Aspects of Green Hospital Approaches with a Focus on Developing

Transcrição

Aspects of Green Hospital
Approaches
with a Focus on Developing
Countries
zimt.fau.de
Imprint
Publisher:
Central Institute of Healthcare Engineering (ZiMT) at FAU Erlangen-Nuernberg
Managing Director: Dr.-Ing. Kurt Höller, MBA
Henkestraße 91
D-91052 Erlangen
Tel.: +49 9131 85-26868
Fax: +49 9131 85-26862
[email protected]
www.zimt.fau.de
2
Preface
I
n 2012, a students’ seminar at the University of ErlangenNuernberg started with a focus on “green hospital” developments.
Main topic was a stable and sustainable energy supply in operating
rooms or hospitals since most diagnostic and anesthetic devices are
useless without power. In the first step, an evaluation of the basic needs
of a hospital should be done. This could happen in accordance to existing Siemens Green Hospital projects. The knowledge on real economic
and environmental efficiency in each process allows the elimination of
specific deficits. In a second step, the description and basic design of devices and methods will be implemented that fulfill the needs of a special
environment.
In order to provide a real scenario, we cooperated with a group of physicians who support an
installation and the maintenance of a rural hospital in Cameroon. This made a precise plan of
a minimally equipped operating room and powering concept for developing countries possible.
So far, the hospital uses an electricity supply of the closest major city Tibati and also an own
emergency generator. However, due to frequent power outages, with additional failure of the
emergency generator, and independent power supply would be better and preferable. Another
idea is to divide the building in different sections of energy supply. Operating room, laboratory,
etc. should be powered by an internal power supply, while patient‘s room could be supplied by
external power. The reduction of energy consumption of air-conditioned operation rooms using
heat and cold insulation is also a challenge since the building materials are rarely available.
Our aim was simple and robust technology that is innovative and clever. Since diesel and electricity in Cameroon are very expensive, we focused on the greatest possible use of sustainable
energy. An obvious concept is the installation of solar panels since Cameroon lies near the equator. However, the set up an energy store for the night is still an open question. For this purpose,
a complete package should be addressed including a diesel generator, solar panels and batteries.
We invited outstanding experts from research institutes, companies and non-governmental organizations who talked about their field of work which is related to the project. They presented
concepts that inspired our students in finding solutions for the implementation in Cameroon. The
students learned to create cross-references between the various topics in order to develop their
own ideas. Each participant had to give a talk and to submit an article on a particular topic.
Due to the lack of any financial resources in order to realize those ideas it is important to make the
project „Green Hospital“ public and to acquire adequate funding. After completion of the project
in Cameroon the results should be extended to similar projects also in other regions of Africa and
Latin America.
Dr.-Ing. Kurt Höller, MBA
Managing Director
Central Institut of Healthcare Engineering
3
Content
Self-sufficient energy concept using solar heat in
combination with a stirling engine for developing countries...............................................5
Dose Reduction in Radiology as Green Hospital Requirement
in Developing Countries.........................................................................................................13
Air-Management in a surgery.................................................................................................33
Functional conception of a minimally equipped operation room.....................................43
Einsatz einer Low-cost Funduskamera in Entwicklungsländern.......................................53
Sterilisation in Entwicklungsländern.....................................................................................61
Energieverbrauch in der Radiologie......................................................................................73
Medizinethische Betrachtung von Entwicklungshilfe.........................................................83
Kamerun – Eine allgemeine Vorstellung eines Landes.......................................................97
4
Students‘ Seminar
Green Hospital in Developing Countries Erlangen 2012
Self-sufficient energy concept using solar
heat in combination with a stirling engine
for developing countries
Thomas Bindl
Central Institute of Healthcare Engineering
Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – In this article an integrated energy concept will be introduced which
contains recommended practice for technical and human issues for developing
countries. Furthermore a low temperature stirling system supplied with heat from
solar thermal and different recovery systems is discussed. Finally an outlook for
further stirling motor developments is given.
Keywords: NOTES, Green Hospital, self-sufficient, energy concept, stirling engine, solar
thermal.
Introduction
Transferring high-technology to developing coutries causes different kinds of problems.
In industrial countries the most products are developed for moderate climate. Installing
technical systems in countries with extreme high or low temperature could influence the
functionality. On the technical side it is also a problem to repair damaged machines. The
replacement parts and technical know-how of the locals are missing.
In developing countries we have to consider special requirements to an energy concept.
Therefore we divide it into three parts, installation, operation and error. In the installation phase it has to be checked how the system could be transported. For heavy and huge
parts the roads must be sufficient paved and adequate transporting vehicles are needed.
If its possible local materials should be used. The system must be running at extreme
environmental circumstances. It is also important that non-technical experts can run the
system intuitively. In case of error locals must be able to repair it so that less dependency to others is given.
Therefore an integrated and sustainable energy concept for developing countries is needed, which unifies a technical and human concept. Furthermore we analyzed a lowtemperature stirling engine in combination with solar thermal as a possible solution.
5
Material and Methods
Integrated energy system
In developing countries an uninterrupted power supply isn’t guaranteed. Both in town
and in rural areas a self-sufficient energy supply is reasonable. Another requirement is
low running costs and easy technologies. The most underestimated part is to develop an
appropriate human concept. In most cases experts from industrial coutries bring hightechnology stuff without an adequate training of locals, who are running these systems.
Therefore we present the recommended practice for developing an energy strategy in
developing countries [Figure 1].
Figure 1: Our sustainable energy strategy is divided in the human and technical concept. Especially the human part is mostly underestimated. Energy self-sufficient system
Der Minassians [3] and He and Sanders [4] has shown in their work that its possible to
built up a low-temperature stirling engine with electrical power output about 2,5 kW.
The Sunvention company developed a running stirling engine which delivers 1,5 kW.
The principle of their concept is to heat up water to 150° and store it in a hot reservoir.
For the cold reservoir ground water is used. A stirling engine uses this temperature
difference to generate mechanical energy to run an electrical generator. This engine
doesn’t burn up fossil fuels and produces no emission. The working gas inside is typically air or helium. Water is also not wasted because it is a sealed, closed cycle system.
6
Robust systems
With respect to in the introduction part mentioned requirements we checked the robustness of our system. First the stirling engine consists only of mechanical parts. There are
less electronic parts which are difficult to install or to repair. The size of stirling engine,
solar thermal collectors, hot and cold reservoir isn’t as big as wind power modules for
example and they are easy to transport. For the cold reservoir a noninsulated water tank
could be used. The hot reservoir tank must be isolated. To heat up the water parabolic
mirrors are used. The simple installation and the robustness are the main advantages of
this solution.
Involve locals
In developing countries not only the educational background is important. In the early
planning phase the local situation must be checked. How stable is the political situation
in this country? Is it safe for our workers? Are there religious conventions or traditions
which should be respected? How is the mentality of the locals? These issues are often
underestimated and therefore we recommend to spend enough time to clear these topics.
It is reasonable to instruct locals in installation and running the system. Therefore technical adept people should be recruited.
Professional support
It make sense to inspect the system in regular time intervals. Thus a stable connection to
technical experts of the development assistance organization must be guaranteed. Local
professionals could charged with this task too.
Stirling cycle process
The ideal stirling process consists of two isochore and two isothermal processes which
are shown in the pressure volume diagram in [Figure 2]
Figure 2: Stirling process shown in pressure-volume and temperature-entropy diagram. The
numbers 1, 2, 3 and 4 mark the processes[3].
7
In the compression process the gas is compressed by the piston while the displacer is at
the top of the cylinder [6]. The temperature Tc is constant during this process because
Figure 3: Compression process [6]
the gas is cooled. The green area under the P-V curve marks the required work W1-2.
Process 2-3 is isochore with an inner heat transport from the regenerator. During this
process no work is done. The following process 3-4 is an isothermal expansion. TH is
constant again and W3-4 is done by the system [6].
Figure 5 shows the two isochore processes. In process 2-3 heat is added and in 4-1 heat
is removed from the gas over the regenerator.
Figure 4: Expansion process [6]
8
Figure 5: Isochore processes 2-3 and 4-1
Reasons for the real stirling process [Figure 7][8]
-- High velocity of gas can‘t reached at high motor speed
-- Efficiency of the regenerator couldn‘t reach 100%
-- Death space effects
-- Dissipation of working gas and pressure losses
-- Dissipation of real gas
-- Dissipation because of mechanical friction
-- Thermal loss of the material
-- Pendulum losses
-- Adiabatic losses
Advantages of a stirling engine:
Ability to use all heat producer which generates a temperature difference. It doesn’t
matter if sun, chemical reactions, or gases are used. There are no burning processes for
a low-temperature stirling motor which uses heat which is generated by the sun. Another benefit is, that without pressure peaks there are no exceeding vibrations. Because of
the advantageous ideal process the efficiency is relative high compared to other thermal
engines. The easy maintenance is a huge convenience concerning the operation in developing countries. Due to low-temperatures ceramic could be used for building the engine. Also the closed cycle system avoids wasting water or oil. But the most outstanding
advantage is that low-temperature differences could be convert into mechanical energy.
Disadvantages of a stirling engine:
On the one hand the engine is easy to build and no expensive parts are used, but on the
9
Figure 6: Energy concept for operation room consists of three parts. The regular power supply
system includes solar thermal collectors generating 150-200° hot water for the hot reservoir.
Groundwater is used for the cold reservoir. Stirling motor supplies 1,5 kW output power. A biomass burner could heat the hot reservoir. In case of emergency a diesel generator and batteries is
used as backup system. other hand there hasn’t been a serial production for now. The most engines are on development stage. Thus it is relative expensive to install such a system. The systems are
relative big and the electrical output is relative low.
Three stages energy concept
The main system of our energy concept consists of the stirling motor. It is combined
with a biomass burner which generates heat for the hot reservoir in case of a long period
of no sun. Batteries could safe the power supply till the biomass burner is working. In
case of emergency or maintenance a diesel generator is used [Figure 6].
Results
Stirling system is more robust than photovoltaic systems. Their are less electronic
parts which are weak at high temperatures. Therefore robust mechanical parts are used.
Another weak part is the power converter which needs to be cooled.
Power supply runs round the clock. In isolated tanks heated water could be stored and
used at night for electrical power generation.
Different safety steps ensure energy supply. The first two steps are run only with renewable energy sources.The third step is a diesel generator, which runs in case of failure
in the core system consisting stirling motor, cold and hot reservoir. [Figure 2]
Stirling systems can be constructed and repaired in the third world. High costs and
the difficulty to realize it because of no serial production are the problems.
10
Figure 7: Energy flow diagram for an motor design with 2,5 kW electrical power output. [4]
Outlook
At the moment the most low-temperature stirling motors are in the development state.
A serial production could lower the production costs. So far an usage in industrial countries is uneconomical. Whereas in developing countries with high solar radiation these
systems are reasonable. Finally if an energy system is planned at these areas the local
situation has to be checked and integrated concept unifying technically and human aspects.
References
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
http://www.bsrsolar.com/index_d.html
http://www.inspiritenergy.com/index.php
http://www.powerfromthesun.net/Book/chapter12/chapter12.html
Der Minassians, A., Stirling engine for low-temperature solar-thermal-electric power generation
University of California PhD thesis, Berkeley (2007)
He, M., Sanders, S., Design of a 2.5 kW Low Temperature Stirling for Distributed Solar Generation Engine, University of California – Berkeley, Berkeley, CA, 94720, USA (2011)
Kontragool B., Wongwises S., A four power-piston low-temperature differential Stirling engine
using simulated solar energy as a heat source (2008)
http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Intro/Chapt.1_6/Chapter3b.html
Werdich M., Kübler K., Stirling -Maschinen – Grundlagen Technik Anwendungen, ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg (2007) ISBN 978-3-936896-29-9
11
12
Students‘ Seminar
Dose Reduction in Radiology as Green
Hospital Requirement in Developing
Countries
Comparison of old and new devices regarding
radiation dose and possibilities for refurbishing
Alexandra Grimm
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – Donated medical equipment can be essential for hospitals in developing
nations – but not in every case. Outmoded apparatus which are energy-intensive
or dose inefficient (X-ray units or computed tomography (CT)) are off no help
and even involves the danger of a vicious circle. We analyzed the development of
radiology systems over the last decades. Thereby, we identified and evaluated the
possibilities to refurbish old systems with the aim to keep radiation dose as low as
reasonable achievable and potential for application in developing countries like
Cameroon (Africa) in our case. Despite the particular condition in developing nations we found promising techniques to reduce radiation exposure, while maintaining optimum image quality and diagnostic confidence.
Keywords: Green Hospital, Developing Country, Developing Nation, Radiation Dose,
Computed Tomography (CT), X-Ray Technology, Digital Imaging, Automatic Exposer
Control (AEC), Iterative Reconstruction.
Introduction
Placement in Overall Context “Green Hospital”
The final goal of “Green Hospitals” is sustainability by fulfilling the three criteria Efficiency, Quality and Green illustrated in Figure 1. Efficiency means an aware use of
the scarce resources (5.60% of GDP (2009) for health expenditures in Cameroon 2012
[1]).The most efficient way to safe resources in radiology is to diagnose quick and
confident. Wrong diagnoses followed by inappropriate therapies threaten resources and
health as described by the 1-10-100 rule of quality management. Also in Europe and
USA with 14% a considerable proportion of deaths are caused by the wrong diagnose
[2]. Generally the criteria Quality stands for keeping radiation dose as low as reasonab-
13
Figure 1: Criteria of sustainability solutions in radiology
ly achievable (ALARA), consistent with the diagnostic task by ensuring diagnostic accuracy, also for inexperienced radiologists with independent automatically imaging of
high quality. The lack of medical education in developing countries can be bridged by
providing radiology systems which are easy controllable and select appropriate scanning parameter automatically. In Addition, developing solid and reliable basic technologies is required without overestimating the worth of new technologies [2]. Finally, a
Green Hospital has to be Green, i.e. environmentally conscious. It has to be empathized that scrapped radiological systems from developed nations represent often e-waste
instead of being “green” and are also unusable in developing nations. Outmoded apparatus which work energy-intensive and apply additional radiation dose are a widely unrealized outset of a vicious circle with often disregarded ethical aspects. Concerns have
been raised regarding the potential risk from radiation dose due to the uninformed use
in medicine. Thus, although in rural hospitals a critical need of medical equipment of all
sorts exists, radiology donated items have a peculiarity [3, 4].
Relevance of Dose Reduction in Radiology
Dose-inducing radiology technologies are X-ray radiography, computed tomography
(CT), positron emission tomography (PET) and single photon emission computed tomography (SPECT). Due to the relevance for developing countries, especially for Cameroon only the X-ray radiography and CT are analyzed in the following. If developing countries follow the trend of developed nations regarding medical technologies,
the importance of CT will increase in Cameroon soon [2]. With its short scanning time
and isotropic resolution, X-ray techniques and CT allow physicians to diagnose injuries and diseases quick, safe and accurate. However, radiation dose is one of the most
significant factors determining image quality and thereby diagnostic confidence and
interventional accuracy. Hence, it is important to choose the right balance between radiation dose exposure and required image quality. As simple as it may sound, finding
this appropriate target image quality demands a thorough understanding of the image
14
quality requirements for each diagnostic task and how radiation dose, as determined by
scanning parameters such as tube current, exposure time and tube potential, is related
to image quality. In this matter unexpired physicians can be assisted by the support of
radiology systems.
