Medizinische Informatik Gergely Zajzon Dr. Med. Semmelweis Medizinische Universität Institut für Gesundheitsinformatik

Was ist Medizinsche Informatik?

Informatik Informatik = Kunstwort (aus Information und Automatik) in den 1960ern von dem deutschen Computerpionier KARL STEINBUCH geprӓgt, um eine neue wissenschaftliche Disziplin zu beschreiben: Wissenschaft von der Speicherung und Verarbeitung von Informationen englisches Äquivalent: Computer Science Informatik-Duden (1988): “Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Computern”. DR. ZAJZON GERGELY

Was gehört zur Informatik? Halbleiterphysik, Elektronik, Mikro-Elektronik Hardware, Rechnerarchitektur Betriebssysteme/(Software)systemarchitektur Softwaretechnik: Analyse, Entwurf, Realisierung Programmierung, Programmiersprachen Algorithmen und Datenstrukturen (Theorie) Strategien, Aufwandsanalyse Netzwerke, Telematik: Kommunikation Datenbanken: persistente Speicherung großer Datenmengen Robotik Bildverarbeitung, Multimedia … DR. ZAJZON GERGELY

Angewandte Informatik Brücke von den Computerwissenschaften im engeren Sinne zu den Problemen der realen Welt. Zb. Wirtschaftsinformatik Medizinische Informatik Bioinformatik DR. ZAJZON GERGELY

Informatik Geschichte

Der Weg zum Computer 1833: CHARLES BABBAGE : Difference Engine. 1838 Plan für die Analytical Engine, bei der Reihenfolge der Rechenoperationen durch aufeinanderfolgende Lochkarten gesteuert wird. 1886: HERMANN HOLLERITH entwickelt in den USA elektrisch arbeitende Zӓhlmaschinen für Lochkarten, mit denen die statistischen Auswertungen der Volkszӓhlungen vorgenommen werden. Aus seiner Firma ging spӓter IBM (International Business Machines) hervor. 1944: HOWARD H. AIKEN in Zusammenarbeit mit der Harvard-University und IBM: teilweise programmgesteuerte Rechenanlage MARK I. Additionszeit 1/3s, Multiplikationszeit 6s. 35 Tonnen Gewicht, 16 Meter Frontlӓnge 1946 JOHN P. ECKERT und J. W. MAUCHLY: ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Automatic Calculator) als erster voll elektronischer Rechner (18000 Elektronenröhren). Multiplikationszeit: 3s. 1946-1952: Entwicklung weiterer Computer auf der Grundlage der Ideen JOHN V. NEUMANNs (1903-1957) (Einzelprozessor, Programm und Daten im gleichen Speicher; “von-Neumann-Rechner”) 1949 M. V. WILKES (Univ. Manchester): EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) als erster praktikabler Digitalrechner nach den VON NEUMANN-Prinzipien ab 1950: Industrielle Rechnerentwicklung und Produktion.

Von-Neumann-Architektur János Neumann(1903-1957) Von-Neumann-Architektur DR. ZAJZON GERGELY

Von-Neumann-Rechner Komponenten (die bis heute in Computern verwendet werden) ALU (Arithmetic Logic Unit) – Rechenwerk (Zentraleinheit, Prozessor), führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen durch. Control Unit – Steuerwerk oder Leitwerk, interpretiert die Anweisungen eines Programms, und verschaltet dementsprechend Datenquelle, -senke und notwendige ALU-Komponenten; das Steuerwerk regelt auch die Befehlsabfolge. Memory – Speicherwerk speichert sowohl Programme als auch Daten, welche für das Rechenwerk zugänglich sind. I/O Unit – Eingabe-/Ausgabewerk steuert die Ein- und Ausgabe von Daten, zum Anwender (Tastatur, Bildschirm) oder zu anderen Systemen (Schnittstellen). DR. ZAJZON GERGELY

Konrad Zuse (1910-1995) Die Z3 – der erste funktionsfähige, programmierbare Computer der Welt, 1942 (München) Die Z1 – 1938 fertiggestellte, elektrisch angetriebene mechanische Rechner (Berlin) DR. ZAJZON GERGELY

