind 12
Ableitungen) wird die Empfindlichkeit des Elektrokardiographen erhöht, wodurch spezielle
Herzkrankheiten, wie z.B. die myokardiale Infarktbildung erkannt werden können.
1999 zeigten Forscher aus Texas, dass EKGs (mit 12 Anschlussleitungen) drahtlos zu einem
Handheld-PC übertragen und dann zuverlässig von einem Kardiologen ausgewertet werden
können.
Heute: Moderne Geräte sind in der Lage ein EKG zu vermessen und die Zeitintervalle der
einzelnen Abschnitte anzugeben. Sie drucken vermutliche Diagnosen aus und übertragen die
ermittelten Daten über integrierte Schnittstellen zu externen Speichereinheiten. Je
Diagnoseverfahren kommen verschiedene Arten von EKGs zu Anwendung; z.B. Ruhe-EKG,
Langzeit-EKG
(24-Stunden-EKG),
Belastungs-EKG,
intrakardiales
EKG.
Bei
Langzeituntersuchungen werden kleine tragbare EKGs verwendet.
Gegenwärtig sind auch schon EKG-Shirts im Einsatz. Sie enthalten integrierte Sensoren, die
den Herzschlag des Trägers messen und die ermittelten Daten via Bluetooth sowie einem
speziellen Mobiltelefon an ein medizinisches Service-Center übertragen. Von dort aus erfolgt
die Weiterleitung der Daten zu einem Arzt. 32
32
Quelle: http://www.futurenews.at/archives/394-Gesundheits-Handies-und-EKG-Shirts.html
48
Abb. 41: mobiles EKG-Gerät „Cardio24“
Prognose: Durch die Einbindung unsichtbarer, miniaturisierter und intelligenter EKGSensorik in die Alltagskleidung werden neue Wege der Prävention eingeschlagen. EKGSysteme können bei Notfällen ein EKG vermessen und selbstständig den zuständigen Arzt
alarmieren. Das EKG kann aber auch zur Selbstkontrolle, z.B. bei sportlicher Aktivität,
benutzt werden.
2.1.7 Defibrillatoren
Bei lebensbedrohlichen Situationen, wie Herzrhythmusstörungen 33, Kammerflimmern 34,
Kammerflattern 35 und plötzlichem Herzstillstand, kann die normale Herzaktivität durch
gezielte starke Stromstöße wieder herstellt werden. Dieses Behandlungsmethode nennt sich
Defibrillation und das verwendete Gerät dazu Defibrillator. Defibrillatoren werden auf
Intensivstationen, in Notfalllaufnahmen, an vielen anderen Orten im Krankenhaus sowie in
den Rettungsfahrzeugen und vielen Arztpraxen bereitgehalten. Seit den 90er Jahren des 20.
Jahrhunderts werden sie auch zunehmend in vielen öffentlich Gebäuden und Orten für eine
Anwendung durch medizinische Laien zugänglich gemacht, um eine schnelle Hilfe zu
gewährleisten. Denn das Zeitfenster für eine erfolgreiche Defibrillation und ein erfolgreiches
Überleben beträgt insgesamt nur etwa 10 Minuten.
33
Unter einer Herzrhythmusstörung versteht man eine Störung der normalen Herzschlagfolge, verursacht durch
nicht regelrechte Vorgänge bei der Erregungsbildung und -leitung im Herzmuskel.
34
Kammerflimmern ist eine ungeordnete Muskeltätigkeit der Herzkammern, bei der eine ausreichende
Blutversorgung des Körpers nicht mehr gegeben ist. Im Gegensatz zum häufiger auftretenden Vorhofflimmern,
stellt das Kammerflimmern eine sehr bedrohliche Erscheinung dar.
35
Kammerflattern ist die rasche Folge relativ regelmäßiger Herzkammeraktionen mit einer Frequenz von 200 bis
350/Min. Durch außerhalb des Sinusknotens gelegene Strukturen werden Erregungsrückbildungsstörungen
ausgelöst. Der Übergang zum Kammerflimmern ist fließend.
49
Der Hauptbestandteil eines Defibrillators ist ein Kondensator, der die vom Benutzer gewählte
elektrische Energie speichert, die in einem Bereich zwischen 200 und 360 Joule liegt. Zur
Defibrillation werden großflächige Elektroden auf den Brustkorb des Patienten geklebt oder
gepresst und die aufgeladene Energie durch Knopfdruck über die Elektroden abgegeben
(exponentiale Entladung). Moderne Defibrillatoren arbeiten biphasisch, d.h. das während der
Defibrillation die Spannung (Plus/Minus) zwischen beiden Elektrodenplatten gewechselt
wird. Dadurch wird weniger Energie für die Defibrillation benötigt, was wiederum
schonender für den Patienten ist.
Je nach Bauart und Einsatzszenario können verschiedene Defibrillatoren unterschieden
werden. Der manuelle Defibrillator stellt die konventionelle Form dar und kann zusätzlich
auch als externer Herzschrittmacher, als EKG sowie zur Messung der Sauerstoffsättigung und
des Blutdrucks eingesetzt werden.
Abb. 42: herkömmlicher manueller Defibrillator
Halbautomatische Defibrillatoren (automatisierte externe Defibrillatoren - AED)
analysieren mit Hilfe einer Software den Herzrhythmus des Patienten und entscheiden danach
selbstständig ob eine Defibrillation notwendig ist. Erst nach dem Entscheid zur Defibrillation
wird diese Funktion freigeschaltet und kann vom Anwender ausgelöst werden. AEDs können
optional auch mit einem EKG ausgestattet sein und sind für Laien besonders leicht
handhabbar.
50
Abb. 43: AED
Um eine möglichst frühzeitige Hilfe zu gewährleisten, werden spezielle Defibrillatoren –
Public Access Defibrillators (PAD) – in immer mehr öffentlichen Einrichtungen, wie etwa
in Einkaufszentren, Flughäfen und Bahnhöfen zur Verfügung gestellt. Bei diesen Geräten
handelt es sich um halbautomatische Defibrillatoren, die den Anwender mit
Sprachanweisungen führen.
Eine besondere Form des Defibrillators ist der implantierbare Kardioverter-Defibrillator
(ICD), der bei Patienten mit hohem Risiko für Kammerflimmern, ähnlich einem
Herzschrittmacher, eingepflanzt wird. Die Elektroden des Defibrillators haben direkten
Kontakt zum Herzmuskel, wodurch bei der Defibrillation viel geringere Energien benötigt
werden. Erkennt der ICD beispielsweise eine gefährliche Herzrhythmusstörung gibt er völlig
autonom einen Gleichstromimpuls ab, der den regelmäßigen Herzschlag wiederherstellt.
Abb. 44: Darstellung eines implantierten Defibrillators
51
Meilensteine in der Entwicklung der Defibrillatoren
Die Geschichte der Defibrillatoren begann im Jahre 1774. Aus dieser Zeit stammen Schriften
der Royal Human Society worin sich Berichte über eine Wiederbelebung eines 3-jährigen
Kindes durch Applikationen von transthorakalen Stromstößen wiederfinden.
Zahlreiche Experimente mit der Elektrizität und lebenden Körpern führten immer wieder zu
neuen Erkenntnissen auf diesem Gebiet. So gelang es Jean Louis Prevost und Frederic Battelli
1899 erstmals Kammerflimmern am Herzen eines Hundes mittels elektrischen Stroms zu
beenden und die zuvor unregelmäßige Herztätigkeit wieder in den normalen Sinusrhythmus
zu überführen.
Durch weitere Untersuchungen entdeckte M. Hoffa 1849 als Erster, dass durch eine externe
elektrische Stimulation Vorhofkammerflimmern hervorgerufen werden konnte.
1930 veröffentlichten William Bennett Kouwenhoven und Kollegen Forschungsberichte eines
Experiments, die zeigten, dass Wechselstrom dazu benutzt werden kann, um einer
Herzrhythmusstörung bei Hunden entgegenzuwirken.
Die erste menschliche Defibrillation am Herzen eines 14 jährigen Jungen gelang Dr. Claude
S. Beck im Jahre 1947. Dabei wurde ein 60 Hz Wechselstrom am offenen Thorax direkt an
den Herzmuskel abgegeben. Dieses Ereignis brachte der Defibrillation die Akzeptanz in der
Medizin, die ihr zuvor verwehrt worden war. Forschungen auf diesem Gebiet wurden nun
verstärkt vorangetrieben.
Abb. 45: Claude S. Becks erster Defibrillator
Im Jahr 1950 suchten W. B. Kouwenhoven und W. Milnor mit Hilfe von externen
Defibrillatoren (zur Defibrillation am geschlossenen Thorax), verschiedenen Strömen,
Impulsen und Elektroden nach einer idealen Kombination dieser Teile, um bei einer
Defibrillation das Herz nach einer Rhythmusstörung oder einem Herzstillstand wieder in den
Normalzustand versetzen zu können. Von daher ist es auch nicht verwunderlich, dass
52
Kouwenhoven und Milnor 1954 als Erste eine externe Defibrillation eines Hundes mit einem
60 Hz großen Wechselstrom, über außen am Thorax angebrachte Elektroden, gelang.
Drei Jahre danach, 1957, schaffte es Paul Zoll erstmals, auch bedingt durch die Arbeiten von
Kouwenhoven und Milnor, eine externe und zudem erfolgreiche Defibrillation eines
Patienten, der an Vorhofflimmern litt, durchzuführen.
1958 beauftrage ein Elektrizitätsunternehmen Kouwenhoven und Kollegen einen portablen
Defibrillator zum Training des Erste-Hilfe-Personals zu bauen. Daraufhin konstruierten sie
den „John Hopkins AC Defibrillator“, der insgesamt über 90 kg wog.
Als 1960 der Defibrillator zum weltweit ersten Mal erfolgreich zur Wiederbelebung eines 42
Jahre alten Mannes eingesetzt wurde, stiegen der Stellenwert und die Akzeptanz dieses
Instruments sprunghaft an. Der damalige zu behandelnde Arzt war Gottleib Friesinger.
Die Forschungen von Professor Frank Pantridge und L. A. Geddes machten es möglich, dass
1965 der erste portable Defibrillator in einem Krankenwagen installiert werden konnte. Er
wog ca. 70 kg und bezog seinen Strom von der Autobatterie. Weitere Defibrillatoren dieser
Art wurden fortan in Krankenhauszimmern aufgebaut oder mit Hilfe von Rollen durch das
Krankenhaus bewegt. Diese neue Art der Mobilität war mit den ersten Geräten, die bis zu
über 100 kg wogen nicht möglich. Den Strom für ihre Anwendung bezogen die portablen
Defibrillatoren aus Stromnetzen oder über Batterien.
Rund 16 Jahre vor der Erstimplantation eines ICDs entwickelte der amerikanische Professor
M. Mirowski im Jahr 1966 das Konzept eines implantierbaren Defibrillators. Dessen
Realisierung war jedoch aufgrund des damaligen Entwicklungsstandes mit zu hohen Risiken
verbunden und konnte somit noch nicht umgesetzt werden.
Im Auftrag der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA konstruierte Pantrigde
1968 einen nur 3 kg schweren Defibrillator mit einem Minikondensator. Außerdem wurden in
den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts die ersten internen und externen Defibrillatoren gebaut,
die in der Lage waren Herzrhythmusstörungen automatisch zu erkennen. Des Weitern kamen
zu dieser Zeit auch die ersten AEDs zum Einsatz.
Aufgrund modernerer Technologien konnte 1980 Mirowskis Konzept eines ICDs von 1966
umgesetzt werden. Zum ersten Mal erhielt ein Patient in den USA solch einen ICD zur
Überwachung des Herzrhythmus. Im gleichen Jahr wurden auch die ersten transportablen
Defibrillatoren konstruiert, die elektronisch Herzkammerflimmern erkennen konnten. Zwei
Jahre später, 1982, fand die erste Implantation eines ICDs in Europa statt.
Heute: Moderne Defibrillatoren ermöglichen jedem Anwender eine sichere Benutzung durch
einfache Handhabung und Sprachanweisungen des Systems. Außerdem sind sie tragbar,
praktisch, wartungsfrei, preisgünstig, leicht (etwa 3 kg) und arbeiten biphasisch. Sie sind in
der Lage den Herzrhythmus des Patienten zu analysieren und ggf. eine Defibrillation
vorzunehmen. Weiterhin übernehmen zusätzliche Funktionen wie beispielsweise EKG- und
Blutdruckmessungen.
Prognose: Entwicklung neuer Technologien, wie z.B. einer externen Auflademöglichkeit für
ICD-Batterien, so dass ein vorsorglicher Einsatz von implantierten Defibrillatoren bei
Risikopatienten vorgenommen werden kann. Des Weitern wird es durch die immer kleiner
werdende Defibrillationstechnik zukünftig möglich sein, sie in die Alltagskleidung von
53
Risikopatienten und Kranken zu integrieren; siehe LifeVest 36. So kann bei der Erkennung
von Herzfehlfunktionen (Kammerflimmern, Rhythmusstörungen etc.) eine Defibrillation
ausgelöst werden und es erfolgt eine automatische Alarmierung des Arztes via UMTS sowie
die Übertragung der Diagnosedaten.
2.1.8 Pulsmessgeräte
Der Puls (Pulsus = Stoß) ist die Dehnung der Schlagaderwände durch die Druckwelle des
Blutes. Bei jedem Herzschlag wird Blut in die Aorta gestoßen. Diese Druckwelle breitet sich
im gesamten arteriellen Gefäßsystem aus. So gelangt das Blut über die Arterien in die
Kapillaren und schließlich bis zu den einzelnen Zellen. An manchen Körperstellen verlaufen
die Schlagadern sehr dicht unter der Haut, so dass der Puls durch die Haut hindurch ertastet
und gemessen werden kann. Bei der Pulsmessung zählt man die Anzahl der Pulsschläge pro
Minute. Der normale Ruhepuls liegt bei etwa 50 bis 80 Schlägen in der Minute. Idealerweise
gilt es aber, die Pulsfrequenz für 10 Sekunden zu messen und das Ergebnis mit 6 zu
multiplizieren.
Grundsätzlich wird zwischen dem arteriellen Puls und dem venösen Puls unterschieden. Die
mit dem Blutstrom vorwärts gerichtete Fortleitung der Herzaktionen bestimmt den arteriellen
Puls. Die rückwärts gegen den Blutstrom gerichtete Fortleitung der Herzaktionen bestimmt
den Venenpuls. In der Medizin findet der arterielle Puls mehr Beachtung als der Venöse. Der
gemessene Puls gibt Aufschluss über den Zustand des Kreislaufs, über seine Regelmäßigkeit,
über die Druckanstiegsgeschwindigkeit, über den absoluten Druck und über das
Füllungsvolumen der Gefäße. Der Puls ist somit ein guter Indikator für den
Gesundheitszustand des Blutkreislaufs.
Die wichtigsten Punkte an denen der arterielle Puls am menschlichen Körper gemessen
werden kann, sind

am Hals,

beidseitig der Luftröhre,

an den Halsschlagadern,

an den Handgelenken,

an den Leistenbeugen und

am Fußrücken.
Um die Pulsfrequenz zu ermitteln kommen in der Regel zwei Verfahren zum Einsatz.
Entweder wird dazu ein Pulsmessgerät verwendet, oder die Messung erfolgt manuell, durch
das Abtasten der o.g. Pulsstellen in einem bestimmten Zeitraum.
Die Pulsmessung und die Herstellung entsprechender Instrumente ging eng mit der
Entwicklung von Uhren zur Zeitmessung einher sowie mit steigendem medizinischen Wissen
über den Puls und dessen Bedeutung.
36
Quelle: http://www.lifecor.com/about_lifevest/about.asp
54
Meilensteine in der Entwicklung der Pulsmessgeräte
Schon 300 v. Chr. bestimmte Herophilos von Chalkedon die Pulsfrequenz mit Hilfe einer
selbstkonstruierten Wasseruhr „Klepsydra“.
Im 2. Jahrhundert ermittelte der römische Arzt und Anatom Galenus von Pergamon
(deutsch: Galen) die Pulsgeschwindigkeit ebenfalls mit einer Wasseruhr und konnte somit
indirekt Fieber nachweisen, das immer durch ein Ansteigen der Pulsfrequenz charakterisiert
ist.
Das 16. und 17. Jahrhundert war geprägt von für die Entwicklung von Pulsmessgeräten
wichtigen Entdeckungen. So beschrieb der italienische Physiker und Astronom Galileo Galilei
als Erster die Gesetze des freien Falls sowie das Trägheitsgesetz und erfand das Pendel. Durch
die Pendelgesetze und dem Pendel selbst gelang erstmals die Konstruktion sogenannter
Pendeluhren. Galileos erdachte Pendeluhr aus dem Jahr 1640 wurde jedoch erst später von
seinem Sohn Vincenzo umgesetzt.
Christian Huygens präsentierte dann 1657 die erste genau gehende Pendeluhr, die auf den
Pendelgesetzen Galileos basierte. Diese Uhr verbesserte den Gang auf 10 Sekunden pro Tag.
Der italienische Arzt und Professor Santorio führte das Pendel 37 in der Medizin zur Messung
der Pulsfrequenz ein und entwickelte eine Pendeluhr zur Pulsbestimmung - das Pulsilogium.
Es bestand aus einem Faden, an dem eine Bleikugel hing sowie einer kreisrunden Skala zum
Ablesen der Pulsfrequenz. Der Faden ließ sich jeweils verlängern oder verkürzen, bis es zu
einer Übereinstimmung zwischen Pendelschwingungen und Pulsschlag kam.
„Ein Pendel besteht aus einer Masse am Ende eines Seiles oder eines beweglich aufgehängten Stabes. Lenkt
man ein Pendel aus seiner vertikalen Ruhelage aus, schwingt es unter dem Einfluss der Schwerkraft zurück und
wird ohne den Einfluss von Dämpfung symmetrisch um den zentralen, tiefsten Punkt des Masseschwerpunktes –
die Ruheposition – schwingen. Die Pendelfrequenz (Schwingfrequenz) hängt von dessen Länge, nicht jedoch
von der Pendelmasse ab. Die regelmäßige Schwingungsperiode eines Pendels wurde bei der Konstruktion der
ersten mechanischen Zeitmesser genutzt.“ Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Pendel
37
55
Abb. 46: Pulsilogium von Santorio
1761 baute John Harrison eine Uhr, die in 161 Tagen nur 5 Sekunden falsch ging. Damit war
es also schon zu dieser Zeit möglich, den Puls mit Hilfe dieser Uhr weitestgehend exakt zu
ermitteln.
1854 erfand und konstruierte der deutsche Physiologe Karl von Vierordt den ersten indirekten
Sphygmographen. Der Sphygmograph ist ein Gerät zur dauerhaften Aufzeichnung von
Pulsfrequenzen als Kurven.
Abb. 47: Sphygmograph von Karl v. Vierordt
56
Sechszehn Jahre nach der Erfindung des Sphygmographen durch Vierordt um 1862
verbesserte der französische Physiologe und Naturkundeprofessor Etienne Jules Marey diesen
so, dass er die ermittelten Pulskurven auf berußten Glasplatten aufzeichnen konnte.
Im Jahr 1877 entwickelte Louis Waldenburg entwickelte die erste Pulsuhr.
Der Pulskontroller, den Professor Gustav Gärtner 1906 konstruierte, sollte ursprünglich die
Pulswerte von Menschen sichtbar machen, die während eines operativen Eingriffs in einer
Narkose lagen. Bald wurde dieser Apparat jedoch auch in internen Kliniken zur Beobachtung
und Demonstration von Pulsanomalien, Pulsrhythmus, etc. verwendet.
Abb. 48: Gustav Gärtners Pulskontroller
1930 entstanden die ersten Quarzuhren, bei denen ein Quarzkristall den Takt vorgibt. Die
hervorragenden Schwingungseigenschaften von Quarzkristallen ermöglichten es, eine
Genauigkeit von Bruchteilen einer Sekunde im Jahr zu erreichen. Aufgrund dieser exakten
Zeitmessung wurde nun auch eine exakte Pulsmessung (Pulsschläge pro Zeiteinheit) machbar.
Die Entwicklung des ersten kabellosen Herzfrequenz-Messgerätes (Pulsmesser) der Firma
Polar fand 1983 statt. Der Polar PE 2000 Herzfrequenzmesser bestand aus einem Sender, der
an der Brust entweder durch Einmal-Elektroden oder durch einen elastischen Elektrodengurt
angebracht wurde sowie einem monitorähnlichen Empfänger, der am Handgelenk befestigt
werden musste.
Heute: Bei modernen Pulsuhren wird ein Brustgurt mit Sender getragen, der den Herzschlag
des Trägers aufnimmt und ihn an den Empfänger am Handgelenk funkt. Damit wird eine
permanente Anzeige des Herzrhythmus erreicht. Außerdem bieten viele Geräte noch diverse
Zusatzfunktionen, wie z.B. Temperaturmessung, Belastungsmessung, Uhrzeitenanzeige und
Kalorienberechnung an.
57
Abb. 49: Pulsuhr „Polar F11”
Prognose: Pulsmessgeräte werden unsichtbar in Kleidung jeglicher Art (Sport- und
Alltagskleidung) oder auch in Alltagsgegenstände (z.B. Computermäuse, Lenkräder in Autos)
integriert sein. Dadurch können Messungen zeit- und ortsunabhängig vorgenommen und die
Ergebnisse visuell (Uhr, Display) und/oder auditiv (winzige integrierte Lautsprecher in
Ohrringen, Brillen) dem Träger mitgeteilt werden.
2.1.9 Blutdruckmessgerät
Der Blutdruck ist der Druck, mit dem das Blut durch die Arterien des menschlichen Körpers
fließt. Jeder Herzschlag führt zu einem plötzlichen Anstieg des Blutdrucks, der sich auch als
Puls fühlen lässt. Der Blutdruck ist höher als der normale Luftdruck.
Der Blutdruck ist nicht überall gleich, sondern sinkt von oben nach unten langsam ab, so dass
die Strömung vom Ort des höheren Drucks in den des tieferen Drucks erfolgen kann.
Bei der Kontraktion des Herzens wird Blut in die Aorta ausgestoßen, womit der
Herzinnendruck und damit auch der Blutdruck zunimmt. Bei der Blutdruckmessung ist das
der zuerst genannte, höhere Wert. Diese Phase der Herzaktion wird Systole 38 genannt und der
gemessene Wert ist der systolische Wert des Blutdrucks. Bei Erschlaffung des Herzens nimmt
der Blutdruck wieder ab und sinkt auf einen ganz bestimmten Druck ab. Dieser bei der
Blutdrucksmessung zuletzt genannte niedrige Wert, ist der diastolische Wert des Blutdrucks.
Diese Herzphase wird als Diastole 39 bezeichnet.
Ein genau aufeinander abgestimmtes und kompliziertes Zusammenspiel von
Gehirnstrukturen, Nerven und Hormonen steuert die Regulierung des Blutdrucks. Aufgrund
dieser hohen Komplexität folgt nur eine vereinfachte Darstellung dieser Zusammenhänge.
Der Hypothalamus, eine bestimmte Stelle im Gehirn, lenkt und überwacht alles, was mit dem
Blutdruck zusammenhängt. Hauptsächlich steht er in enger Verbindung mit dem vegetativen
Nervensystem, das alle lebensnotwendigen Funktionen des Körpers und somit auch den
Blutkreislauf überwacht. Das vegetative Nervensystem gliedert sich funktionell in den
Sympathikus und den Parasympathikus. Der Sympathikus bewirkt eine Leistungssteigerung
des Organismus, regelt die Herztätigkeit und den Blutkreislauf und hemmt die Darmtätigkeit.
38
39
Die Systole ist die Anspannungs- und Blutauswurfphase des Herzens.
Die Diastole ist die Füllungsphase des Herzens, im Gegensatz zur Systole, der Leerungsphase.
58
Der Parasympathikus dämpft den Herzschlag und fördert die Verdauung. Die dem
Sympathikus zugeordneten Nerven spannen die Blutgefäßmuskeln an, so dass sich der
Innenraum verengt, der Druck erhöht und die Blutströmung beschleunigt wird. Da der
Parasympathikus der Gegenspieler des Sympathikus ist, sorgt dieser für die Entspannung der
Blutgefäßmuskeln, so dass sie sich erweitern können und der Blutdruck gesenkt wird. Nur bei
einem perfekten harmonischen Zusammenspiel zwischen Sympathikus und Parasympathikus
ist eine gute Blutzirkulation möglich. Andersfalls kommt es zu Gefäßverkrampfungen oder zu
überhöhtem Blutdruck.
Neben Sympathikus und Parasympathikus haben auch Hormone Einfluss auf die Regulierung
des Blutdrucks im menschlichen Körper. Die Hormone Adrenalin und Noradrenalin aus dem
Nebennierenmark, die auf Gefäßmuskeln und Herztätigkeit einwirken. Das
Schilddrüsenhormon, das ähnlich wie Adrenalin wirkt, das Hormon Insulin, das den
Blutdruck herabsetzt, und schließlich die Zellhormone Acetylcholin und Histamin, die in den
Kapillaren und Venolen die Blutversorgung und den Blutdruck regulieren.
Blutdruckschwankungen
Bei einer Veränderung des Blutdrucks können zwei Werte variieren, der systolische und der
diastolische Blutdruck. Der Wert des systolischen Blutdrucks steigt an, wenn

die aus der linken Herzkammer ausgestoßene Blutmenge ansteigt (das Herz muss
kräftiger schlagen, um die größere Blutmenge abtransportieren zu können).

die Geschwindigkeit, mit der sich der Herzmuskel zusammenzieht, ansteigt (das Herz
schlägt schneller durch z.B. Anstrengung).