However, why is the reduction of radiation dose in developing countries of special interest? Reduction of radiation dose is particularly relevant in younger population groups
like the average population in Cameroon. The median age of the population in Cameroon is with 19.6 years (in 2012) widely below the average in developed nations, like in
Germany with 45.3 years [5]. For younger patients the risk of cancer due to radiation
exposure is up to three times higher because these patients have a longer life expectancy and their organs are more sensitive to radiation damage [6 - 8]. Due to the higher
birthrate in developing countries (Cameroon: 32.49‰ in 2012) compared to our standards (Germany: 8.33‰ in 2012) the amount of pregnant patients is significant higher
[9]. Imaging pregnant patient is a unique challenge to radiologists due to the concerns
of radiation risks to the embryo/fetus. Potential effects of radiation on the embryo/fetus
include prenatal death, intrauterine growth restriction, severe mental retardation, organ
malformation and childhood cancer [7, 10].
Promising techniques to reduce associated radiation exposure, while maintaining optimum image quality are needed to diagnose confidently. Since radiation dose is determined by many factors, there are various ways to reduce it. We analyzed the available
techniques for X-ray units and for CT and evaluated the accompanied possibilities for
engineering refurbished attachments with reduced dose – potential for application in
developing countries like Cameroon (Africa).
Materials and Methods
In the following the methods analyzed to reduce radiation dose in radiology are listed
for X-ray technology and for computed tomography (CT).
A. X-Ray Technology
a) X-Ray Tube and Generators
b) Collimation of X-Ray Beam
c) X-Ray Beam Filtration
d) Detector Efficiency
e) Automatic Exposure Control
f) Shielding of Radiosensitive Organs
B. Computed Tomography (CT)
B.1 Hardware
a) X-Ray Beam Filtratiom
c) Detector Efficiency
d) Shielding of Radiosensitive Organs
15
B.2 System Control
a) Tube Current Modulation
b) Automatic Exposure Control
c) Photon Energy Optimization
d) Helical Beam Pitch
B.3 Software
c) Noise Reduction Filters
d) Iterative Image Reconstruction Techniques
Results and Discussion
A. X-Ray Technology
Regarding radiation dose X-ray radiography has a big advantage. Unlike images acquired with CT, radiographs look overexposed in the sense of being too dark, if patient
radiation dose was too high. CT data are normalized and represent a fixed amount of
attenuation relative to that of water which ensures that the image always appears properly exposed. In addition, CT image quality improves noticeably with regard to the
amount of noise with increasing dose. Contrary, in case of X-ray radiography the user
is compelled to adapt the exposure time and dose according to diagnostic task and patient anatomy to prevent over- or under-exposure. Hence, here the risk of unnecessary
patient dose is much less than in CT and the issue of reducing radiation dose is also less
relevant. Additionally, radiography is generally characterized by a significantly lower
radiation exposure than CT. As a result the amount of possible dose reduction is also far
below the reducible amount in CT. Nevertheless, also in radiography some useful refurbishing potential, discussed in the following, exists.
a) Digital Imaging
Although analog X-ray systems are still in usage even in developed nation, further use
has to be avoided, especially in countries like Cameroon. Caused by the different climatically conditions old analogous working apparatus are difficult to use in Cameroon
[2, 11]. An additional reason why digital X-ray systems are worth the investment is the
Figure 2: Knee radiography before (A) and after (B) image processing [12]
16
enabled interpersonal communication of the physicians. This ensures confident diagnoses, a steadily self-improvement and additional purpose psychical exoneration for the
physician if he can diagnose serious cases in cooperation. Consequently, radiologists
who work hundreds of kilometers apart can discuss diagnoses, which is common also in
Figure 3: Analog (film-screen) chest radiograph, used protocol: 120 kV, 0.50 mAs, 5.06 mR (A)
and digital chest radiograph, used protocol: 85 kV, 0.045 mAs, 1.12 mR (B) [13]
developed nations [2]. Additionally, there are the general benefits of digital X-ray systems. Hence, image quality can be improved by post-processing and editing (Figure 2).
Here, the underexposed image in Figure 2A was improved to ensure a confident diagnosis (Figure 2B) without additional examination.
Moreover, with digital imaging systems, examinations may be performed with reduced
dose because the needed exposure is no longer determined by film density [13]. Hence,
the image contrast is enhanced without additional exposure and dose can be significant
Figure 4: Digital (A) and analogous (B) skull radiography, both acquired with 3.2 mAs [14]
reduced as demonstrated in the chest radiograph in Figure 3. Generally, using digital radiography systems dose reductions up to 90% can be achieved compared to analogous
systems.
Figure 4 outlines the enormous radiation dose reduction by improved exposure utilization. While the digital radiograph is already well exposed (Figure 4A), the same current
is insufficient to expose the film of the analogous radiograph and the image looks underexposed (Figure 4B).
Furthermore, savings of chemicals for film processing is especially an advantage where
it is a challenge to dispose chemicals appropriately. Finally, the clinical workflow can be
17
improved in various ways. Faster imaging without time requirement for film processing
provides efficiency by a 30% increase in patient throughput [15]. This is big advantage
in developing countries because for example in Cameroon the physician density is with
0.19 per 1000 inhabitants only 5% of the density in Germany (3.531%) [16]. Additionally, the digital storage of patient data, examinations and diagnoses leads to a further
improvement of the workflow. This is especially a benefit because of the insufficient
organization in Cameroon [4]. Due to the digital storage, material costs can be reduced additionally. It is expected that the reduction in film costs results in an over 40%
reduction of the total examination costs [14]. Thus, digital imaging is a starting point
for refurbishing dose reduced radiology systems by economic retooling. Thereby, great
benefits are assumed for patients and radiologists in developing nations.
b) X-Ray Tubes and Generators
X-ray tubes and generator are components of X-ray systems which are already wellengineered. Hence, there is no big potential for further improvements. Additionally, it
has to be taken into account that these hardware components are well-matched which
makes retooling challenging and uneconomical [17].
c) Collimation of X-Ray Beam
Pre-patient collimators are positioned between X-ray source and patient to define the
X-ray beam coverage and shape to avoid unnecessary radiation dose. Retooling and refurbishing of collimators is again challenging as discussed in the previous section [17].
d) X-Ray Beam Filtration
X-ray beam filter attenuates and “hardens” the absorption spectrum resulting in an efficient penetration of the X-ray beams through the patient. “Soft X-rays”, i.e. radiation
with low energy and a high chance of being absorbed within the patient are decreased.
X-ray filters of aluminum or cooper selectively remove these soft X-rays which never
reach the detectors and therefore do not contribute to the image and thus decrease radiation dose. Especially for thinner patients, like common in developing nations, prefiltration can be of notable advantage [17].
e) Detector Efficiency
The detector is one of the most important components of the dose performance of a
X-ray system. Two dose-relevant characteristics of a detector are quantum detection
efficiency and geometrical efficiency, which together describe the effectiveness of the
detector on converting incident X-ray energy into signals referred to as dose efficiency.
The geometric efficiency describes the relation between active detector area and total
detector area while the detector efficiency describes the amount of the X-rays reaching
the detector and are indeed absorbed and translated into signal for the image.
Table 1 gives an overview of the detector development for digital X-ray units and CT
systems. Over the last decades gas detectors, scintillation detectors and direct conver-
18
Gas detector
Scintillation
detector
Direct
converting detector
Example materials
xenon
cesium iodine,
gadolinium oxysulfide
cadmium telluride,
amorphous selenium
geometric efficiency
high
80-90%
high
detector efficiency
40 - 60%
> 90%
97 - 99 %
Resolution
low
> 500 µm
very high
< 100 µm
Table 1: Overview of the detector development in radiology
ting detectors were in concern of research and usage. Gas detectors are still in patches
in clinical use, especially in CT. Here, the noble gas xenon is getting ionized by X-ray.
Then, the current between anode and cathode is measured which is proportional to the
attenuation of the X-ray beam within the patient’s body. Their advantage is a rapid response, which results in a fast scanning speed. However, their drawback of detector
efficiency between 40 and 60% caused their replacement by solid state detectors, also
referred to as scintillation detectors, with detector efficiency greater than 90%. Here,
the X-ray is converted into light and is detected by photodiodes. The occurring current
is again proportional to attenuation. Their disadvantage compared to the gas detectors
is a slow response and a high afterglow which limits the detection efficiency. Additionally, if used in CT systems, a scatter grid is necessary to ensure the square angle of the
X-ray. This grid limits the resolution (> 500 µm) and reduces the geometric efficiency.
Furthermore, a trade-off between quantum efficiency and resolution has to be made regulated by the thickness of the scintillation layer. Currently, these detectors are widely
used. However, to improve the resolution and dose efficiency direct converting detectors are already under development. These detectors convert X-rays not into light but
directly into electrical charge. By setting a minimum energy threshold electronic noise,
dark current and scattered rays can be excluded. Therefore, there is no need for a scatter
grid, which is responsible for dead spaces between single pixels and limits the resolution and geometric efficiency. [18 - 23].
Because of the advantages of direct converting detectors and the practical possibility of
exchanging a detector, they have high potential as refurbishing candidate for dose reduced X-ray units with improved image quality. This extends to CT in the same manner.
Figure 5: Adaption of exposure according to patient size [26]
19
f) Automatic Exposure Control
With the use of automatic exposure control (AEC) the brightness of an image is controlled automatically. Thus, the scanner is adjusting the exposure automatically and
stops before overexposure by itself. Illustrated in Figure 5, for smaller patients (Figure
5A), less exposure, less current and therefore less dose is sufficient to obtain the desired
exposure. In contrast, for larger patients (Figure 5B) attenuation is higher and radiation
dose must be increased. Hence, application of a single protocol is inherently inefficient.
Especially the failure of transfer scanning protocols from developed nation, where the
average patient is much more corpulent than in developing nations has to be avoided.
Therefore, exposure times must be adjusted according to body size, weight and body
circumference. Additionally, exposure also has to be adapted according to medical examinations [24, 25]. This individualization of scanning parameters is important to achieve high quality images and prevent under- or over-exposure and unnecessary patient dose. Hence, with the use of AEC it is also possible for unexpired physicians to get images
of high quality with low dose. Caused by the opportunity of economically retooling this
technique, AEC has potential to be used in developing nations like Cameroon.#
g) Shielding of Radiosensitive Organs
Selective protection of radiosensitive tissue and organs, such as the breast, eye lenses
and gonads, is particularly relevant for younger population groups like the average population in Cameroon. Shields made of thin sheets of flexible latex impregnated with
bismuth and shaped to cover the eye lens, thyroid, or breasts can be used, respectively,
during periodontal, skull, cervical spine, or chest radiography exams to reduce the effective organ dose [27, 28].
B. Computed Tomography (CT)
The following paragraph shows and discusses the results of the CT system analysis. It
is divided into three parts; first hardware, followed by system control and concluded by
software solutions.
B.1 Hardware – Optimization of the CT System
a) X-Ray Beam Filtration
In CT beam hardening filters are implemented like already described for X-ray units and
targets again at ”hardening“ the beam spectra to reduce dose which do not contribute to
the image data. Itoh et al. [29] compared radiation exposure with an aluminum filter and
that with a conventional filter. The study showed a 17% reduction in patient dose and a
9% decrease in image noise with the aluminum filter. For beam shaping in CT additional bow-tie filters are used. Since the cross-section of patients is typically oval in shape,
the attenuation of a fan beam in the peripheral region is less than that passing through
the central region. As illustrated in Figure 6: Bow-tie filter or beam-shaping filter mi-
20
nimize radiation exposure in the peripheral regions of the patient’s anatomy [32], bowtie or beam-shaping filters minimize radiation exposure in the peripheral regions of the
patient’s anatomy, thus providing better noise consistency within the image while saving in average 50% radiation dose [30, 31]. Hence, bow-tie filters are an effective technology for reducing patient dose and are already often used in common CT scanners.
Figure 6: Bow-tie filter or beam-shaping filter minimize radiation exposure in the peripheral
regions of the patient’s anatomy [32]
Additional to the facts already discussed for collimators in X-ray units pre-patient
collimators in CT must be carefully selected to address specific clinical requirements
because there is a trade-off between radiation dose and spatial resolution. Generally,
thicker beam collimation in multi-detector row CT results in a more dose-efficient examination. However, it limits the width of the thinnest sections that can be reconstructed.
On the other hand, although thin collimation increases the proportion of over-beaming
X-rays, it allows reconstruction of thinner slices [33]. Hence, it has to be carefully implemented on scanners for developing nation regarding this trade-off.
c) Detector Efficiency
The capabilities to improve detector efficiency for CT systems are equal to the capabilities for X-ray units as already described in III.A.e). Additionally, in case of CT it has
to be mentioned that of course multi-slice detectors CTs are more dose-efficient because over-beaming can be reduced. Although, caused by incompatibility single-detector scanners cannot be refurbished into multi-detector scanners [34].
d) Shielding of Radiosensitive Organs
Shields for the protection of radiosensitive tissue and organs like eye lens, thyroid, or
breasts can be used, during brain, cervical spine, or chest CT exams as well as during
X-ray examinations as already discussed in III.A.g). However, in CT their use is not generally recommended because dose reduction by these filters is accompanied by increased noise and artifacts for the simple reason that the dose shield attenuates the anterior
21
X-ray beam and hence decreases anterior organ dose, it also attenuates X-rays coming
from the posterior direction that have already contributed to organ dose and contain important image information [35 - 37]. Additionally, the dose reduction provided by these
shields can be readily achieved by decreasing X-ray tube current without introducing
noise or increasing beam-hardening artifacts, as explained in the following paragraph.
Hence, it has to be well considered to use such shields in developing countries.
B.2 System Control – Optimization of Scanning Parameters and Scanning Protocol
Lowering tube current or voltage or increasing the helical beam pitch is the most direct
way of achieving radiation dose reduction. This paragraph will analyze these possibilities to improve the examination conditions in developing nation.
a) Tube Current Modulation
By adjusting the tube current for each patient individually, radiation dose can be reduced because patient size varies greatly, especially between developed and developing
countries. For smaller patients, less tube current and therefore less dose is sufficient to
obtain the desired image quality (Figure 7A). For larger patients, to ensure adequate
image quality, the radiation dose must be increased (Figure 7B). Hence, application of a
single protocol is inherently inefficient. Especially the failure of transfer scanning protocols from developed nation where the average patient is much more corpulent than in
developing nations has to be avoided. Otherwise the mainly small patients in Cameroon and other developing nations will have redundant exposure to radiation. Therefore,
scanning parameters must be adjusted according to body size, weight and cross-sectional body dimensions (Figure 7A, B) [29, 38].
Figure 7: Tube current modulation: longitudinal (z-axis) and angularly (x- and y-axis) [26]
22
Additionally, to reduce dose further, the tube current has to be modulated within a patient. Thereby, dose modulation occur longitudinal (z-axis) (Figure 7C) and angularly
(x- and y-axis) (Figure 7D). Longitudinal tube current modulation involves variation
of the radiation dose among different anatomic regions (e.g. shoulders vs. abdomen
vs. pelvis) by varying the tube current along the z-axis of the patient. Hence, the userselected quantum noise level is maintained at each slice in the image data and dose can
be reduced [39]. Angularly modulation adjusts tube current in one tube rotation to account for attenuation inconsistencies at different angles of gantry rotation, e.g. from the
anterior-posterior direction to the lateral direction. In the human anatomy that is highly
asymmetric. For example in the shoulders the X-rays are much less attenuated in the
anterior-posterior direction than in the lateral direction [40].
b) Automatic Exposure Control
Automatic exposure control (AEC) in CT aims to automatically modulate the tube current to accommodate differences in attenuation due to patient anatomy, shape and size,
as explained previously. The user only determines the image quality requirements (as
regards contrast to-noise ratio) and the CT system modulates the tube current in realtime automatically by using a feedback mechanism. Hence, in response to variations in
X-ray intensity at the detector according to the measured attenuation from the 180° previous projection the tube current is adjusted [23, 41]. Figure 8 illustrates this modulation: A higher attenuation level at a projection view increases the tube current (red line)
and a lower attenuation decreases it.