Das ”Computerzeitalter“ THOMAS J. WATSON (IBM-Chef bis 1955) soll 1943 (vor Indienststellung der MARK I) angeblich Folgendes gesagt haben: I think there is a world market for maybe five computers. BILL GATES soll (wenig glaubhaft) 1981 Folgendes gesagt haben: 640K of memory should be enough for anybody. Heute ist automatische Informationsverarbeitung allgegenwӓrtig und ein Leben ohne sie ist für Zivisilationsgestresste und -verwöhnte kaum noch denkbar: Internet Steuerungen (Auto, Flugzeug, Klimaanlagen, . . . ) Untersuchungsapparaturen in der Medizin (Ultraschall, Computertomographie) Mobiltelefone Kaffeemaschinen, Waschmaschinen, . . . . . .

Wohin geht die Welt?

Lochkartenleser DR. ZAJZON GERGELY

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Speicherung Lochkarte Diskette - 1,44 MB External Hard Disk – 1 TB DR. ZAJZON GERGELY

Kommunikation DR. ZAJZON GERGELY

Wie kann man die Information erreichen? DR. ZAJZON GERGELY

So noch einmal, was ist Medizinsche Informatik?

Medizinische Informatik Die Medizinische Informatik befasst sich mit der elektronischen Verarbeitung von Daten, Informationen und Wissen in der Medizin und im Gesundheitswesen. Man kann es auch Computeranwendungen im Gesundheits-wesen oder mit e-Health umschreiben. DR. ZAJZON GERGELY

Anwendungsbereiche Bildgebende Diagnostik Medizinische Signal- und Bildverarbeitung Strahlentherapieplanung Telemedizin Telechirurgie Bioinformatik DR. ZAJZON GERGELY

Anwendungsbereiche Medizinforschung (In-silico Modellierung) Gesundheitsökonomie Computerbasierte Lehr-/Lernsysteme in der Medizin / E-Learning in der Medizin DR. ZAJZON GERGELY

Anwendungsbereiche Management von Gesundheitsdaten Wissensbasierte Diagnose- und Therapieunterstützung Datenmodellierung für medizinische Informationssysteme Informationssysteme des Gesundheitswesens, insbesondere Krankenhausinformationssysteme DR. ZAJZON GERGELY

Anwendungsbereiche Management von Gesundheitsdaten Medizinische Dokumentation elektronische Patientenakten (Electronic Health Records/EHR) elektronische Gesundheitskarte / Elektronischer Heilberufsausweis (HBA) auch Health Professional Card (HPC) E-Appointment (Online-Terminvergabe) DR. ZAJZON GERGELY

Bildgebendes Verfahren

Bildgebendes Verfahren (Bildgebende Diagnostik; Bildgebung) Oberbegriff in der Medizin und speziell der medizinischen Diagnostik verschiedene apparative Untersuchungs-methoden zusammen die 2- oder 3dimensionale Bilddaten von Organen und Strukturen des menschlichen Körpers liefern und vor allem zur Diagnose krankheitsbedingter Veränderungen eingesetzt werden DR. ZAJZON GERGELY

Bildgebendes Verfahren Röntgenstrahlung konventionellen Röntgen Panorama-Röntgen (Zahnarzt) Computertomographie DR. ZAJZON GERGELY

Bildgebendes Verfahren Nuklearmedizin – Radionukliden Szintigraphie Positronen-Emissions-Tomographie, Single Photon-Emissions computertomographie) Kernspinresonanz (Magnetresonanztomographie) DR. ZAJZON GERGELY

Bildgebendes Verfahren Ultraschall (Sonographie) Infrarotstrahlung (diagnostische Thermographie) DR. ZAJZON GERGELY

E-Health

E-Health (e-Gesundheit, Health 2.0) relativ neu Kunstbgriff fehlt eine gemeinsame gesamtheitliche Definition (cf. Eysenbach, 2001) oder vermischt sich E-Health mit den etablierten Begriffen wie Telemedizin (und weiteren Tele-X-Begriffen) oder ebenfalls neuen Ausdrücken wie Online Health, Cybermedizin und (Internet-)Consumer Health Informatics (cf. Ferguson, 2002; cf. Ferguson, 1995). DR. ZAJZON GERGELY

E-Health (e-Gesundheit, Health 2.0) Im Jahr 2005 stellt die 58. World Health Assembly der Weltgesundheitsorganisation (WHO) fest, dass "E-Health den kostengünstigen und sicheren Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien beschreibt, um die allgemeine Gesundheit zu fördern" DR. ZAJZON GERGELY