die Elastizität der herznahen Gefäße geringer wird (d.h. je elastischer die Arterien,
desto besser können sie einen plötzlichen Druckanstieg abfangen und desto geringer
steigt der systolische Druck; bei Arteriosklerose fehlt die benötigte Elastizität).
Der diastolische Wert des Blutdrucks steigt an, wenn der Widerstand, der dem Blutfluss
entgegensteht, steigt; z.B. wenn Blutgefässe enger werden. Folglich können ein geweitetes
Gefäß zu niedrigem Blutdruck und ein verengtes Gefäß zu hohem Blutdruck führen. Ein
optimaler Blutdruck hat die systolischen und diastolischen Werte von 120 : 80. Ein als gut
angesehenes Messergebnis ist bei 130 : 85 und als noch normal gelten die Werte von 140 : 90.
Liegt der Messwert jedoch zwischen 140 : 90 und 160 : 90, so spricht man von einer
Grenzwert-Hypertonie (Bluthochdruck), die - je nach Alter des Patienten - vielleicht noch
keiner Behandlung, wohl aber einer regelmäßigen Kontrolle bedarf.
Sowohl Bluthochdruck und zu niedriger Blutdruck können zu dauerhaften Schäden
(Herzschwäche, Schlaganfall und Durchblutungsstörungen in den Beinen) führen und müssen
behandelt werden.
59
Meilensteine in der Entwicklung der Blutdruckmessgeräte
Im Jahr 1733 machten Ärzte und gebildete Laien aus England verschiedene Experimente, um
die Schwankungen des Blutdrucks in Abhängigkeit des Pulses nachzuweisen. Der Blutdruck
konnte dabei jedoch nur direkt, durch das Einführen von Messsonden in große Körperarterien,
bestimmt werden. Diese Methode zur Blutdruckmessung – auch blutige Methode genannt
wurde noch weit bis in das 19. Jahrhundert praktiziert.
Ebenfalls in diesem Jahr entdeckte Stephan Hales ein Hilfspfarrer aus England, dass der
menschliche und tierische Blutkreislauf ständig variierte. Bei seinen Experimenten mit
Pferden, einem Schaf, einer Damhirschkuh und einer Auswahl von Hunden führte er
Glasröhren in die Schenkelarterien der Versuchstiere ein und konnte somit erstmals den
Anstieg und Abfall des Drucks in der Blutlaufbahn visualisieren. Anhand dieser Erkenntnisse
definierte er den Begriff „Blutdruck“. Er erkannte, dass der Blutdruck die Anstrengungen des
kontrahierenden Herzens widerspiegelte und er ein Maß für die Widerstandskraft der
Blutgefäße gegen den Blutfluss darstellte.
1828 entwickelte Jean Leonard Marie Poiseuille ein Hämodynamometer. Dabei handelt es
sich um eine Art Quecksilbermanometer zur Messung des arteriellen Blutdrucks. Bei der
Konstruktion des Hämodynamometers ersetzte Poiseuille die Glasröhren von Hales durch ein
U-förmiges Quecksilbermanometer mit einem kurzen Schlauch, der direkt in die Arterien
eingeführt werden konnte. Mit diesem Instrument nahm Poiseuille in der nachfolgenden Zeit
direkte Blutdruckmessungen bei Hunden und Pferden vor und schätze anhand der
Messergebnisse den mittleren arteriellen Blutdruck des Menschen auf etwa 160 mm Hg.
Einige Zeit später im Jahr 1834 entwickelte der Pariser Arzt Jules Hèrisson ein
Sphygmometer. Damit konnte die Stärke des Pulsschlages gemessen werden, die wiederum
Rückschlüsse auf die Höhe des Blutdrucks zuließ. Zur Ermittlung des Blutdrucks wurde
dieses Gerät auf die Speichenarterie (arteria radialis) gedrückt.
1854 erfand und konstruierte der deutsche Physiologe Karl von Vierordt den ersten indirekten
Sphygmographen (Abbildung 47; Abschnitt 2.1.8). Der Sphygmograph ist ein Gerät zur
dauerhaften Aufzeichnung von Pulsfrequenzen als Kurven. Dadurch konnte auf unblutige Art
und Weise die ungefähre Blutdruckhöhe bestimmt werden.
J. Falvre maß um 1856 während eines chirurgischen Eingriffs als Erster, mit Hilfe von
Kathetern und einem Manometer, den genauen Blutdruck der Oberschenkel- und
Oberarmarterie eines Menschen. Das war die erste exakte invasive Blutdruckmessung.
Vier Jahre später, 1860 entwickelten die französischen Physiologen Auguste Chauveaux und
Etienne Jules Marey ein Instrument zur Blutdruckmessung. Es basierte auf dem
Quecksilbermanometer von Poiseuille und dem Grundprinzip von Vierordt. Bei den
Versuchen mit dem von ihnen konstruierten Instrument mussten Katheter in die linke und
rechte Herzkammer geschoben werden. So ermittelten sie unter anderem den systolischen
Blutdruck eines Pferdes, welches bei vollem Bewusstsein war. Die Messwerte für die rechte
Herzkammer betrugen 27 mm Hg und die der Linken 129 mm Hg. Das Verfahren war für den
Einsatz beim Menschen ungeeignet.
Im selben Jahr gelang es Frederick Akbar Mahomed Mareys Sphygmographen so zu
modifizieren, dass er erstmals zu klinischen Untersuchungen bei Patienten mit „Scarlet Fever“
eingesetzt werden konnte.
60
Aufgrund der Forschungen durch Chauveaux und Marey wird das Jahr 1862 als Beginn der
modernen Hämodynamik datiert. Die Hämodynamik beschreibt den Blutfluss in den
Blutgefäßen in Abhängigkeit von den dafür verantwortlichen Kräften. Marey und Chauveaux
benutzten in diesem Jahr ebenfalls erstmalig eine Apparatur für die Druckmessung von
verschiedenen Herzblutgefäßen bei Tieren. Zudem verbesserte Marey den Sphygmographen
von Vierordt - seine Variante konnte die Kurven auf berußten Glasplatten aufzeichnen.
1881 konstruierte Samuel Siegfried Karl Ritter von Basch ein mit Pelotte 40 und Manometer
versehenes Sphygmomanometer. Damit konnte eine genauere und unblutige Messung der
Blutdruckhöhe vorgenommen werden. Seine Messungen des menschlichen systolischen
Blutdrucks ergaben 135 – 165 mm Hg. Das von Basch gebaute Gerät ähnelte dem von
Hèrisson und wurde bei Messungen direkt an die Speicher- oder Schläfenarterien (arteria
temporalis) gepresst. Im Laufe der Zeit verbesserte nicht nur Basch selbst, sondern auch viele
andere Wissenschaftler, wie zum Beispiel Pierre Potain, immer wieder sein
Sphygmomanometer.
1889 führte Gustav Gärtner sein Tonometer ein. Es maß den Blutdruck zum Zeitpunkt des
Wiedereintritts des Blutes in ein zuvor blutleer gemachtes Endglied eines Fingers bei
Reduktion des Drucks in einer um den Finger gelegten aufblasbaren Manschette. Dieses Gerät
fand speziell im deutschen Raum viel Anwendung und trug maßgeblich zum Fortschreiten
klinischer Studien über den Blutdruck bei. Ein großer Nachteil des Tonometers war, dass der
Zeitpunkt des Blutrückflusses willkürlich mit dem Auge abgeschätzt werden musste. Dadurch
ergaben sich oftmals große Unsicherheiten und Differenzen beim Ablesen der ermittelten
Messwerte.
Blutdruckmessgeräte in ihrer heutigen Form, mit aufblasbarer zirkulärer Oberarmmanschette,
gehen auf ein Instrument des Paduaner Arztes Scipione Riva-Rocci um 1896 zurück. Sein
Instrument, das die erste exakte, nicht invasive Blutdruckmessung erlaubte bestand aus einem
manschettenähnlichen Fahrradschlauch, der mittels eines Gummiballons aufgeblasen werden
konnte, sowie einem Quecksilberbarometer zur Messung des systolischen Drucks in der
Armarterie. Zum Gedenken an seine Forschungen und Entwicklungen führte man die
Abkürzung „RR“ für den Blutdruckwert ein.
40
Die Pelotte ist ein ballenförmiger, meist halbkugeliger Gegenstand, der in der Regel zu medizinisches
Zwecken zur Kompression oder zum Zusammendrücken oder Weghalten von Gewebe genutzt wird.
61
Abb. 50: Riva-Roccis Sphygmomanometer
Unabhängig von Riva-Roccis Arbeiten entwickelten die zwei Engländer Leonard Hill und
Harold A. Barnard 1897 ein ähnliches Instrument zur systolischen Blutdruckmessung. Sie
maßen den Druck jedoch mit einem Federbarometer anstatt des von Riva-Roccis verwendeten
Quecksilberbarometers.
In den Jahren zwischen 1901 und 1904 publizierten vier Autoren (Janeway, Masing, Sahli und
Strasburger) unabhängig voneinander eine einfache unblutige Methode zur Bestimmung des
diastolischen Blutdrucks. Lange Zeit maßen Forscher und Kliniker dem diastolischen Druck
nämlich nur eine geringe Aussagekraft zu. Ein Grund dafür waren sicherlich auch die
komplizierten Methoden seiner Bestimmung.
1905 verbesserte der russische Militärarzt Nikolai Sergejewitsch Korotkow das Riva-RocciMessverfahren, indem er ein Stethoskop (Die Entwicklung des Stethoskops kann in Abschnitt
2.1.3 nachgelesen werden.) zur Bestimmung des Blutdrucks einsetzte. Damit ließ sich nun
sowohl der systolische als auch der diastolische Blutdruck bestimmen.
Das von Heinrich von Recklinghausen im Jahre 1906 entworfene Blutdruckmessgerät
arbeitete nach demselben Prinzip wie Riva-Roccis. Es war jedoch mit einem Federmanometer
und einer breiteren Oberarmmanschette von 12 – 13 cm ausgestattet und konnte den
systolischen und diastolischen Blutdruck ermitteln. Durch diese Verbesserungen ließen sich
nun zuverlässigere Messergebnisse anfertigen.
Im Jahr 1968 kamen die ersten vollautomatischen Blutdruckmesser zum Einsatz. Sie waren
die Vorläufer der modernen 24-Stunden-Blutdruckmessgeräte.
1976 standen erstmals handliche und leicht zu bedienende elektronische Selbstmessgeräte zur
Verfügung. Sie erlaubten eine Blutdruckmessung durch den Patienten selbst.
Die ersten Geräte zur Blutdruckmessung am Zeigefinger wurden 1989 entwickelt. Drei Jahre
später, 1992 waren dann auch erste elektronische Blutdruckmessgeräte mit
Handgelenksmanschetten für Patienten verfügbar.
62
Abb. 51: Blutdruckmessgerät für das Handgelenk
Heute: Moderne Blutdruckmessgeräte sind zuverlässig und leicht bedienbar. Sie können zu
hause oder unterwegs ohne ärztliche Hilfe benutzt werden. Dies ermöglicht den Trägern eine
Selbstkontrolle rund um die Uhr. Außerdem arbeiten sie mit einer digitalen Anzeigeeinheit.
Dennoch werden in vielen Kliniken immer noch die üblichen Blutdruckmessgeräte, nach
Riva-Rocci benutzt.
Prognose: Blutdruckmessgeräte werden zukünftig weiterhin miniaturisiert und in die
Alltagsgegenstände, wie zum Beispiel Kleidung oder Uhren integriert. Dadurch kann eine
ständige und unsichtbare Überwachung des Blutdrucks gewährleistet werden.
2.1.10 Hörgeräte
Ein Hörgerät kann als eine Schnittstelle zwischen dem geschädigtem Ohr und seiner
Umgebung aufgefasst werden. Dabei soll es den Höreindruck des geschädigten Ohres so gut
wie möglich, an den des Gesunden anpassen.
Hörgeräte lassen sich nach vier verschiedenen Entwicklungstechnologien klassifizieren:
1. Analoge Hörgeräte sind auch heute noch am weitesten verbreitet. Sie bestehen aus
einem Mikrofon, einem Verstärker incl. Filter und Amplitudenbegrenzer, einem
Lautsprecher, Benutzerreglern wie Lautstärkereglung und Funktionsumschalter,
Justagereglern wie z.B. Tonregler und Batterien.
2. Digital programmierbare Hörgeräte unterscheiden sich von analogen in der Art der
Einstellungskontrolle. Justierungen werden meist durch Programmiergeräte in einen
Speicher im Hörgerät übertragen. Der Benutzer kann das Gerät oftmals mit einer
Fernbedienung steuern.
3. Werden Hörgeräte mit einem digitalen Pfad ausgestattet, der einen analogen steuert, so
spricht man von Hybridgeräten. Der Prozessor wird benutzt, um Schlüsselwerte aus
dem Signal zu extrahieren und damit den Verstärker zu beeinflussen. Geräte dieser Art
ermöglichen z.B. Rausch- und Rückkopplungsunterdrückung.
63
4. In digitalen Hörgeräten werden Audiosignale durch A/D-Umsetzer in eine digitale
Darstellung umgewandelt. Diese werden in einer Prozessoreinheit durch Algorithmen
verarbeitet und dann mit Hilfe eines D/A-Umsetzers zurückübersetzt. Digitale
Hörgeräte bieten einige Vorteile gegenüber den vorher genannten, wie z.B. größere
Zuverlässigkeit durch geringen Verschleiß der Bauteile und bessere
Sprachverständlichkeit in lärmbehafteter Umgebung.
Des Weiteren werden Hörgeräte nach ihren Bauformen unterschieden:
1. „Hinter-dem-Ohr-Geräte: Diese Hörgeräte werden „Hinter dem Ohr“ getragen,
dafür wird neben dem Hörgerät noch eine nach Maß angefertigte Otoplastik
(Ohrpassstück) mit einem Schallschlauch benötigt. HdO-Geräte sind in der Lage
Hörschäden am Vielfältigsten zu versorgen. Da bei HdO-Geräten mehr Platz für die
Elektronik zur Verfügung steht, können bei diesen Geräten vielfältige technische
Optionen sowie hohe Verstärkungsleistungen realisiert werden. Die Schallaufnahme
geschieht oberhalb der Ohrmuschel.
2. In-dem-Ohr-Geräte: Diese Hörgeräte werden „In dem Ohr“ getragen. Die Elektronik
des Hörgerätes ist dabei in eine individuell angefertigte Hohlschale eingearbeitet und
wird in den Gehörgang eingeführt. IdO-Hörgeräte können im Gegensatz zu HdOGeräten die anatomischen Vorteile des Außenohres nutzen. Das Mikrofon befindet
sich direkt im Ohr und somit am natürlichen Aufnahmeort des Schalls. Ein weiterer
Vorteil ist, dass der Schall direkt, d. h. ohne Umweg, vom Hörer auf das Trommelfell
trifft. Dadurch ist weniger Verstärkung als bei den HdO-Geräten erforderlich und der
Klang wird oftmals als angenehmer empfunden. HdO- und IdO-Geräte unterscheiden
sich, abgesehen von der höheren Verstärkung der HdO-Geräte, in der
Leistungsfähigkeit kaum noch voneinander.
3. Taschenhörgeräte: Eine heutzutage kaum noch verwendete Bauart sind
Taschenhörgeräte. Diese wurden in den 50er und 60er Jahren noch häufig genutzt,
durch die Miniaturisierung der Bauteile wurden sie von den HdO- und IdO-Geräten
vom Hörgerätemarkt verdrängt. Heute finden diese Geräte selten noch bei Menschen
mit an Taubheit grenzender Schwerhörigkeit oder Resthörigkeit Anwendung. Bei
einem Taschengerät ist der Hörer an der Otoplastik 41 angebracht. Dieser wird über ein
dünnes Kabel mit dem Hörgerät verbunden. Ein Problem bei Taschengeräten ist das
Rascheln der Kleidung am Gerät (Körperschall am Mikrofon).
4. Hörbrille: Eine Hörbrille ist eine Brille, in deren dicken Bügeln Hörgeräte
untergebracht sind. Hinten am Bügel befinden sich Otoplastik und Batteriefach.
5. Knochenleitungshörgeräte: Bei besonderen Erkrankungen des Ohres wird auf
Knochenleitungshörsysteme zurückgegriffen. (Ein Extremfall wäre z.B. ein nicht
vorhandener Gehörgang bei ansonsten normalem Aufbau des Gehöres.) Ein
Knochenleitungshörgerät wandelt Schallsignale in Vibrationsschwingungen um. Der
Hörer dieser Geräte überträgt diese Vibrationen auf den Knochen hinter dem Ohr
(Mastoid). Über den Schädelknochen wird das gesamte Mittel- und Innenohr in
Schwingung versetzt und der Schwerhörige kann diese Schwingungen als gehörte
Informationen wahrnehmen. Üblicherweise werden Knochenleitungshörgeräte in
41
Verbindungsstück zwischen Hörgerät und Ohr, insbesondere zum Gehörgang.
64
Brillenbügeln eingebaut. Ferner gibt es die Möglichkeit ein Taschenhörgerät mit
einem Knochenleitungshörer zu tragen, der an einem Kopfbügel oder Stirnband
befestigt wird.“ 42
Meilensteine in der Entwicklung von Hörgeräten
Schon vor vielen Jahrhunderten setzten Menschen Techniken zur Verbesserung ihres
Hörvermögens ein. So beschrieb bereits im 2. Jahrhundert der griechische Arzt Galen von
Pergamom ein System zur Hörverbesserung mit ausgehöhlten Tierhörnern.
Berichte von Alexander von Tralles aus dem 6. Jahrhundert enthielten Informationen über
den Einsatz von sogenannten Hörrohren bei überwiegend schwerhörigen Menschen um deren
Hörfähigkeit zu steigern.
Im 13. Jahrhundert experimentierten französische Mönche mit schallverstärkenden
Tierhörnern.
Der Jesuit Leurechon beschrieb 1624 unter dem Decknamen H. van Etten erstmals den
Aufbau und die ungefähre Funktionsweise des Hörrohres.
Erst 1650 gelang es dem Universalgelehrten und Jesuiten Athanasius Kircher in seinem Werk
„Musurgia Universalis“ den exakten Aufbau sowie die Funktion des Hörrohres zu schildern.
Daher gilt er als Erfinder des Hörrohres.
Hörrohre gab es über viele Jahrhunderte lang in den verschiedensten Formen; sie ließen eine
maximale Verstärkung von 8 dB zu.
Abb. 52: Hörrohr
Etwa 20 Jahre später um 1673 entwickelte Kircher die „Ellipsis Otica“, einen riesigen
Hörapparat. Dieses Gerät wurde zwischen zwei Menschen aufgestellt, die an den jeweiligen
Enden sprechen und „schallverstärkt“ hören konnten.
42
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/H%C3%B6rger%C3%A4t
65
Abb. 53: Ellipsis Otica
1706 baute Duguet als Erster anstelle von Armlehnen überdimensionale Hörrohre, die den
Schall verstärkt zu seinen Ohren führten, an seinen Fauteuil (Lehnsesssel).
Im Jahr 1820 ließ sich Pastor Dunker eine Hörmaschine mit biegsamem Rohr patentieren. Im
gleichen Jahr konstruierte W. B. Pine ein teleskopartiges Hörrohr, das zusammengeschoben
werden konnte und dadurch in die Tasche passte.
Bei Experimenten an Instrumenten für Hörgeschädigte erfand Alexander Graham Bell 1876
das Telefon, welches mit einem Mikrofon aus magnetisiertem Metall ausgestattet war.
1878 stellte David Edward Hughes seine Erfindung – das Kohlemikrofon -, die sich auf den
Arbeiten von Edison und Berliner stützte, in der Königlichen Akademie zu London vor.
Kohlemikrofone besaßen im Gegensatz zu bisherigen Mikrofonen eine verbesserte
Schallübertragung, waren jedoch zur schwer um am Körper getragen werden zu können.
Die Erfindung des Hörfächers – „Audiophon“ wird dem Jahr 1879 zugeschrieben. Dieses
Instrument überträgt Schallschwingungen über Knochenleitungen, indem man den Fächer
gegen die Zähne oder zwischen die Zähne hielt.
Außerdem kam es in diesem Jahr zur Patentierung eines Hörstuhls mit gelenkigen beidseitig
angebrachten Hörtrichtern.
66
Abb. 54: Hörstuhl von 1879
1892 entwickelte Alonzo E. Miltimore das erste elektrische Hörgerät (elektrisches
Audiophon) und ließ es sich patentieren. Es wurde jedoch nie produziert.
Abb. 55: elektrisches Hörgerät von Miltimore
Vier Jahre später, 1896, baute der Engländer Bertram Thornton das erste Tischhörgerät mit
einem Kohlemikrofon, einem magnetischen Hörer (Lautsprecher) und drei Batterien. Es war
sehr unhandlich und sehr schwer.
67
Abb. 56: Tischhörgerät von Thornton
1899 produzierte das Unternehmen Acouphone Co. in Alabama, USA, das erste kommerzielle
Tischhörgeräte „Akoulallion“.
Mit Hilfe der Erfindung des Röhrenverstärkers im Jahr 1906 konnten elektrische Signale in
einer bis dahin noch nie erreichten Klangqualität in allen Frequenzbereichen verstärkt werden.
Aufgrund der enormen Größe der Röhren und Batterien wurden jedoch meist nur stationäre
Hörgeräte gebaut.
1925 entwickelte die Firma Radio Ear ein etwa 84 kg leichtes Tischhörgerät mit
Röhrenverstärker.
Das wahrscheinlich erste tragbare Hörgerät mit Röhrenverstärker fertigte der Amerikaner
Arthur Wengel im Jahre 1937.
Die Entwicklung des ersten Hörgerätes mit Röhrenverstärker, welcher das aus nur einem
einzigen Stück bestand, fand um 1945 statt.
Durch die Entdeckung neuer Konstruktionsmöglichkeiten konnten zunehmend kleinere
Bauteile hergestellt werden, die die Fertigung von tragbaren Röhrengeräten ermöglichten.
Diese Hörgeräte bestanden aus drei Röhren, einem Kristallmikrofon und einem kristall- oder
elektromagnetischen Lautsprecher. Außerdem mussten sie mit zwei großen, schweren und
externen Batterien versorgt werden (1,5 V – 4,5 V für die Kathodenheizung und 22,5 V – 45
V für die Anoden).
68
Abb. 57: tragbares Hörgerät mit Röhrenverstärker
Auch die Röhrentechnik wurde stetig verbessert, so dass man um 1947 nun auch kleinere und
spannungsärmere Röhren produzieren konnte. Damit war es erstmals möglich leichtere und
tragbare Hörgeräte zu bauen, in denen die Batterien direkt integriert waren.
Im darauf folgenden Jahr erfanden William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain
den Germaniumtransistor, wodurch sich zahlreiche Vorteile, aber auch einige Nachteile für
die Hörgeräteentwicklung ergaben:
Vorteile von Transistoren