It has been shown that radiation dose can be reduced efficiently up to 40% by maintaining image quality with AEC [40, 43]. Figure 9 compares the variation of noise and
Figure 8: Illustration of AEC in a helical scan [42]
23
dose, respectively in standard CT without AEC and with the use of AEC. While noise
varies strongly (red dots) with the anatomic region for a constant tube current scan (Figure 9A) it can be kept relatively constant in an automatic and pre-determined fashion
when modulating the current both with projection angle and in the z-direction (Figure
9B). The respective dose distributions (Figure 9C, D) show that dose is implicitly reduced automatically for regions of lower attenuation.
Figure 9: Comparison of noise and dose in standard CT and with the use of AEC [44]
Automatic tube current modulation promises to be an important development in the optimization of scanning parameters that will help to eliminate the guesswork involved in
the parameter selection which is a challenge especially for inexperienced radiologists.
Thus, with AEC we have a reliable tool to generate images of high quality which definitely has to be used in developing countries for the reduction of radiation dose. Thereby,
the general tendency to ensure low noise levels by cautionary choosing a higher dose
is obviated.
c) Photon Energy Optimization
The idea of lowering the tube potential is that dose is approximately proportional to
the square of the tube voltage [33, 34]. Moreover, in CT exams involving the use of
iodinated contrast media, the superior enhancement of iodine at lower tube potentials
improves the conspicuity of hypervascular or hypovascular pathologies because the attenuation coefficient of iodine increases as photon energy decreases toward the k-edge
energy of 33 keV. However, a lower voltage may not increase the contrast of tissues,
lesions and other pathological structures without iodine uptake. Additionally, images
24
obtained using a lower tube voltage tends to be much noisier, mainly due to the higher
absorption of low-energy photons by the patient, thus noise change is approximately inversely proportional to the tube voltage change. It was shown that for thin adult patients
(< 55 kg) applying a low-tube-voltage protocol (100 kV, 200mA) results in an image
quality comparable to that of standard voltage (120 kV, 200 mAs). Contrary, when the
patient size is above a particular weight (> 80 kg), the benefit of the contrast enhancement of iodine is negated by the increased noise level [6, 38]. Thus, the use of lower
voltages has to be carefully evaluated by expired radiologist for every particular type of
examination and patient before being applied to small patients in developing countries.
d) Helical Beam Pitch
In helical CT scanners the pitch factor is defined as table increment (table feed) per
gantry rotation divided by the X-ray beam width. In principle, raising the pitch can contribute to radiation dose reduction by reducing exposure time. However, scanning at a
higher pitch tends to cause helical artifacts, degradation of the section-sensitivity profile
(section broadening) and creates larger effective slice thickness which results in a decrease in spatial resolution. Hence, caused by several factors an increased pitch may limit
lesion detectability and reduce image quality. Therefore, instead of increasing the pitch
other methods should be used to reduce radiation dose [45].
B.3 Software – Improvement of Image Reconstruction and Data Processing
Compared to hardware components, image reconstruction and data processing have the
highest potential for further improvements regarding radiation dose. Optimally designed data processing and image reconstruction methods can generate images with lower noise levels without sacrificing other image properties, thus improving the overall
image quality, which can further be translated into radiation dose reduction. Additionally, they are more easily to refurbish compared to hardware components which is in
general the most noticeable benefit of software-updates.
a) Noise Reduction Filters
As discussed earlier, radiation dose reduction is limited by increased image noise that
can obscure lesions otherwise visible on images obtained with standard higher dose parameters. Spatial domain filters solve this problem by manipulating data in the reconstructed images and achieve an improved noise level. However, the price of this noise
reduction is a decreased sharpness and lesion-to-background contrast which causes decreased lesion conspicuity as illusFigure 10: Example scan without (A) and with (B)
usage of a software noise reduction filter [48] Figure 10. Hence, before introducing this
technique in developing countries further improvement is needed to maintain image
contrast while decreasing image noise and optimize image quality necessary for diagnostic accuracy [46, 47].
Instead of manipulating the data in the reconstructed images raw-data based filters modulate the raw-data domain (projection-data) before reconstruction by smoothing the
projection data with an optimized likelihood function or using a projection-adaptive
25
Figure 10: Example scan without (A) and with (B) usage of a software noise reduction filter [48]
nonlinear reconstruction filter based on a statistical model. Thereby, these filters enhance the signal-dependent noise in the reconstruction data up to 30-60% and minimize the
loss of image quality and resolution to less than 5% [49]. However, it is more promising
to work directly in the raw data domain than on the reconstructed image such as spatialdata based filters. Thus, if a software noise filter is used in developing nations it should
be a raw-data based filter.
b) Iterative Image Reconstruction Techniques
The reason why the currently clinical widely used filtered back projection (FBP) algorithm is dose inefficient is that it assumes a perfect signal. FBP presents an overly
simplistic view of reality, where ideal system optics feature a point source, point voxels
and point detector elements, all linked together by an infinitely small pencil beam. This
beam is assumed to expose the detector array in a square angle. It also assumes perfect
projection samples, ignoring the noise inherent to X-ray attenuation and detection electronics [50].
On contrary, the peculiarity of iterative reconstruction (IR) algorithms is that they are
able to correct image data by incorporating an assortment of physical models of the CT
system into the reconstruction process that can accurately characterize the data acquisition process including noise, beam hardening, scatter, etc. Even so, a current limitation of IR is the long computing time. Therefore, modified and computationally faster
Figure 11: Filtered back projection (A) and iterative reconstruction (ASIR) (B), both scans with
same dose of CDTIvol = 9 mGy [54]
26
IR techniques, such as the adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) were developed and clinically implemented by several companies. This first generation of IR
involves only one corrective model which is addressed to image noise and keeps complexity down to a minimum by using the same idealized system optic representation as
FBP. The noise reduction is achieved by explicit modeling the statistical distribution of
the acquired data from the physicals of the interaction of radiation with matter driven
Figure 12: Transverse (A) and coronal (B) chest CT images, reconstructed with FBP (9.1 mGy,
88 mA, 120 kV) and transverse (C) and coronal (D) images reconstructed with ASIR (2.9 mGy,
55 mA, 120 kV) [55]
by photoelectric adsorption, Compton Effect and coherent scatter, as well as detector
integration and system electronics. Hence, ASIR evaluates noise formation and iteratively reduce it by comparing the acquired image to a statistically modeled projection.
Thus, the corrupt signal is accurately identified and minimized during the IR process
without affecting other properties such as resolution [51-53]. Figure 11 compares the effect using ASIR (Figure 11B) instead of FBP (Figure 11A). Both images result from the
same projection data, despite the noise levels differentiate significantly, clearly pointing
out the preeminence of iterative reconstruction [54].
Otherwise,Figure 12: Transverse (A) and coronal (B) chest CT images, reconstructed
with FBP (9.1 mGy, 88 mA, 120 kV) and transverse (C) and coronal (D) images reconstructed with ASIR (2.9 mGy, 55 mA, 120 kV) [55] as shown in Figure 12, with the
use of ASIR technique image quality and diagnostic confidence can be maintained by
significantly reducing the number of required projection views and radiation dose. This
benefit has long been utilized by nuclear medicine imaging, where the photon numbers
are much smaller than in CT and FBP is already replaced. The example in Figure 12A,C
uses ASIR instead of FBP images (Figure 12B, D) which resulted in 68% reduction of
radiation dose. The ill-defined ground-glass opacity (arrow) of rhabdomyosarcoma is
still shown exactly, thus the diagnostic accuracy is maintained [55].
One of the most noticeable benefit of adapted iterative image reconstruction technique
is that it keep computing time down to a minimum and is therefore easy to implement
27
on older scanners. Thus, with ASIR we have a high potential refurbishing candidate for
dose improved CT scanners also in developing nations.
However, the first model-based-IR (MBIR) technique is also already clinically introduced from GE Healthcare. Here, the algorithms use a model of the entire CT scanner physics and optics which includes the empirically determined detector and tube response
profiles, detector geometry, the focal spot of the tube, slice thickness, beam hardening,
Figure 13: Comparison of FBP (A) and IR (B) with Veo from GE. Protocol: 0.61 mSv, 120 kV,
10 mA, CTDIvol: 0.74 mGy [57]
scatter, attenuation through metal, etc. Such higher data utilization improves the overall
statistics and helps to reduce noise in the final image. Additionally, MBIR algorithms
improve the low-contrast detectionability and spatial resolution significantly and thereby help clinicians to achieve a confident diagnosis at substantial lower dose [50, 56].
As compared andFigure 13: Comparison of FBP (A) and IR (B) with Veo from GE.
Protocol: 0.61 mSv, 120 kV, 10 mA, CTDIvol: 0.74 mGy [57] illustrated in Figure 13:
Comparison of FBP (A) and IR (B) with Veo from GE. Protocol: 0.61 mSv, 120 kV, 10
mA, CTDIvol: 0.74 mGy [57]Figure 13, MBIR (Figure 13B) enables brilliant image
quality with radiation dose below 1 mSv (exactly 0.61 mSv) for the upper body. While
Figure 14: Interactional strategy for reaching the goal of a
“Green Radiology”
28
the image reconstructed by filtered bFigure 13: Comparison of FBP (A) and IR (B) with
Veo from GE. Protocol: 0.61 mSv, 120 kV, 10 mA, CTDIvol: 0.74 mGy [57]ack projection in Figure 13A is very noisy. To realize the enormous dose reduction, the value has
to be compared to the scans in Figure 11 and Figure 12 where the needed radiation dose
was above twelve times higher. Radiation dose of 0.61 mSv is less than the effective
dose of a radiography examination of the upper body. These dose reduction capabilities
open up exciting new possibilities in CT by changing the previous rules of CT which
leads to a paradigm shift compared to present reconstruction techniques. With computational power growing quickly the final steps will be made and the clinical implementation of MBIR will be widely available.
Conclusion
In conclusion, a multitude of techniques and strategies are available to optimize dose
in radiology while maintaining satisfactory image quality. Thus, there is a large potential for substantially reduction of radiation dose. However, to reach the final goal of a
“Green Radiology”, the crucial issue of radiation dose optimization must be addressed
by both, radiologists and manufacturers. Thus, as illustrated in Figure 14, an interactional strategy which not only cares about the radiology system is necessary. The first
step is to ensure the constructional radiation protection in the radiology department.
This includes a sufficient distance to the radiation source, separation of examination
and control room, entry barriers, warning signs, protective walls, ceilings, doors and
windows made of lead or concrete. Moreover, we have to provide protective clothes
and capes made of lead. The second step is an adequate instruction, training and education before using X-ray modalities. Medical personnel involved in radiologic imaging have to be regularly instructed about the risks regarding radiation dose and protection methods. Additionally, the stuff should be familiar with the variety of methods and
techniques for radiation dose reduction to ensure that radiation exposure is kept as low
as reasonably achievable. In Germany for example the “Röntgenverordnung” (RöV),
“Strahlenschutzverordnung” (StrlSchV) and “Bundesamt für Strahlenschutz” controls
and ensures monitoring. Also in developing countries we need comparable adapted
methods to ensure a carefully and aware use of radiology systems. Moreover, a maintenance service and a reparation and spare parts service ensure usability of the systems
over the whole time [2]. With this interactional strategy the challenge of “green” solutions in radiology will be manageable.
Acknowledgment
I owe my gratitude to Dr. Kurt Höller and Thomas Kästner (Central Institute of Healthcare Engineering) for the organization of the seminar “Green Hospital” and to Dr. Martin Hupfer, Dr. Fabian Eisa and Dr. Marcel Beister (Institute of Medical Physics) for the
helpful discussions.
29
References
[1]
Central Intelligence Agency, Office of Public Affairs. The World Factbook: Health expenditures.
https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2225rank.html?countryName=Cameroon&c
ountryCode=cm&regionCode=afr&rank=125 accessed 12 Aug 2012.
[2]
M. Krämer, R. Singer. Unser Verständnis von Nachhaltigkeit. ZiMT Green Hospital Seminar, Erlangen 11 June 2012.
[3]
S. Harper. Global Import Regulations for Pre-Owned (Used and Refurbished) Medical Devices. International Trade
Administration and Trade Development 2003, 5: 29–30.
[4]
M. Niechzial, K. Gesing. Möglichkeiten der Privatsektorbeteiligung im Krankenhausbetrieb in Entwicklungsländern
KfW Bankengruppe, Frankfurt am Main 2007: 13-14.
[5]
Central Intelligence Agency, Office of Public Affairs. The World Factbook: Median Age.
https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/fields/2177.html accessed 12 Aug 2012.
[6]
P. Vock. CT dose reduction in children. Eur Radiol 2005, 15: 2330–2340.
[7]
L. Berlin. Radiation Exposure and the Pregnant Patient. American Journal of Roentgenology 1996, 167: 1377–1379.
[8]
K. A. Gogos, E. N. Yakoumakis, I. A. Tsalafoutas, T. K. Makri. Radiation dose considerations in common paediatric
X-ray examinations. Pediatric Radiology 2003, 33: 236–240.
[9]
Central Intelligence Agency, Office of Public Affairs. The World Factbook: Birth Rate.
[10] S. J. Patel, D. L. Reede, D. S. Katz, R. Subramaniam, J. K. Amorosa. Imaging the Pregnant Patient for Nonobstetric
Conditions: Algorithms and Radiation Dose Considerations. Radiographics 2007, 27: 1705–1722.
[11] L. R. Goodman, W. D. Foley, C. R. Wilson, A. A. Rimm, T. L. Lawson. Digital and conventional chest images: observer performance with Film Digital Radiography System. Radiology 1986, 158: 27–33.
[12] M. Kothari, A. Guermazi, G. Ingersleben, Y. Miaux, M. Sieffert, J. Block, R. Stevens, C. Peterfy. Fixed-flexion radiography of the knee provides reproducible joint space width measurements in osteoarthritis. Eur Radiol 2004, 14:
[13] M. S. Kogutt, J. P. Jones, D. D. Perkins. Low-Dose Digital Computed Radiography in Pediatric Chest Imaging. American Journal of Roentgenology 1988, 151: 775–779.
[14] C. R. B. Merritt, C. Matthews, R. H. Tutton, K. D. Miller, K. A. Bell, M. S. Kogutt, E. i. Bluth, S. Balter, J. A. Kalmar.
Clinical application of digital radiography: Computed radiographic imaging. Radiographics 1985, 5: 397–414.
[15] K. P. Andriole. Productivity and Cost Assessment of Computed Radiography, Digital Radiography, and Screen-Film
for Outpatient Chest Examinations. Journal of Digital Imaging 2002, 15: 161–169.
[16] Central Intelligence Agency, Office of Public Affairs. The World Factbook: Physicians Density.
[17] M. Siedband. Purchasing dilemma: replace or refurbish. Radiology Management 1981, 4: 2–3.