Stufen von E-Health Information - Das Bereitstellen von Informationen für Patienten oder Ärzte über Informationsportale Kommunikation - Der Austausch von Informationen zwischen zwei Beteiligten (Patient - Arzt, Arzt - Arzt, ...) ohne direkte und zeitnahe Reaktion des Kommunikationspartners (z.B. online Diabetestagebuch) DR. ZAJZON GERGELY

Stufen von E-Health Interaktion - Der Austausch von Informationen oder Daten zwischen Beteiligten mit unmittelbarer Reaktion des Kommunikationspartners (z.B. Home Monitoring) Transaktion - Der gezielte Datenaustausch zwischen verschiedenen Partnern, mit dem Ziel, die Erbringung medizinischer Leistungen vollständig elektronisch abbilden und abwickeln zu können(siehe Elektronische Patientenkarte) DR. ZAJZON GERGELY

Stufen von E-Health Integration - Die lebenslange Aufzeichnung aller Daten eines Patienten über dessen Gesundheitszustand. Zusammenführung aller Daten aus medizinischen und paramedizinischen Bereichen und Ergänzung der Informationen durch Angaben und Einträge des Patienten selbst ( elektronische Gesundheitsakte). DR. ZAJZON GERGELY

eHealth vs. Telemedizin E-Health ist eine Kombination von das Nutzen von elektronische Kommunikation Telemedizine ist das Nutzen von elektronische Kommunikation und und Informationstechnologien um klinische Versorgung

Telemedizin ? DR. ZAJZON GERGELY

Telemedizin Die Telemedizin ist ein Teilbereich der Telematik im Gesundheitswesen und bezeichnet Diagnostik und Therapie unter Überbrückung einer räumlichen oder auch zeitlichen („asynchron“) Distanz zwischen Arzt (Telearzt), Apotheker und Patienten oder zwischen zwei sich konsultierenden Ärzten mittels Telekommunikation. DR. ZAJZON GERGELY

Telemedizin Telechirurgie Teledermatologie Telediagnostik Telekardiologie Telekonsultation Telemetrie Telemonitoring Teleneurologie Teleoperation Telepathologie Telepsychiatrie Teleradiologie Teletherapie DR. ZAJZON GERGELY

Telechirugie (Telesurgery) Mit der sogenannten Telechirurgie (engl. Telesurgery) wird es möglich, daß sich der Arzt selbst ganz wo anders befindet, als wo die Operation tatsächlich stattfindet. Dies macht Sinn, wenn z.B. ein Spezialist für ein bestimmtes Gebiet gefragt ist, der seinen Arbeitsplatz ganz woanders hat. DR. ZAJZON GERGELY

Telechirugie (Telesurgery) Alles ist möglich… DR. ZAJZON GERGELY

Transatlantische Operation mittels Telechirurgie Ärzteteam in den USA entfernt Gallenblase in Frankreich Chirurgen haben erstmals eine transatlantische Tele-Operation durchgeführt. Wie erst jetzt bekannt wurde, entfernte der Krebsspezialist Jaques Marescaux vom Forschungsinstitut für Darmerkrankungen (IRCAD) der Straßburger Uniklinik am 7. September von einem New Yorker Krankenhaus aus die Gallenblase einer 68-jährigen Patientin in Straßburg. Bisher gab es keine technische Lösung, den langen Datentransfer von 7.000 Kilometern zu optimieren. Die Bewegungen des Operateurs erschienen rund 115 Millisekunden später auf den Bildschirmen. Ermöglicht wurde das Experiment durch eine enge Kooperation zwischen dem IRCAD, der Telefongesellschaft France Telecom und der kalifornischen Firma Computer Motion, die Roboter für Operationen entwickelt. Ausschlaggebend waren laut Marescaux die von der France Telekom bereitgestellten Glasfaserkabeln. "Durch die damit mögliche große Übertragungskapazität konnten die Bilder in nur 130 Millisekunden über den Atlantik geschickt werden", erklärte Marescaux. "Dadurch war praktisch eine simultane Operation durchführbar", so der Chirurg. Während Marescaux in New York operierte, wurde der Eingriff von einem anderen Chirurgen in Straßburg überwacht. Die 45-minütige Operation selbst erfolgte mit Hilfe der minimal-invasiven Chirurgie. Marescaux arbeitete mit Hilfe einer winzigen Kamera, die in den Körper eingeführt wurde, einem Roboter sowie einem Bildschirm. Der als "Lindbergh Operation" titulierte Eingriff kann unter http://www.youtube.com/watch?v=d7IojFFHtiA verfolgt werden. DR. ZAJZON GERGELY