benötigten kleinere Spannungen

verbrauchten weniger Leistung

waren kleiner
Nachteile der Transistoren

waren anfangs viel teurer als Röhren

produzierten mehr Rauschen
Die Folge dieser innovativen Technologie waren Hörgeräte mit Hybridfunktionen, bei denen
die rauschempfindliche Eingangsstufe mit Röhren und die leistungshungrige Ausgangsstufe
mit Transistoren realisiert wurden. Dadurch war die Konstruktion von immer kleineren und
leichteren Hörgeräte möglich.
In den Jahren nach der Erfindung des Transistors stieg die Massenproduktion dieser Bauteile
an, weswegen sie im Laufe der Zeit immer billiger, aber zugleich auch durch verstärkte
Forschungsarbeiten rauschärmer wurden. Demzufolge kamen im Jahr 1953 die ersten reinen
Transistorhörgeräte auf den Markt, die nur noch eine Verstärkerspannung von 1,5 V
benötigten.
69
1954 gab es neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Schaltungs- und Lautsprechertechnik.
Lautsprecher konnten nun zum Beispiel direkt in das Gerät integriert werden. Außerdem
gelang es aufgrund der Miniaturisierung von Hörgeräten, sie in den Haaren zu verstecken
oder in Brillen zu integrieren.
1956 kamen die ersten Hörgeräte die hinter dem Ohr getragen werden konnten (HdO = hinter
dem Ohr) auf den Markt.
Abb. 58: HdO-Hörgerät
1957 eroberten dann die ersten Hörgeräte die im Ohr getragen werden konnten (IdO = in dem
Ohr) den Markt.
Abb. 59: IdO-Hörgerät
Bisherige verfügbare Mikrofone galten als relativ empfindlich gegenüber Vibrationen und
begrenzten die Verstärkungsfaktoren wegen der Rückkopplungen durch die Schädelknochen.
Erst die Erfindung des Kondensatormikrofons um 1973, dass gegen Vibrationen
unempfindlich ist, ließ Verstärkungen bei HdO-Geräten von 70 – 80 dB zu.
70
In den 80er Jahren setzte sich der Trend zur Miniaturisierung von Hörgeräten weiter fort.
Mikrofone und Lautsprecher wurden immer kleiner und leistungsfähiger und durch die
Zunahme von Erfahrung und Wissen über die Ursachen von Hörbeeinträchtigungen, konnten
Hörgeräte hergestellt werden, die auf die speziellen Anforderungen eines jeden
Hörgeschädigten eingingen.
Durch die Steigerung der Bauteildichte auf dem IC um 1988 war es möglich, Controller von
beachtlicher Leistungsfähigkeit zu integrieren, was Einfluss auf die Entwicklung der ersten
digital gesteuerten Hörgeräte hatte.
Die Entwicklung von Hörgeräten mit digitaler Signalverarbeitung, schritt aufgrund immer
kleinerer und leistungsfähigerer Signalprozessoren 1996 soweit voran, dass man in diesem
Jahr die ersten 100% digitalen HdO- und IdO-Geräte bauen konnte.
1997 wurde das erste voll digitale CIC-Gerät (Complete in Canal) entwickelt, das vollständig
im Gehörgang verschwindet.
Heute: Moderne Hörgeräte sind prinzipiell in die in der Einleitung beschriebenen Grundtypen
zu unterteilen. Je nach Ohrerkrankung, Budget und Vorlieben des Patienten kommt eine
dieser Bauarten zur Anwendung.
Der Gebrauch von digitalen Hörgeräten beim Patienten nimmt nur langsam zu, da
hochwertige digitale Geräte oftmals sehr teuer und mit einem hohen finanziellen Eigenanteil
verbunden sind.
Abb. 60: links: IdO-Hörgerät; rechts: HdO-Hörgerät
Prognose: Zukünftig benutzen Patienten nur noch digitale Hörgeräte aufgrund ihrer enormen
Vorteile gegenüber den Analoggeräten. Außerdem findet eine stetige Verbesserung der
Hörgerätetechnologie statt, so dass z.B. Mikrofone ohne Eigenrauschen gebaut werden
können. Zudem werden neue Vernetzungsmöglichkeiten von audiologischen Geräten mit
Hörgeräten geschaffen.
Der Höhepunkt in der Entwicklung von Hörgeräten wird die künstliche Wiederherstellung des
Originalhöreindrucks sein, der u.a. mit fähigeren Softwarealgorithmen realisiert werden kann.
2.1.11 Brillen – Augengläser
Das Auge ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Schon frühzeitig versuchte
der Mensch Fehlsichtigkeiten und das nachlassende Sehvermögen im Alter auszugleichen.
Die Brille gehört dabei zu den großen Entdeckungen des Mittelalters und ist seit ihrer
71
Erfindung das wohl am häufigsten benutzte optische Instrument. Dennoch ist das Verhältnis
des Menschen zur Brille von jeher recht zwiespältig. Einerseits geliebt und vergöttert, macht
sie andererseits auf einen Mangel aufmerksam, den man nur ungern zu erkennen gibt. So wird
die Brille zum Symbol für Weisheit und Klugheit, Eitelkeit und Dummheit sowie zum
Statussymbol und unerlässlichen Modeattribut.
Die moderne Brille ist zu einen Teil unseres heutigen Alltags geworden und gerade aufgrund
ihrer selbstverständlichen Verfügbarkeit für jeden Menschen, ist ihre lange Geschichte
weitestgehend in Vergessenheit geraten. Denn was uns heute manchmal als lästig erscheint
und mittlerweile durch Kontaktlinsen oder auch Laseroperationen ersetzt wird, war ein großer
kultureller Fortschritt, der insbesondere in der Anfangszeit erheblicher handwerklicher
Fähigkeiten in der Herstellung bedurfte. Letztendlich ist die Erfindung der Brille ein Segen
für die gesamte Menschheit.
Meilensteine in der Entwicklung von Brillen
Um 1000 nach Christus veröffentlichte der arabische Mathematiker und Astronom Ibn el
Heitam sein Werk „Schatz der Optik“. Dort beschrieb er unter anderem die vergrößernde
Wirkung von gläsernen Kugelsegmenten. Etwa 240 Jahre später übersetzte Erazam Golek
Vitello den „Schatz der Optik“ ins Lateinische, woraufhin sich das Werk schnell in den
Klöstern und bei weltlichen Gelehrten verbreitete. So begannen Mönche des
Franziskanerordens mit der praktischen Umsetzung der von Heitam beschriebenen Glaskugel.
Sie fertigten erste Lesesteine aus Quarz, Bergkristall oder Beryll 43 an.
Der Lesestein ist eine halbkugelförmige, konvexe Linse mit einer glatten Grundfläche, die auf
ein Schriftstück zur zeilenweisen Vergrößerung der Buchstaben gelegt werden kann.
Abb. 61: Nachbildung eines Lesesteins aus Beryll
In den nachfolgenden Jahrhunderten kam es immer wieder zu zahlreichen Neuerungen auf
dem Gebiet der Brillenentwicklung. So veränderte sich im 13. Jahrhundert die Herstellung
der Lesesteine. Sie wurden kleiner und flacher um sie näher an das menschliche Auge bringen
zu können, wodurch ein größeres Gesichtsfeld entstand. Später kam man dann auf die Idee,
zwei Linsen zur besseren Handhabung zu nutzen und sie zu ihrem eigenen Schutz jeweils mit
einer Fassung zu versehen, die durch einen Niet gelenkartig miteinander verbunden wurden.
Diese Konstruktion erhielt den Namen "Nietbrille“. Nietbrillen bestanden entweder aus
Metall, Holz oder Tierhorn und besaßen noch keinerlei Befestigungen für den Kopf, so dass
43
Halbedelstein, von dem aus ihm geschliffenen Linsen sich unser heutiges Wort „Brille“ ableitet.
72
sie zur Benutzung einfach vor die Augen gehalten werden mussten. Anklang fand die
Nietbrille hauptsächlich bei Gelehrten, Philosophen und Ärzten.
In diesem Jahrhundert gab es aber noch viele weitere Entdeckungen. So fand beispielsweise
der Franziskanermönch Roger Bacon aus dem englischen Oxford um 1267 bei
Forschungsarbeiten mit Linsen heraus, dass sich mit besonders geschliffenem weißem Glas 44
kleine Buchstaben sehr gut vergrößern lassen. Des Weiteren tauchten um 1300 die ersten
Brillen für weitsichtige Menschen in Europa auf; vermutlich wurden sie 1280 in einem
Kloster in Oberitalien erfunden.
Abb. 62: Nachbildung einer Nietbrille um 1350
Im 14. Jahrhundert begann man mit der Herstellung von Brillenrahmen aus Metall, Holz,
Leder, Knochen und Tierhorn, die die beiden eingefassten Linsen durch einen Bügel
miteinander verbunden. Diese neue Brillenart – die „Bügelbrille“ – zeichnete sich durch eine
verbesserte Stabilität aus. Die geschickte Weiterentwicklung der Bügelbrille zur
Schlitzbügelbrille (Anbringung eines eingeschlitzten Lederstückes am Bügel selbst)
ermöglichte es, sie auf die Nasenwurzel zu setzen, wodurch der Lesende beide Hände für
andere Aktivitäten frei zur Verfügung hatte. Zusätzlich sicherte man sie durch eine um den
Hals befestigte Kette vor dem Herunterfallen. Aber auch die Weiterentwicklung des
Lesesteins wurde unermüdlich vorangetrieben. Mit der Einfassung von kleinen und flachen
Linsen in einen Rahmen mit Stiel zum Festhalten entstanden so die ersten Monokel.
44
Weißes Glas wurde zur damaligen Zeit in den Glashütten von Murano (venezianische Insel) hergestellt. Daher
gilt Murano auch als Geburtsort der Brille.
73
Abb. 63: Schlitzbügelbrille
Bisher war es nur möglich bikonvexe Sehhilfen zur Kompensation der Alterssichtigkeit
herzustellen. Dies sollte sich jedoch im 15. Jahrhundert ändern. Von nun an konnten zwei
Arten korrigierender Gläser fabriziert werden, nämlich bikonvexe Sammellinsen und
bikonkave Zerstreuungslinsen. Außerdem griff man bei der Produktion von Brillengläsern
jetzt auf nur noch weißes Kristallglas zurück.
In dieser Zeit entstand auch eine neue Brillenart, die „Mützenbrille“. Sie war eine einfache
metallische Konstruktion, deren die Brillengläser an einer Mütze befestigt wurden und somit
von oben herab über den Augen hing. Ihr großer Vorteil war, dass sie nicht Herunterfallen
konnte und auch keine Bügelabdrücke auf der Nase hinterließ. Die Mützenbrille oder auch
Stirnfortsatzbrille genannt, fand bis in das 18. Jahrhundert Einsatz und wurde meist von
Menschen höherer Stände getragen, die den Hut zur Begrüßung nicht ständig lupfen mussten,
da diese Brille dabei störend gewesen wäre.
Abb. 64: Mützenbrille
Wie schon in den Jahrhunderten zuvor entstanden auch im 16. Jahrhundert viele neuartige
Brillentypen. So war es üblich, Monokel ohne Stiel zum Festhalten zwischen Wange und
Oberlied einzuklemmen, damit die Hände für andere Sachen frei waren. Eine weitere
Entwicklung in diesem Jahrhundert war die „Stirnreifenbrille“. Sie bestand aus einem um die
Stirn gelegten Metallreifen, von dem die Gläser herabhingen.
74
Die Verbesserung der Nietbrille führte zu einer neuen Brillenart, der „Gelenkbrille“. Dort
ersetzte ein Scharniergelenk die starre Verbindung zwischen den bisherigen
Brillengläsereinfassungen.
Abb. 65: Stirnreifenbrille
Beim, Zwicker einer anderen Neuerung des 16. Jahrhunderts, wurden anfänglich beide
Glaseinfassungen mit einem Federbügel aus Eisen oder Kupfer verbunden. Um Druckstellen
auf der Nase zu minimieren, versah man die Glaseinfassungen später mit einem leicht
austauschbaren Lederpolster. Der Zwicker kam bis in das 19. Jahrhundert zum Einsatz.
Abb. 66: Zwicker um 1900
Gegen Ende des dieses Jahrhunderts wurden Brillen mittels eines Fadens an den Ohren
befestigt – „die Fadenbrille“. Wahrscheinlich hat die Fadenbrille ihren Ursprung in Spanien
und gelang von dort aus nach Asien, wo sie teilweise auch heute noch verwendet wird.
Im 17. Jahrhundert sollte die „Nürnberger Drahtbrille“ zum erfolgreichsten Brillenmodell
der damaligen Zeit werden. Sie bestand aus einer einfachen Drahteinfassung ohne Bügel, in
der die Gläser eingesetzt waren. Die Nürnberger Drahtbrille verkaufte sich bis ins 19.
Jahrhundert erfolgreich als Massenprodukt.
75
Abb. 67: Nürnberger Drahtbrille des 18. Jahrhunderts
Der Pariser Optiker Thomin fertigte 1746 erstmals ein Brillengestell mit zwei seitlich
angebrachten Bügeln zur Fixierung der Brille über den Ohren, an. Diese Brille bekam den
Namen „Schläfenbrille“.
Abb. 68: Schläfenbrille des 18./19. Jahrhunderts
Einige Jahre später, etwa 1752 kam ein Londoner Optiker auf die Idee die Seitenbügel der
Schläfenbrille zu verlängern und sie mit einem Gelenk auszustatten, so dass die Brille hinter
den Ohren fixiert werden konnte. Die sogenannte „Ohrenbrille“ verbesserte durch die neue
Bügelkonstruktion ihren Halt erheblich, konnte sich aber nicht sofort durchsetzen, da die
Nürnberger Drahtbrille den Markt in Deutschland eine lange Zeit beherrschte.
76
Abb. 69: Ohrenbrille um 1800
Im Jahr 1784 fertigte Benjamin Franklin die erste Zweistärkenbrille. Sie bestand aus zwei
halben Linsen unterschiedlicher Stärke, wodurch es dem Träger möglicht wurde, sowohl nahe
als auch entfernte Gegenstände mit nur einer einzigen Brille zu erkennen.
Das „Lorgnon“ hielt im 18. Jahrhundert (genaue Daten sind nicht bekannt) Einzug in den
deutschsprachigen Raum und erreichte Anfang des 19. Jahrhunderts Frankreich. Seinen
Ursprung fand es als umgekehrt gehaltene Nietbrille. Eine wesentliche technische Erneuerung
stellte das zusammenklappbare Lorgnon dar, das bei Bedarf mittels einer Feder geöffnet
werden konnte.
Abb. 70: Lorgnon
Mit der Gründung der Brillenmanufaktur im Jahr 1801 im brandenburgischen Rathenow
durch J. H. A. Duncker, entwickelte sich Rathenow bis in die Hälfte des 20. Jahrhunderts zu
der führenden deutschen Produktionsstätte für Brillen.
1825 ließ sich der französische Arzt Joseph Bressyein eine neue Brillenform patentieren, den
„Klemmer“. Dabei handelte es sich um eine Fassung mit stählerner Feder, die in horizontaler
Ebene wirkte. Erst 15 Jahre nach seiner Erfindung fand er von Frankreich und England aus
eine zunehmende Verbreitung.
77
Zwei Jahre später, 1827, gelang Hawkins die Herstellung von Zweistärkenbrillen /
Bifokalgläser aus nur einem einzigen Stück Glas.
Moussier und Boulland entwickelten eine Form des Mehrstärkenglases im Jahre 1852, das in
ähnlicher Art und Weise bis zum heutigen Tag zur Herstellung von Mehrstärkengläser
angewandt wird. Dabei kitteten sie eine kleine Zusatzlinse aus fertigem Brillenglas auf die
eigentliche Brille.
Erfindung des Nasenhalters durch der Pariser Optiker Poulot um 1857.
Zur Standardisierung der Einheit für die Brechkraft optischer Linsen wurde 1875 der Begriff
„Dioptrie“ eingeführt. Er definiert die Brechkraft einer Linse, deren Brennweiter einen Meter
beträgt.
Adolf E. Fick erfindet 1877 die erste Kontaktlinse.
1883 legte der Reichskanzler Otto von Bismarck mit der Einführung der Sozialgesetze auch
den Grundstein für die ersten „Kassenbrillen“.
Im 20. Jahrhundert konnte durch die Herstellung neuer Werkstoffe die Qualität der Brillen
weiter gesteigert werden. Deutschland war zu Beginn des Jahrhunderts weltweit das
bedeutendste Produktionsland für Brillen. In den 20er Jahren erhielt die Brille ihr
gegenwärtiges Aussehen und ihr anatomisches Design. Die Brillenhersteller „Zeiss und
Busch“ sowie „Nitsche und Günther“ hatten dabei großen Einfluss, unter anderem durch die
Entwicklung neuer Brillen und innovativer Fassungen. In den 40er Jahren revolutionierten
Kunststoffe die Fassungsindustrie und Kunststoffgläser minimierten das Brillengewicht. In
den 80er Jahren hielt das Leichtmetall Titan Einzug in die Brillenindustrie, so dass Brillen
unter 15 Gramm keine Seltenheit mehr waren. Die Gründung der ersten FielmannNiederlassung in Cuxhaven fand 1972 statt. Günther Fielmann löste als Erster das zeitlose
hässliche Einheitsmuster der Kassenbrillen durch modische Vielfalt ab. Aber auch die
Weiterentwicklung der Kontaktlinsen wurde ständig vorangetrieben.
Heute: Durch die Verwendung von Leichtmetallen können Brillenrahmen immer
unauffälliger und dezenter gestaltet werden, so dass sie teilweise ganz verschwinden.
Außerdem ermöglichen moderne Kunststoffgläser eine Herstellung von sehr leichten Gläsern,
unabhängig von deren Stärke. Brillen sind heutzutage weit mehr als nur Instrumente zur
Verbesserung der Sehkraft. Für einige Menschen sind sie zusätzlich Modeartikel, andere
wiederum bevorzugen eher unsichtbare Kontaktlinsen zur Sehkraftverbesserung. Es kommen
aber auch Brillen, die im eigentlichen Sinne gar keine Sehhilfen mehr sind zum Einsatz.
Darunter fallen 3D Brillen, die für verschiedenste Computeranwendungen gebraucht werden,
wie z.B. Virtual Reality-Spiele, 3D Simulationen oder Augmented Reality.
Abb. 71: moderne Brille von heute
78
Prognose: Zukünftig wird die Entwicklung von Brillengläsern mit hoher Brechzahl bei einer
möglichst geringen Dispersion (Streuung) mit gleichzeitiger Gewährleistung einer guten
Härte und einer chemischen Beständigkeit forciert. Außerdem werden Brillen viel mehr
Funktionen als nur die reine Sehkraftverstärkung aufweisen. Sie dienen dann unter anderem
als moderne Ein- und Ausgabeschnittstellen mit Eye-Tracking zur Steuerung von am Körper
getragenen Geräten oder Geräten in näherer Umgebung (Smart Home, Smart Car etc.).
2.1.12 Prothesen
„Eine Prothese (griechisch: protithenai - voransetzen) bezeichnet in der Medizin den Ersatz
von Gliedmaßen, Organen oder Organteilen durch künstlich geschaffene, funktionell ähnliche
Produkte.
Befindet sich die Prothese außerhalb des Körpers, spricht man von einer Exoprothese (wie
z. B. bei künstlichen Gliedmaßen, Arm-, Bein-, oder Handprothese), andernfalls von einer
Endoprothese oder einem Implantat. Künstliche Hüftgelenke sind beispielsweise klassische
Endoprothesen, gelten aber auch als ein Implantat. Das Besondere an diesem Implantattyp ist,
dass es ein geschlossenes Implantat ist und vollständig von Körpergewebe umgeben ist (daher
auch die Bezeichnung "Endo-). Es gibt auch Prothesen, die sind zu einem Teil im
Körpergewebe und ragen zu einem anderen Teile aus dem Körpergewebe heraus, die
sogenannten offenen Implantate. Bekanntestes Beispiel ist das Zahnimplantat. Daneben gibt
es offene Implantate, auf denen keine herausnehmbaren oder festsitzenden künstlichen Zähne
gesetzt werden, sondern Ohrmuschelimitationen, wenn das Implantat im Ohrbereich im
Schädelknochen steckt. Das gleiche gilt für Implantate, die im Gesichtsschädel stecken und an
denen zum Beispiel Nasen- oder Augen-Prothesen, Epithesen, befestigt sind.
Während mit den ersten Prothesen kaum Funktionen des ursprünglichen Organs oder
Körperteils hinreichend ersetzt wurden (man denke an Glasaugen), ermöglichen heute
mikroprozessorgesteuerte Arm- oder Bein-Prothesen komplexere Bewegungen und sportliche
Betätigung. Meist besteht die Außenhaut heutiger Prothesen aus Silikon, welches robuster ist
und der Haut mehr ähnelt als andere Stoffe wie Holz oder Leder-Stahlprothesen. Bei
Beinprothesen wird auch häufig eine Kosmetik aus in Form des Körperteils geschliffenem
Schaumstoff mit übergezogenem Kosmetikstrumpf verwendet.
Derzeit wird daran geforscht, mittels „tissue engineering“
wie zum Beispiel Herzklappen zu züchten.“ 46
45
aus eigenem Gewebe Ersatzteile
Meilensteine in der Entwicklung der Prothesen
Erste schriftliche Überlieferungen von einer künstlichen Gliedmaße durch Herodotus aus dem
Jahre 500 v. Chr. berichteten von einem Gefangenen, der seinen abgeschnittenen Fuß durch
ein hölzernes Gegenstück ersetzte.
45
Die Methode des Tissue Engineering - Gewebezüchtung - in Bezug auf die regenerative Medizin beruht
darauf, lebende Zellen eines Organismus außerhalb des Zielgewebes zu kultivieren, um diese dann in den meist
selben Organismus zu implantieren und so eine Gewebefunktion zu erhalten oder wiederherzustellen.
46
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Prothese
79
Der Ritter Götz von Berlichingen ließ sich um 1504 eine Prothese für seine im Krieg
verlorene Hand anfertigen. Die Steuerung und Fixierung der Finger erfolgte bei Knopfdruck
über verschiedene integrierte Zahnräder.
Abb. 72: die Hand des Götz von Berlichingen
Eine sehr einfache Art der Prothese nutzte 1517 der Pirat Barbarossa Horuk. Er ersetzte seine
verlorene Hand durch einen einfachen Eisenhaken, der selbst nicht bewegt werden konnte.
1529 führte der französische Chirurg Ambroise Parè die Amputation als lebensrettende
Maßnahme in der Medizin ein. Dadurch beschäftigten sich von nun an immer mehr Forscher
und Mediziner mit der professionellen Herstellung von künstlichen Gliedmaßen (Arme,
Hände, Beine und Füße) und trieben somit die Entwicklung der Prothetik entscheidend voran.
Abb. 73: Beinprothese nach Parè
80
Der holländische Chirurg Pieter Andriannszoon Verduyn konstruierte 1696 die erste „nonlocking“ Wadenbeinprothese.
Abb. 74: Verduyns Wadenbeinprothese
Eine der bekanntesten Prothesen aus dem 19. Jahrhundert war die um 1800 vom Londoner
James Pott erschaffene Beinprothese mit dem Namen „Anglesey Leg“. Sie bestand aus einem
hölzernen Schaft sowie einer hölzernen Einfassung, einer Stahlknieverbindung und einem
beweglichen Fuß, der mittels Sehnen zwischen Knie und Fußgelenk gesteuert werden konnte.
Abb. 75: „Anglesey Leg“
81
Bisher waren fast nur starre Hand- und Armprothesen verbreitet, die immer mit der gesunden
Hand bewegt werden mussten. Dies änderte sich jedoch mit der Idee von Peter Baliff. Er
baute im Jahr 1812 die erste willkürlich bewegbare Handprothese, die durch die noch
verbleibende Muskelkraft des Armstumpfes nach einer Amputation gesteuert werden konnte.
Finger wurden über gespannte Seilzüge, Riemen und einer starken Feder durch kräftige
Ellenbogen- und Schulterbewegungen bewegt. Diese Technik war für den Prothesenträger
jedoch sehr kompliziert und anstrengend.
Im Jahr 1856 verbesserte A. A. Marks das „Anglesey Leg“ und gab seiner Variante den
Namen „American Leg“. Seine Prothese ermöglichte eine willkürliche Bewegung einzelner
Prothesenelemente, wie dem Knie, dem Knöchel und den Zehen.
1890 setzte Themistokles Glück in Berlin die ersten künstlichen Kniegelenke ein
(Endoprothetik). Die Prothese bestand aus den zwei Komponenten Elfenbein und Nickelstahl.
Die englischen Geschwister Marcel und Charles Desoutter konstruierten um 1912 die erste
Aluminiumprothese. Außerdem entwickelten sie u.a. eine direkte Kontrolle des Knies sowie
die Kniebremse.
Ferdinand Sauerbruch revolutionierte 1916 durch die Nutzung der Kraft der
Bizepsmuskulatur die Prothesentechnik. Er legte durch den Oberarmmuskel des Patienten
einen kleinen Hauttunnel, durch den ein Elfenbeinstift als Überträger der Bewegung des
Oberarmmuskels an die Prothese geschoben wurde. Durch Anspannung des Muskels, hob sich
der Stift an und löste Finger- und Handbewegungen aus.
Abb. 76: Sauerbruch-Armprothese
Etwa Mitte des 20. Jahrhunderts 1943 entwickelte Austin Moore die nach ihm benannte
Hüftkopfprothese mit gefenstertem Schaft. Hierbei wurde jedoch nur der Hüftkopf ersetzt,
82
was dazu führte, dass die Prothese langsam durch den Beckenknochen hindurch penetrierte.
Deshalb musste eine neue Prothesentechnik erfunden werden, bei der sowohl der Hüftkopf als
auch die Hüftpfanne ersetzt werden.
Abb. 77: Aufbau einer künstlichen Hüftprothese
Der hohe Materialverschleiß bei Prothesen führte zum Einsatz ständig neuer Materialen. So
verwendeten 1946 die Gebrüder Judet für den Hüftkopf einer Hüftprothese beispielsweise
Plexiglas. Doch das Plexiglas stellte sich als ungünstiges Material für Prothesen heraus und
wurde deshalb in Folge aufgegeben.
Zwei Jahre darauf, 1948, wurden die ersten Fremdkraftprothesen 47 mit Elektromotoren oder
Gasdrucksystemen entwickelt. Bei den Elektromotorsystemen bewegten Elektromotoren
einzelne Finger und ermöglichten einen einfachen Zangengriff. Eine der bekanntesten
Prothesen mit Gasdruck war die des Heidelberger Ingenieurs Otto Häfner und arbeitete mit
Kohlendioxid. Ihr großer Vorteil war der feste Zangengriff. Als nachteilig stellte sich die
ständige Bereitstellung einer Gasdruckflasche heraus, durch diese die Nutzungsdauer der
Prothese stark eingeschränkt wurde.
47
Fremdkraftprothesen nutzen die elektronischen Potentiale der verbliebenden Muskulatur des Stumpfes.
83
Abb. 78: Fremdkraftprothese
Die Implantation der ersten brauchbaren Hüfttotalprothese durch G. K. McKee erfolgte im
Jahr 1951. Anfangs bestand sie aus rostfreiem Stahl, später aus einer Chrom-KobaltLegierung. Die künstliche Gelenkpfanne wurde mit einem Metallstiftchen im Beckenknochen
verankert
1956 meldete van Steenbrugghe das erste Patent für eine funktionserhaltende
Bandscheibenprothese an. Darauffolgende Bandscheibenprothesen bestanden aus Materialen
wie Stahl, Silikon oder Polyurethan. Diese Behandlungsmethoden wurden jedoch aufgrund
mäßiger Ergebnisse schon bald wieder eingestellt. Noch im selben Jahr konstruierten Forscher
der Universität von Kalifornien den SACH-Fuß, ein prothetischer Fuß ohne Gelenk.
Abb. 79: Sach-Fuß; Version für Damen
Sir John Charnley entwickelte 1959 die Urform aller modernen Hüftprothesen mit einem
Hüftkopf aus Metall und einer Gelenkpfanne aus Teflon. Wegen der unpassenden
Eigenschaften von Teflon wurde es allerdings bald durch Polyethylen ersetzt. Diese Art der
Technologie hat sich bis heute durchgesetzt.
Heute: Sämtliche Prothesen werden individuell angepasst, um eine optimale
Kraftübertragung vom Gewebe zur Prothese zu ermöglichen. Auch der Gebrauch von
mikroprozessorgesteuerten Prothesen für spezielle Anwendungen, wie zum Beispiel bei
sportlichen Aktivitäten ist heutzutage üblich. Die Prothesen bestehen aus Silikon, Metall
(Stahl- und Titanlegierungen), Kunststoff und Keramik. Des Weiteren kommen immer
84
häufiger neuartige Prothesen zum Einsatz, bei denen Luft oder eine Flüssigkeit die schweren
Elektromotoren ersetzt.
Prognose: Die Funktionalität einer Prothese wird der Funktionalität einer gesunden
Gliedmaße gleichen. Es werden Prothesen entwickelt, die das Fühlen (Haptik) wieder
ermöglichen und/oder unsere Sinne erweitern, wie zum Beispiel Hörprothesen, die die
menschliche Lautstärkewahrnehmung in großem Maße verstärken. Zukünftige Forschungen
und Schöpfungen im Bereich der Medizin könnten sogar so weit führen, dass verlorene
Gliedmaßen komplett regeneriert werden und somit Prothesen überflüssig machen.
2.2. Zum Stand der Technik
Auf Grundlage moderner Forschungen und Entwicklungen auf dem Gebiet der medizinischen
Wearable-Technologie wurden bereits zahlreiche Produkte entwickelt. In diesem Abschnitt
werden nun einige dieser Produkte näher vorgestellt und erläutert.
2.2.1 SensaTex Smart Shirt
Einleitung
Das Smart Shirt Projekt, finanziert von der U.S. Navy, startete 1996 an der “School of Textile
and Fiber Engineering“ am Georgia Institute of Technology (Atlanta/Georgia). Ziel dieses
Projektes war die Entwicklung eines intelligenten Kleidungsstücks, das Soldaten bei einem
Militäreinsatz per Satellitennetzwerk exakt lokalisieren sowie deren Gesundheitszustand
bestimmen kann. Zur Umsetzung dieser Idee mussten neben den herkömmlichen Materialen,
wie Baumwolle und Polyester, Glasfaserfäden und andere elektrischen Leiter sowie
verkleinerte Computerchips und Sensoren in Kleidungsstücke integriert werden. Schon nach
kurzer Zeit erkannten auch zivile Unternehmen die enormen Vorteile dieser neuartigen
Technik und begannen sich schnell dafür zu interessieren. Sie sahen im Smart Shirt ein
Monitoring-System, dass beispielsweise Kleinkinder vor dem plötzlichen Kindstod schützen
sollte oder gesundheitsgefährdete Menschen in lebensbedrohlichen Situationen.
Die SensaTex Incorporation 48 ist ein Textilunternehmen, das auf die Entwicklung von Smart
Shirt Systemen ausgerichtet ist. Ihr erstes kommerzielles Produkt ist das SensaTex Smart
Shirt.
48
http://www.sensatex.com/
85
Abb. 80: erster Prototyp eines Smart Shits
Aufbau
Das Smart Shirt besteht heute je nach Einsatzgebiet aus verschiedensten und voneinander
unabhängigen Komponenten, die zum Teil denen eines Computer-Motherboards ähneln. Das
ist auch der Grund dafür, dass der Erfinder des Smart Shirts sein Kleidungsstück „Gerogia
Tech Wearable Motherboard“ nannte. Aus kommerziellen Vermarktungsgründen entschied
man sich jedoch nur für den Namen „Smart Shirt“.
Mögliche Komponenten des Smart Shirts sind:

das textile Grundgerüst,

ein Mikrofon,

verschiedene Sensoren (z.B. für Temperaturmessung und Herzschlaganalyse),

ein Datenbus (elektrisch leitende Fasern),

optische Fasern und

ein Multifunktionsprozessor für die Datenverarbeitung/-übertragung (WLAN,
Bluetooth).
86
Abb. 81: Aufbau und Grundkomponenten eines Smart Shirts
Funktionsweise
Das SensaTex Smart Shirt kann jederzeit wie gewöhnliche Alltagskleidung getragen werden.
Eingebettete Sensoren überwachen dabei die Herzrate, die Atmung und andere
Vitalfunktionen des Trägers. Die dadurch gesammelten Daten werden kontinuierlich via
Satellit oder Mobilfunk vom Multifunktionsprozessor des Smart Shirts zum SensaTex Health
Center übertragen, in welchem eine ständige Überwachung und Analyse der eingehenden
Daten stattfindet. Beim Auffinden von gesundheitsgefährdeten Auffälligkeiten wird sofort ein
medizinischer Notfalldienst alarmiert. Die Rettungssanitäter, die vom Health Center sowohl
das Krankheitsbild als auch den Standort des Patienten erhalten, wissen dadurch schon vor
ihrem Eintreffen beim Patienten über dessen körperliche Verfassung bescheid und können
dementsprechend medizinische Hilfemaßnahmen einleiten.
Außerdem werden alle aufgezeichneten Vitalfunktionsdaten der Träger eines Smart Shirts auf
einer sicheren Internetseite abgelegt, so dass sich jeder Träger dort jederzeit und überall
einloggen kann, um den Verlauf seiner Vitalfunktionen zu verfolgen.
Anwendungsbereiche
Im Gegensatz zu vielen anderen Hilfsmitteln aus dem Bereich des Wearable Computing,
zeichnet sich das SensaTex Smart Shirt durch sein unauffälliges Aussehen ohne zusätzlich
angebrachte umständliche Apparaturen aus. Das ermöglicht jedem Träger eine
selbstverständliche Bewegungsfreiheit und einen uneingeschränkten Handlungsspielraum.
Zusätzlich kann es wie jedes andere Kleidungsstück auch gewaschen werden. Gerade
aufgrund dieser überaus vorteilhaften Eigenschaften findet das Smart Shirt in vielen
Bereichen Anwendung, wie zum Beispiel:
87

im Gesundheits- und Pflegebereich (Überwachung der Vitalfunktionen bei Kranken,
Kindern und Schwangeren),

beim Sport (Überwachung der Körperfunktionen, Optimierung des Trainings),

bei Militär und Polizei (Überwachung der Vitalfunktionen, Meldung über
Verletzungen etc.) und

bei Feuerwehreinsätzen (Giftstoffalarm durch Sensoren, Ortung etc.).
2.2.2 Bluetooth - EKG-T-Shirt
Einleitung
Das EKG-T-Shirt ist eine gemeinschaftliche Entwicklung der Firmen Vitaphone GmbH,
GEO-VIEW und FALKE AKG. Bei diesem Produkt handelt es sich um eine ShirtMobiltelefon-Kombination, das Freizeit- und Profisportlern sowie kranken Menschen ein
gezieltes Herz-Kreislauf-Monitoring unter ärztlicher Aufsicht ermöglicht. Zudem sind die mit
dem EKG-T-Shirt erhobenen Daten wesentlich aussagekräftiger als die der herkömmlichen
Pulsuhren.
Aufbau
Das EKG-T-Shirt setzt sich aus 2 Grundkomponenten mit je einer Bluetooth-Schnittstelle
zusammen. Die Grundkomponenten sind das FALKE EKG-T-Shirt und das GPSMobiltelefon „Vitaphone 1300“.
„Das Vitaphone 1300 unterscheidet sich von herkömmlichen Mobiltelefonen nur durch die
Notfall- bzw. Service-Taste. Ansonsten sieht man dem Gerät sein High-Tech Potential nicht
an. Bluetooth, GPS, 2 MB Memory und ein sehr leistungsfähiger Akku sind nur ein paar
Merkmale des hochwertigen Innenlebens dieses Mobiltelefons.
Das EKG-T-Shirt wurde in enger Kooperation mit der Falke KG, - die seit Jahren erfolgreich
mit hochwertiger, funktioneller Sportunterwäsche auf dem Markt ist - , entwickelt und baut
auf den technologischen Entwicklungen der Vitaphone GmbH auf. Das Gerät, ausgestattet mit
einer High-Tech-Folie, misst die Herzfrequenz mit Hilfe von zwei Sensoren über die das
EKG abgeleitet wird. Lästige Kabel und Klebeelektroden sind nicht erforderlich. In
Verbindung mit einer atmungsaktiven Faser bietet das EKG-Shirt dem Anwender höchsten
Tragekomfort. Das Shirt ist atmungsaktiv und garantiert eine schnelle Rücktrocknung bei
Belastungen. Das eingearbeitete EKG-Modul kann zum Waschen einfach entfernt werden.“ 49
49
Quelle: http://www.presseportal.de/story.htx?nr=523675&firmaid=28852
88
Abb. 82: EKG-Modul
Funktionsweise
Während der Nutzung des EKG-T-Shirts wird über das EKG-Modul ein Ein-Kanal-EKG
erhoben. Die dadurch aufgezeichneten EKG-Daten werden unmittelbar per Funk über eine
Bluetooth-Verbindung zum „Vitaphone 1300“ übertragen. Dort können die Daten entweder
gespeichert oder sofort automatisch an das medizinische Service Center zur Auswertung
weitergeleitet werden. Umgekehrt kann auch das Service Center automatisch die neusten
EKG-Daten innerhalb individuell vereinbarter Zeitpunkte zur Auswertung abrufen.
Zusätzlich dazu kann ebenfalls durch manuelles Drücken der Notfall- oder Servicetaste am
Mobiltelefon eine sekundenschnelle Verbindung zum medizinischen Service Center
aufgebaut werden. Das Service Center ist nun in der Lage, den Mobiltelefonbenutzer mit
einem Geoinformationssystem bis auf 15 Meter genau in ganz Europa zu orten und die Daten
im Notfall an jede Rettungsleitstelle weiterzuleiten. Wertvolle und eventuell
überlebenswichtige Zeit für die Rettung eines Verunglückten wird somit gewonnen.
89
Abb. 83: Kommunikationsablauf
Anwendungsbereiche
Mit Hilfe des EKG-T-Shirts ist jeder Sportler in der Lage sein Training individuell an die
eigene körperliche Leistungsfähigkeit anzupassen. Dadurch wird die Belastungsgrenze
frühzeitiger erkannt und deren Überschreitung vermieden. Aber auch im Bereich der
Telemedizin zur medizinischen Überwachung des Herzkreislaufsystems ist das Bluetooth –
EKG-T-Shirt einsetzbar.
Durch die Direktverbindung des GPS-Mobiltelefons zum Vitaphone Service Center kann das
Mobiltelefon neben seiner ursprünglichen Funktion auch für weitere Dienstleistungen benutzt
werden. Denn aufgrund der genauen Positionsdaten kann der Mobiltelefonnutzer beim
Service Center zahlreiche ortsbezogene Informationen abrufen. Ob Hotel, Tankstellen oder
die nächstgelegene Apotheke, der Nutzer erhält rund um die Uhr fachkundige Informationen.
2.2.3 LifeVest Wearable Defibrillator
Einleitung
Der LifeVest Wearable Cardioverter-Defibrillator, eine Entwicklung der LIFECOR
Incorporation 50, ist eine neue Behandlungsmöglichkeit um herzkranke Patienten vor einem
plötzlichen Herzstillstand zu schützen. Durch eine regelmäßige Überwachung der
Herztätigkeit wird ihnen ein ständiger Schutz zuteil, der auch eine verbesserte Lebensqualität
für den Patienten bedeutet.
50
http://www.lifecor.com/
90
Der LifeVest-Defibrillator wird nicht wie ein ICD in den Körper implantiert, sondern
außerhalb des Körpers getragen. Mit Hilfe spezieller Elektroden kontrolliert dieses Gerät
permanent das Herz des Patienten, um lebensbedrohende anomale Herzrhythmen zu
erkennen.
Aufbau
Die zwei Hauptbestandteile der LifeVest sind ein Kleidungsstück und ein Monitor. Das
Kleidungsstück enthält integrierte Elektroden, um das Elektrokardiogramm des Patienten
aufzunehmen und wird unter der normalen Alltagskleidung angelegt. Der Monitor, der zur
Analyse des EKGs dient, kann um die Taille oder über die Schulter geschnallt werden.
Abb. 84: Komponenten der LifeVest
Funktionsweise
Der Monitor überwacht das durch die Elektroden aufgenommene EKG des Patienten. Wenn
er bei einem Patienten einen zu schnellen (ventricular tachycardia) oder einen schnelleren und
unregelmäßigen Herzschlag (ventricular fibrillation) feststellt, löst das Gerät eine akustische
Warnung in Form eines Pieptons aus. Mit diesem Alarm zeigt die LifeVest eine
bevorstehende Elektroschocktherapie gegen den abnormalen Herzrhythmus an. Der Patient
muss nun innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitintervalls auf die Warnung reagieren, indem
er zwei Knöpfe drückt. Dadurch wird die Behandlung abgebrochen, weil eine Defibrillation
nur bei Verlust des Bewusstseins notwendig ist. Falls der Patient jedoch nicht auf das Piepen
reagiert, warnt das System per Sprachausgabe den Patienten und alle umstehenden Personen
erneut vor einem elektrischen Schock. Wenn die arrhythmischen Herztätigkeiten und die
Bewusstlosigkeit des Patienten jetzt immer noch andauern, wird ein leitfähiges Gel durch
Elektroden auf die Haut abgesondert, um sie für den Elektroschock vorzubereiten. Nach einer
erfolgreichen Defibrillation, wenn der Herzschlag des Patienten wieder normal ist, stoppt der
Alarm und das System kehrt in den Überwachungsmodus zurück. Die LifeVest kann bis zu
fünf Behandlungsstromstöße liefern.
91
Um die aufgezeichneten Informationen der LifeVest dem behandelnden Arzt zukommen zu
lassen, wird das System zur Datenübertragung an eine normale Telefonleitung angeschlossen.
Die LifeVest überträgt die Daten zu einer sicheren und passwortgeschützten Datenbank
innerhalb des LifeVest-Netzwerkes. Ärzte können so jederzeit über das Internet auf das
LifeVest-Netzwerk zugreifen und Patientendaten, einschließlich EKG Aufzeichnungen,
Geräuschdaten und andere Information über das Gerät selbst erhalten.
Anwendungsbereiche
Die Wearable LifeVest dient hauptsächlich zur Behandlung von Patienten mit einem
mittelfristigen Risiko auf plötzlichen Herzstillstand. Bei lang- oder kurzfristigem Risiko
werden häufig andere Lösungen, wie der ICD oder ein einfacher Krankenhausaufenthalt
angewandt.
Die LifeVest kann zum Beispiel als eine Art Überbrückung vor der Implantation eines ICDs
oder einer Herztransplantation benutzt werden. Es wäre nämlich vorstellbar, dass Patienten
aus den verschiedensten Gründen (z.B. zusätzliche gesundheitliche Probleme, Wartelisten)
zur Zeit nicht operiert werden können, aber dennoch, dank der LifeVest, während dieser
Übergangsphase vor tödlichen Herzstörungen geschützt sind.
Potenzielle Gruppen, die aus der LifeVest Technologie einen Nutzen ziehen können sind
demnach:

Post-Myocardial-Infarkt (MI) Patienten mit Komplikationen,

Herzchirurgiepatienten mit Komplikationen,

Patienten, die auf der Wartelisten für Herztransplantationen stehen,

Patienten mit fortgeschrittenem Herzversagen,

Patienten, die einen ICD benötigen aber zur Zeit aus vielerlei Gründen nicht für
chirurgische Eingriffe zugelassen sind, oder

Patienten, die einen operativen Eingriff ablehnen und kein Implantat haben wollen.
3. Empirische Untersuchungen
Die vorliegende Untersuchung wurde als schriftliche Befragung mit standardisiertem und
strukturiertem Fragebogen konzipiert und durchgeführt. Standardisiert heißt, dass jeder
befragten Person dieselben Fragen in derselben Formulierung und in derselben Reihenfolge
gestellt werden. Durch diese Art der Erhebung ergeben sich zahlreiche Vorteile aber auch
einige Nachteile. Gründe für die Anwendung standardisierter Erhebungsmethoden sind:

Vergleichbarkeit von Antworten: Wenn alle Befragten die gleichen Fragen
beantworten müssen, dann sind ihre möglicherweise unterschiedlichen Antworten auf
die einheitlich formulierten Fragen zurückzuführen und nicht auf unterschiedlich
formulierte Fragen.
92

Geringerer Intervieweffekt: Bei der Anwendung standardisierter Formulierungen in
einem Interview hängen die Reaktionen der Befragten nicht so sehr von der
Persönlichkeit der Interviewer ab, wie bei nicht standardisierten Fragen.

Einsatzmöglichkeiten in großen Populationen: Die Erarbeitung eines strukturierten
Erhebungsinstrumentes erfordert zwar einige Mühen und Zeit, ermöglicht aber dann
den gleichartigen Einsatz bei sehr vielen Personen mit einem überschaubaren
zeitlichen Aufwand.
Nachteile standardisierter Erhebungen sind:

Bedeutungsgehalt der Frage: Eine für alle Befragte gleich formulierte Frage hat für
alle Befragten unter Umständen nicht immer den gleichen Bedeutungsinhalt.

Unveränderbarkeit während der Untersuchung: Wenn die Frage für alle gleich
sein muss, darf sie bei der Datenerhebung auch nicht mehr verändert werden, wenn
man erkennt, dass sie wesentlich besser formuliert werden könnte. Denn sonst kann
die Vergleichbarkeit nicht gewährleistet werden. Aus diesen Gründen ist gerade bei
einem standardisierten Verfahren ein ausführlicher Pretest von größter Bedeutung.

Entfremdete Interaktion: Eine standardisierte Befragung stellt immer eine soziale
Interaktionssituation dar. Ein standardisierter Fragebogen wirkt jedoch aufgrund der
Formulierungsnotwendigkeiten immer gesetzt und künstlich im Vergleich zu einem
normalen Gespräch, wie beispielsweise bei einem Interview. Damit ist also immer
eine gewisse Entfremdung zum Themenbereich verbunden.
 Eingrenzung auf Bewusstseinsoberfläche: Durch standardisierte Befragungen
können vor allem die Themenbereiche erfragt werden, die nahe der
Bewusstseinsoberfläche liegen oder mit einfachen Anreizen ins Bewusstsein gelangen.
3.1. Beschreibung der empirischen Untersuchung
3.1.1 Zielsetzung
Die Untersuchung zielt darauf ab, die Akzeptanz von neuartigen medizinischen Technologien
im Bereich des Wearable Computing aus Anwendersicht zu erfassen sowie deren Risiken und
Chancen für die Zukunft abzuschätzen. Dabei sollen spezielle Befragungen, die mittels eines
extra dafür entworfenen Fragebogens durchgeführt werden, helfen. Gegenstand der
Untersuchung ist die „Doktor Mouse“ (siehe Abschnitt 3.2.1), das Produkt eines russischen
Unternehmens.
Mit Hilfe des Fragebogens soll das Produktes „Doktor Mouse“ nach dessen Nutzung durch
Versuchspersonen bewerten werden. Aufbauend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen
sowie einer kleinen schriftlichen Einführung in die Welt der medizinischen Wearables sollen
sich die Versuchspersonen ebenfalls noch zu medizinischer Wearable-Technologie im
Allgemeinen äußern. Dies soll dem Befragenden ermöglichen weitere Erkenntnisse auf
Anwenderebene bzgl. dieser neuartigen Technik zu sammeln. Dabei dreht sich alles um die
93
folgenden Fragestellungen: Inwieweit findet die heutige medizinische Wearable-Technologie
beim Nutzer Anerkennung? Was muss getan werden bzw. welche Bedingungen müssen
medizinische Wearables erfüllen, damit sie Vertrauen und die damit verbundene Akzeptanz
beim Nutzer hervorrufen? Wo sehen Nutzer Chancen und Risiken dieser Technologie und
welche Perspektiven (z.B. evt. Veränderungen im Gesundheitssystem) ergeben sich daraus?
Zusätzlich dazu werden verschiedene Selbsttests durch den Befragenden/Untersuchenden mit
dem Produkt „Doktor Mouse“ durchgeführt und mit einer verkürzten Variante des genannten
Fragebogens dokumentiert (siehe Anhang; Abbildung 3).
3.1.2 Abgrenzung der Untersuchung
Da die Grundvorrausetzung für den Einsatz der „Doktor Mouse“ ein PC oder Laptop mit
entsprechender Schnittstelle ist und dem Befragenden/Untersuchenden kein Laptop zur
Verfügung stand, hätten sämtliche Untersuchungen und Befragungen, die sich auf die „Doktor
Mouse“ beziehen am heimischen PC durchgeführt werden müssen. Dies hätte die Anzahl der
Untersuchungen und Befragungen natürlich erheblich einschränkt. Fragen zum Produkt
„Doktor Mouse“ hätten somit auch nur von Verwandten und Freunden des
Befragenden/Untersuchenden beantwortet werden können. Um dieses Problem nun möglichst
zu umgehen, wurden die Probanden in 2 verschiedene Personengruppen unterteilt.

Gruppe 1 umfasste die Verwandten und Freunde des Befragenden. Diese Gruppe
erhielt das Gesamtpaket der Befragung, dass sich aus dem kompletten Fragebogen,
mehreren Messungen mit der „Doktor Mouse“ sowie einer kleinen textuellen
Einführung zum Thema „medizinische Wearables“ zusammensetzte (siehe Anhang;
Abbildung 4).

Gruppe 2 beinhaltete alle übrigen Teilnehmer der Befragung, bei denen
Messversuche mit der „Doktor Mouse“ nicht möglich waren. Sie bekamen deswegen
neben einem abgespeckten Gesamtpaket eine zusätzliche Einführung zum Produkt
„Doktor Mouse“, mit der sie in der Lage waren, sämtliche Fragen des Fragebogens,
bis auf die in Abschnitt 2 (Fragen zum Messvorgang), zu beantworten (siehe Anhang;
Abbildung 5). Entscheidend für die Auswertung der Befragung dieser Gruppe war,
dass die Probanden bei Beantwortung der Fragen auf keinerlei Erfahrungen mit dem
Gerät zurückgreifen konnten. Sie mussten also auf eine korrekte Funktionalität der
„Doktor Mouse“, wie in der Einführung beschrieben, vertrauen. Als kleine
Hilfestellung wurde ihnen jedoch das Gerät selbst als Anschauungsobjekt zur
Verfügung gestellt.
Die Befragung der Gruppe 2 erfolgte grundsätzlich bei einem größeren Panel. Aus
wettbewerbstechnischen Gründen konnte die Auswertungssoftware der „Doktor Mouse“ nicht
bei potentiellen Nutzern installiert werden.
3.1.3 Angewandte Erhebungsmethoden und Vorgehen
Die empirische Untersuchung besteht aus einem Fragebogen für eine Anwenderbefragung,
der sowohl geschlossene Fragen als auch offene Fragen beinhaltet. Geschlossene Fragen
werden dabei durch einfaches Ankreuzen der vorgegebenen Antwortmöglichkeiten
beantwortet. Offenen Fragen dagegen erlauben dem Befragten, aufgrund der fehlenden
Vorgabe von Antwortkategorien, eine freie Assoziation innerhalb seiner Antwort. Sie grenzen
94
den Befragten nicht ein, sondern fordern ihn auf, sich inhaltlich und persönlich aktiv mit der
Thematik auseinander zu setzen. Dadurch erhofft man sich neue Ideen bzw. Impulse, die der
Untersuchende bei der Befragung in dieser Form evt. nicht berücksichtigt hat.
Um den o.g. Nachteilen einer standardisierten Erhebung weitestgehend entgegen zu wirken,
wurden alle Befragten im Vorfeld dieser Untersuchung mit ausreichend Vorwissen durch eine
kleine textuelle Einführung zur Thematik ausgestattet. Zusätzlich war der Befragende
während jeder schriftlichen Befragung anwesend, um bei Unklarheiten bzgl. des Fragebogens
oder bei allgemeinen Verständnisproblemen auszuhelfen, so dass das Risiko einer
Ergebnisverfälschung verringert werden konnte.
Der Altersdurchschnitt der Befragten war mit 24,46 Jahren relativ niedrig, da es nur sehr
selten gelang ältere Menschen ab 50 für diese neuartige Technologie zu begeistern.
Hauptgründe dafür waren mangelndes Vertrauen und Interesse, hervorgerufen durch
fehlendes technisches Verständnis.
Befragung/Untersuchung der Probanden aus Gruppe 1
Der Fragebogen für diese Gruppe teilt sich in vier Abschnitte und umfasst 25 Fragen auf
sechs Seiten, wovon vier offene und 21 geschlossene Fragen sind. Insgesamt wurden hier 10
Personen befragt, von denen 3 weiblich und 7 männlich waren. Die maximale Anzahl der
korrekten Messversuche pro Person betrug 5 Durchläufe. Zur Gewährleistung der Korrektheit
wurden vor und während jedem Messvorgang die in Abschnitt 3.2.1 aufgezählten
Messkriterien auf ihre Einhaltung überprüft. Fehlerhafte Messungen zählten nicht als
offizielle Messversuche und mussten wiederholt werden.
Befragung der Probanden aus Gruppe 2
Der Fragebogen für diese Gruppe teilt sich in 3 Abschnitte und umfasst 22 Fragen auf 5
Seiten, wovon 4 offene und 18 geschlossene Fragen sind. Insgesamt wurden hier 25 Personen
befragt, von denen 11 weiblich und 14 männlich waren.
Selbsttests
Für die Selbsttests des Untersuchenden wurde bis auf Abschnitt 1 weitestgehend derselbe
Fragebogen verwendet. Der Fragebogen für die Selbsttests teilt sich in drei Abschnitte und
umfasst 20 Fragen auf 5 Seiten, bei denen es sich nur um geschlossene Fragen handelt.
Insgesamt nahm der Untersuchende 5 korrekte Messungen vor, die alle bei einem normalen
körperlichen Zustand erfolgten. Zusätzlich dazu kamen noch einige Messversuche, die unter
Extremsituationen (z.B. nach körperlicher Anstrengung, Müdigkeit) durchgeführt wurden.
Der Untersuchende ist männlich und 26 Jahre alt.
95
3.2. Untersuchungsobjekt
3.2.1 „Doktor Mouse“
Aufbau und Funktionsweise
Die „Doktor Mouse“ ist eine Hard- und Softwarekombination des russischen Unternehmens
RILA GmbH zum Testen und Überwachen des Herzkreislaufsystems. Dieses Gesamtpaket
enthält neben der Software für die Datenverarbeitung einen optischen Infrarotsensorblock,
bestehend aus einem verkleinerten Infrarotstrahler und einem Photosensor (optoelektrischer
Sensor) zur Erfassung aller relevanten Daten, die für Kontrolle des Herzkreislaufs notwendig
sind. Zur Zeit befindet sich dieser Sensorblock in einer getrennt funktionellen Einheit, die
über einen seriellen Port (USB, COM) an den PC angeschlossen wird und keine zusätzliche
Energiequelle benötigt. In Zukunft soll dieser Sensor jedoch in eine gewöhnliche
Computermaus integriert werden, so dass PC-User während ihrer Arbeit am PC die Funktion
ihres Herzkreislaufsystems kontrollieren und aufzeichnen können.
Das hierbei angewandte Verfahren, um den Zustand des Herzkreislaufsystems zu ermitteln,
basiert auf der Pulswellenanalyse. Bei dieser Form der Analyse werden infolge der
Blutdruckschwankungen in den Blutgefäßen, die mit der Herztätigkeit (Kontraktion und
Entspannung des Herzmuskels) zusammenhängen, bestimmte Parameter erfasst, die als
Grundlage für die Analyse des Herzkreislaufsystems dienen. Bei der „Doktor Mouse“ werden
speziell Blutdruckschwankungen in den Fingerkapillargefäße gemessen. Dieser Vorgang
funktioniert wie folgt: Der IR-Lichtstrom, der von dem Infrarotstrahler zu einem Finger, der
auf den Sensorblock gedrückt werden muss, abgestrahlt wird, wird an den Kapillargefäßen
des Fingers in verschiedene Richtungen gestreut. Das Streuungsausmaß des Lichtstroms
ändert sich dabei proportional zur Menge des Blutes, das sich in den Kapillargefäßen befindet.
Da die Blutmenge in den Gefäßen abhängig von der jeweiligen Herzaktivität ist, wird der IRLichtstrom je nach Herzphase unterschiedlich gestreut. Dabei treffen periodisch verschiedene
Anteile des gestreuten Lichtstroms auf den Photosensor, der diese Anteile dann registriert, sie
transformiert und anschließend zum Computer überträgt. Dort wird das umgeformte, nun
elektrische Signal durch die mitgelieferte Software entsprechend weiterverarbeitet und auf
dem Bildschirm des PCs als Oszillogramm (Pulskurve/Pulswelle) angezeigt.
96
Entspannung
Entspannung
des Herzmuskels
Kontraktion
Gefäß
Photosensor
IR-Strahler
Kontraktion des Herzmuskels
und der Gefäße
Abb. 85: Pulswellenermittlung
Die durch diesen Vorgang gewonnene Pulskurve spiegelt also sämtliche Prozesse, die im
menschlichen Herzen stattfinden sowie deren Auswirkungen auf das Gefäßsystem wieder und
erlaubt aufgrund ihrer eindeutig visuellen Merkmale die Diagnose verschiedener
Basisparameter, die zur Analyse der Herzkreislaufsystems herangezogen werden. Die
Merkmale sind:

Die Pluskurve zeigt die rhythmischen Schwankungen des kapillaren Blutflusses an,
die durch die Bewegung das arteriellen Blutes verursacht werden, die ihrerseits
wiederum durch die Muskelkontraktionen der Herzkammern zustande kommt.