[18] W. Kalender. Computed tomography: Fundamentals, system technology, image quality, applications. 3rd ed. Publicis
Corporate Pub., Erlangen 2011: 47-55.
[19] M. J. Yaffe, J. A. Rowlands. X-ray detectors for digital radiography. Phys. Med. Biol. 1997, 42: 1–39.
[20] K. Bacher, P. Smeets, K. Bonnarens, A. de Hauwere, K. Verstraete, H. Thierens. Dose Reduction in Patients Undergoing Chest Imaging: Digital Amorphous Silicon Flat-Panel Detector Radiography Versus Conventional Film-Screen
Radiography and Phosphor-Based Computed Radiography. American Journal of Roentgenology 2003, 181: 923–929.
[21] H. G. Chotas, J. T. Dobbins, C. E. Ravin. Principles of Digital Radiography with Large-Area, Electronically Readable
Detectors: A Review of the Basics. Radiology 1999, 210: 595–599.
[22] M. Garmer, S. P. Hennigs, H. J. Jäger, Schrick F., T. van de Loo, A. Jacobs, A. Hanusch, A. Christmann, K. Mathias.
Digital Radiography Versus Conventional Radiography in Chest Imaging: Diagnostic Performance of a Large-Area
Silicon Flat-Panel Detector in a Clinical CT-Controlled Study. American Journal of Roentgenology 2000, 174: 75–80.
[23] T. H. Mulkens, P. Bellinck, M. Baeyaert, D. Ghysen, X. van Dijck, E. Mussen, C. Venstermans, J.-L. Termote. Use of
an Automatic Exposure Control Mechanism for Dose Optimization in Multi-Detector Row CT Examinations: Clinical Evaluation. Radiology 2005, 237: 213–223.
[24] P. Doyle, D. Gentle, C. J. Martin. Optimising automatic exposure control in computed radiography and the impact on
patient dose. Radiation Protection Dosimetry 2005, 114: 236–239.
[25] P. Doyle, C. J. Martin. Calibrating automatic exposure control devices for digital radiography. Phys. Med. Biol. 2006,
51: 5475–5485.
[26] A. Britten. CT Systems and Hardware. Medical Devices Agency 2002, 83: 1–8.
[27] A. Doolan, P. C. Brennan, L. A. Rainford, J. Healy. Gonad protection for the anteroposterior projection of the pelvis
in diagnostic radiography in Dublin hospitals. Radiography 2004, 10: 15–21.
[28] N. W. Marshall, K. Faulkner, P. Clarke. An investigation into the effect of protective devices on the dose to radiosensitive organs in the head and neck. British Journal of Radiology 1992, 65: 799–802.
[29] S. Itoh, S. Koyama, M. Ikeda, M. Ozaki, A. Sawaki, S. Iwano, T. Ishigaki. Further Reduction of Radiation Dose in
Helical CT for Lung Cancer Screening Using Small Tube Current and a Newly Designed Filter. Journal of Thoracic
Imaging 2001, 16: 81–88.
[30] T. L. Toth. Dose reduction opportunities for CT scanners. Pediatric Radiology 2002, 32: 261–267.
[31] N. Mail, D. J. Moseley, J. H. Siewerdsen, D. A. Jaffray. The influence of bowtie filtration on cone-beam CT image
quality. Medical Physics 2009, 36: 22–32.
30
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
M. M. Maher, M. K. Kalra, T. L. Toth, C. Wittram, S. Saini, J.-A. Shepard. Application of rational practice and technical advances for optimizing radiation dose for chest CT. Journal of Thoracic Imaging 2004, 19: 16–23.
M. F. McNitt-Gray. AAPM/RSNA Physics Tutorial for Residents: Topics in CT: Radiation Dose in CT. Radiographics
2002, 22: 1541–1553.
L. M. Hamberg, J. T. Rhea, G. J. Hunter, J. H. Thrall. Multi-Detector Row CT: Radiation Dose Characteristics. Radiology 2003, 226: 762–772.
E. Hein, P. Rogalla, R. Klingebiel, B. Hamm. Low-dose CT of the paranasal sinuses with eye lens protection: effect
on image quality and radiation dose. Eur Radiol 2002, 12: 1693–1696.
K. D. Hopper, S. H. King, M. E. Lobell, T. R. TenHave, J. S. Weaver. The breast: in-plane x-ray protection during
diagnostic thoracic CT - shielding with bismuth radioprotective garments. Radiology 1997, 205: 853–858.
D. J. McLaughlin, R. B. Mooney. Dose reduction to radiosensitive tissues in CT. Do commercially available shields
meet the users’ needs? Clinical Radiology 2004, 59: 446–450.
A. M. Dion, F. Berger, O. Hélie, D. Ott, A. Spiegel, Y. S. Cordoliani. Dose reduction at abdominal CT imaging: reduced tension (kV) or reduced intensity (mAs)? Journal de Radiologie 2004, 85: 375–380.
M. K. Kalra, S. Rizzo, M. M. Maher, E. F. Halpern, T. L. Toth, J.-A. O. Shepard, S. L. Aquino. Chest CT Performed
with Z-Axis Modulation: Scanning Protocol and Radiation Dose. Radiology 2005, 237: 303–308.
W. A. Kalender, H. Wolf, C. Suess. Dose reduction in CT by anatomically adapted tube current modulation. II. Phantom measurements. Medical Physics 1999, 2248–2253.
M. K. Kalra, Naz Nausheen, S. M. Rizzo, M. A. Blake. Computed Tomography Radiation Dose Optimization: Scanning Protocols and Clinical Applications of Automatic Exposure Control. Curr Probl Diagn Radiol. 2005, 34: 171–
181.
L. Yu, X. Liu, S. Leng, J. M. Kofler, J. C. Ramirez-Giraldo, M. Qu, J. Christner, J. G. Fletcher, C. H. McCollough.
Radiation dose reduction in computed tomography: techniques and future perspective. Imaging in Medicine 2009, 1:
65–84.
W. A. Kalender, H. Wolf, C. Suess, M. Gies, D. Hentschel, W. Bautz. Dose reduction in CT by anatomically adapted
tube current modulation: experimental results and first patient studies. Radiology 1997, 205: 471–476.
W. Kalender. Computed tomography: Fundamentals, system technology, image quality, applications. 3rd ed. Publicis
Corporate Pub., Erlangen 2011: 132-136.
M. Mahesh, J. C. Scatarige, J. Cooper, E. K. Fishman. Dose and Pitch Relationship for a Particular Multislice CT
Scanner. American Journal of Roentgenology 2001, 177: 1273–1275.
M. K. Kalra, M. M. Maher, D. V. Sahani, M. A. Blake, P. F. Hahn, G. B. Avinash, T. L. Toth, E. Halpern, S. Saini.
Low-Dose CT of the Abdomen: Evaluation of Image Improvement with Use of Noise Reduction Filters Pilot Study.
Radiology 2003, 228: 251–256.
M. K. Kalra, C. Wittram, M. M. Maher, A. Sharma, G. B. Avinash, K. Karau, T. L. Toth, E. Halpern, S. Saini, J.-A.
Shepard. Can Noise Reduction Filters Improve Low-Radiation-Dose Chest CT Images? Pilot Study. Radiology 2003,
228: 257–264.
Claron Technology Inc. CT Denoiser.
www.clarontech.com/applications_denoiser.php accessed 12 Aug 2012.
M. Kachelrieß, O. Watze, W. A. Kalender. Generalized multi-dimensional adaptive filtering for conventional and spiral single-slice, multi-slice, and cone-beam CT. Medical Physics 2001, 28: 475–490.
M. Beister, D. Kolditz, W. A. Kalender. Iterative reconstruction methods in X-ray CT. European Journal of Medical
Physics 2012, 28: 94–108.
A. R. Kambadakone, N. A. Chaudhary, G. S. Desai, D. D. Nguyen, N. M. Kulkarni, D. V. Sahani. Low-Dose MDCT
and CT Enterography of Patients With Crohn Disease: Feasibility of Adaptive Statistical Iterative Reconstruction.
American Journal of Roentgenology 2011, 196: W743–W752.
J. Leipsic, T. M. LaBounty, B. Heilbron, J. K. Min, G. B. J. Mancini, F. Y. Lin, C. Taylor, A. Dunning, J. P. Earls. Estimated Radiation Dose Reduction Using Adaptive Statistical Iterative Reconstruction in Coronary CT Angiography:
The ERASIR Study. American Journal of Roentgenology 2010, 195: 655–660.
J. Leipsic, G. Nguyen, J. Brown, D. Sin, J. R. Mayo. A Prospective Evaluation of Dose Reduction and Image Quality in Chest CT Using Adaptive Statistical Iterative Reconstruction. American Journal of Roentgenology 2010, 195:
1095–1099.
S. Singh, M. K. Kalra, M. D. Gilman, J. Hsieh, H. H. Pien, Digumarthy SR, J. A. Shepard. Adaptive statistical iterative reconstruction technique for radiation dose reduction in chest CT: a pilot study. Radiology 2011, 259: 565–573.
S. Singh, M. K. Kalra, A. S. Shenoy-Bhangle, A. Saini, D. A. Gervais, S. J. Westra, J. H. Thrall. Radiation Dose Reduction with Hybrid Iterative Reconstruction for Pediatric CT. Radiology 2012, 263: 537–546.
D. Fleischmann, F. E. Boas. Computed tomography - old ideas and new technology. Eur Radiol 2011, 21: 510–517.
B. Nafziger. Ultra-low-Dose CT Technology with Greatly Improved Image Clarity. Medical Electronic Device Solutions 2012, 3: 8–13.
31
32
Students‘ Seminar
Air-Management in a surgery
Bastian Schöneberger
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – In this article there will be given an overview of a concept to manage the
stream and temperature of the air in surgeries. This concept divides temperature
and circulation of the air in two parts. The temperature will controlled via earth
pipes and stack effect. This idea will be used in older Persian buildings, but for
modern surgeries they must adapted. The circulation will be managed from an industrial ventilation system, also in this part the temperature of the air will be used
to control the air-temperature. Both parts together use the DIN 1964-4 as guideline
for the air management in developing countries.
Keywords: Cooling of air, Circulation of air, stack effect, bernoulli effect, air filtering, DIN
1964-4, earth cooling
Introduction
For patients it´s important, that they get healthy out of the hospital. Inside the hospital,
the surgery is one of the main reasons to get sick. For this, there are two determining
factors. One are the direct contacts of surgery personal with the injury, the other are microbes and bacteria in the air. For the first point, everybody can sanitize himself or the
surgical instruments. Not so easy is to get clean and fresh air in the room.
In hospitals in the industrial countries is this problem not so important, because everything can build for a good air conditioning and stable energy supply is normal. In
developing countries is this not self-evident. In the opposite of the industrial countries,
developing countries are usually in very different climate zones (Fig. 1). For example
in Siberia it´s cold, tropic climate in Honduras and hot and dry in Africa. So no general
concept can be build for the whole world. But is it possible to get a guideline for airmanagement in surgeries worldwide?
The main reason to analyze this was to create an air conditioning concept for a surgery
in a bush hospital in northern Cameroun. These region is very dry and with an average
of 32,2°C hot. Up to now, open the door and the window was the only chance to get
fresh air in the surgery. But with this air microbes and bacteria get in touch with the
33
patient.
Figure 1: Map of the developing countries worldwide 2011 [6]
Material and Methods
The basic for finding an air concept was the German industry norm. In the DIN 1946-4
“ventilation and air conditioning – Ventilations in buildings and rooms of health care”
[2] are the written the German rules for air in surgery. The surgery rooms are divided
in two different classes, Ia and Ib (Tab. 1). The main difference is the air stream, for Ia
is a laminar and for Ib a turbulent air streaming required. The air stream is important to
eliminate the bacteria and microbes. The laminar air stream pushes these particles out of
the way in only one direction. The turbulent air stream attenuates the concentration of
the airborne germ. But there is no evidence that the laminar stream is better than turbulent. Only for big operations like endoprosthesis makes it sense. [8] Also the temperature, the air rate and the filtration are important for fresh and clean air in a surgery room.
The German Institute for Standardization is claiming 19 to 26°C, 1200 m3/h outside air,
Room class
Effect on air germ
Air stream
Filter
Temperature
Air rate
Fresh air
Ib
Elimination by dilution
Turbulence
F5/F7, F9, H13
19°C – 26°C
≥ 2400 m3/h
≥ 1200 m3/h
Ia
Elimination by displacement
Low turbulence
F5/F7, F9, H13
19°C – 26°C
≥ 8000 m3/h
≥ 1200 m3/h
Table 1: Room requierements of DIN 1964-4 [2]
34
more than 2400 m3/h and 3-point filtering (F5/F7, F9 and H13 at the end).
These points can be divided in two main sections, because the air rate, filtering and the
kind of the air are worldwide possible. But the outside temperature is very different in
the different developing countries. So the idea is to separate the temperature from the
other points.
Activity
dormant
Relaxed sitting
Relaxed standing
Low physical work,
sitting
Low physical work, standing
Moderate physical work
Heavy physical work
OP
Patient
Anesthetist
Anesthetist, springer
Heat output [W]
80
100
125
Anesthetist, surgeon
125
Anesthetist, springer, assistent,
instrument nurse
Surgeon, assistent, instrument
nurse
surgeon
145
200
300
Table 2: Room requirements of DIN 1964-4 [10]
Cooling of the room air
The temperature is important, because if it´s to cold, the surgery personal freeze. Also
the patient cardiovascular-system reacts and enlarges the vessels to control the body
temperature. But in a surgery this is not optimal because more blood is flood out at the
wounded part of the body. To hot temperature is not only for the personal undesired,
alike the reaction of the patient body is to slow down, to cool down. In booth situations
it will be stress for the patient and the surgery personal. Not only the machines in the
surgery is heating up the room, also the personal and patient, a summery is given in Table 2.
To find a concept to control the temperature in rooms, especially in case of a surgery
it´s interesting how the nature managed these problem. Cooling concepts are observed
at the buildings of termites, prairie dog and suricate. Bears, foxes and bunnies buildings
are known for stable und warm temperature. If booth concepts can be unified it will be
a concept for human buildings. [4]
The termite-idea is, that hot air is bubble up and retaining cold air. Assisting to these,
different air pressure can activate an airstream. Termite buildings can be up to 8 meters.
The air pressure is in this height smaller then at the ground and the temperature is higher. So the air stream goes from the ground to the top. This effect is called “stack effect”.
The density of air is [5][13][14]:
35
With
and for the density difference follows [5][13][14]
Approximately for the range of nearly 20°C:
The pressure in different heights can be calculated with [5][13][14]:
With these two formulas the pressure efficiency Φp is [5][13][14]
If the pressure difference is nearly linear to the temperature difference the pressure efficiency is [5][13][14]
This formula describes how strong the laid off energy is on the middle room temperature. With the law of Bernoulli can the velocity of the air calculated [5][13][14]
But this is not the single effect the prairie dogs and the suricate use also the temperature
of the earth to cool down the buildings. On the ground the earth has the temperature of
the air. But up to 10 meters the temperature decrease to 10°C. In the depth of 15 meters it will be round 8°C. The building of the prairie dogs goes down to 5 meters and so
they have cooler and stable temperature. Because the daily or seasonal fluctuation of
the temperature is in the deeper earth not very distinct. This effect is the same, which
bears or foxes use in winter. There dens lie under the earth and the soil is an isolator for
the cold temperature.
A technical implementation of a combination of both effects can be realized (Fig. 2).