Telechirugie (Telesurgery) Ein anderes Einsatzgebiet für Telechirurgie wäre ein Kriegsschauplatz: Die Chirurgen könnten abseits von der Front dringende Operationen durchführen, am Operationsort wären noch zwei technische Assistenten für Notfälle zuständig. Diese Technologie und Wissenschaft wird auch große Errungenschaften für die zivile Medizin darstellen, ebenso für Astronauten, Minenarbeiter, Feuerwehrmänner, also Leute, die in Gefahrenbereichen arbeiten. DR. ZAJZON GERGELY

Telemonitoring Über die Telefonleitung können die Studienteilnehmer bequem die Daten ihres EKG zur Analyse und Auswertung an ein Telemedizinisches Zentrum (Philipps Healthcare Telemedizin) DR. ZAJZON GERGELY

Chronische Erkrankungen und Demographie Das Spektrum der Krankheiten auch in Deutschland und in Ungarn hat sich in den zurückliegenden Jahrzehnten stark von den akuten zu den chronischen Krankheiten verschoben. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes mellitus und chronische Lungenerkrankungen sind typische Vertreter dieser Krankheiten. DR. ZAJZON GERGELY

Chronische Erkrankungen und Demographie Herz-Kreislauf-Erkrankungen führt diese Liste bei der Anzahl der Todesfälle an. Sie stellen die Todesursache bei fast jedem zweiten Toten in Deutschland: Fast 91 % der Verstorbenen waren über 65 Jahre alt. Durch die ständig steigende Lebenserwartung wird die Zeit in die Dauer der chronischen Erkrankung länger. Das führt vielfach zusätzlich zu ungleich schwereren Folgeerkrankungen wie z. B. Herzinfarkte und Schlaganfälle. DR. ZAJZON GERGELY

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Telemonitoring Das Zentrum verfügt über ein Call-Center, das unter ärztlicher Aufsicht mit medizinischem Assistenzpersonal besetzt ist. Dadurch ist eine durchgehende Erreichbarkeit an 365 Tagen/Jahr und 24 Stunden/Tag garantiert. Das Call-Center kann bei Bedarf den Kontakt zum Patienten herstellen, ihn über seinen Gesundheitszustand informieren und Vorschläge zum Verhalten machen. Der verantwortliche niedergelassene Arzt ist in den Monitoringprozess eingebunden, behält die Therapiehoheit, erhält alle Informationen, personalisierte Therapieempfehlungen entsprechend der gültigen Leitlinien und der spezialisierten Expertise des Zentrums. DR. ZAJZON GERGELY

Telemonitoring Patientennahe Prävention Beim TeleMonitoring werden ausgesuchte Vitalparameter des erkrankten Menschen aufgenommen. Ziel ist die erfolgreiche Therapie der Erkrankung und die Vermeidung von Folgeerkrankungen. Man kann drei Stufen des TeleMonitoring unterscheiden. DR. ZAJZON GERGELY

3 Stufen des Telemonitoring Online-Monitoring: Die aufgenommenen Daten werden kontinuierlich an ein TeleMonitoring-Zentrum weitergegeben. Akute Notfälle sind sofort erkennbar. Retro-Monitoring: Die Daten werden zunächst aufgezeichnet und in regelmäßigen Abständen (z. B. einmal pro Tag) an ein TeleMonitoring-Zentrum weitergegeben. Self-Monitoring: Die Daten werden vom Patienten aufgezeichnet. Er gibt sie gezielt und aus eigenem Antrieb an das TeleMonitoring-Zentrum weiter. DR. ZAJZON GERGELY

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. ZAJZON GERGELY Assistenzprofessor Web: http://www.eii.hu Telefon: +36-20-2159530 E-mail: zajzon.gergely@public.semmelweis-univ.hu DR. ZAJZON GERGELY