Anhand der Pulskurve lässt sich der Zeitdauer zwischen der Öffnung und dem
Verschluss der Aortenklappe bestimmen.

Der Verschlusszeitpunkt der Aortenklappen lässt sich ebenfalls mit Hilfe der
Pulskurve ablesen.

Außerdem kann man anhand der Pulskurve die Elastizität der Aorta und der
Blutgefäße erkennen.
Die Basisparameter sind:
1. Pulsschlagrate
Die Pulsschlagrate ist die Zahl der Herzkontraktionen pro Minute. Der normale Wert des
Pulses liegt bei 60 bis 80 Schlägen in der Minute. Eine Pulsrate von 80 bis 90 Schlägen in
der Minute gilt als erhöhter Pulsschlag. Pulsraten mit über 90 Schlägen in der Minute
deuten auf eine Tachykardie 51 hin. Eine Tachykardie wird meist nach intensiver
51
Die Tachykardie ist eine stark beschleunigte Herztätigkeit. Sie kann die Vorstufe zu dem hochfrequenten und
durch unkoordinierte Herzerregung erzeugten Kammerflimmern sein, das den Blutkreislauf zum Erliegen bringt
und unbehandelt zum Tode führt.
97
körperlicher Betätigung sowie nach dem Konsum alkoholischer Getränke, Rauschgift und
bei der Einnahme bestimmter Medikamente beobachtet. Eine dauerhafte Tachykardie
verlangt jedoch eine ärztliche Behandlung.
Eine Pulsrate von 50 bis 60 Schlägen in der Minute wird als erniedrigter Puls angesehen.
Bei Pulsraten unter 50 Schlägen in der Minute, deutet dies auf eine Bradykardie 52 hin.
Eine Bradykardie ist charakteristisch für Sportler und Kinder sowie für Frauen, die
gewöhnlich im Vergleich zu Männern eine etwas niedrigere Pulsschlagrate haben.
2. Schwankung des Herzintervalls
Dieser Parameter spiegelt die zeitlichen Unterschiede zwischen dem längsten und dem
kürzesten Herzintervalle wider. Beeinflusst wird er durch die Aktivität des sogenannten
Sinusknoten, der automatisch elektrische Impulse zur Anregung der Herztätigkeit erzeugt.
Der Sinusknoten ist der Hauptherzrhythmusregulator.
Normalerweise sollte der Schwankungswert zwischen den Herzintervallen 0,16 Sekunden
nicht überschreiten. Falls er es dennoch tut, spricht man von einer Sinusarrhythmie, die
jedoch nicht in jedem Fall krankhaft sein muss. So können unterschiedliche
Herzfrequenzen durch den Prozess der Atmung hervorgerufen werden.
Eine Sinusarrhythmie, die nicht auf den Atmungsvorgang zurückzuschließen ist, kann
Vorbote von Extrasystolen sein. Extrasystolen sind Herzschläge, die außerhalb des
normalen Herzrhythmus auftreten und von den Betroffenen meist als Herzstolpern oder
Pausen empfunden werden. Sie äußern sich zuallererst in Form von verringerten
Intervallen zwischen den Herzschlägen und verkleinerten Amplituden. Bei wiederholtem
Auftreten von Extrasystolen ist zwingend ein Herzspezialist aufzusuchen.
3. Pulsstabilität
Die Pulsstabilität ist ein statistischer Indikator, der die Gleichmäßigkeit der Intervalle
zwischen den Herzschlägen charakterisiert. Er wird in Prozent (%) gemessen und drückt
das Verhältnis zwischen den Standardabweichungen und der durchschnittlichen Länge der
Herzintervalle aus. Der Normwert dieses Parameters liegt zwischen 2 und 5 %.
4. VNS – Spannungsindex
Hierbei handelt es sich um einen sehr dynamischen Indikator. Er steht in direkter
Verbindung mit der Wirkungsweise des vegetativen Nervensystems (VNS). Das VNS
beeinflusst die Gefäß- und Herztätigkeit des Menschen.
Während hohe Werte des VNS – Spannungsindex auf einen verstärkten Puls hinweisen,
werden niedrige Werte mit einer Sinusarrhythmie verbunden.
5. VNS – Gleichgewichtsindex
Der VNS – Gleichgewichtsindex spiegelt das Einsatzverhältnis zwischen dem
sympathischen und parasympathsichen Teil des VNS wieder.
Berechnungen, die auf der Analyse der Pulskurvenform beruhen, ermöglichen die
Bestimmung
mehrerer
hämodynamsicher
Charakteristika
des
menschlichen
Herzkreislaufsystems. Zusätzlich dazu lassen sich die 4 Hauptparameter der Pumpfunktion
des Herzens feststellen, die in den Punkten 6 bis 9 beschrieben werden. Dabei repräsentiert
jeder Moment der Pulskurve stets eine bestimmte Druckschwankungsrate (dP/dT) in den
Gefäßen, die eine Folge der Systole ist.
52
Bei einer Bradykardie schlägt der Herz langsamer als normal. Das führt dazu, dass der Körper nicht mehr mit
genügend Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wird.
98
6. Intensive Blutinjektionsphase
Diese Phase umfasst die Zeit in der die Pulskurve bis zu ihrem Maximum ansteigt. Sie
entspricht der Geschwindigkeit der Muskelfaserkontraktion im linken Herzkammermuskel
und hängt vom Zustand der Herzkranzgefäße ab, die den Herzmuskel im Normalfall mit
ausreichend Blut versorgen. Die normale Dauer dieser Phase liegt zwischen 0,08 und 0,12
Sekunden.
7. Höchste Belastungsphase
Die Zeit vom Kurvenmaximum bis zu dem Punkt an dem die Kurve die Null-/Grundlinie
durchschneidet ist von besonderer Bedeutung. Denn in dieser Phase erreicht der
Herzmuskel seine maximale Spannung.
Die Dauer dieses Pulskurvenabschnitts ist direkt mit den biochemischen Prozessen des
Herzmuskels verbunden. Demzufolge haben alle Störungen des Metabolismus
Auswirkungen auf die Länge dieser Phase. Eine erhebliche Zunahme dieser Phasenlänge
(mehr als 0,10 Sekunden) zeigt eine Verschlechterung der Herzmuskelkontraktion an.
8. Entlastungsphase
Die Entlastungsphase beschreibt das Zeitintervall zwischen dem Punkt, an dem die Kurve
die Null-/Grundlinie durchschneidet bis zum Punkt, an dem sie am Niedrigsten ist
(Kurvenminimum). Dieser recht schnelle Vorgang hängt mit der Entspannung des
Herzmuskels zusammen und dauert gewöhnlich nicht länger als 0,09 Sekunden.
9. Beendigung der Systolenphase
Während dieser Phase findet der Verschluss der Aortenklappe statt. Deshalb ist sie auch
als Schlussphase der Herzkontraktion anzusehen. Die Dauer dieser Phase hängt direkt mit
von der Elastizität der Aortenwand zusammen. In der Regel überschreitet sie die 0,15
Sekunden nicht. Überschreitungen treten häufig infolge hormonaler Störungen oder
Vergiftungen (Alkohol/Drogen) auf.
10. Gefäßwiderstand
Als Gefäßwiderstand bezeichnet man den Strömungswiderstand, den ein Gefäß dem
Herzen entgegensetzt. Je höher der Gefäßwiderstand ist, desto langsamer ist der kapillare
Blutfluss und umso höher die Möglichkeit einer Hypertonie (Blutdruck).
11. Gefäßspannung
Die Gefäßspannung entspricht der Gefäßelastizität. Je größer dieser Parameter ist, desto
größer ist die Belastung des Herzens während der Kontraktion.
Die „Doktor Mouse“ nutzt nun diese elf ermittelten Parameter um das Herzkreislaufsystem
des Anwenders zu beurteilen. Die Beurteilung enthält neben einer grafischen Darstellung
(Abbildung 86) auch eine dazugehörige textuelle Beschreibung der Messergebnisse
(Abbildung 87) und umfasst insgesamt 8 physiologische Größen, die den Zustand des
Herzkreislaufs widerspiegeln. Die 8 Größen sind:

die Pulsschlagrate,

die Variationsbreite, die maßgebend für den Herzrhythmus ist,

der Variationskoeffizient, der Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
aufdeckt,
99

der Gefäßwiderstand, der Gefäßtonus, der der Gefäßelastizität entspricht,

der Blutdruck,

der Cholesterinwert und

die „Zeit der maximalen Belastung“, die mit der Herzmuskelkontraktion einhergeht.
Der gesamte Prozess des Messens sowie die Auswertung und Betrachtung der Messergebnisse
beansprucht ca. 2 – 3 Minuten. Zudem verursacht dieses Messverfahren keinerlei
unangenehme und schmerzhafte Empfindungen und ist leicht handhabbar. Damit die
Korrektheit des Messvorgangs gewährleistet werden kann, müssen folgende Kriterien
während der Messung erfüllt sein:

warme, trockene Hände von etwa 28 – 30°C,

eine gleichmäßige Druckbelastung des Sensors mit dem Finger,

keine Bewegungen des Arms und der Hand (links) ausführen, an der die Messung
vorgenommen wird (sämtliche Einstellungen mit der rechten Hand vornehmen),

ein stabiler Atem,

ein entspannter körperlicher Zustand und

die Pulskurve sollte etwa ein Drittel des Bildschirms einnehmen.
Abb. 86: grafische Darstellung der Messergebnisse
100
Abb. 87: textuelle Auswertung und Erklärung der Messergebnisse
Einsatzmöglichkeiten
Vor dem Einsatz der „Doktor Mouse“ sollte jedem Anwender bewusst sein, zu welchem
Zweck er die Messungen vornimmt. Denn je nach Einsatzziel müssen die Messergebnisse
differenziert betrachtet und bewertet werden. Einsatzziele der „Doktor Mouse“ sind:

regelmäßige und systematische Beobachtungen des Herzkreislaufsystems, um
Unregelmäßigkeiten aufzudecken und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten,
damit eventuell auftretende schwerwiegende Komplikationen vermieden werden
können. Benutzer des Systems bekommen so ebenfalls die Möglichkeit, ihre zu
unterschiedlichen Zeiten genommenen Messergebnisse miteinander zu vergleichen
und dadurch Abhängigkeiten zwischen der Herztätigkeit und äußeren Einflüssen
(physische und nervliche Belastungen) aufzuspüren. Dadurch können sie dann den
zulässigen Grad der äußeren Einflüsse einwandfrei bestimmen und entsprechend,
durch Abbau der negativen äußeren Einflüsse, gesundheitsfördernd auf ihre
Herzaktivität Einfluss nehmen.

regelmäßige und systematische Beobachtungen des Herzkreislaufsystems, um die
Wirksamkeit von Medikamenten zu bestimmen. In diesem Fall erlaubt das System die
Überwachung von Behandlungsprozessen mit medizinischen Präparaten, die sich
direkt auf die Herz- und Gefäßtätigkeit auswirken und somit den Erfolg oder
Misserfolg einer medikamentösen Behandlung anzeigen.

die regelmäßige Überwachung des Herzkreislaufsystems während sportlicher
Aktivitäten/Training.
101

die Kontrolle der Herztätigkeit nach einer Drogen- oder Alkoholvergiftung.

die Kontrolle des Herzkreislaufsystems während einer Erkältung oder bei
Infektionskrankheiten.

die Kontrolle der Herztätigkeit während einer Entspannungs-/Ruhephase etc.
3.3. Ergebnisse
Der komplette Fragebogen besteht aus vier Teilen. Der erste Teil des Fragebogens enthält
allgemeine Fragen zu Wearables bzw. medizinischen Wearables und soll über den
Bekanntheitsgrad dieser Technik Auskunft geben. Außerdem werden in diesem
Zusammenhang Probleme, Chancen und Risiken von medizinischen Wearables erörtert, um
Rückschlüsse auf eventuelle Akzeptanzprobleme zu ziehen. Der zweite Teil umfasst
ausschließlich Fragen zu dem Messvorgang mit der „Doktor Mouse“ und soll die korrekte
Funktionsweise dieses Produktes testen. Im dritten Teil sollen die Akzeptanz des Produktes
„Doktor Mouse“ untersucht und speziell Probleme des Gerätes bei dessen Nutzung
aufgedeckt
werden.
Anhand
dieser
Erkenntnisse
können
dann
mögliche
Verbesserungsvorschläge gemacht werden, um die Anerkennung bzw. Akzeptanz derartiger
Technik in der Bevölkerung zu steigern. Der letzte und vierte Teil des Fragebogens dient der
Sammlung von Daten über persönliche Informationen der Teilnehmer, wie Geschlecht, Alter,
körperlicher Zustand usw.
In Abhängigkeit von den Befragten variiert der Umfang des Fragebogens, wie in Abschnitt
3.1. beschrieben.
Die nach der Untersuchung/Befragung statistische Auswertung der quantitativen Daten
erfolgte mit dem Softwareprogramm GrafStat. Die Freitextantworten wurden vom
Untersuchenden/Befragenden entsprechend kategorisiert und mit Hilfe der Software MS
Excel tabellarisch dargestellt.
3.3.1 Ergebnisse der Anwenderbefragung – Allgemein
In diesem Abschnitt wird nur der erste Teil des Fragebogens sowohl von Gruppe 1 als auch
von Gruppe 2 ausgewertet, da beide diesen unter gleichen Voraussetzungen bearbeiten
konnten. Unterstützt wurde die Auswertung dabei mit den Antworten der Probanden aus dem
vierten Teil des Fragebogens.
3.3.1.1 Stand des Wissens aller Befragten über „Wearables“
Obwohl die Technik des Wearable Computing schon in viele Bereiche Einzug gehalten hat
und gar nicht mehr so innovativ ist, kennen nur etwa 34% der Befragten den Begriff des
„Wearables“, von denen ein Großteil - 75% - Schüler bzw. Studenten sind (Abbildung 88).
Gründe hierfür scheinen fehlende Informationsnetzwerke der Hersteller zu sein, die
potentielle Nutzer über diese Technik und ihre enormen Vorteile aufklären. Denn diese 34%
kamen meist in einer Lehrveranstaltung oder über private Gespräche mit Mitmenschen
erstmals mit diesem Begriff in Berührung. Ein nur verschwindend geringer Prozentsatz erhielt
seine Informationen über TV und Rundfunk. Durch diese mangelhafte Aufklärung seitens der
102
Industrie kann und wird in Zukunft das bisher geringe Vertrauen der Öffentlichkeit in diese
Technologie nicht wachsen, sondern stagnieren, so dass „Wearables“ weiterhin mit
Akzeptanzproblemen zu kämpfen haben werden, obwohl das nicht so sein muss. Denn nach
der kleinen textuellen Einführung über Wearables zu Beginn des Fragebogens, stellte sich im
nachhinein bei der Auswertung der Befragung heraus, dass ein Großteil der Befragten gute bis
sehr gute Chancen in der Technologie sehen und deren Einsatz im alltäglichen Leben
begrüßen würden (Abbildung 89).
Abb. 88: Ergebnisse und Zusammenhänge über den Kenntnisstand von Wearables und der Berufsgruppe
103
Abb. 89: Akzeptanz und Einsatzchancen von medizinischen Wearables aus Sicht der Befragten
3.3.1.2 Ergebnisse der Freitextbefragung
Die Antworten aus der Freitextbefragung wurden kategorisiert und hinsichtlich der Häufigkeit
der Nennung geordnet (Tabelle A).
104
Antworten
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
Frage 1: "Welche Probleme sehen Sie bei der Einführung von medizinischen Wearables auf dem Markt?"
zu hohe Kosten
19
42,2
mangelndes Vertrauen der Patienten/Berührungsängste
15
33,3
fehlende Alltagstauglichkeit
6
13,4
mangelndes Vertrauen der Ärzte/Berührungsängste
3
6,7
Umschulungen von Medizinern/Ärzten notwendig
1
2,2
Informationsüberflutung
1
2,2
bessere und schnellere Diagnose/Hilfe/Früherkennung
22
44,9
Unterstützung des Arztes bei Behandlung/
Unterschungen/Überwachungen
11
22,4
Alltagstauglichkeit (praktisch, nicht einschränkend)
5
10,2
Verbesserung der Lebensqualität
(gesunderes Leben, längeres Leben)
4
8,3
Zeitaufwand für Arztbesuche minimieren
3
6,1
Arztkosten sparen
2
4,1
Sicherheitsgefühl beim Patienten
1
2
gezieltere Behandlungen möglich
1
2
Fehldiagnosen durch Mensch und/oder Technik
13
24,1
fehlende Zuverlässigkeit der Technik
11
20,4
Datensicherheit/Missbrauch von Daten
9
16,7
übersteigertes Vertrauen in die Technik
5
9,2
Überwachung von Patienten
5
9,2
gesundheitliche Risiken, wie Strahlung etc.
4
7,4
Lösen unnötige Panik bei Fehldiagnosen aus
4
7,4
zwanghafte Kontrolle des Gesundheitszustandes
2
3,7
verschwindende Arzt-Patienten-Beziehung
Tabelle A: Ergebnisse der Freitextbefragung
1
1,9
Frage 2: "Welche Chancen sehen Sie in medizinischen Wearables?"
Frage 3: "Welche Risiken sehen Sie in medizinischen Wearables?"
Aus Tabelle A wird sichtbar, welche Probleme, Chancen und Risiken die Befragten bei der
Einführung und Nutzung von medizinischen Wearables sehen.
Die meisten Schwierigkeiten bei der Einführung von medizinischen Wearables sehen die
Probanden in dem fehlenden Vertrauen der Patienten in diese relativ neue Technologie
(33,3%) und vor allem aber befürchten sie zu hohe Anschaffungskosten (42,2%). Weniger
problematisch ist dagegen die fehlende Alltagstauglichkeit von Wearables, da sich hierzu nur
13,4% der Befragten kritisch äußerten.
105
Für einen Großteil der Befragten ergeben sich durch den Einsatz von medizinischen
Wearables klare Vorteile in der Diagnose von Krankheiten und der allgemeinen
medizinischen Versorgung. 44,9 % der Antworten beziehen sich hierbei auf bessere und
schnellere Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten und auf eine frühzeitige Erkennung von
auftretenden Erkrankungen. Die Unterstützung des Arztes bei Behandlungen, Untersuchungen
und Überwachungen der menschlichen Vitalfunktionen ist mit 22,4% ebenfalls als hoher
Nutzen von medizinischen Wearables erkannt worden.
Dem gegenüber stehen natürlich Risiken und Ängste, die die Befragten in medizinischen
Wearables sehen. Hier stehen evt. auftretende Fehldiagnosen durch den Menschen und/oder
die Technik mit 24,1% an erster Stelle. Nachfolgend mit 20,4% wird an der Zuverlässigkeit
der Technik gezweifelt. Ist sie immer funktionsbereit, wenn sie benötigt wird? Ein weiterer
wichtiger Punkt der von den Befragten nicht vernachlässigt wurde, ist die Datensicherheit
bzw. der aus dem Verlust der Datensicherheit resultierende Missbrauch der Daten. 16,7%
sehen hier bei dem Einsatz von medizinischen Wearables große Risiken, da bei einigen
Wearable-Anwendungen der Datenversand oftmals mittels Funkübertragungen umgesetzt
wird (siehe Abschnitt 2.2).
3.3.2 Ergebnisse der Anwenderbefragung – Gruppe 1
3.3.2.1 Messungen mit der „Doktor Mouse“
Insgesamt wurden mit jedem der zehn Probanden fünf direkt aufeinander folgende Messungen
durchgeführt. Die Messergebnisse katalogisierten die Probanden selbstständig, aber unter
Aufsicht, in ihren Fragebögen, damit es dem Untersuchenden sowie den Untersuchten
nachträglich möglich sein würde, Rückschlüsse auf die Verlässlichkeit des Gerätes zu ziehen.
Jeder der zehn Probanden gaben in ihrem Fragebogen an, dass sie keinerlei Krankheiten, die
die „Doktor Mouse“ erkennen kann, haben bzw. ihnen nicht bekannt ist, dass sie an derartigen
Erkrankungen leiden. Die körperliche Verfassung aller Probanden war zum Zeitpunkt der
Messungen weitestgehend normal.
Grundsätzlich attestierte die „Doktor Mouse“ jedem Teilnehmer mehrere gesundheitliche
Probleme, wie in Abbildung 90 dargestellt. Führend dabei waren ein erhöhter bzw.
erniedrigter Puls und Rhythmusstörungen. Die Messergebnisse sollten jedoch unter
Berücksichtigung der entsprechenden textuellen Beschreibung (Abschnitt 3.2.1; Abbildung
88) betrachtet werden. Zusätzlich dazu gelang es dem Gerät bei allen fünf Messungen nie die
gleichen Messergebnisse zu erzielen. So unterschieden sich die gesundheitlichen Probleme
aller Probanden bei fast jeder Messung voneinander, obwohl dennoch eine grundsätzliche
Tendenz zu bestimmten vermeidlichen Krankheitsbildern erkennbar war. Beispielsweise
bescheinigte die „Doktor Mouse“ einem Probanden bei jeder der fünf Messungen, neben
Variationen zwischen Rhythmusstörungen und Problemen mit dem Gefäßwiderstand, einen
konstant erhöhten Plusschlag (Abbildung 91).
106
Abb. 90: Attestierte gesundheitliche Probleme
Messung:
1
2
3
4
5
erhöhter/niedriger Pulsschlag
Herzmuskelschwäche
Rhythmusstörungen
Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
Probleme mit dem Gefäßwiderstand
Probleme mit dem Gefäßtonus
hohe/niedrige Cholesterinwerte
hoher/niedriger Blutdruck
Abb. 91: Messergebnisse eines männlichen Probanden
Mit denen bei der Nutzung der „Doktor Mouse“ gewonnenen Erfahrungen stellten sich die
Befragten nun dem dritten Teil des Fragebogens. Dort nahmen sie Stellung zum Gerät selbst
und ließen ihr Akzeptanzverhalten bzgl. der „Doktor Mouse“ und ähnlichen Geräten für den
Befragenden/Untersuchenden sichtbar werden.
107
3.3.2.2 Akzeptanz
Aufgrund der gesammelten Erkenntnisse bei dem Umgang mit der „Doktor Mouse“ fallen
sämtliche Beurteilungen der Probanden bzgl. der „Doktor Mouse“ und der medizinischen
Wearable-Technologie im Allgemeinen negativ aus. So schätzen alle Befragten die
Untersuchungsergebnisse, die die „Doktor Mouse“ liefert, als unzuverlässig ein und können
sich demnach nicht vorstellen, dass dieses und/oder ähnliche Produkte ihre regelmäßigen
ärztlichen Untersuchungen in diesem Bereich ersetzen. Gründe dafür sind in Tabelle B
sichtbar. Alle zehn Probanden beantworteten die Fragen.
Antworten
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
Frage 4: "Warum halten Sie die Ergebnisse der "Doktor Mouse" für nicht zuverlässig?"
das Gerät ist zu sensibel
6
60
Messungen sind zu ungenau
4
40
Frage 5: "Warum können die "Doktor Mouse" und/oder ähnliche Produkte ihre regelmäßigen ärztlichen
Untersuchungen nicht ersetzen?"
Unzuverlässigkeit
6
54,5
mehr Vertrauen in die Ärzte
3
27,3
2
18,2
Kontakt zum Arzt fehlt
Tabelle B: Gründe für die fehlende Akzeptanz
60% der Probanden finden, dass das Gerät zu sensibel auf äußere Einflüsse, wie Bewegung,
Lachen, Sprechen, Körpertemperatur etc. reagiert und somit korrekte Messungen sehr
erschwert. Zusätzlich dazu basiert das richtige Verhalten während einer Messung, um
negative äußere Einflüsse zu minimieren, auf einer reinen subjektiven Bewertung des
Probanden, da man diesbezüglich vom Gerät keinerlei Feedback erhält. Die restlichen 40%
halten die Messungen für zu ungenau, weil sich die Messergebnisse bei fast jeder der fünf
Messungen stetig unterschieden haben. Hinzu kommt die hohe Sensibilität des Gerätes, die
u.U. zu ungenauen bzw. falschen Messresultaten führen kann.
Unzuverlässigkeit ist einer der Hauptgründe, weshalb sich 54,5% der Probanden nicht
vorstellen können, dass die „Doktor Mouse“ und/oder ähnliche Produkte in der Lage sind,
Vorsorgeuntersuchungen beim Arzt zu ersetzen. Dies wird wahrscheinlich auch der Anlass
dafür sein, dass 27,3% der Befragten zurzeit immer noch mehr Vertrauen in die Fähigkeiten
der Ärzte haben, als in die der Computertechnik. Dennoch können sich einige der Befragten
gut vorstellen, dass sie in Zukunft, bei 100% Zuverlässigkeit der Technik, derartige Geräte für
Vorsorgeuntersuchungen dem Arzt vorziehen. 18,2% hingegen würde durch den Einsatz von
medizinischen Wearables der persönliche Kontakt zum Arzt fehlen, der ihnen ein gewisses
zusätzliches Sicherheitsgefühl gibt.
Letztendlich würde sich keiner der Befragten mit dem Produkt „Doktor Mouse“ sicherer
fühlen und deshalb wäre ein Erwerb dieses Gerätes für 80% der Befragten ausgeschlossen.
Die übrigen 20% wären aus unerkenntlichen Gründen dennoch bereit, sich trotz aller zuvor
aufgezählten Mängel und Probleme zum Kauf dieses Produktes hinreißen zu lassen.
108
3.3.2.3 Nutzen
Unabhängig von den bisherigen Akzeptanzproblemen bzgl. der Funktionalität der „Doktor
Mouse“ soll hier nun der Nutzen dieser Technologie in den Punkten