One problem is that the air stream is not usable for surgeries. Because in such rooms
it´s important that the air comes through the ceiling and leave the room in height of the
floor. But this is not the only problem the inlet of the air must be safe of heavy gases,
water and damage. To solve these limitations the inlet must be 1 meter above the ground
in a separate area. From this inlet the pipe system must go down in the earth. The depth
36
depends on the region where this concept will be realized, the ground and the desired
temperature.
For a good temperature exchange it´s make sense to take metal pipes, but it´s important to look for the ground character. In dry regions the ground is no problem, but in
Figure 2: Concept of the cooling system: a) inlet of the air, b) cool down by transfer through the
earth, c) heat exchang via metal wall, d) exhaust of the hot air
wet regions the metal will be rusting. Metal is also used in the surgery after leaving the
ground. To air streaming must be canalized in metal walls. The walls can change the
temperature and the air is enclosed, so they can´t disturb the air stream in the surgery.
The last step for the warm air is the chimney where they leave the system. To support
the whole system the chimney should be painted black. So the air will be hotter and they
draw more cold air from the inlet. Chimney and inlet must be covered by a roof that no
rain inside. [1][3]
Circulation of the room air
In the DIN 1964 is requested an air stream of 2400 m3/h (Class Ib) or more than 8000
m3/h (Class Ia). Versus no air stream, it´s a target to get more than 2000 m3/h air in a
surgery in developing countries. The requested 1200 m3/h fresh air from outside is not
a huge problem. The greater handicap is the temperature of the air. So the idea of the
concept is to use the earth cooling. [5] In contrast to the pure room cooling it´s important to canalize the air in the right way, from top to the bottom (Fig. 3). In this part it´s
not possible only use power of nature [8][10]. In developing countries it´s important to
use robust machines, because the environment is not the best and the technician are not
the best-trained persons. For this reason it make sense that it will be used an industrial
ventilation system.
The whole system is a nearly closed system. Only one entry for the outside air is in the
system. From this point the air is canalized to the air ventilation system. Inside this, there is the filtering system. For this system the DIN requested three filters, two (F5/F7,
F9) of them are for particles from 1 to 10 μm. F5 filters reduce 40-60%, F7 80-90% and
F9 >95% of 4 μm particles. The third filter must be a H13 filter, this one reduce 99,95%
of particles smaller than 1 μm. The disadvantage of three-stage filtering is, that every
37
Figure 3: Air stream in a surgery [9]
filter reduces the power of the air stream. So the ventilation system must have a greater
airflow than the airstream in the surgery. The next stage after the air ventilation system is the surgery. Through the ceiling the air enters the room. It makes sense that only
over the workplace air comes in. So the bacteria and microbes pushed outside this area.
For an Ia room request the German Institute for Standardization [2] 9 m2 area over the
operation-bed. Also it must be a TAV-ceiling, it´s a low turbulence displacement current
ceiling. In the surgery room the air is heating up, so it must be sucking up in the height
of the floor. This warm air will be tunneled in the earth to cool down before they canalized back to the ventilation system. Short before the ventilation system is reached, the
used air will be mixed with fresh air. (Fig.4) The fresh air must be 1200 m3/h.
Figure 4: Concept of the air circulation: a) air ventilation system, b) air stream in the surgery,
c) warm air, d) suction in height of the ground, e) cool down in earth pipes, f) air routed back to
the ventilation system, g) mixing with fresh air
That the whole system works effective, the air pressure in the surgery must be higher
than the pressure outside the room. When the door will be opened, only the filtered air
goes out and no air with bacteria comes in the room. For a higher security of the medical
personal it will be better to have a sliding door.
38
Results and Discussion
Cooling of the room air
With the earth cooling system it´s possible to control the temperature of rooms and
buildings worldwide. The nature uses this system in many different concepts in every
region worldwide. So the human can use this system to control temperature without any
external energy. Without metal walls in rooms, this system is used in Persia in different
concepts. In Ab Anbar´s only use the difference of pressure to ventilate the hall inside.
A Bâdgir (Fig. 5)[11][12] is a windcatcher, this persian concept don´t use only the pressure difference also cooling the air by earth. In addition to the “normal” ground temperature this buildings use evaporation of the groundwater. But not only old buildings use
this technic, the “Eastgate Center” in Harare (Zimbabwe) get fresh, cold air without the
metal walls and the groundwater. A lot of parking houses use this method to get fresh
air inside the platforms. So this concept can be used for fresh and cold air in hospitals
worldwide. Also the hospitals in industrial countries can use the concept to reduce the
cost of energy for climate control units.
Figure 5: Air stream of a windcatcher [7]
For surgeries it´s necessary to canalizes the cold air, because the cold air and the clean
one shouldn´t mix. To manage this problem it´s possible to takes a wall mad out of metal in the surgery room. In opposite of the DIN 1964, the temperature can´t control exactly, only the velocity and the speed of the air. These two parameters can control the
temperature.
To build such a system, metal, pipes, stones and workers are required. Stones are to
build the chimney this part can also be used to be a symbol for the hospital and as a marker to find the hospital in big regions. Workers are important to dig the holes and ditch
39
for the pipes. This would be the most expensive part to build this concept. On the other
hand, this system is service reduced after building it, don´t need any energy and can adapted to all buildings and room in the hospital. In some regions the metal pipes can be
reduced and tunnels can be build out of stones. Then the ground water can flood into and
cool the air down, like in bâdgirs. This change can reduce the building costs, but it needs
more service, because the mud in the canals must eliminate sometimes. This is a idea for
regions, where the ground water is not so deep in the earth and big tunnels can be build.
In cold regions the freezing ground can damage the pipes in the earth, because in summer the ground is soft and in winter it´s solid. So the earth is moving and the pipes are
stable in the ground. The system must be adapted to the environment.
Circulation of the room air
In contrast to the air cooling is required for the circulation external energy sources. So
the price is higher than for the cooling. It will be used an industrial ventilation system
with a filtering system. If it´s a mobile system, it can be upgrade simple. More important
is the tunnel system of the pipes, because the whole system needs round curves to reduce dead air. In this areas bacteria and microbes can settle down and pollute the filtered
air. So, the whole system needs a lot of space round the surgery, this is to consider in the
planning of the building. The earth cooling system can be build at the same time, where
the room cooling system will be build, but here it´s necessary to use metal pipes in the
ground, because this air will be used in several times.
If a 3-stage filtering is necessary for the first time is a question of the price. A standard
industrial ventilation system has a 2-stage-filter this is much better than no one. For the
third filter the machine needs more power and that’s a problem, when the power supply
is old or not stable. For the hospital in Cameroun it´s an advance to get a 2-stage filter
system, because today the use no filter and only fresh air controlled by door and window.
Window and doors are not useful for surgeries, because the loss of temperature and
pressure is high. Window glass is a very good heating bridge, so temperature grows up
or falls down. This difference must be braced through the cooling system. Doors destroy
the pressure in the room and it makes sense to have a higher air pressure in the surgery
than in the rooms around. The airborne germ from outside can´t come in and the exhaust
cools down the other rooms with the surgery air. A sliding door can´t bang, in this pressure system, so it´s useful to use such one.
Conclusion
The German Institute of Standardization DIN 1964-4 is a good guideline to concept
a surgery air-management system. It can be adapted to the environment of the region
where the hospital exists.
Due the separation of air cooling and circulation by increasing energy efficiency. Managing the room temperature and the air stream can be realized with ground cooling respectively heating. Depending on the depth of the pipes in the earth, the temperature is
stable the whole year. So the system works with nearly stable parameters.
40
The sucking effect of the chimneys depends on the air pressure and the temperature of
the in- and out-going air. It can affect by build a black chimney and a white inlet. This
concept can adaptable to all buildings. The important part for surgeries is the metal wall,
that no mixing of the cold and the filtered air is possible. In other buildings this is not
necessary.
The only part where external energy will be used is the air ventilation system of the circulation. For this is a compact industrial machine useful, because these are robust, have
a 2-stage filtering system, needs little space, can be adapted for the regional requirement
and are service reduced.
Outlook
Systemair, a firm for ventilation systems, has a new series of compact industrial ventilation systems (Table 2). These machines have as standard a 2-stage filter system, expandable to a 3-stage filter or sand filter. Without a heating system they need only a 230V
voltage with 50Hz and the max airflow goes up to 7000 m3/h. The heaviest weight is
683 kg, this is important for the shipping to Cameroun, but 260 kg is the mass of a possible system. The price of one of the possible machines is 16.000 €, but Systemair will
Voltage/Frequency
Phase
Input power motors
Filter supply
Filter extract
Weight
Min airflow
Max airflow
230 V / 50 Hz
1
2 x 780 W
F7
F5
260 kg
600 m3/h
2200 m3/h
Table 2: Technical data of Systemair Topvex SR04, as an example
support us and the price is not fixed.
For the hospital in Cameroun is an air management system with DIN 1964-4 as guideline possible.
To see how good this concept works, it must be implement in the architecture concept
of the TU Munich.
The concept is a possible way to realize a cheap and durable concept of an air-management system for hospitals in Cameroun and worldwide, especially in developing countries.
41
References
[1] Zimmermann, M.: “Handbuch der passiven Kühlung”, EMPA ZEN, Ch-8600 Dübendorf (1999)
[2] DIN 1946-4: Ventilation and air conditioning – Ventilation in buildings and rooms of health care, Ausgabe 2008-12
[3] Nothvogel, J.: Nutzung regenerativer Energien in Gebäuden: Passive und hybride Gebäudekühlung,
Diplomarbeit, Zentrum für umweltbewusstes Bauen (ZUB), Universität Kassel (2002)
[4] Nachtigal, W.: Bau-Bionik, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York (2003)
[5] Fiedler, E.: Natürliche Lüftung großer Gebäude – Die Auslegung unter Berücksichtigung von Wettereinflüssen, tab – Das Fachmagazin der TGA-Branche, 7-8 2010, 42ff.
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Human_Development_Index
[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Windcatcher
[8] Scherrer, M. et al: Empfehlung des Netzwerkes Zukunft Hygiene (NZH) zu Planung, Betrieb und Abnahme von raumlufttechnischen Anlagen im OP, Hygiene und Medizin 2009-34, 188-191
[9] http://www.bhks.de/almanach/2010/016-019.pdf
[10] Scherrer, M.: Raumlufttechnik im OP – sinnvolle Neuerungen, Hygiene Forum Bonn 2010
[11] A´zami A.: Badgi in traditional Iranian architecture, International Conference “Passive and Low Energy
Cooling for the Built Environment, Santorini, Greece, May 2005
[12] Abdel-moniem El-Shorbagy: Design with Nature: Wincatcher as a Paradigm of Natural Ventilation
Device in Buildings, International Journal of Civil & Environmental Engineering IJCEE-IJENS, Vol
10, No 3, 2010, 26-31
[13] Halliday D., Resnick R., Walker J.: Halliday Physik – Bachelor Edition, Wiley VCH Verlag, Weinheim,
2007
[14] Kuchling H.: Taschenbuch der Physik 18. Auflage, Carl Hanser Verlag, München
42
Students‘ Seminar
Functional conception of a minimally
equipped operation room
Johannes Häußermann
Erlangen, Germany
Abstract – This article gives an overview over the possibilities of equipping an operating room, to fulfill the minimum requirements for fundamental surgeries. Especially in environments with problematic conditions as fragmentary electrical support or insufficient medical care over wide regions.
Keywords: surgery, developing country, independence from electrical supply, anesthesia,
monitoring, medical imaging.
Introduction
For the surgical treatment of patients a specialized environment is a certain necessity.
This environment should accomplish some conditions. For operations concerning inner
organs, and therefore the opening of the human body, e.g. heart surgery or intestinal
operations, an extremely clean operating field has to be assured. In order to reduce the
stress on the patients body and the opportunity for hazardous agents to infiltrate the organism, in the past years several minimal invasive procedures where developed. Whereas the endoscope is the gold standard for minimal invasive surgery in industrial nations,
the method cannot be applied in developing countries, due to the technical effort and the
omitted training of the surgeons.
It is not possible to compare the conditions we know to these applying in operating
rooms in developing countries like Cameroon. Despite that, an optimal treatment of
the patients has to be enabled. In order to manage this, the operating room has to be accommodated to the environmental requirements and the training status of the operating
personnel. Environmental difficulties may be the lack of energy supply or the general
supply with drugs for a post-operative care.
Requirements
For performing a surgery, some measures are required. Simple as it sounds, the patient
has to be stored properly during a surgery. Modern operating tables provide the opportunity for modular storage of the patient’s body. Furthermore it is important, that the
43
Figure 1: Design of operating room and positioning of the staff [1]
surface of the operating table is soft. Due to the fact that the patient is anesthetized she
or he is not moving during the operation at all. In this case decubitus ulcers can occur
by suppression of blood flow in the affected area just by the application of the weight
of the body part over it. Because of this, the perfusion of the tissue decreases and ischemia occurs. With a softened surface of the operating table, this effect is weakened by a
better pressure distribution.
Despite the softness, the surface has to be sterilizable, because of the unavoidable contact with body fluids. In fact that means, that it should have closed pores and has to withstand alcohol containing sterilizing agents. Besides it should be durable.
Furthermore, the operation table has to provide an unfettered access to the patient and
the operating field. For this purpose it should be designed like it can be seen in Figure 1.
Here the arms of the patient are spread and easily approachable for intravenous access,
which is important for a proper anesthesia. All other parts of the patient’s body are also accessible for agitations like ventilation, control of the vital signs or, above all, the
operation itself.
This table and all other devices should be placed in a room with restricted access and
a size of at least 25 square meters. And since medical devices can be turned into much
money on the black market, perhaps measurements of safeguarding should be considered. This also includes items like pressurized gas cylinders or anything that could be
44
used on a different purpose. So it should be kept inside the locked operating room until
a better solution maintains the same amount of protection against larceny, which is also
a problem in industrial countries.
Anesthesia and Monitoring
Depending on the operation and to reduce pain and the emotional and physical stress,
the patient should be kept on anesthesia during the whole operation. For small procedures, for example suturing, a local anesthesia is sufficient. For bigger operations, e.g. the
treatment of inner injuries or an appendectomy, a general anesthesia is indicated. The
former requires just the injection of a local anesthetic into the tissue surrounding the affected area. The patient remains responsive and needs no further monitoring of the vital
signs. The anesthetic causes a loss of nociception by blocking the pain receptors in the
concerned tissue.
The performance of a general anesthesia requires more equipment. Here the patient is
made and kept unconscious by affecting the GABA and NMDA systems in the brain.
By this a relaxation of skeletal muscles, loss of motor reflexes, memory, consciousness
and response to pain is achieved. In order to maintain this condition, permanent administration of the anesthetic agent, e.g. Propofol, is necessary. This can be provided by
usage of an infusion pump. On this, the amount of administered agent per time is adjustable. To ensure the autarky of the used infusion pump from the energy supply, it should
be equipped with a battery. These well known devices, used every hospital all over the
world, provide an administration of anesthetic agents up to eight hours, depending on
the delivery rate [2] and the device used.
By using an infusion pump, initiation and maintenance of an anesthesia is nearly automatically feasible. On the other hand, the manual performance is almost impossible, due
to the necessary precision of the administration of drugs. The manual injection of Propofol on demand would not maintain a constant level of the drug in the organism, and
without this, not a constant state of anesthesia. Furthermore it would bind the attention
of a staff member, which could not do anything else. Furthermore, the infusion pump
can be used to administrate other agents, for example antibiotics, to prevent inflammatory effects due to the surgical procedure, saline or packed red blood cells, both for the
compensation of volume losses.