Kostensparendes Verfahren,

Zeitsparendes Verfahren,

Räumliche Flexibilität,

Zeitliche Flexibilität und

Zuverlässigkeit
durch die Probanden bewertet werden (Tabelle C). Durch das Einfügen des Punktes
„Zuverlässigkeit“ wollte der Untersuchende die Widerspruchsfreiheit aller Befragten prüfen,
die die „Doktor Mouse“ zuvor noch als unzuverlässig beschrieben haben. Alle zehn Befragten
wählten dabei je eine der vorgegebenen Antwortmöglichkeiten aus.
Punkte
hoch / %
mittel / %
niedrig / %
ich weiß nicht / %
Frage 6: "Wie hoch schätzen Sie den Nutzern der "Doktor Mouse in folgenden Punkten ein?"
kostensparendes Verfahren
3 / 30
4 / 40
1 / 10
2 / 20
zeitsparendes Verfahren
6 / 60
2 / 20
1 / 10
1 / 10
Zuverlässigkeit
1 / 10
1 / 10
7 / 70
1 / 10
räumliche Flexibilität
5 / 50
4 / 40
1 / 10
0/0
2 / 20
0/0
zeitliche Flexibilität
7 / 70
1 / 10
Tabelle C: Nutzen der „Doktor Mouse“
Grundsätzlich schätzen die meisten Befragten die „Doktor Mouse“ als recht kostensparendes
und zeitsparendes Verfahren ein und erkennen den Wert ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten
sowohl in räumlicher als auch in zeitlicher Hinsicht. Wie schon im Abschnitt 3.3.2.2 sind
auch hier leichte Widersprüche der Befragten hinsichtlich ihrer Antworten zu erkennen. So
wird von 2 Befragten die Zuverlässigkeit des Gerätes auf einmal als hoch bzw. mittel
eingestuft.
3.3.2.4 Zielgruppen
Die Ergebnisse zu der Frage nach den Zielgruppen für den Einsatz der „Doktor Mouse“
ergaben, dass die Befragten die Anwendung dieses Gerätes hauptsächlich bei älteren
Menschen (27,6%), Kranken (27,6%) und Sportlern (24,1%) sehen (Abbildung 92). Nur 6
(20,7%) der insgesamt 29 Nennungen bezogen sich auf Kinder, Jugendliche, Erwachsene und
sonstige Personen.
109
Abbildung 92: Zielgruppen der “Doktor Mouse”
3.3.2.4 Bewertung
Abschließend sollten die Befragten noch einmal in kurzer Art und Weise das Produkt „Doktor
Mouse” hinsichtlich sämtlicher gesammelter Erkenntnisse und mit Hilfe ihrer Antworten auf
die Fragen des Fragebogens bewerten, damit der Untersuchende einen groben Überblick über
das Akzeptanzverhalten der Probanden gegenüber dem Produkt selbst erlangt. Die Resultate
sind in Abbildung 93 dargestellt. 80% der Teilnehmer halten das Produkt für ausbau- und
verbesserungsfähig. Nur jeweils 10% halten es für sinnvoll bzw. für nicht sinnvoll. Dieses
Ergebnis lässt erkennen, dass die Befragten durchaus den Zweck und auch die Vorteile dieser
Technologie begreifen, sie jedoch für noch nicht ausgereift und anwendungsfähig halten.
110
Abbildung 93: abschließende Beurteilung der “Doktor Mouse”
3.3.3 Ergebnisse der Anwenderbefragung – Gruppe 2
In der zweiten Gruppe der Untersuchung wurden, wie schon im Vorfeld beschrieben,
sämtliche Personen eingestuft mit denen es nicht möglich war, Messungen mit der „Doktor
Mouse“ durchzuführen. Deshalb erhielten sie als Ausgleich vor Beantwortung des
Fragebogens eine kleine Einführung zum Produkt selbst. Dieser doch entscheidende Nachteil
wirkte sich stark auf die Ergebnisse der Befragung aus, wie im Folgenden festzustellen sein
wird.
3.3.3.1 Akzeptanz
Erste Anzeichen der unterschiedlichen Sichtweisen zwischen Gruppe 1 und Gruppe 2 werden
schon bei der Frage nach der Zuverlässigkeit sichtbar (Tabelle D). Allein hier schätzen 69,6%
der Befragten das Produkt „Doktor Mouse“ als zuverlässig ein und 52% könnten sich sogar
vorstellen, dass dieses oder ähnliche Geräte ihre regelmäßigen Vorsorgeuntersuchungen bzgl.
des Herzkreislaufsystems ersetzen (Tabelle E).
Auf die Frage nach der Zuverlässigkeit antworteten nur 23 von 25 Personen. Die restlichen
zwei fühlten sich nicht in der Lage, diese Frage ohne praktische Tests zu beantworten. Auf die
Frage 2 in der Tabelle E antworteten alle 25 Befragten.
111
Antworten
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
Frage 1: "Schätzen Sie die Ergebnisse der "Doktor Mouse" als zuverlässig ein?"
Nein
7
30,4
16
69,6
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
Ja
Tabelle D: Zuverlässigkeit der „Doktor Mouse“
Antworten
Frage 2: "Können Sie sich vorstellen, dass die "Doktor Mouse und/oder ähnliche Produkte ihre
regelmäßigen ärztlichen Untersuchungen ersetzen können?"
Nein
Ja
12
48
13
Tabelle E: Ersatzpotential von medizinischen Wearables
52
Die 69,6% der Befragten, die die Ergebnisse der „Doktor Mouse“ als zuverlässig einschätzen,
geben allesamt als Grund ihr generelles Vertrauen in diese Technik und deren Funktionsweise
an, da das Gerät ihrer Meinung nach vertrauenswürdige und sehr detailreiche Informationen
liefert. Die übrigen 30,4% die das Produkt „Doktor Mouse“ für nicht zuverlässig halten,
bilden bis auf eine Ausnahme, den kompletten Gegenpart zu den 69,6%. Sie zweifeln an der
technischen Funktionsweise des Apparates und können sich nicht vorstellen, dass man über
eine Fingerkuppenanalyse korrekte Informationen zum Herzkreislaufsystem erhält (Tabelle
F).
Antworten
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
Frage 3: "Warum halten Sie die Ergebnisse der "Doktor Mouse" für nicht zuverlässig?"
Zweifel an der technischen Funktionsweise
6
85,7
Zweifel an der korrekten Auswertung der Messergebnisse
1
14,3
Frage 4: "Warum können die "Doktor Mouse" und/oder ähnliche Produkte ihre regelmäßigen ärztlichen
Untersuchungen nicht ersetzen?"
fehlender persönlicher Kontakt zum Arzt
7
43,8
zu geringe Funktionsweise
4
25
Zweifel an der korrekten Auswertung der Messergebnisse
2
12,5
grundsätzlich vernachlässigte Gesundheitskontrolle
2
12,5
fehlendes Vertrauen in die Technik
Tabelle F: Gründe für die fehlende Akzeptanz
1
6,2
Gründe für das Vertrauen, dass die „Doktor Mouse“ und/oder ähnliche Produkte medizinische
Vorsorgeuntersuchungen ersetzen kann sind sicherlich mit dem Vertrauen der Befragen in die
technische Zuverlässigkeit des Gerätes zu erklären. Die Gründe, die jedoch gegen dieses
112
Vertrauen sprechen, sind weit aus vielschichtiger und umfangreicher (Tabelle F). So würde
43,8% der Befragten der persönliche Kontakt zum Arzt fehlen, welcher mit seiner Erfahrung
und seinen Beratungsmöglichkeiten jederzeit beruhigend auf den Patienten einwirken kann.
Außerdem ist ein Arzt in der Lage weitaus umfangreichere und vor allem für Laien
verständliche Informationen zu einem Krankheitsbild zu liefern als ein technisches Gerät.
25% attestierten der „Doktor Mouse“ eine zu geringe Funktionsweise, da sie einzig und allein
nur Diagnosezwecke besitzt und der Patient bei Krankheitssymptomen sowieso den Arzt
aufsuchen muss. 12,5% setzen in die Fähigkeiten des Arztes mehr Vertrauen als in die der
Technik, weil beispielsweise ähnliche Symptome verschiedene Krankheitsbilder haben
können, die das Gerät bei der Auswertung der Messergebnisse nicht berücksichtigt. Weitere
12,5% der Befragten sehen gar keinen Bedarf in Vorsorgeuntersuchungen, egal ob von
Mensch oder Technik. Nur eine einzige Person gibt als Grund fehlendes Vertrauen an.
16 (64%) der 25 Befragten würden sich mit der „Doktor Mouse“ als technisches Gerät zur
Überwachung ihres Herzkreislaufsystems sicherer fühlen und 13 davon (81,3%) würden es
sogar in Betracht ziehen, sich dieses Produkt für den privaten Gebrauch zu zulegen.
3.3.3.2 Nutzen
Wie schon zuvor bei der Ergebnisauswertung der Gruppe 1 mussten sich die Befragten der
Gruppe 2 auch zum Nutzen der „Doktor Mouse“ in den nachfolgenden fünf Punkten äußern.
Auch die Frage nach der Zuverlässigkeit des Gerätes wurde erneut gestellt, um die
Widerspruchsfreiheit der hier Befragten zu prüfen. Die Ergebnisse dazu sind in Tabelle E
dargestellt. Alle 25 Befragten wählten dabei je eine der vorgegebenen Antwortmöglichkeiten
aus.
1. Kostensparendes Verfahren
2. Zeitsparendes Verfahren
3. Räumliche Flexibilität
4. Zeitliche Flexibilität
5. Zuverlässigkeit
Punkte
hoch / %
mittel / %
niedrig / %
ich weiß nicht / %
Frage 5: „Wie hoch schätzen Sie den Nutzern der „Doktor Mouse in folgenden Punkten ein?“
kostensparendes Verfahren
zeitsparendes Verfahren
Zuverlässigkeit
räumliche Flexibilität
zeitliche Flexibilität
2/8
14 / 56
5 / 20
4 / 16
17 / 68
5 / 20
1/4
2/8
4 / 16
13 / 52
3 / 15
5 / 20
15 / 60
9 / 36
1/4
0/0
21 / 84
4 / 16
0/0
Tabelle G: Nutzen der “Doktor Mouse”
0/0
Wie anhand der Tabelle F deutlich zu erkennen ist, schätzt ein Großteil der 25 Probanden –
jeweils über 60% - die „Doktor Mouse“ in allen fünf Punkten als sehr nützlich ein. Die Werte
113
bzgl. der Zuverlässigkeit stimmen bis auf zwei Abweichungen mit den zuvor gegebenen
Antworten der Befragten überein. Die Widerspruchsfreiheit ist dementsprechend hoch.
3.3.3.3 Zielgruppen
Die Befragten der Gruppe 2 sehen den Einsatz der „Doktor Mouse“ ähnlich wie die der
Gruppe 1. Hauptzielgruppen sind wieder ältere Menschen (22,5%), Kranke (27%) und
Sportler (22,5%). Die übrigen 4 Kategorien sind mit einem Prozentsatz von 28% vertreten
(Abbildung 94).
Abb. 94: Zielgruppen der „Doktor Mouse“
3.3.3.4 Bewertung
Eine abschließende kurze Bewertung der „Doktor Mouse“ durch die Befragten soll nochmals
einen zusammenfassenden und komprimierten Überblick bzgl. des Akzeptanzverhalten der
Probanden gegenüber dem Produkt geben. Die in Abbildung 95 grafisch dargestellten
Ergebnisse zeigen, dass alle Befragten die „Doktor Mouse“ für ausbaufähig bis sehr sinnvoll
halten. Keiner der Befragten reagierte mit strikter Ablehnung oder stufte das Gerät als sinnlos
ein. Prinzipiell ist das Akzeptanzverhalten bzgl. medizinischer Wearable-Technologie
Teilnehmer der Gruppe 2 also wesentlich höher, als das der Gruppe 1, auch wenn es hier
scheinbar einige unüberwindbare Faktoren (fehlender persönlicher Kontakt zum Arzt) gibt,
die die Akzeptanz und die Verbreitung dieser Technik bisher hemmen. Dennoch zeigt dieses
114
Ergebnis auch, dass die Menschen die Vorteile und Chancen von medizinischen Wearables
erkannt haben und ihnen bei einwandfreier Funktionsweise, die mit ein Hauptgrund für die
Akzeptanz darstellt, durchaus Vertrauen schenken würden.
Abb. 95: abschließende Beurteilung der “Doktor Mouse”
3.3.4 Ergebnisse der Selbsttests
Die bei den Selbsttests durchgeführten Messungen mit der „Doktor Mouse“ ergaben ein
ähnliches Bild, wie das der Gruppe 1. Bei jeder der fünf direkt aufeinander folgenden
Messungen attestierte die „Doktor Mouse“ dem Untersuchenden immer einen erniedrigten
Puls, Rhythmusstörungen und Probleme mit dem Gefäßwiderstand. Um den von der „Doktor
Mouse“ analysierten Pulsschlagwert zu verifizieren, ermittelte der Untersuchende während
der Messungen durch „Puls fühlen“ noch zusätzlich seinen eigenen Pulsschlag. Beide
gemessenen Werte stimmten in etwa überein und unterschieden sich im Schnitt um ca. 1-5
Pulsschläge pro Minute. Ob dieses Ergebnis nun der Beleg dafür ist, dass die „Doktor Mouse“
korrekt funktioniert, ist dennoch anzuzweifeln. Denn dazu müssten aufwändigere Tests, wie
z.B. das parallele Messen mit einem EKG-Gerät vorgenommen werden. Die Messergebnisse
nach Extremsituationen wie Müdigkeit oder nach körperlicher Anstrengung oder nach dem
Gebrauch von Suchtmitteln (Alkohol) zeigten leicht bis stark erhöhte Werte, wiesen aber
grundsätzlich dieselben gesundheitlichen Probleme mit ein paar wenigen Schwankungen wie
bei den Messungen im Normalzustand auf.
115
Während der umfangreichen Testphase (weit mehr als 50 Messungen), die der Untersuchende
vor den offiziellen Messversuchen durchgeführt hat, bescheinigte die „Doktor Mouse“ dem
Untersuchenden nur zwei mal ein gesundes Herzkreislaufsystem.
Aufgrund der gemachten Erfahrungen mit dem Produkt „Doktor Mouse“ schätzt der
Untersuchende das Gerät bzw. die gelieferten Messergebnisse als nicht zuverlässig ein und
könnte sich zum jetzigen Zeitpunkt nicht vorstellen, dass dieses und/oder ähnliche Geräte in
der Lage wären, ärztliche Vorsorgeuntersuchungen zu ersetzen. Die Gründe hierfür stimmen
mit den der Gruppe 1 weitestgehend überein. Erst bei einer entsprechenden
Weiterentwicklung/Verbesserung des Gerätes, so dass dem Nutzer eine 100% Zuverlässigkeit
garantiert werden kann, könnte sich der Untersuchende vorstellen, dieses Gerät für den
Eigenbedarf einzusetzen. Prinzipiell sieht der Untersuchende jedoch große Zukunftschancen
in derartiger Technologie und gibt als mögliche Zielgruppen alle auf dem Fragebogen
genannten Kategorien als potentielle Käufer an. Den Nutzen der „Doktor Mouse“ beurteilt der
Untersuchende wie in Abbildung 96 dargestellt. Abschließend stuft der Untersuchende das
Gerät „Doktor Mouse“, so wie es ihm während der Messungen zur Verfügung stand,
konsequenterweise als ausbaufähig ein.
hoch
mittel
niedrig ich weiß nicht
kostensparendes Verfahren
zeitsparendes Verfahren
Zuverlässigkeit
räumliche Flexibilität
zeitliche Flexibilität
Abb. 96: Nutzen der „Doktor Mouse“
3.4 Schlussfolgerungen der empirischen Untersuchung
Nach hinreichender Betrachtung der Ergebnisse wird sichtbar, dass sich die Meinungen beider
Untersuchungsgruppen bzgl. der „Doktor Mouse“ in einigen Punkten sehr stark voneinander
unterscheiden. Verantwortlich dafür ist, dass eine der beiden Gruppen – Gruppe 1 – beim
Umgang mit dem Gerät „Doktor Mouse“ praktische Erfahrungen sammeln konnte, die ihre
Ansichten beim Ausfüllen des Fragebogens enorm beeinflussten. Die zweite Gruppe hingegen
arbeitete bei der Beantwortung des Fragebogens nur mit einer kleinen textuellen Einführung,
in der kurz die Funktionsweise und die Möglichkeiten der „Doktor Mouse“ näher erläutert
werden. Diese unterschiedlichen Voraussetzungen und die daraus resultierenden
verschiedenen Ansichten beider Gruppen über die „Doktor Mouse“ lassen ganz leicht
erkennen, wie stark das Akzeptanzverhalten der Öffentlichkeit gegenüber neuer Technologie
von dem Vertrauen in diese beeinflusst wird. Besonders der Punkt der technischen
Zuverlässigkeit bzw. korrekten Funktionalität kristallisierte sich bei den Probanden der
Gruppe 1 als ausschlaggebend für die sehr schlechte Bewertung der „Doktor Mouse“ heraus.
Sie bemängelten die zu hohe Sensibilität des Gerätes und die ständig variierenden
(ungenauen) Messergebnisse. Für diese Probanden ist es demnach zurzeit unvorstellbar,
116
diesem Gerät ihren Gesundheitszustand anzuvertrauen. Die Akzeptanz der Probanden der
Gruppe 1 in diese Technik unterlag somit einer erheblichen Abschwächung. Die Probanden
der Gruppe 2 hingegen beurteilen die „Doktor Mouse“ weitaus positiver, weil ihnen die
praktische Erfahrung mit dem Gerät fehlte und sie der Funktionsweise der „Doktor Mouse“,
so wie sie in der textuellen Einführung beschrieben ist, größtenteils vertrauten. Die Akzeptanz
und somit das gesteigerte Vertrauen in diese Technologie fiel bei den Probanden der Gruppe 2
deutlich höher aus, als bei denen in der Gruppe 1. Trotz dieses zum Teil sehr
unterschiedlichen Ergebnisses, gibt es auch gemeinsame Ansichten zwischen beiden Gruppen.
Beide erkennen die sich bietenden Vorteile und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der
„Doktor Mouse“, immer vorausgesetzt, dass sie zu 100% zuverlässig und richtig funktioniert.
Dann und nur dann wäre sie in der Lage zeit- und kostenaufwändige Vorsorgeuntersuchungen
des Herzkreislaufsystems zu ersetzen und somit viele Krankheiten, wie bspw. Symptome für
Herzinfarkte, die von den Betroffenen im Vorfeld selbst kaum bis gar nicht wahrgenommen
oder komplett falsch interpretiert werden, frühzeitig zu erkennen. Sie könnte also zur
Diagnose, Früherkennung von Krankheiten des Herzkreislaufsystems und für eine allgemeine
Überwachung von Patienten benutzt werden. Die „Doktor Mouse“ fände somit bei fast allen
Menschen Anwendung, auch wenn die Probanden beider Gruppen ihren Einsatz nahezu
ausschließlich bei älteren Menschen, Kranken und Sportlern sehen. Um langfristig bei allen
Menschen Einsatz zu finden, müsste die „Doktor Mouse“ die typischen Merkmale eines
Wearables aufweisen, welche sie zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht besitzt. Sie müsste
unauffällig in Gebrauchsgegenstände integriert werden und dürfte keinerlei zusätzlicher
Handhabung/Bedienung benötigen. Sie würde den Menschen quasi „ganz nebenbei“
überwachen. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Nutzung der „Doktor Mouse“ ergibt,
jedoch von den Probanden nicht berücksichtigt wurde, und für die Anwendung in einer
breiten Masse spricht, ist der immer ungesunder werdende Lebenswandel der Menschen.
Mangelhafte Ernährung und zu wenig körperliche Betätigung verursachen immer mehr
Krankheiten, die auch das Herzkreislaufsystem betreffen können.
Die Idee hinter der „Doktor Mouse“, diese künftig in eine Computermaus zu integrieren und
laut Herstellerangaben später sogar in noch andere Technik, wie Mobilfunktelefone, PDAs
etc., ist gut und wird von allen Probanden als positiv bewertet, auch wenn es derzeit noch an
der technischen Ausführung scheitert. Grundlagen für diese Integration sind jedenfalls
vorhanden, weil heutzutage, wie die Umfrage ergab, fast jeder Mensch in den
Industrieländern mindestens einmal am Tag für mindestens eine Stunde einen PC mit
angeschlossener Maus benutzt oder Mobiltelefone, PDAs etc besitzt (Tabelle H). Zumal eine
Messung mit diesem Gerät nur ca. eine Minute andauert. Der Untersuchende sieht diesen
Entwicklungstrend jedoch etwas skeptischer als die Probanden beider Gruppen, weil die
Tendenz dorthin geht, dass Mobiltelefone, PDAs etc. in Kleidung oder andere
Alltagsgegenstände eingebunden werden und somit diese Idee der Integration hinfällig wird.
Angemessener wäre hier eine Integration dieser Technik in beispielsweise Autos.
117
Antworten
Anzahl der Nennungen
Prozent (%)
beruflich
29
53,7
privat
25
46,3
gar nicht
0
0
0-2
11
31,4
0-5
10
28,6
5 - 10
10
28,6
10 und mehr
4
11,4
Frage 1: "Wann nutzen Sie einen Computer?"
Frage 2: "Wie viel Stunden am Tag nutzen Sie den Computer?"
Tabelle H: Nutzung des Computers
Mit Hilfe dieser gewonnenen Schlussfolgerungen bzgl. der „Doktor Mouse“ und den
beantworteten Fragen der Probanden über medizinische Wearable-Technologie im
Allgemeinen (1. Abschnitt des Fragebogens), können nun auch Rückschlüsse auf die
Akzeptanz der Öffentlichkeit bzgl. medizinischer Wearables gezogen werden.
Grundsätzlich sehen beide Gruppen in dieser Technologie große Chancen für die Zukunft, die
jedoch erst noch am Anfang ihrer Entwicklung steht und in vielen Bereichen wachsen muss.
Vor allem aber in der Zuverlässigkeit der Funktionalität, die wiederum die Akzeptanz dieser
Technik stark beeinflusst, besteht großer Nachholbedarf. Denn gerade weil die Gesundheit
das höchste Gut des Menschen ist, kann sich kein Unternehmen leisten, ein unzuverlässiges,
nicht korrekt funktionierendes Produkt auf den Markt zu bringen, dem der Mensch seine
Gesundheit anvertraut. Gerade in diesen Bereich reagiert der Mensch auf technische
Unzulänglichkeiten noch empfindlicher, als beispielsweise in der Personalcomputertechnik, in
der vor allem Software häufig mit Problemen verschiedenster Art (siehe Windows) zu
kämpfen hat. Generell werden Menschen aber immer an allen Dingen interessiert sein, die ihr
Leben sicherer und länger machen, auch wenn damit einige Nachteile verbunden sein sollten.
So gaben die Probanden bei der Befragung, neben dem fehlenden Vertrauen in die Technik,
als Problem oder Risiko von medizinischen Wearables, zu hohe Kosten, mangelnde
Datensicherheit (evt. Missbrauch der Daten bei Versicherungsabschlüssen oder
Arbeitsverträgen) und Privatsphäre („gläserner Patient“) etc. an. Doch bei 100%
Funktionalität der Technik steigt die Akzeptanz und das Vertrauen der Menschen und sie
werden sich an die weniger bedeutsamen Nachteile, der evt. zu hohen Kosten, der
Datensicherheit, dem fehlenden Kontakt zum Arzt etc. gewöhnen, weil sie entweder den
höheren Nutzen schätzen lernen oder sich einfach mit diesen Problemen abfinden. Bestes
Beispiel dafür ist das Mobilfunktelefon, das wahrscheinlich gesundheitsschädliche
Funkstrahlung aussendet (verlässliche Studien, die diese Theorie bestätigten bzw. widerlegen
stehen noch aus) sowie eine Überwachung der Telefonbesitzer ermöglicht, aber dennoch
reißenden und wachsenden Absatz findet. Damit sich ein Trend zu den medizinischen
Wearables entwickelt muss also eine zuverlässige Funktionsweise gewährleistet werden und
parallel ein umfangreiches Marketing, um potentielle Nutzer über die Vorteile und die
enormen Chancen von Wearables aufzuklären und somit ihr Vertrauen in diese zu wecken,
stattfinden. Dadurch können die Berührungsängste mit dieser Technologie sowohl bei den
Patienten als auch bei den Ärzten genommen werden. Letztendlich müssten, um einen Erfolg
von medizinischen Wearables garantieren zu können, alle in Tabelle A des Abschnitts 3.3.1.2
118
aufgezählten Risiken und Probleme beseitigt werden, damit medizinische Wearables auf jeder
Ebene unseres Alltags Einzug halten.
4. Ausblick, Visionen und Perspektiven
Mit fortschreitender Technik werden sich immer neuere Möglichkeiten für tragbare
medizintechnische Anwendungen eröffnen. In 15 oder 20 Jahren werden wir über
hochintelligente Hemden, Hosen und Jacken verfügen, die uns selbsttätig kühlen oder
wärmen, bei Unfällen schützen und unsere Körperfunktionen überwachen. Dabei wird es sich
um Textilien handeln, die über eine eigene elektronische, chemische, physikalische und
biotechnische Intelligenz verfügen. Vor allem das Interesse des Militärs gibt der Entwicklung
von Hightech-Outfits einen starken Schub. Entwürfe von hochintelligenten Kampfanzügen,
die ähnlich intelligent wie ein moderner Computer sind und die vitalen Funktionen des
Soldaten (Atmung, Körpertemperatur, Puls, Blutdruck etc.) mit eingebetteten Sensoren
messen und zur Kontrolle an die Einsatzzentrale funken, liegen schon längst vor. Die
Kleidung wird trotz ihrer außergewöhnlichen Fähigkeiten leicht und komfortabel sein, weil
alle elektronischen Geräte und Batterien als Mikrokomponenten direkt in die Bekleidung
eingebaut werden und Kabel überflüssig machen. Neue Fasern sind selbst in der Lage, Strom
zu leiten.
Irgendwann ist es vielleicht auch möglich, wie in der Science-Fiction Serie „Star Trek“ mit
einem Tricorder und anderen von dem medizinischen Personal verwendeten tragbaren
Geräten zu arbeiten. Der Tricorder kann den Körper durchleuchten, Diagnosedaten zum
Rechner des Hauptschiffes übertragen und von dort Behandlungshinweise für den
behandelnden Arzt empfangen. Die Firma Blue Fire arbeitet auf eine Anwendung hin, die für
die der Medizin zuarbeitenden Industrie bestimmt ist. Diese Anwendung soll in der Lage sein
die beschriebenen Funktionen des Tricorders zu nutzen, indem sie von Krankenhäusern und
Ärzten Audio- und Videodateien, für lebensrettende Maßnahmen vor Ort, empfängt und an
diese überträgt. Auch durch den Einsatz elektronischer Implantate, die Körperteile oder
Organe ersetzen (Prothetik) eröffnen sich auf diesem Gebiet vielfältige Einsatzmöglichkeiten.
So könnte beispielsweise durch die Integration von Sensoren in das menschliche Gewebe die
Zusammensetzung des Blutes bestimmt werden. Paniken und Ängste vor Spritzen bei
Blutuntersuchungen würden damit der Vergangenheit angehören. Trotz der enormen sich
bietenden Vorteile müssen auch Bedenken, vor allem aus ethischer Sicht angesprochen
werden. Denn durch die Nutzung derartiger Technologie besteht die Gefahr des Missbrauchs.
Menschen wären imstande die Grenzen des eigenen Körpers auszureizen sowie die eigenen
Fähigkeiten (z.B. durch zusätzliche oder verbesserte Sinnesorgane) zu erweitern um sich
dadurch Wettbewerbsvorteile zu verschaffen.
Bei allen Hightech-Ambitionen greifen die Textilforscher jetzt neuerdings immer öfter auf das
Vorbild Natur zurück. Sie haben Ideen, zukünftig Biomasse zu nutzen, um z.B. künstliches
Spinnengewebe oder Designer-Muskeln zu erschaffen, die wie eine zweite Haut über unserer
echten Haut liegen und sich der Umwelt beliebig anpassen können. Die TU München forscht
bereits mit Muschel-Muskeln, die die Poren der Kleidung je nach Bedarf öffnen und
schließen, um einen optimalen Wärme- und Kälteschutz (Luftzirkulation) zu gewährleisten.
Gesteuert werden soll dieser Mechanismus direkt von unserem Nervensystem.
119
Letztendlich steht die Entwicklung für tragbare Elektronik zur Überwachung des
menschlichen Gesundheitszustandes jedoch noch ganz am Anfang und wird in Zukunft der
Medizin sicher noch zu dem einen oder anderen Durchbruch verhelfen.
„Bald werden wir Schuhe haben, die mehr über uns wissen als jeder Arzt.“
(Quelle: Bass TA. Die Kleiderordnung des 21. Jahrhunderts. In: Monitor, Mai 1998)
5. Fazit
Hier möchte ich stichpunktartig zusammenfassen, welche Probleme während der Arbeit
auftraten, aber auch, was besonders positiv zu erwähnen ist.
Probleme:
 Das Auffinden und Bearbeiten von Quellen für die Erstellung der Genesis
beanspruchte sehr viel Zeit, da u.a. auch englische Texte verwendet werden mussten.

Es stand nur eine russische und sehr stark gekürzte englische Version des Handbuchs
der „Doktor Mouse“ zur Verfügung. Dadurch hatte ich bei dem Umgang mit der
„Doktor Mouse“, aufgrund fehlender Informationen, einige Probleme.

Das Finden von Probanden, die bei einer gewissenhaften Bearbeitung des Fragebogens
ca. 30 - 45 Minuten ihrer Zeit opfern mussten.
Positives:
 Hohe Motivation, da das Thema Wearables für mich sehr interessant ist.

Sammeln von Erfahrungen bzgl. Umfragetechniken und den daraus entstehenden
Problemen.

Die Möglichkeit der Nutzung eines Prototyps für medizinische Wearables.
Ich sah diese Bachelorarbeit als logische Konsequenz zu meinen bisherigen Arbeiten, die ich
im Rahmen meines Studiums bisher absolvierte. So beschäftigte ich mich bei Seminaren,
Hausarbeiten etc. (z.B. Ambient Intelligence) fast ausschließlich mit Themen zu
medizinischen Wearables, solange sie zur jeweiligen Veranstaltung passten. Außerdem hoffe
ich, die bei der Bachelorarbeit gemachten Erfahrungen für spätere Projekte oder Arbeiten wie
der folgenden Masterarbeit mitzunehmen.
120
Eidesstattliche Erklärung
Ich versichere hiermit, alle im Zusammenhang mit dieser Bachelorarbeit erstellten
Dokumente ohne fremde Hilfe und ausschließlich mit den aufgeführten Hilfsmitteln und
Quellen angefertigt zu haben.
121
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162.
163.
164.
165.
166.
167.
168.
169.
170.
171.
172.
173.
http://en.wikipedia.org/wiki/Frank_Pantridge
http://www.madehow.com/Volume-7/External-Defibrillator.html
http://www.bvmed.de/stepone/data/downloads/ed/9a/00/geschichte_web.pdf
http://www.archaeologisch.de/forschung/prothese1.html
http://inventors.about.com/library/inventors/blprosthetic.htm/
http://de.wikipedia.org/wiki/Prothese
http://www.visionm.de/visionM-0105.pdf
http://people.bath.ac.uk/en3tm/Report/history.html
http://klinik.qualimedic.de/Bandscheibe_prothese_geschichte.html
http://www.orthopoint.de/basics/armaktiv2.htm
http://www.medschool.northwestern.edu/depts/nupoc/proshistory.html
http://www.quarks.de/dyn/7405.phtml
http://edoc.hu-berlin.de/oa/books/rezuzIE9APXxc/PDF/24QdYloQEVLM.pdf
126
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Signalflüsse zwischen Mensch und Maschine nch Steve Mann ..................... 8
Quelle: http://www.cs.albany.edu/~maniatty/teaching/ubicomp/class02/lectnotes.pdf
Abbildung 2: erster externer Herzschrittmacher ................................................................. 16
Quelle: http://www.medtronic.com/corporate/images/patient.jpg
Abbildung 3: Earl Bakkens Herzschrittmacher ................................................................... 16
Quelle: http://www.medtronic.de/cmsimages/batt_herzschr_nr1.jpg
Abbildung 4: erster implantierbarer Herzschrittmacher ...................................................... 17
Quelle: http://www.deutsches-museum.de/dmznt/images/ersatzteile/1/schrittmachergruen.jpg
Abbildung 5: Medtronic Chardack-Greatbatch Herzschrittmacher .................................... 17
Quelle: http://www.nlm.nih.gov/share/image/frank11.gif
Abbildung 6: moderne interne Herzschrittmacher .............................................................. 19
Quelle: http://www.lkh-wo.at/Medizin/schritt_fr.jpg
Abbildung 7: Thermoskop von Heron von Alexandria ....................................................... 21
Quelle: http://www.wundersamessammelsurium.de/Heron/BuchPneu/Pneu2-08.html
Abbildung 8: Galileis Thermoskop ..................................................................................... 21
Quelle: http://www.temp-web.de/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=148
Abbildung 9: 50-teiliges Thermometer „Florentine Little“ ................................................ 22
Quelle: http://www.freunde-alter-wetterinstrumente.de/22theges03.htm
Abbildung 10: frühes Quecksilberthermometer .................................................................. 23
Quelle: http://inventors.about.com/library/inventors/blthermometer.htm
Abbildung 11: Thermometer mit Réaumur-Skala .............................................................. 24
Quelle: http://www.amuseum.de/physik/alwami/exponate/kelvin/Reaumur.jpg
Abbildung 12: modernes digitales Fieberthermometer ....................................................... 25
Quelle:
http://alatkesehatan.com/components/com_phpshop/shop_image/product/1d68240cf8601a730
307f687f5439ba4.jpg
Abbildung 13: Nachbildung des Stethoskops von Laennec ................................................ 26
Quelle: http://www.antiquemed.com/monoauralstethimg/laennec01.jpg
Abbildung 14: binaurales Stethoskop von Camman ........................................................... 27
Quelle: http://www.antiquemed.com/binauralstethoscopeimg/camm_1852.jpg
Abbildung 15: Alisons Differentialstethoskop .................................................................... 28
Quelle: http://www.antiquemed.com/binauralstethoscopeimg/alison1.jpg
Abbildung 16: Stethoskop nach Littmann ........................................................................... 29
127
Quelle: http://www.nofamed.de/assets/images/Littmann_Select.jpg
Abbildung 17: elektronisches Stethoskop ........................................................................... 29
Quelle: http://www.medical-econet.com/bilder/soundplus.jpg
Abbildung 18: modernes digitales EEG-System mit 32 Kanälen ....................................... 30
Quelle: http://www.hospimedicaintl.com/Products.aspx?CatID=5&SubCatID=37
Abbildung 19: das erste von H. Berger aufgenommene Elektroenzephalogramm ............. 32
Quelle: http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/berger_eeg2.jpg
Abbildung 20: Bergers EEG-Aufnahmesystem um 1926 ................................................... 32
Quelle: http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/berger.html
Abbildung 21: direkt schreibendes Multikanal-EEG-Gerät ................................................ 33
Quelle: http://www.mediawars.ne.jp/~yukisss/EEG%20room.jpg
Abbildung 22: modernes Computer-EEG ........................................................................... 34
Quelle: http://www.lutin.utc.fr/documents/eeg.jpg
Abbildung 23: Wireless-EEG.............................................................................................. 35
Quelle: http://www.futurehealth.org/wireless_eeg.htm
Abbildung 24: Oberflächenelektroden ................................................................................ 37
Quelle: http://www.emsbiomed.com/img/acc/large/surf_elec.jpg
Abbildung 25: Braunsche Röhre ......................................................................................... 37
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Kathodenstrahlr%C3%B6hre
Abbildung 26: konzentrische Nadelelektrode ..................................................................... 38
Quelle:
http://www.ambu.de/ambude/final.nsf/(pubid)/iD74852620AB39A6FC1256F6900373BFDi5
25E1C663CA6E100C1256F78004704F8i564CC67C3618A84DC1256ED6004D4FE1?Open
&SubName=%5C&ParentName=Nadelelektroden
Abbildung 27: Elektromyograph von Huddleston & Golseth ............................................. 38
Quelle: http://www.acsu.buffalo.edu/~dfine/Hist.%20EMG4.ppt; Seite 21
Abbildung 28: tragbares EMG-Gerät .................................................................................. 39
Quelle: http://www.medgadget.com/archives/2005/01/advances_in_ele_1.html
Abbildung 29: voltaische Säule .......................................................................................... 41
Quelle: http://www.emb-akku.com/index.html?/main-d/glossar/voltaische-saeule.html
Abbildung 30: Nobilis „astatic galvanometer“ ................................................................... 41
Quelle: http://www.na.infn.it/Museum/schede/jpg/88.jpg
Abbildung 31: Multiplikator ............................................................................................... 42
Quelle: http://www.bmm.charite.de/aktuelles/besonderes_objekt/som05.htm
Abbildung 32: Lippmanns Kapillarelektrometer ................................................................ 43
128
Quelle: http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/lippmann_electrometer1.jpg
Abbildung 33: Galvanometer von Deprez und d’Arsonval................................................. 43
Quelle: http://www.sidis.net/galvandeprez2.jpg
Abbildung 34: der erste menschliche Elektrokardiogramm von A. Waller ........................ 44
Quelle: http://www.grundkurs-ekg.de/geschichte/wallerekg.gif
Abbildung 35: 5 Phasen der elektrischen Herztätigkeit ...................................................... 44
Quelle: http://www.einthoven.nl/index_einthoven_menu.html
Abbildung 36: Fadengalvanometer ..................................................................................... 45
Quelle: http://www.einthoven.nl/images/historicalphotos/eh008.jpg
Abbildung 37: Einthovens Elektrokardiograph ................................................................... 45
Quelle: Projektarbeit; Fachbereich: Medizintechnik; Thema: Aufbau eines
Biosignalverstärkers mit Computeranbindung; Projektteam: Marcel Dittmann, Patrick
Falkenberg, Andreas Redlin, Matthias Rosenkranz; Hannover; Seite 3
Abbildung 38: eines der ersten Elektrokardiogramme, aufgezeichnet durch einen
Fadengalvanometer ............................................................................................................. 46
Quelle: http://www.einthoven.nl/index_einthoven_menu.html
Abbildung 39: moderner “Holter Monitor” ........................................................................ 47
Quelle: http://www.merck.com/media/mmhe2/figures/fg021_2.gif
Abbildung 40: Einkanal-Direktschreiber der Firma Schwarzer .......................................... 48
Quelle: http://www.kugener.com/abfrage.php?id=0229
Abbildung 41: mobiles EKG-Gerät „Cardio24“ ................................................................. 49
Quelle: http://www.de.wellnessshop.com/cardio24.html?PHPSESSID=b44f5fe48b9b1bc2e609003acf24d9e0#details
Abbildung 42: herkömmlicher manueller Defibrillator ...................................................... 50
Quelle: PDF; “The Heart, Defibrillation & Automated External Defibrillation”; Seite 19
Abbildung 43: AED ............................................................................................................ 51
Quelle: http://www.ci.glendora.ca.us/images/aed.jpg
Abbildung 44: Darstellung eines implantierten Defibrillators ............................................ 51
Quelle: http://www.sjm.com/assets/popups/icd.gif
Abbildung 45: Claude S. Becks erster Defibrillator ........................................................... 52
Quelle: http://efimov.wustl.edu/defibrillation/history/defibrillation_history.htm
Abbildung 46: Pulsilogium von Santorio ............................................................................ 56
Quelle: http://clendening.kumc.edu/dc/rm/17_04p.jpg
Abbildung 47: Sphygmograph von Karl v. Vierordt........................................................... 56
Quelle: http://clendening.kumc.edu/dc/rm/19_03p1.jpg
129
Abbildung 48: Gustav Gärtners Pulskontroller ................................................................... 57
Quelle: http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/vlpimages/images/img3816.jpg
Abbildung 49: Pulsuhr „Polar F11“ .................................................................................... 58
Quelle: http://www.bstaendig.at/OSCommerce/images/F11_GRY_front.jpg
Abbildung 50: Riva-Roccis Sphygmomanometer ............................................................... 62
Quelle: http://pacs.unica.it/biblio/fig47e.jpg
Abbildung 51: Blutdruckmessgerät für das Handgelenk .................................................... 63
Quelle: http://www.sanitaetshaus-48.de/images/sanicare/ibp/10084.jpg
Abbildung 52: Hörröhr ........................................................................................................ 65
Quelle:
http://gaia.oticon.de/eprise/main/Oticon/DE_de/SEC_AboutHearing/LearnAboutHearing/Pro
ducts/SEC_Gaia/GaiaMagazine/PDFs/TheHistoryOfHearingAids
Abbildung 53: Ellipsis Otica ............................................................................................... 66
Quelle: http://beckerexhibits.wustl.edu/did/rarebks/index.htm
Abbildung 54: Hörstuhl von 1879 ....................................................................................... 67
Quelle: http://www.bis.uni-oldenburg.de/mirror/presse/einblick/22/geraete.gif
Abbildung 55: elektronisches Hörgerät von Miltimore ...................................................... 67
Quelle: http://beckerexhibits.wustl.edu/did/win_19th/magneto.htm
Abbildung 56: Tischhörgerät von Thornton ........................................................................ 68
Quelle: http://www.mauderli-hno.ch/Lexikon/Lex_baha.html
Abbildung 57: tragbares Hörgerät mit Röhrenverstärker .................................................... 69
Quelle: http://www.ollmann.de/bilder/alt_standart.JPG
Abbildung 58: HdO-Hörgerät ............................................................................................. 70
Quelle: http://www.hoergeraete-zieglmaier.de/Bilder/HdO_hoergeraet.jpg
Abbildung 59: IdO-Hörgerät ............................................................................................... 70
Quelle: http://www.jaeckel.optiker.at/hoergeraet_ite.jpg
Abbildung 60: IdO und HdO-Hörgeräte ............................................................................. 71
Quelle: http://republic.cap.ru/2002_61/34.HTM
Abbildung 61: Nachbildung eines Lesesteins aus Beryll .................................................... 72
Quelle:
http://www.zeiss.de/4125680F0055C122/GraphikTitelIntern/A39_1b/$File/A39_1b.jpg
Abbildung 62: Nachbildung einer Nietbrille um 1350........................................................ 73
Quelle: http://www.amuseum.de/physik/brillen/exh98_99/20.jpg
Abbildung 63: Schlitzbügelbrillet ....................................................................................... 74
Quelle: http://www.optiker.at/archiv/brillengeschichte/schlitzb.gif
130
Abbildung 64: Mützenbrille ................................................................................................ 74
Quelle: http://www.geschichte-der-brille.de/img/muetze.jpg
Abbildung 65: Stirnreifenbrille ........................................................................................... 75
Quelle: http://www.optiker.at/archiv/brillengeschichte/stirn.jpg
Abbildung 66: Zwicker um 1900 ........................................................................................ 75
Quelle: http://www.antik-optik.de/brillen/brille4.1.jpg
Abbildung 67: Nürnberger Drahtbrille des 18. Jahrhunderts .............................................. 76
Quelle: http://www.fielmann.ch/images/geschichte/pic_gesch_17jh.jpg
Abbildung 68: Schläfenbrille des 18./19. Jahrhunderts ...................................................... 76
Quelle: http://www.amuseum.de/physik/brillen/exh98_99/19.jpg
Abbildung 69: Ohrenbrille um 1800 ................................................................................... 77
Quelle: http://www.schlossmuseum.de/bilder/brille.gif
Abbildung 70: Lorgnon ....................................................................................................... 77
Quelle: http://www.thueringen.info/session/saaletal/saaletal010s.jpg
Abbildung 71: moderne Brille von heute ............................................................................ 78
Quelle: http://www.ehleroptik.de/Bilder/brille1.jpg
Abbildung 72: die Hand des Götz von Berlichingen .......................................................... 80
Quelle: http://www.quarks.de/dyn/pics/7405-7678-2-kap8_1.jpg
Abbildung 73: Beinprothese nach Parè ............................................................................... 80
Quelle: http://www.medschool.northwestern.edu/bin/z/n/PareLeg.JPG
Abbildung 74: Verduyns Wadenbeinprothese .................................................................... 81
Quelle: http://www.medschool.northwestern.edu/bin/f/t/VerduinLeg.JPG
Abbildung 75: „Anglesey Leg“ ........................................................................................... 81
Quelle: http://www.medschool.northwestern.edu/bin/v/n/PalmerLeg.JPG
Abbildung 76: Sauerbruch-Armprothese ............................................................................ 82
Quelle: http://www2.hu-berlin.de/kulturtechnik/kabinette/gross/SauerbruchArmprothese.jpg
Abbildung 77: Aufbau einer künstlichen Hüftprothese ...................................................... 83
Quelle: http://media.gek.de/tnet/medizin/c_hueftprothese.jpg
Abbildung 78: Fremdkraftprothese ..................................................................................... 84
Quelle: http://www.quarks.de/dyn/pics/7405-7682-2-kap8_4.jpg
Abbildung 79: Sach-Fuß; Version für Damen .................................................................... 84
Quelle: http://www.teufel-international.com/uploads/pics/21419226.jpg
Abbildung 80: erster Prototyp eines Smart Shirts ............................................................... 86
Quelle: http://static.howstuffworks.com/gif/computer-clothing-prototype.gif
131
Abbildung 81: Aufbau und Grundkomponenten eines Smart Shirts................................... 87
Quelle: http://ldt.stanford.edu/~jeepark/jeepark+portfolio/smartshirt_closer_large.jpg
Abbildung 82: EKG-Modul ................................................................................................ 89
Quelle: http://www.innovations-report.de/bilder_neu/25389_ekg_tshirt.jpg
Abbildung 83: Kommunikationsablauf ............................................................................... 90
Quelle: http://www.geo-view.net/dateien/schaubildekg.jpg
Abbildung 84: Komponenten der LifeVest ......................................................................... 91
Quelle: http://www.lifecor.com/images/secondary/mouseovers/what_is_image_1.jpg
Abbildung 85: Pulswellenermittlung .................................................................................. 97
Quelle: Handbuch der „Doktor Mouse“
Abbildung 86: grafische Darstellung der Messergebnisse ................................................ 100
Quelle: Screenshot
Abbildung 87: textuelle Auswertung und Erklärung der Messergebnisse ........................ 101
Quelle: Screenshot
Abbildung 88: Ergebnisse und Zusammenhänge über den Kenntnisstand von Wearables und
der Berufsgruppe ............................................................................................................... 103
Abbildung 89: Akzeptanz und Einsatzchancen von medizinischen Wearables aus Sicht der
Befragten ........................................................................................................................... 104
Abbildung 90: Attestierte gesundheitliche Probleme........................................................ 107
Abbildung 91: Messergebnisse eines männlichen Probanden .......................................... 107
Abbildung 92: Zielgruppen der „Doktor Mouse ............................................................... 110
Abbildung 93: abschließende Beurteilung der „Doktor Mouse“ ...................................... 111
Abbildung 94: Zielgruppen der „Doktor Mouse ............................................................... 114
Abbildung 95: abschließende Beurteilung der „Doktor Mouse“ ...................................... 115
Abbildung 96: Nutzen der „Doktor Mouse“ ..................................................................... 116
Tabelle A: Ergebnisse der Freitextbefragung .................................................................... 105
Tabelle B: Gründe für die fehlende Akzeptanz ................................................................. 108
Tabelle C: Nutzen der „Doktor Mouse“ ............................................................................ 109
Tabelle D: Zuverlässigkeit der „Doktor Mouse“ .............................................................. 112
132
Tabelle E: Ersatzpotential von medizinischen Wearables ................................................ 112
Tabelle F: Gründe für die fehlende Akzeptanz ................................................................. 112
Tabelle G: Nutzen der „Doktor Mouse“ ........................................................................... 113
Tabelle H: Nutzung des Computers .................................................................................. 118
133
Anhang
Abbildung 1
134
Abbildung 2
135
Abbildung 3 (Seite 1/5)
Bitte geben sie vor dem Ausfüllen des Fragebogens die aktuelle Uhrzeit an:
2. Fragen zum Messvorgang mit der „Doktor Mouse“
2.1
Wie viele Messungen haben Sie vorgenommen? (max. 5)
2.2
Attestierte Ihnen „Doktor Mouse“ gesundheitliche Probleme? Wenn ja, welche?
Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Nein
Ja
erhöhten/niedrigen Pulsschlag
Herzmuskelschwäche
Rhythmusstörungen
Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
Probleme mit dem Gefäßwiderstand
Probleme mit dem Gefäßtonus
hohe/niedrige Cholesterinwerte
erhöhten/niedrigen Blutdruck
2.3
Waren die Messergebnisse bei jeder Messung immer gleich? Wenn nein, wo traten
Unterschiede auf? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Nein
Ja
Messung:
1
2
3
4
5
erhöhter/niedriger Pulsschlag
Herzmuskelschwäche
Rhythmusstörungen
Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
Probleme mit dem Gefäßwiderstand
Probleme mit dem Gefäßtonus
hohe/niedrige Cholesterinwerte
hoher/niedriger Blutdruck
Seite 1
136
Abbildung 3 (Seite 2/5)
3. Fragen zum Produkt „Doktor Mouse“
3.1
Kannten Sie das Produkt „Doktor Mouse“ schon vorher? Wenn ja, woher?
Nein
Ja
_______________________________
3.2
Hatten Sie zuvor schon einmal Kontakt zu ähnlichen Produkten? Wenn ja, wie heiß es
und welchen Zweck erfüllte es?
Nein
Ja
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
3.3
Würden Sie sich die „Doktor Mouse“ für den privaten Gebrauch zulegen?
Nein
3.4
Ja
Bei welchen Personengruppen halten Sie den Einsatz der „Doktor Mouse“ für sinnvoll?
Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Kindern
Kranken
Jugendlichen
Sportlern
Erwachsenen
Sonstige ________________________________________
älteren Menschen
3.5
Würden Sie sich mit diesem Produkt sicherer fühlen?
Nein
Ja
Seite 2
137
Abbildung 3 (Seite 3/5)
3.6
Schätzen Sie die Untersuchungsergebnisse mit der „Doktor Mouse“ als zuverlässig ein?
Wenn nein, warum nicht? Wenn ja, warum?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.7
Könnten Sie sich vorstellen, dass dieses und/oder ähnliche Produkte Ihre regelmäßigen
ärztlichen Untersuchungen ersetzen? Wenn nein, warum nicht?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.8
Wie hoch schätzen Sie den Nutzen der „Doktor Mouse“ in den folgenden Punkten ein?
hoch
mittel
niedrig ich weiß nicht
kostensparendes Verfahren
zeitsparendes Verfahren
Zuverlässigkeit
räumliche Flexibilität
zeitliche Flexibilität
3.9
Bewerten Sie abschließend dazu, anhand Ihrer bisherigen Erkenntnisse das Produkt
„Doktor Mouse“ !
sehr sinnvoll
sinnvoll
ausbaufähig
nicht sinnvoll
ich weiß nicht
Seite 3
138
Abbildung 3 (Seite 4/5):
3.10
Anmerkungen
4. Allgemeine Fragen zur Person
4.1
Wie alt sind Sie?
4.2
Geben Sie Ihr Geschlecht an!
männlich
4.3
weiblich
Leiden Sie an einer der folgenden Krankheiten? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Bluthochdruck
Blutgefäßerkrankungen (z.B. mangelnde Gefäßelastizität)
Blutunterdruck
Erkrankungen im Zusammenhang mit schlechten
Cholesterinwerten (z.B. Arteriosklerose)
Herzrhythmusstörungen
Pulsunregelmäßigkeiten
hohem Puls
Nein
Nicht bekannt
niedrigem Puls
4.4
In welcher körperlichen Verfassung befinden Sie sich?
müde
erschöpft
krank
normal
4.5
In welchem Umfeld arbeiten Sie hauptberuflich?
Büro
Bau
zu hause
Sonstiges
_____________________________________
Seite 4
139
Abbildung 3 (Seite 5/5):
4.6
Wann nutzen Sie einen Computer? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
beruflich
privat
gar nicht
4.7
Wie viel Stunden am Tag nutzen Sie den Computer?
0-2
2-5
5 - 10
10 und mehr
Bitte geben Sie die aktuelle Uhrzeit an:
Seite 5
140
Abbildung 4 (Seite 1/8)
Bitte geben sie jetzt die aktuelle Uhrzeit an:
Umfrage zum Thema „Medizintechnische Wearables“
Einleitung
Ursprünglich stammt das Wort „Wearable“ aus dem Englischen und bezeichnet streng
genommen nichts weiter, als am Körper getragene Technik (auch: Wearable Electronics).
Diese körpernahe Integration von miniaturisierter Computertechnik in beispielsweise
Kleidung unterscheidet sich von der Verwendung anderer mobiler Computersysteme dadurch,
dass die Tätigkeit des Benutzers nicht die Benutzung des Computers selbst ist, sondern eine
durch den Computer unterstützte Tätigkeit in der realen Welt ist. Wearables stellen dem
Nutzer demnach weitaus mehr als nur einen mobilen Arbeitsplatz zu Verfügung – sie
übernehmen die Aufgabe eines unsichtbaren, intelligenten und persönlichen Assistenten, der
nach dem „anytime, anything, anywhere“ – Prinzip arbeitet. Damit ein System als
tragbar/wearable bezeichnet werden darf, muss es jedoch konkrete Charakteristika aufweisen:

Wearables müssen aus der Bewegung heraus benutzt werden können.

Wearables können durch gesprochene Sprache o.ä. kontrolliert werden, so dass
beide Hände frei für andere Aufgaben sind.

Wearables sind mit Sensoren zur Wahrnehmung der physikalischen Umwelt
ausgestattet.

Wearables sind immer funktionsbereit und versorgen den Benutzer autonom mit
Informationen.

Wearables nehmen kontinuierlich Daten auf und sind permanent im Einsatz.
Wegen ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten eröffnen Wearables neue Perspektiven in der
Anwendung. So finden sie sich schon heute in verschiedensten Bereichen, wie z.B. Militär,
Medizin und Logistik wieder. Vor allem im medizinischen Sektor übernehmen Wearables
erfolgreich die unterschiedlichsten Aufgaben. Dort dienen sie als Überwachungssysteme für
die medizinische Vor- und Nachsorge oder Übernehmen gar Aufgaben defekter
Körperfunktionen (Implantate als Extrem-Wearables). Derartige Systeme werden von den
Patienten ständig am/im Körper getragen oder sind direkt unsichtbar in die Alltagskleidung
integriert. Dadurch ermöglichen sie eine allgegenwärtige Kontrolle der Vitalfunktionen (Puls,
Blutdruck, Körpertemperatur etc.) und können bei Notfällen völlig autonom Hilfe alarmieren
oder selbst lebensrettende Maßnahmen einleiten.
Seite 1
141
Abbildung 4 (Seite 2/8)
Um die Möglichkeiten von medizinischen Wearables nochmals zu verdeutlichen, wird im
Folgenden kurz das „Smart Shirt“ des amerikanischen Textilunternehmens SensaTex
vorgestellt, dass auf die Entwicklung von intelligenten Kleidungsstücken spezialisiert ist.
Das SensaTex Smart Shirt ist ein intelligentes T-Shirt, ausgestattet mit diverser
Computertechnik und kann jederzeit wie gewöhnliche Alltagskleidung getragen werden.
Eingebettete Sensoren überwachen dabei die Herzrate, die Atmung und andere
Vitalfunktionen des Trägers. Die dadurch gesammelten Informationen werden dann
kontinuierlich via Satellit oder Mobilfunk zu dem SensaTex Health Center übertragen, in
welchem eine ständige Überwachung und Analyse der eingehenden Daten stattfindet. Beim
Auffinden von gesundheitsgefährdeten Auffälligkeiten wird sofort ein medizinischer
Notfalldienst alarmiert. Die Rettungssanitäter erhalten vom Health Center sowohl das
Krankheitsbild als auch den Standort des Patienten und wissen dadurch schon vor ihrem
Eintreffen beim Patienten über dessen körperliche Verfassung bescheid und können
dementsprechend schnell medizinische Hilfemaßnahmen einleiten.
Außerdem werden alle aufgezeichneten Vitaldaten der Träger eines Smart Shirts auf einer
sicheren Internetseite abgelegt, so dass sich jeder Träger dort jederzeit und überall einloggen
kann, um den Verlauf seiner Vitalfunktionen zu verfolgen.
Das SensaTex Smart Shirt ermöglicht jedem Träger eine selbstverständliche
Bewegungsfreiheit und einen uneingeschränkten Handlungsspielraum. Zusätzlich kann es wie
jedes andere Kleidungsstück auch, gewaschen werden. Gerade aufgrund dieser überaus
vorteilhaften Eigenschaften kann das Smart Shirt in sehr vielen Bereichen (z.B. beim Militär
und Polizei zur Überwachung der Vitalfunktionen und zur Meldung von Verletzungen)
eingesetzt werden.
Seite 2
142
Abbildung 4 (Seite 3/8)
1. Allgemeine Fragen zu medizinischen Wearables
1.1
Kannten Sie den Begriff „Wearables“ und dessen Inhalt schon vor dieser Befragung?
Wenn ja, woher?
Nein
Ja
_______________________________
_______________________________
_______________________________
1.2
Für wie wichtig halten Sie den Einsatz von Wearables im medizinischen Sektor?
sehr wichtig
wichtig
nicht so wichtig
unwichtig
ich weiß nicht
1.3
Welche Probleme sehen Sie bei der Einführung von medizinischen Wearables auf dem
Markt?
1.4
Welche Chancen sehen Sie in medizinischen Wearables?
1.5
Welche Risiken sehen Sie in medizinischen Wearables?
Seite 3
143
Abbildung 4 (Seite 4/8)
2. Fragen zum Messvorgang mit der „Doktor Mouse“
2.1
Wie viele Messungen haben Sie vorgenommen? (max. 5)
2.2
Attestierte Ihnen „Doktor Mouse“ gesundheitliche Probleme? Wenn ja, welche?
Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Nein
Ja
erhöhten/niedrigen Pulsschlag
Herzmuskelschwäche
Rhythmusstörungen
Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
Probleme mit dem Gefäßwiderstand
Probleme mit dem Gefäßtonus
hohe/niedrige Cholesterinwerte
erhöhten/niedrigen Blutdruck
2.3
Waren die Messergebnisse bei jeder Messung immer gleich? Wenn nein, wo traten
Unterschiede auf? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Nein
Ja
Messung:
1
2
3
4
5
erhöhter/niedriger Pulsschlag
Herzmuskelschwäche
Rhythmusstörungen
Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
Probleme mit dem Gefäßwiderstand
Probleme mit dem Gefäßtonus
hohe/niedrige Cholesterinwerte
hoher/niedriger Blutdruck
Seite 4
144
Abbildung 4 (Seite 5/8 )
3. Fragen zum Produkt „Doktor Mouse“
3.1
Kannten Sie das Produkt „Doktor Mouse“ schon vorher? Wenn ja, woher?
Nein
Ja
_______________________________
3.2
Hatten Sie zuvor schon einmal Kontakt zu ähnlichen Produkten? Wenn ja, wie heiß es
und welchen Zweck erfüllte es?
Nein
Ja
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
3.3
Würden Sie sich die „Doktor Mouse“ für den privaten Gebrauch zulegen?
Nein
3.4
Ja
Bei welchen Personengruppen halten Sie den Einsatz der „Doktor Mouse“ für sinnvoll?
Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Kindern
Kranken
Jugendlichen
Sportlern
Erwachsenen
Sonstige ________________________________________
älteren Menschen
3.5
Würden Sie sich mit diesem Produkt sicherer fühlen?
Nein
Ja
Seite 5
145
Abbildung 4 (Seite 6/8)
3.6
Schätzen Sie die Untersuchungsergebnisse mit der „Doktor Mouse“ als zuverlässig ein?
Wenn nein, warum nicht? Wenn ja, warum?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.7
Könnten Sie sich vorstellen, dass dieses und/oder ähnliche Produkte Ihre regelmäßigen
ärztlichen Untersuchungen ersetzen? Wenn nein, warum nicht?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.8
Wie hoch schätzen Sie den Nutzen der „Doktor Mouse“ in den folgenden Punkten ein?
hoch
mittel
niedrig ich weiß nicht
kostensparendes Verfahren
zeitsparendes Verfahren
Zuverlässigkeit
räumliche Flexibilität
zeitliche Flexibilität
3.9
Bewerten Sie abschließend dazu, anhand Ihrer bisherigen Erkenntnisse das Produkt
„Doktor Mouse“ !
sehr sinnvoll
sinnvoll
ausbaufähig
nicht sinnvoll
ich weiß nicht
Seite 6
146
Abbildung 4 (Seite 7/8):
3.10
Anmerkungen
4. Allgemeine Fragen zur Person
4.1
Wie alt sind Sie?
4.2
Geben Sie Ihr Geschlecht an!
männlich
4.3
weiblich
Leiden Sie an einer der folgenden Krankheiten? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Bluthochdruck
Blutgefäßerkrankungen (z.B. mangelnde Gefäßelastizität)
Blutunterdruck
Erkrankungen im Zusammenhang mit schlechten
Cholesterinwerten (z.B. Arteriosklerose)
Herzrhythmusstörungen
Pulsunregelmäßigkeiten
hohem Puls
Nein
Nicht bekannt
niedrigem Puls
4.4
In welcher körperlichen Verfassung befinden Sie sich?
müde
erschöpft
krank
normal
4.5
In welchem Umfeld arbeiten Sie hauptberuflich?
Büro
Bau
zu hause
Sonstiges
_____________________________________
Seite 7
147
Abbildung 4 (Seite 8/8):
4.6
Wann nutzen Sie einen Computer? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
beruflich
privat
gar nicht
4.7
Wie viel Stunden am Tag nutzen Sie den Computer?
0-2
2-5
5 - 10
10 und mehr
Bitte geben Sie die aktuelle Uhrzeit an:
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Abbildung 5 (Seite 1/8)
Bitte geben sie jetzt die aktuelle Uhrzeit an:
Umfrage zum Thema „Medizintechnische Wearables“
Einleitung
Ursprünglich stammt das Wort „Wearable“ aus dem Englischen und bezeichnet streng
genommen nichts weiter, als am Körper getragene Technik (auch: Wearable Electronics).
Diese körpernahe Integration von miniaturisierter Computertechnik in beispielsweise
Kleidung unterscheidet sich von der Verwendung anderer mobiler Computersysteme dadurch,
dass die Tätigkeit des Benutzers nicht die Benutzung des Computers selbst ist, sondern eine
durch den Computer unterstützte Tätigkeit in der realen Welt ist. Wearables stellen dem
Nutzer demnach weitaus mehr als nur einen mobilen Arbeitsplatz zu Verfügung – sie
übernehmen die Aufgabe eines unsichtbaren, intelligenten und persönlichen Assistenten, der
nach dem „anytime, anything, anywhere“ – Prinzip arbeitet. Damit ein System als
tragbar/wearable bezeichnet werden darf, muss es jedoch konkrete Charakteristika aufweisen:

Wearables müssen aus der Bewegung heraus benutzt werden können.

Wearables können durch gesprochene Sprache o.ä. kontrolliert werden, so dass
beide Hände frei für andere Aufgaben sind.

Wearables sind mit Sensoren zur Wahrnehmung der physikalischen Umwelt
ausgestattet.

Wearables sind immer funktionsbereit und versorgen den Benutzer autonom mit
Informationen.

Wearables nehmen kontinuierlich Daten auf und sind permanent im Einsatz.
Wegen ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten eröffnen Wearables neue Perspektiven in der
Anwendung. So finden sie sich schon heute in verschiedensten Bereichen, wie z.B. Militär,
Medizin und Logistik wieder. Vor allem im medizinischen Sektor übernehmen Wearables
erfolgreich die unterschiedlichsten Aufgaben. Dort dienen sie als Überwachungssysteme für
die medizinische Vor- und Nachsorge oder Übernehmen gar Aufgaben defekter
Körperfunktionen (Implantate als Extrem-Wearables). Derartige Systeme werden von den
Patienten ständig am/im Körper getragen oder sind direkt unsichtbar in die Alltagskleidung
integriert. Dadurch ermöglichen sie eine allgegenwärtige Kontrolle der Vitalfunktionen (Puls,
Blutdruck, Körpertemperatur etc.) und können bei Notfällen völlig autonom Hilfe alarmieren
oder selbst lebensrettende Maßnahmen einleiten.
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149
Abbildung 5 (Seite 2/8)
Um die Möglichkeiten von medizinischen Wearables nochmals zu verdeutlichen, wird im
Folgenden kurz das „Smart Shirt“ des amerikanischen Textilunternehmens SensaTex
vorgestellt, dass auf die Entwicklung von intelligenten Kleidungsstücken spezialisiert ist.
Das SensaTex Smart Shirt ist ein intelligentes T-Shirt, ausgestattet mit diverser
Computertechnik und kann jederzeit wie gewöhnliche Alltagskleidung getragen werden.
Eingebettete Sensoren überwachen dabei die Herzrate, die Atmung und andere
Vitalfunktionen des Trägers. Die dadurch gesammelten Informationen werden dann
kontinuierlich via Satellit oder Mobilfunk zu dem SensaTex Health Center übertragen, in
welchem eine ständige Überwachung und Analyse der eingehenden Daten stattfindet. Beim
Auffinden von gesundheitsgefährdeten Auffälligkeiten wird sofort ein medizinischer
Notfalldienst alarmiert. Die Rettungssanitäter erhalten vom Health Center sowohl das
Krankheitsbild als auch den Standort des Patienten und wissen dadurch schon vor ihrem
Eintreffen beim Patienten über dessen körperliche Verfassung bescheid und können
dementsprechend schnell medizinische Hilfemaßnahmen einleiten.
Außerdem werden alle aufgezeichneten Vitaldaten der Träger eines Smart Shirts auf einer
sicheren Internetseite abgelegt, so dass sich jeder Träger dort jederzeit und überall einloggen
kann, um den Verlauf seiner Vitalfunktionen zu verfolgen.
Das SensaTex Smart Shirt ermöglicht jedem Träger eine selbstverständliche
Bewegungsfreiheit und einen uneingeschränkten Handlungsspielraum. Zusätzlich kann es wie
jedes andere Kleidungsstück auch, gewaschen werden. Gerade aufgrund dieser überaus
vorteilhaften Eigenschaften kann das Smart Shirt in sehr vielen Bereichen (z.B. beim Militär
und Polizei zur Überwachung der Vitalfunktionen und zur Meldung von Verletzungen)
eingesetzt werden.
Informationen zum Produkt „Doktor Mouse“
Um die Fragen zu Abschnitt 3 beantworten zu können, muss der nachfolgende kurze Text
zum Produkt „Doktor Mouse“ durchgelesen werden. Bei der Beantwortung der Fragen, sollte
vorausgesetzt werden, dass das Gerät korrekt funktioniert und so arbeitet wie anschließend
beschrieben.
Die „Doktor Mouse“ ist eine Hard- und Softwarekombination, des russischen Unternehmens
RILA GmbH, zum Testen und Überwachen des Herzkreislaufsystems. Dieses Gesamtpaket
enthält neben der Software für die Datenverarbeitung einen optischen Infrarotsensorblock,
bestehend aus einem verkleinerten Infrarotstrahler und einem Photosensor (optoelektrischer
Sensor), zur Erfassung aller relevanten Daten, die für Kontrolle des Herzkreislaufs notwendig
sind. Zurzeit befindet sich dieser Sensorblock in einer getrennt funktionellen Einheit, die über
einen seriellen Port (USB, COM) an den PC angeschlossen wird und keine zusätzliche
Energiequelle benötigt. In Zukunft soll dieser Sensor jedoch in eine gewöhnliche
Computermaus integriert werden, so dass PC-User während ihrer Arbeit am PC ihr
Herzkreislaufsystem kontrollieren und aufzeichnen können.
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150
Abbildung 5 (Seite 3/8)
Die „Doktor Mouse“ nutzt eine spezielle Analysetechnik, die Pulswellenanalyse, um das
Herzkreislaufsystem des Anwenders zu beurteilen. Als Ergebnis werden dem Anwender
insgesamt 8 physiologische Größen, die den Zustand des Herzkreislaufs widerspiegeln,
präsentiert. Diese 8 Größen sind:








die Pulsschlagrate;
die Variationsbreite, die maßgebend für den Herzrhythmus ist;
der Variationskoeffizient, der Unregelmäßigkeiten während der Herzaktivität
aufdeckt;
der Gefäßwiderstand;
der Gefäßtonus, der der Gefäßelastizität entspricht;
der Blutdruck;
der Cholesterinwert und
die „Zeit der maximalen Belastung“, die mit der Herzmuskelkontraktion einhergeht.
Der gesamte Prozess des Messens sowie die Auswertung und Betrachtung der
Messergebnisse beansprucht 2 – 3 Minuten. Zudem verursacht dieses Messverfahren keinerlei
unangenehme und schmerzhafte Empfindungen und ist leicht handhabbar.
Die Einsatzziele der „Doktor Mouse“ sind:






regelmäßige und systematische Beobachtungen des Herzkreislaufsystems, um
Unregelmäßigkeiten aufzudecken und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten,
damit eventuell auftretende schwerwiegende Komplikationen vermieden werden
können. Benutzer des Systems bekommen so ebenfalls die Möglichkeit, ihre, zu
unterschiedlichen Zeiten, genommenen Messergebnisse miteinander zu vergleichen
und dadurch Abhängigkeiten zwischen der Herztätigkeit und äußeren Einflüssen
(physische und nervliche Belastungen) aufzuspüren. Dadurch können sie dann den
zulässigen Grad der äußeren Einflüsse einwandfrei bestimmen und entsprechend,
durch Abbau der negativen äußeren Einflüsse, gesundheitsfördernd auf ihre
Herzaktivität Einfluss nehmen.
regelmäßige und systematische Beobachtungen des Herzkreislaufsystems, um die
Wirksamkeit von Medikamenten zu bestimmen. In diesem Fall erlaubt das System die
Überwachung von Behandlungsprozessen mit medizinischen Präparaten, die sich
direkt auf die Herz- und Gefäßtätigkeit auswirken und somit den Erfolg oder
Misserfolg einer medikamentösen Behandlung anzeigen.
die regelmäßige Überwachung des Herzkreislaufsystems während sportlicher
Aktivitäten/Training.
die Kontrolle der Herztätigkeit nach einer Drogen- oder Alkoholvergiftung.
die Kontrolle des Herzkreislaufsystems während einer Erkältung oder bei
Infektionskrankheiten.
die Kontrolle der Herztätigkeit während einer Entspannungs-/Ruhephase.
Dies ist nur ein Teil einer Liste von Situationen, bei denen die „Doktor Mouse“ verwendet
werden kann.
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151
Abbildung 5 (Seite 4/8)
1. Allgemeine Fragen zu medizinischen Wearables
1.1
Kannten Sie den Begriff „Wearables“ und dessen Inhalt schon vor dieser Befragung?
Wenn ja, woher?
Nein
Ja
_______________________________
_______________________________
_______________________________
1.2
Für wie wichtig halten Sie den Einsatz von Wearables im medizinischen Sektor?
sehr wichtig
wichtig
nicht so wichtig
unwichtig
ich weiß nicht
1.3
Welche Probleme sehen Sie bei der Einführung von medizinischen Wearables auf dem
Markt?
1.4
Welche Chancen sehen Sie in medizinischen Wearables?
1.5
Welche Risiken sehen Sie in medizinischen Wearables?
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152
Abbildung 5 (Seite 5/8 )
3. Fragen zum Produkt „Doktor Mouse“
3.1
Kannten Sie das Produkt „Doktor Mouse“ schon vorher? Wenn ja, woher?
Nein
Ja
_______________________________
3.2
Hatten Sie zuvor schon einmal Kontakt zu ähnlichen Produkten? Wenn ja, wie heiß es
und welchen Zweck erfüllte es?
Nein
Ja
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
3.3
Würden Sie sich die „Doktor Mouse“ für den privaten Gebrauch zulegen?
Nein
3.4
Ja
Bei welchen Personengruppen halten Sie den Einsatz der „Doktor Mouse“ für sinnvoll?
Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Kindern
Kranken
Jugendlichen
Sportlern
Erwachsenen
Sonstige ________________________________________
älteren Menschen
3.5
Würden Sie sich mit diesem Produkt sicherer fühlen?
Nein
Ja
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Abbildung 5 (Seite 6/8)
3.6
Schätzen Sie die Untersuchungsergebnisse mit der „Doktor Mouse“ als zuverlässig ein?
Wenn nein, warum nicht? Wenn ja, warum?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.7
Könnten Sie sich vorstellen, dass dieses und/oder ähnliche Produkte Ihre regelmäßigen
ärztlichen Untersuchungen ersetzen? Wenn nein, warum nicht?
Nein
Ja
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
3.8
Wie hoch schätzen Sie den Nutzen der „Doktor Mouse“ in den folgenden Punkten ein?
hoch
mittel
niedrig ich weiß nicht
kostensparendes Verfahren
zeitsparendes Verfahren
Zuverlässigkeit
räumliche Flexibilität
zeitliche Flexibilität
3.9
Bewerten Sie abschließend dazu, anhand Ihrer bisherigen Erkenntnisse das Produkt
„Doktor Mouse“ !
sehr sinnvoll
sinnvoll
ausbaufähig
nicht sinnvoll
ich weiß nicht
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Abbildung 5 (Seite 7/8):
3.10
Anmerkungen
4. Allgemeine Fragen zur Person
4.1
Wie alt sind Sie?
4.2
Geben Sie Ihr Geschlecht an!
männlich
4.3
weiblich
Leiden Sie an einer der folgenden Krankheiten? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
Bluthochdruck
Blutgefäßerkrankungen (z.B. mangelnde Gefäßelastizität)
Blutunterdruck
Erkrankungen im Zusammenhang mit schlechten
Cholesterinwerten (z.B. Arteriosklerose)
Herzrhythmusstörungen
Pulsunregelmäßigkeiten
hohem Puls
Nein
Nicht bekannt
niedrigem Puls
4.4
In welcher körperlichen Verfassung befinden Sie sich?
müde
erschöpft
krank
normal
4.5
In welchem Umfeld arbeiten Sie hauptberuflich?
Büro
Bau
zu hause
Sonstiges
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Abbildung 5 (Seite 8/8):
4.6
Wann nutzen Sie einen Computer? Mehrfachkreuzungen sind möglich.
beruflich
privat
gar nicht
4.7
Wie viel Stunden am Tag nutzen Sie den Computer?
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5 - 10
10 und mehr
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