Because of muscle relaxation mentioned earlier, another problem occurs. Inspiration is
an active task, which demands the stimulation and action of the respiratory musculature,
even when it is subconscious. In order to perfuse the patient’s body with oxygenated
blood, the gas exchange in the patient’s lungs is required to work properly. To ensure
that the he or she is adequately supplied with oxygen, medical air or pure oxygen has to
be pressed in the patient’s lungs.
Bringing this pressure up requires energy, which is either, afforded by a machine or, in
the case of a missing electrical power, by a staff member of the surgical team (bag valve
mask). The latter is the less comfortable and man power binding alternative. So the person ventilating the patient is not capable to do any other tasks concerning the care of the
patient. Furthermore it is exhausting, especially when the operation takes long hours. In
45
conclusion it is recommended that the ventilation of the patient is automatically taken
care of. This is possible by the use of emergency ventilators. These are conceived for
the transport of patients from the operating room to the intensive care unit or from the
site of an accident to the hospital. Thus they are designed rugged and compact. Fitted
to their spectrum of usage, these can be connected to a piped medical gas system, or
more applicable in the regarding environment, to gas cylinders. These supply with ether
medical air or pure oxygen. With such systems sustainment with oxygen over up to five
hours [3], depending on the device, the volume of the gas cylinder, the battery and the
patient’s needs, can be assured.
Once the patient gets ventilated, it is inevitable to monitor her or his vital signs. Parameters for this monitoring are blood oxygenation, blood pressure, electrical heart activity
and heart rate.
Pulse oximetry is a sanction to measure the blood oxygenation. The red blood cells,
which contain hemoglobin, are responsible for the transport of oxygen throughout the
body. Hemoglobin, the red dye in blood of the most mammals, is capable of binding
up to four oxygen atoms to one unit. By accumulation of oxygen its spectral light absorption changes. The two different physiological types of the protein show clearly
discriminable absorption spectra. By measuring the absorption of light of two different
wavelengths (660·10-9m and 940·10-9m), the ratio of oxygenated blood (HbO2) to deoxygenated blood (Hb) can be determined (Figure 2). This is important to control and
ensure the proper supply of tissue with oxygen.
Figure 2: Absorption spectra of hemoglobin [4]
Another parameter to monitor is the electrical activity of the heart. The heart is the driving force for the circulation of the blood. It is a hollow muscle organ, which pumps the
blood by contraction. Its proper function can be determined by the use of a device called
electrocardiogram (ECG). For its contraction the cardiac muscle gets signals from the
autonomic nervous system (even in anesthesia). These signals can be measured by the
46
ECG. The ECG is a kind of oscilloscope, connected to the patient with at least four
leads. By this it is possible to measure and display the hearts stimulus conduction, as
seen in Figure 3 ECG monitor with heart rate and pulse oxymetry [5]. This data allows
conclusions about the heart activity (heart rate and heart rhythm with four leads, electrical axis with at least six leads). Furthermore it is a precise and real time measurement of
the activities of the heart, which most of all is inexpensive in non invasive.
During an operation it is very important to monitor the ECG due to recognize any
change in the patient’s status. So, the heart reacts to several stages of shock, e.g. like
hypovolemic shock caused by an inner injury, before these can be noticed by the surgeon. According to [6], displaying an ECG during an anesthesia is unavoidable to control
the patient’s circulatory function. Here also is stated, that the blood pressure and heart
Figure 3: ECG monitor with heart rate and pulse oxymetry [5]
rate should be determined every 5 minutes. Changes in the blood pressure also indicate
a leakage of the circulatory system or other systemic situations, as reactions to medication (e.g. vaso-dilating drugs).
Here also apply the special requirements of a minimally equipped operating room. Especially the independence from electrical supply is really important in our case. Again,
modern emergency devices are the equipment of choice. The devices are specially designed for emergency services all over the world. They are reliable, robust and independent of an electrical supply. Additionally they combine some functions in one unit. For
example professional emergency defibrillators with the ability to measure ECG, blood
pressure, oxygen saturation and heart rate are available. In addition one has the possibility (with some devices) of an extracorporeal pacemaker (Figure 4). Usually engineered
for just short periods of time, e.g. the transport of a patient from the operating room to
the post anesthesia care unit (PACU) or a flight in an rescue helicopter from the accident
site to the emergency room, its batteries last up to 3.5 hours [7], depending on the usage
(less if using the defibrillator).
47
Figure 4: Emergency defibrillator [8]
Devices to perform the Surgery
Furthermore, during an open surgery the discharge of body fluids, because of the cut
tissue, is unavoidable. To cherish the surgeons’ ability to work, she or he needs a clean
operating field. A device called suction can provide this. There are some operated manually. With these, a maximal vacuum of -800·102 Pa/-0.8 bar (200·102 Pa/0.2 bar absolute
pressure) at a free airflow of 70 l/min is producible. In this setup it is possible to aspirate
up to 1000 ml of liquids [9]. These features make such a suction pump sufficient for a
modulus of application as discussed before. The surgical assistant operates the pump by
foot while she or he is performing the aspiration on the operating field.
When body fluids, e.g. blood, are lost, their loss has to be compensated from a certain
amount. This fact yields a problem. The, normally for blood transfusions used, packed
red blood cells (PRBC) have to be cooled, in order not to be destroyed. They should not
be kept at room temperature for more than four hours [10]. At refrigerated temperatures they can be kept for 42 days. This declares a need for refrigerators that can cool not
only packed red blood cells, but drugs as well. The inherent problem of a refrigerator is
that it needs energy to produce a closed room with less temperature than the surrounding room. Generally, electrical energy is taken in most household refrigerators. If this
energy source is not available, the refrigerator can keep the inside temperature, depending on the efficiency of the sealing, in a satisfying range for some hours. A little bit
more independence is given with a compensation refrigerator. It can be powered by gas,
sunlight or even the waste heat of other devices, for example the autoclave or a water
heater. But even when it uses thermal energy instead of electrical energy, it yet needs
constant energy supply.
48
Each location where contact with potentially infectious material, as in an operating
room, occurs, has to be rated Biosafety level 2 (BSL 2). A location where material with
known infectiousness is handled, has to be leveled BLS 3 [11]. The former means that
only authorized personnel is granted access to this location (with appropriate protective
measures) and that any equipment used in the operating room which comes in contact
with potential infectious material, has to be sterilizable. A common method for sterilizing surgical equipment is autoclaving. In this procedure, the surgical instruments are
sterilized by steam at a typical temperature of 121 °C for 15 minutes. This inactivates all
bacteria, fungi, spores and viruses, but does not destroy prions. This process has a high
significance in the medical daily routine in industrial nations. Thus, it should be applied
in the discussed environment as well. Though, because of the difficult power supply situation it is a complicated topic. Because of the voluptuously character of this matter,
the author refers to a fellow seminar paper concerning this topic.
The disinfection of the clothes worn by the surgeons should be considered as well. In
industry nations the surgical clothes are burned after every use. This is impossible for
cost reasons in a developing country. But there are cotton fabrics available to transfer
bacteria colonies from one Petri dish to another, which can be autoclaved. Tailoring
clothes of these fabrics could be a solution for this problem, although these fabrics are
very expensive.
But there are also item, which cannot be put in the autoclave because of their size. These
have at least to be sanitized by a disinfection agent. That presumes, that the surfaces of
these items have to withstand these chemical agents. This also includes items, which do
not have direct contact with the patient, as like as repository shelves or crash carts, used
to place surgical instruments on during the surgery.
With the combination of these devices, especially infusion pump, emergency ventilator,
emergency defibrillator and manual suction pump, a surgery with general anesthesia is
possible. The range of functions is not as big as in a stationary setup, but the operating
staff is independent of electrical power for at least 2 hours and the setup is suitable for
surgeries as appendectomies or reposition of broken bones.
For operating, the surgeon needs enough light to see the operating field. This light source has to be flexibly positionable to fit the changing requirements of the procedure. Without a surgical lighting it is difficult for the surgeon to perform the operation, especially
at night or even cloudy weather. Because of the bad efficiency of common light bulbs
the energy consumption of surgical lighting is very high. So it is difficult to run such a
light source without constant electrical supply. The LED technology could provide a remedy by being less energy consumptive. Since it is still really expensive it is not a good
surrogate. However, the technology in portable LED light sources improves steadily. By
now headlamps are available, which could compensate the lack of lighting for the surgeon. Another advantage would be, that the doctor would radiate light in the direction
she or he looks and could not block the light with her or his body. These headlamps cannot afford the 100.000 lux postulated in [12], but are still sufficient for the illumination
of the operation field. Additionally the LED developers can adapt the light temperature
of conventional lighting and, by using RGB-arrays, even produce any color the surgeon
needs. Furthermore this technology does not produce that much heat as the well-known
49
light bulb, which is absorbed by the illuminated tissue.
Indeed, there are concepts of emergency power supplies, which are able to bridge a
blackout, but they are not applicable for situations in which the electrical supply is not
available most of the time. In this context, for examination and surgery a compromise has to be made. Again, the author refers to a fellow paper concerning the autarky of
energy supply under complicated conditions.
Medical Imaging
Except for interventional equipment there is a need for diagnostic devices as well. As
well in emergency diagnostics as in standard examinations, sonography has a huge value. The sonography device uses ultrasound waves. It emits and receives the waves and
can determine properties of the tissue, the wave was reflected by. By this, it can calculate a cross-section picture of the structures, which the ultrasonic probe contacts.
The standard procedures for polytraumatic patients are called p-FAST (präklinische
fokussuierte abdominelle Sonographie bei Trauma, English: prehospital focused abdominal sonography for trauma) and FEEL (Focused Echocardiography for Life Support)
[13]. These two procedures provide a comprehensive overview of the intra-abdominal
injuries of a trauma patient. Therefore they foresee scanning at selected focus areas in
order to sonographically exam the patient’s abdomen and thorax for inner injuries and
hemorrhages, as for example a cardiac tamponade.
For this reason, portable lightweight sonography devices were developed, to provide rapid examinations on patients at the scene of an accident. These are battery powered (up
to two hours scan time), small and even provide the ability of Doppler sonography, to,
for example, measure the blood flow [14]. Furthermore, a physician can connect several
transducers to the devices. Themselves, as well as the batteries and the transducers can
be disinfected. Besides, as one of the few, the producer of the device mentioned in [14]
sponsors nonprofit healthcare organizations with its products.
Since the high mortality of severe and or polytraumatic injuries and the insufficient
area-wide medical care, sonography plays a minor role in emergency medicine in the
discussed environment. But for prenatal and perinatal examinations of the fetus, sonography is the gold standard in gynecology. Such a device, as discussed before, would
improve the situation in developing countries exceedingly. Through this, the mortality
of avoidable complications in pregnancy and delivery of children could be lowered.
Another standard device for medical imaging is the x-ray unit. As the most used diagnostic method throughout the world, x-ray is short-wave radiation, capable to penetrate human tissue, bone and even metal. A receiver, ether chemical or electronic, makes
the tissue information visual. The optical denser medium attenuates radiation stronger
(bright in the x-ray image) as an optical less dense structure (dark on the x-ray image).
It is received as a differently weakened signal on the detector. By this, one can visualize
structures inside the human body. As, for example bones, to check for fractures, or the
lungs, to check for tuberculosis.
Borrowed from the veterinary section, battery powered x-ray units exist. Portable and
lightweight, they offer the opportunity to perform x-ray examinations in every location.
50
With these devices it is possible to generate x-ray irradiation with energies up to 100
keV [15]. With a fully charged battery up to 500 exposures are possible. As a compromise it would be very suitable, concerning a situation with short-term energy supply,
which just had to be satisfactory for charging the batteries of the devices.
But batteries are always a delicate topic in hot and humid environments. It can possibly
happen, that they do not have the total capacity or heat up in a manner, that incorporated self-protection mechanisms shut down the device in order not to destroy it by overheating. Engineers should take this in consideration for the next generation of devices.
Conclusion and Outlook
The written before is just a brief collection of some devices and methods to improve or
respectively apply a widespread medical care in developing countries. There are many
devices not mentioned used to perform a surgery with the, to us, well known standards,
but the mostly needed ones to perform it at all. Concerning the topic of a functional conception of a minimal equipped operating room, observing the difficulty of a not stable
and not always available electrical infra structure, it is important to make the surgeon
independent from electrical power. At least, for a part of the surgery, so she or he can
do the surgery at all.
One has to consider, that organ transplantation is not possible in this setup or environment. But a fundamental care can be provided for allegedly mortal indications as appendicitis. Also, the reader has to keep in mind, that the best-equipped operating room
has no value without a surgeon performing operations. So it is the industrial nations
obligation, to sensitize their highly qualified and trained surgeons and medical staff for
the needs in the not that well developed rest of the world. A sustainable effect can be
achieved, if our doctors and paramedics give some part of their knowledge to form an
autonomous and gapless medical care system on site.
This solely can be reached by a collaboration of medical personnel and medical engineering. It is important to adopt concepts to the demands of this special environment.
The export of old medical technology is a step in the right direction, but has to be
tailored to the needs of the recipient. With no electricity, a mobile tethered x-ray unit
is not worth anything. In this case, it will not be used. Furthermore, it is the engineers
and help organizations obligation to set up concepts that are easily deliverable, easy and
inexpensive to use and affordable to purchase. So a homogenous distribution can be
achieved and the circumstances can be improved.
One could imagine a standard setup of portable battery fed devices to build up a minimally equipped operating room (tailored to the local requirements), shipped as a package, funded by donations and explained by professionals, which travel with the equipment, to perform the most suitable transfer of knowledge. This could be the foundation
of a health care system in less developed countries.
51
References
[1] Philip R. Schauer, William Gourash, Giselle G. Hamad and S. Ikramuddin. “Operating Room Setup
and Patient Positioning for Laparoscopic Gastric Bypasses and Laparoscopic Gastric Banding”. In:
Richard L. Whelan, James W. Fleshman and Dennis L. Fowler, eds., The Sages Manual, ISBN 978-0387-29050-8, pp. 76-84, Springer New York, USA, 2006.
[2] B. Braun Melsungen AG. “Perfusor® Space and Accessory, Software 688D”. Instructions for Use, p. 24,
Melsungen, Germany, January 2006.
[3] Dräger Medical AG & Co. KGaA. “Oxylog® 3000, Emergency and transport ventilator, Software 1.n”.
Instructions for use. 2nd Edition, pp. 23 & 91, Lübeck, Germany, April 2002.
[4] http://www.arizonaskywatch.com/articles/articles/morgellons%20and%20chemtrails%20carnicom.
htm, retrieved August 1, 2012
[5] Schiller AG. “Defigard 5000®, Der vielseitige Lebensretter”. P. 17, Baar, Switzland, July 2010.
[6] American Society of Anesthesiologists. “Standards for basic anesthetic monitoring”. P. 3, July 2011.
[9] Ambu International A/S. “Ambu® TwinPump & Ambu® Twinpump 1000”. Directions fur use, p. 3, Ballerup, Denmark, March 2002.
[10] American Associations of Blood Banks (AABB). “Circular of Information for the use of human blood
and blood components”. Pp. 8 & 9, Bethesda, USA, December 2009.
[11] Jonathan Y. Richmond, Robert W. McKinney, eds., Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories, 4th ed. ed., ISBN 0-7881-8513-6, Diane Publishing Co., USA, January 1999.
[12] DIN 5035 Teil 3. “Belechtung mit künstlichem Licht – Beleuchtung im Gesundheitswesen”. Beuth
Berlin, Germany, July 2006.
[13] R. Breitkreutz, H. Ilper, F. H. Seeger and F. Walcher. “Ultraschall für Notfälle: Anwendungen im Rettungsdienst“. In: Notfallmedizin up2date, 3, Thieme Stuttgart, Germany, 2008.
[14] SonoSite, Inc. “NanoMaxx Ultrasound System”. User Guide, pp. 3 & 34 ff, Bothell, USA, 2010.
[15] United Radiology Systems. “Battery Powered Portable Generator, PXM-BT Family”. Deerfield, USA,
2006.
52
Students‘ Seminar
Einsatz einer Low-cost Funduskamera in
Entwicklungsländern
Funktionsweise und Anforderung an die Telemedizin
Jana Schmitt
Erlangen, Germany
Abstract – Im Rahmen des Projekts „Low-Cost Funduskamera für die dritte Welt“
werden technische Möglichkeiten zur Fundusskopie mit telemedizinischer Anbindung in Entwicklungsländern erforscht und demonstriert. Die dabei erreichten
Fortschritte, wie Verbesserung der Bildqualität, Aufbau aus Komponenten des
Massenmarkts und Verbesserung der telemedizinischen Wege, werden im Folgenden genauer beleuchtet.
Keywords: FUNDUSKAMERA, low-cost, Entwicklungsland
Einleitung
Das Auge ist für viele Menschen das wichtigste Sinnesorgan. Wir empfangen ca. 80%
aller Informationen aus der Umwelt über das Auge. Eine Beeinträchtigung des Sehvermögens oder der Verlust dessen, würde unseren Alltag sehr stark beeinflussen. Das Auge als einziges transparentes Organ macht es einem Arzt möglich, einen direkten Einblick in den Körper zu erhalten. [1]
Das Auge selbst (vergleiche Abbildung 1) lässt sich mit einer Kamera vergleichen.
Beim Sehen fällt das Licht durch die Linse auf die Netzhaut. Dort wird das Bild von
den ca. 125 Millionen Photorezeptoren aufgenommen, und über den Sehnerv ans Ge-
Abbildung 1: Bild der Netzhaut [2]
53
Abbildung 2: Aufbau des menschlichen Auges [2]
hirn zur Verarbeitung weitergeleitet. [1]
Die Funduskamera macht es möglich in das Auge hinein, und damit den Augenhintergrund (Fundus) bzw. die Netzhaut, wie in Abbildung 2, zu fotografieren. Dabei können
der Sehnerv, die Netzhaut und die Aderhaut gut dargestellt und fotografisch festgehalten
werden.
Mit Hilfe dieser Fundusaufnahmen besteht die Möglichkeit viele Krankheiten zu Diagnostizieren und früh zu erkennen. Auch eine Verlaufsdokumentation ist anhand der
Bilder sehr gut möglich. Ein Beispiel ist der grüne Star (Glaukom), die häufigste Erblindungsursache in Deutschland. Diese Krankheit bemerkt der Patient in einem frühen
Stadium nicht, und bei späterer Diagnose bleiben irreversible Schäden. Auch andere
Krankheiten des Augenhintergrundes können mit dieser Methode diagnostiziert werden. Unter Anderem, die altersabhängige Makuladegeneration, Arterien- und Venenverschlüsse am Augenhintergrund, Schäden der Netzhaut durch Diabetes mellitus und
vieles mehr. [1, 3]
Abbildung 3: Prinzip der Funduskamera [4]
54
Funktionsweise der Funduskamera
Die Funduskamera funktioniert ganz allgemein nach dem Prinzip der direkten Augenspiegelung, wie in Abbildung 3 dargestellt. Bei der Untersuchung mit dem Augenspiegel wird das Auge über einen teildurchlässigen Spiegel beleuchtet. Wenn sich die Beleuchtungsrichtung und die Beobachtungsrichtung überlagern, kann der Arzt durch das
Auge hindurch auf die Netzhaut sehen.
Um qualitativ hochwertige Aufnahmen zu erhalten, muss das Patientenauge möglichst
stillhalten und die Pupille möglichst groß sein. Um die Pupille auf zu weiten, werden
häufig Medikamente eingesetzt. Trotz der weiten Pupille sieht der Arzt immer nur einen
kleinen Teil der Netzhaut, je nach Winkel in dem in das Auge hinein sieht. Das größte
Abbildung 4: Schema der indirekten Augenspiegelung [4]
Problem ist allerdings nicht, dass der Arzt nur einen kleinen Ausschnitt sieht, sondern,
dass das einfallende Licht sich auf der Cornea reflektiert und damit Spiegelungen erzeugt. Diese Reflexe können so stark sein, dass sie das reflektierte Bild der Netzhaut
überstrahlen.
Um den Bereich zu vergrößern, der betrachtet werden kann, wird das Prinzip der indirekten Augenspiegelung angewendet. Dabei wird, wie in Abbildung 4 zu erkennen
ist, eine Linse vor das Patientenauge gehalten. Dadurch kann ein größerer Bereich der
Netzhaut beleuchtet und auch gesehen werden. Allerdings sieht der behandelnde Arzt
die Netzhaut bei dieser Methode auf dem Kopf, da der Einsatz der Linse zu einem Zwischenbild führt. [4]
Um eine Funduskamera zu erhalten, kann nun statt dem Arztauge eine Kamera eingesetzt werden um das Bild der Netzhaut fotografisch festzuhalten.
55
Verbesserungen und Fortschritte des Projekts „Low-Cost
Funduskamera für die dritte Welt“
Zur Aufnahme des Fundus soll eine möglichst auf dem Massenmarkt verfügbare kostengünstige digitale Bilderfassungseinheit verwendet werden. Die digitalen Fundusbilder sollen durch neue Methoden und Technologien der Bildnachbearbeitung in ihrem
medizinischen Wert gesteigert und durch telemedizinische Verfahren einem Expertenkreis zugänglich gemacht werden. Durch die so erreichte Fernbefundung ist es möglich,
in Regionen mit schlechter medizinischer Versorgung eine ophthalmologische Untersu-
Abbildung 5: Aufnahme der Netzhaut mit Pupillenteilung [6]
chung einer großen Zahl von Menschen zu erreichen, obwohl kein Ophtalmologe vor
Ort ist. [5]
Für die in diesem Projekt entwickelte Funduskamera wird das Prinzip der indirekten
Augenspiegelung angewendet. Als Linsensystem, das vor das Patientenauge gehalten
wird, wird ein Okular aus dem Bereich der Amateurastronomie verwendet. Eine Anfertigung optischer Gläser ist sehr teuer, daher ist geschickt auf die günstigeren Okulare
des Massenmarktes zurückzugreifen. Mit dem Ausgewählten Augenstück ist es möglich
68° der Netzhaut zu sehen. Die meisten bisher verwendetet Funduskameras können bis
maximal 50° aufnehmen. Mit dieser Komponente wird also das Sichtfeld vergrößert
und der Low-Cost Aspekt berücksichtigt. Für die Aufnahmen mit diesem Augenstück
ist keine Medikamentengabe mehr nötig, sodass der Augenhintergrund non-myadrisch
dargestellt werden kann. [7]
Das Problem, der Cornea-Reflexe wird dadurch gelöst, dass das Prinzip der Pupillenteilung angewendet wird. Dabei wird die Pupille in der Mitte optisch geteilt, und nur eine
der beiden Hälften wird beleuchtet, sodass nur auf dieser Hälfte Reflexionen entstehen
können. Da das Licht allerdings im gesamten Auge ankommt, ist es möglich, die andere Hälfte mit der Kamera aufzunehmen. Nach der ersten Aufnahme werden Beleuchtungsseite und Aufnahmeseite getauscht, sodass das gesamte Auge ohne Spiegelungen
abgebildet werden kann. In Abbildung 5 wird zum Beispiel die obere Hälfte der Pupille beleuchtet und lediglich die Untere für das Ergebnis ausgewertet. Darauf folgt eine
Aufnahme, bei der der untere Teil des Auges beleuchtet werden würde und der Obere
56
aufgenommen wird. Die beiden Aufnahmen werden digital passend zusammengesetzt,
sodass der gesamte Augenhintergrund dargestellt werden kann. [6, 7]
Für die Befundung sind Farbbilder sehr wichtig, da nur auf ihnen entscheidende Details
Abbildung 6: Generieren eines Farbbildes [6]
sichtbar sind. Um die Aufnahmequalität zu verbessern wird hier eine Graustufenkamera
verwendet, sodass die Bilder eine dreifache Auflösung erreichen. Die höhere Auflösung
ist wichtig, für die genaue und detailierte Befundung. Um nicht auf die Farbbilder verzichten zu müssen, werden mit der Graustufenkamera drei Bilder mit unterschiedlich
farbiger Beleuchtung gemacht, und diese Bilder zum Schluss, wie in Abbildung 6, übereinander gelegt. Dabei wird der Augenhintergrund einmal mit rotem einmal mit grünem
und einmal mit blauem Licht beleuchtet. [6, 7]
Beleuchtet wird der Augenhintergrund mit LEDs, da diese sehr klein und trotzdem sehr
leuchtstark sind. Die Aufnahme mit einer Graustufenkamera hat auch noch den Vorteil,
dass weniger Licht benötigt wird, und damit das Patientenauge nicht unnötig belastet
wird. [7]
Das Versenden der Daten aus den Entwicklungsländern via Internet ist in den meisten
Fällen nicht möglich, da in den Krankenhäusern vor Ort kein Internetzugang vorhanden
ist. Auch per Satellit die Daten zu versenden ist zu aufwendig. Deshalb soll für diese
Funduskamera das in den Entwicklungsländern gut ausgebaute Handynetz zur Übermittlung der Daten genutzt werden. [7]
EinsatzinEntwicklungsländernundAnforderungenandie
Telemedizin
Für den Einsatz eines Medizingerätes und speziell einer Funduskamera in Entwicklungsländern müssen bestimmte Rahmenbedingungen erfüllt sein.
Die erste Schwierigkeit besteht darin, Personal zu finden das ein technisches Gerät richtig bedienen kann. Dieses Problem wird gelöst da bei der Realisierung der Funduskamera in besonderem Maße auf einen hohen Automatisierungsgrad, Robustheit und leichte
57
Bedienbarkeit Wert gelegt wird. Die Funduskamera kann somit auch von einem medizinischen Laien angewandt werden, welcher auch die Anamnese durchführen und zusammen mit den Fundusbildern übermitteln kann. Durch die im Ausland oder einer größeren Stadt erfolgende Diagnose können die geringen vor Ort vorhandenen medizinischen
Kapazitäten auf die Therapie der bedürftigen Menschen konzentriert werden. [5]
Eine weitere Herausforderung ist die Stromversorgung. Die neu entwickelte Funduskamera kann mit 12 Volt betrieben werden. [7] Eine Idee ist es, zum Besipiel die Kamera
mit Akkus zu versorgen, diese können aufgeladen werden, sollte das Krankenhaus mit
wenigstens einigen Stunden Strom in der Woche versorgt werden. Dabei könnte die Kamera nahezu durchgehend einsatzbereit sein, ohne direkt von einer Energieversorgung
abhängig zu sein.
Die Anforderungen an die Telemedizin sind sehr hoch. Und sind auch stark abhängig
von dem tatsächlichen Einsatz der Kamera. Für den Einsatz gibt es zum einen die Möglichkeit eine Funduskamera in einem bereits bestehenden Krankenhaus bzw. einer bestehenden Praxis anzuwenden, oder mit der Kamera durch das Land zu reisen.
Sollte die Kamera in einem Krankenhaus oder einer Praxis stationiert sein, können von
den kritischen Patienten, oder wenn möglich, von allen Menschen ambulant als Vorsorge Fundusbilder gemacht werden. Diese würden dann zur Befundung über das bestehende Handynetz, beispielsweise nach Erlangen, verschickt und befundet werden.
Danach würde der Befund wieder zurückgeschickt. Dieser Befundungsvorgang müsste
allerdings sehr schnell gehen, da die Menschen, wenn ihnen nicht bekannt ist, dass sie
krank sind, die Krankenstation sehr schnell wieder verlassen und dann für die Mediziner vor Ort nicht mehr erreichbar sind.
Die Alternative dazu ist es, mit einem Geländewagen oder Ähnlichem durch die Siedlungen zu fahren und die Leute zu untersuchen. Hierbei würden ebenfalls die Bilder
über das Handynetz aus dem Entwicklungsland heraus gesendet, extern befundet und
dann der Befund wieder zurückgeschickt. Hierbei könnte man sich vorstellen, entweder
mehrere Tage an einem Ort zu bleiben, bis die Befunde angekommen sind, oder eine
Route ein zweites Mal nach erhalten der Befunde abzufahren. Beim verkünden der Befunde könnten Patienten gegebenenfalls gleich mit in ein Krankenhaus oder zu einem
Spezialisten genommen werden.
Unabhängig welche Variante realisiert werden kann, es besteht in beiden Fällen die Notwendigkeit, dass möglichst schnell und präzise befundet werden kann, sodass in den
Entwicklungsländern schnell gehandelt werden kann.
Zusammenfassung und Ausblick
Es wurde erreicht, ein System zu entwickeln, bei dem das Auge ohne Medikamentengabe untersucht werden kann. Um das Gerät möglichst kostengünstig herstellen zu können, wurden Standardkomponenten vom Massenmarkt eingesetzt. Des Weiteren wurde
durch den Einsatz einer monochromen Kamera und der unterschiedlich farbigen Beleuchtungen ein Bild mit einer höheren Auflösung, und dabei eine Reduktion der benötigten Lichtmenge erreicht. Durch den Einsatz der Pupillenteilung werden außerdem
58
größere Reflexionen vermieden. [6]
Das Projekt „Low‐Cost Funduskamera für die dritte Welt“ hat bereits große Fortschritte für die Entwicklung Funduskamera gebracht. Bis der Prototyp in Serie gehen kann
müssen noch einige Schritte getan werden. Es muss noch ein Gehäuse und eine bedienerfreundliche Oberfläche entwickelt werden. Außerdem muss noch geklärt werden, ob
die Bilder in den Entwicklungsländern vor Ort zusammengerechnet werden, oder ob der
Rechenaufwand ebenfalls mit ausgelagert werden soll. Wenn diese und andere Feinheiten geklärt sind, besteht die Möglichkeit für eine Flächendeckende Fundusskopie auch
in Entwicklungsländern.
59
Literatur und Abbildungen
[1] http://augenarzt-scheler.de/index.php?id=132(zuletzt aufgerufen am 30.07.12)
[2] Poster zur Langen Nacht der Wissenschaften: Digitaler Augenspiegel: Blick ins Innere des Auges, FAU
Erl.-Nbg., 2011
[3] Vorlesung Biologisches und Technisches Sehen, SS 2011, Prof. Dr. G. Michelson
[4] J. Blaß: Erstellung einer Abbildungsoptik für einen digitalen Augenspiegel, FAU Erl.-Nbg., 2010
[5] https://medical-valley-emn.de/node/2947 (zuletzt aufgerufen am 30.07.12)
[6] Poster: B. Höher: Non-mydriatic, 68° wide fundus imaging with low cost components, FAU Erl.-Nbg.,
2012
[7] Persönliches Gespräch mit Dipl.-Ing. B. Höher am 26.07.12
60
Students‘ Seminar
Sterilisation in Entwicklungsländern
Sabine Weingärtner
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – Sterilisation in Krankenhäusern ist weltweit ein wichtiges Thema. Jedoch muss in Entwicklungsländern auch auf die Rahmenbedingungen und die Bedienbarkeit geachtet werden.
Ressourcenschonend und effektiv ist das Konzept der Dampfsterilisation. Die Temperaturregelung wird durch ein Überdruckventil sicher gestellt . Der dort entweichende Dampf treibt eine kleine Turbine zur Stromerzeugung an und kann zusätzlich zur Erhitzung eines Wasserspeichers genutzt werden. Der erzeugte Strom soll
eine Kontrolllampe und einen Schließmechanismus am Autoklav betreiben. Nachdem der Dampf abgekühlt ist, wird er gefiltert und für die Sterilisation wieder
verwendet. Der Dampf zur Erwärmung des Autoklaven wird durch ein Trägeröl erzeugt, das auf dem Hausdach mittels Solarthermie in einem Parabolrinnenkraftwerk erhitzt wird. Dieses soll zudem ein Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung betreiben.
Keywords: Sterilisation, Dampf, Regenerative Energie, Solarthermie, Parabolrinnen.
Einleitung
Zur Vermeidung von Infektionen ist Hygiene ein wichtiges Thema in Krankenhäusern.
Untrennbar verbunden mit dem Thema Hygiene sind die Desinfektion und die Sterilisation. Erst die Anwendung dieser Prozesse auf zum Beispiel Materialien, Geräte oder
Gefäße ermöglicht es, diese in die Versorgung der Patienten mit einzubringen. Typisches Sterilgut sind u. a. Fadenziehsets, OP- Besteck und OP- Kleidung.
Definitionen
Desinfektion und Sterilisation
Bei der Desinfektion besteht das Ziel, die Zahl von Infektionserregern soweit zu reduzieren, dass eine Übertragung bzw. eine Infektion ausgeschlossen werden kann. Eine
61
100%ige Keimreduzierung findet bei der Desinfektion nicht statt. [1]
Die Sterilisation hat zum Ziel, ein zu sterilisierendes Gut von allen lebenden Mikroorganismen einschließlich ihrer Ruhestadien (Sporen) zu befreien, d. h. Keimfreiheit
herzustellen. [1]
In der Realität ist mit 100% Sicherheit völlige Sterilität nicht zu erreichen. Sterilisation,
wie auch Desinfektion, werden daher mathematisch definiert. Materialien oder Gegenstände gelten als steril, wenn in einer Million gleichbehandelter Einheiten des selben
Sterilgutes maximal ein vermehrungsfähiger Mikroorganismus enthalten ist; d. h. die
Wahrscheinlichkeit, dass maximal ein vermehrungsfähiger Mikroorganismus in einer
Million gleichbehandelter Sterilgute enthalten ist, liegt bei 10-6 [2]. Für die Desinfektion liegt die Wahrscheinlichkeit des maximalen Enthaltens eines vermehrungsfähigen
Mikroorganismus bei 10-5. [2]
Keimarme, sterile Aufbereitung
„Gemäß § 3 Absatz 14 Medizinproduktegesetz ist die Aufbereitung von bestimmungsgemäß keimarm oder steril zur Anwendung kommenden Medizinprodukten die nach
deren Inbetriebnahme zum Zwecke der erneuten Anwendung durchgeführte Reinigung,
Desinfektion und Sterilisation einschließlich der damit zusammenhängenden Arbeitsschritte sowie die Prüfung und Wiederherstellung der technisch-funktionellen Sicherheit.“ Zitat: [3]
„Eine ordnungsgemäße Aufbereitung wird laut Medizinprodukte-Betreiberverordnung
(§ 4 Absatz 2) vermutet, wenn die [im folgenden Absatz beschriebene] gemeinsame
Empfehlung der Kommission für Krankenhaushygiene und Infektionsprävention am
Robert Koch-Institut und des Bundesinstitutes für Arzneimittel und Medizinprodukte
zu den „Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten“
beachtet wird.“ Zitat: [3]
Materialien und Methoden
Grundlagen der Sterilisation
Laut der „Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten“
des Robert-Koch-Institutes, sind die Medizinprodukte, die eine Aufbereitung benötigen, folgende
• „die mit dem menschlichen Körper in Berührung kommen oder in diesen eingebracht werden,
• die für die Durchleitung, die Veränderung der biologischen oder chemischen Zusammensetzung oder die Aufbewahrung von Blut, Blutbestandteilen, anderer Körperflüssigkeiten oder Körpergeweben zur späteren Anwendung am Mensch oder
• für die Durchleitung von Flüssigkeiten, Gasen oder anderer Zubereitungen zum
Zweck der Infusion, Perfusion oder sonstigen Verabreichung oder Einleitung in den
menschlichen Körper angewendet zu werden“
Zitat: [4]
62
Die Aufzählungen des Robert- Koch Institutes beinhalten eine Vielzahl an Objekten, die
eine Aufbereitung benötigen. Es werden aber weder die Art der Aufbereitung noch das
Verfahren genauer spezifiziert. Auch wird nicht differenziert, ob es sich um eine Desinfektion oder um eine Sterilisation handelt.
Ich werde mich in meinen weiteren Ausführungen auf die Wiederaufbereitung, d. h. die
Sterilisation, von Gebrauchsgegenständen beschränken.
• „Die Wirkung einer Desinfektion und Sterilisation ist abhängig von:“
• „der angewendeten Temperatur,“
• „dem angewendeten Verfahren,“
• „dem chemischen Mittel,“
• „der Einwirkzeit“
• „dem Durchdringungsvermögen der Desinfektionsmittel“
• „der Durchdringungsmöglichkeit des Desinfektions- oder sterilisationsgutes“
• „der Anzahl der Mikroorganismen“
• „Resistenz und Zustand der Keime (vegetativ oder Sporen)“
• „Umgebungsbedingungen (Schmutz, Feuchte, Reinigung etc.)“
Die ersten sieben Punkte sind z.T. voneinander abhängig. Zitat: [5 S.61, S.68]
„Die Aufbereitung umfasst in der Regel folgende Einzelschritte:
• das sachgerechte Vorbereiten (Vorbehandeln, Sammeln, Vorreinigen und gegebenenfalls Zerlegen der angewendeten Medizinprodukte und deren zügigen, sicher
umschlossenen und Beschädigungen vermeidenden Transport zum Ort der Aufbereitung,
• die Reinigung/Desinfektion, Spülung und Trocknung,
• die Prüfung auf Sauberkeit und Unversehrtheit (z. B. Korrosion, Materialbeschaffenheit), gegebenenfalls Wiederholung von Schritt b) und die Identifikation, z. B.
Abbildung 1: [6]
63
•
•
•
•
zum Zwecke der Entscheidung über eine erneute Aufbereitung bei deren zahlenmäßiger Begrenzung,
die Pflege und Instandsetzung,
die Funktionsprüfung und, je nach Erfordernis,
die Kennzeichnung sowie
das Verpacken und die Sterilisation (Kat. IB).“ Zitat: [4]
Anhand der drei Grundlagen (Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von
Medizinprodukten; Abhängigkeit der Sterilisationswirkung; Aufbereitung des Sterilisationsgutes), kann man ein geeignetes Sterilisationsverfahren bestimmen.
Dabei ist es hilfreich , dass man das Sterilgut in drei Gruppen einteilen kann:
• Unkritisch
• Semikritisch
• Kritisch.
Ansätze zur Bestimmung des Sterilisationsverfahrens zeigen die beiden folgenden Graphiken des DGSV. (Abbildungen 1 und 2)
Abbildung 2: [6]
64
Verfahren der Sterilisation
Im Weiteren möchte ich nun genauer auf die einzelnen Verfahren der Sterilisation eingehen. Ich beziehe mich dabei hauptsächlich auf Steuer & Schubert, 2010 [5]. Man unterscheidet im Wesentlichen folgende Verfahren:
Physikalische Sterilisation:
Die Physikalische Sterilisation unterteilt sich in Thermische Sterilisation, Gassterilisation, Plasmasterilisation und Ionisierende Strahlung. Die Thermische Sterilisation lässt
sich noch einmal in Dampfsterilisation und Heißluftsterilisation gliedern.
Thermische Sterilisation:
Bei thermischen Verfahren zeigen die Mikroorganismen einen logarithmischen Zusammenhang zwischen Einwirkdauer und Temperatur, weswegen eine Abtötung der Keime
zu 100% nicht möglich ist. Die Dezimalreduktionszeit (D-Wert) ist dabei die Zeit in
Minuten, die ein Mikroorganismus bei einer bestimmten Temperatur gehalten werden
muss, um eine Reduktion der Ausgangskeimzahl von 90% zu erlangen. [7]
mit N0= Anfangskeimwert, Nt=Endkeimgehalt, t = Hitzebehandlungszeit in Minuten,
T = Temperatur in °C.
Die Abhängigkeit des D-Wertes von der Temperatur wir durch den z-Wert gegeben. Der
z-Wert gibt an, um welchen Betrag die Temperatur erhöht werden muss, um den D-Wert
auf ein Zehntel zu reduzieren
Sowohl der D-Wert als auch der z-Wert sind charakteristisch für verschiedene Mikroorganismen. [2]
Dampfsterilisation:
Bei der Dampfsterilisation wird das Medizinprodukt strömendem Dampf ausgesetzt.
Hierbei ist es wichtig, vorher alle Schmutzschichten zu entfernen. Weiterhin ist zu beachten, dass das Medizinprodukt Wasser und Hitze verträgt.
Der Wirkungsbereich dieser Methode umfasst ABC und wird bevorzugt auch bei kritischen Medizinprodukten angewendet. Die Einwirkzeit und die Temperatur hängen
vom zu sterilisierenden Gegenstand ab. Hierbei werden mehrere Phasen unterschieden,
die Aufheiz-, Halte- und Kühlphase. Es tragen alle Phasen zur Sterilisation bei, jedoch
ist die Dauer der einzelnen Phasen abhängig vom Sterilgut unterschiedlich und hängt
z. B. von der Durchdringung ab. Ein Wert hierfür ist der sogenannte F- Wert, er wird in
Minuten angegeben.
Der Wirkungsbereich dieser Methode umfasst ABC und wird bevorzugt auch bei kriti-
65
schen Medizinprodukten angewendet. Die Einwirkzeit und die Temperatur hängen vom
zu sterilisierenden Gegenstand ab. Hierbei werden mehrere Phasen unterschieden, die
Aufheiz-, Halte- und Kühlphase. Es tragen alle Phasen zur Sterilisation bei, jedoch ist
die Dauer der einzelnen Phasen abhängig vom Sterilgut unterschiedlich und hängt z. B.
von der Durchdringung ab. Ein Wert hierfür ist der sogenannte F- Wert, er wird in Minuten angegeben.
Zur Herstellung der Reindampfumgebung gibt es zwei Verfahren,
• das Vakuumverfahren, bei dem der Dampf in ein Vakuum einströmt, und
• das Strömungs- oder Gravitationsverfahren, bei dem nach dem Dampfkochtopfprinzip, die Luft durch Sattdampf verdrängt wird. [8]
Bei der Lagerung der Teile muss gewährleistet sein, dass diese gänzlich vom Dampf
umströmt und durchdrungen werden können.
Die Bauweise als Autoklaven ist Voraussetzung um die nötigen Temperaturen zu erreichen. Hierbei ist der Druck p abhängig vom Volumen V des Autoklaven, der Menge an
Wasser m, die sich darin befindet und der gewünschten Sterilisationstemperatur T. Rs ist
dabei die spezifische Gaskonstante für Wasser.
Nach DIN 58953 7/8 können so sterilisierte Medizinprodukte bei geeigneter Lagerung
ohne Umverpackung bis zu einem Tag gelagert werden. (Tabelle 1)
Tabelle 1: Thermoresistenzstufen [5]
Heißluftsterilisation:
Auch diese Methode funktioniert über Wärme, jedoch sind durch die fehlende Feuchtigkeit deutlich höhere Temperaturen notwendig, „da die Widerstandsfähigkeit von
66
Zellproteinen gegen eine Hitzekoagulation durch die gleichzeitig einsetzende Dehydration heraufgesetzt wird.“ [7]
Es werden Temperaturen von deutlich über 200°C bei der Heißluftsterilisation benötigt.
Bekannt ist dieses Verfahren im Hausgebrauch durch das „Abflammen“ von z. B. Messern oder Nadeln.
Gassterilisation:
Die Gassterilisation erfolgt entweder bei 60-75°C maximal 90 Minuten lang und erfordert Formaldehyd, einen Unterdruck von 0,2 bar und eine relative Luftfeuchtigkeit von
60-80%. Oder die Verfahrensdauer beträgt bei 60°C 20min-6 Stunden lang, sofern eine
Ethylenoxid- Konzentration von 100-200mg/l bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von
55-85% zugeführt wird.
Durch die Drücke von 53 mbar-7 bar sind Unter-, Gleich- und Überdruckverfahren
möglich.
Plasmasterilisation:
Die Plasmasterilisation erfolgt bei 45°C, 75-90 Minuten lang, und erfordert die Verwendung von 58% Wasserstoffperoxid.
Ionisierende Strahlung;
Die Ionisierende Strahlung funktioniert mit Beta- und Gamma-Strahlung. Die Anwendung erfolgt je nach Strahlendosis, danach richten sich auch die Parameter der Anwendung.
Chemische Sterilisation:
Die Chemische Sterilisation kann Anwendung finden, wenn durch Feuchtigkeit und
Hitze eine thermische Sterilisation nicht möglich ist. Hierbei werden chemische Stoffe benötigt, die das Absterben der Mikroorganismen bewirkt. Die Chemikalien werden
normalerweise dampfförmig zum Einsatz gebracht.
Das Sterilgut muss vorher gereinigt werden. Für den Sterilisationsprozess selbst muss
es trocken sein. Die Physikalische, insbesondere die Dampfsterilisation, ist der Chemischen Sterilisation vorzuziehen.
Sterilisation in Entwicklungsländern
„Ein Entwicklungsland ist nach allgemeinem Verständnis ein Land, das hinsichtlich
seiner wirtschaftlichen, sozialen und politischen Entwicklung einen relativ niedrigen
Stand aufweist. Dabei handelt es sich um einen Sammelbegriff für Länder, die nach
allgemeinem Sprachgebrauch als „arm“ gelten. Welches Land als Entwicklungsland
einzustufen ist oder nicht, hängt vom Maßstab ab, an dem man die Entwicklung eines
Landes misst.” [9]
„Die sogenannten Entwicklungsländer, also die Länder mit dem niedrigsten Pro-KopfEinkommen, geben im Jahr durchschnittlich 5 bis 50 Dollar pro Einwohner an Gesund-
67
heitsausgaben aus. Innerhalb dieses Budgets geht wiederum nur ein Bruchteil in die
operative Medizin bzw. gilt der Bekämpfung operativ zu behandelnder Erkrankungen.
Die Chirurgie gilt als teuer, weil sie viele technische Voraussetzungen und speziell ausgebildetes Personal braucht. Ihre erfolgreiche Durchführung setzt ein hohes Maß an Infrastruktur voraus (Strom, Sterilisation, bildgebende Diagnostik, Ambulanzservice u.a.),
die schwer dauerhaft aufrecht zu erhalten ist. Erfolge gelten als schlecht messbar und
wenig nachhaltig und chirurgische Erkrankungen gehören nicht in die Reihe der „killer diseases“. Diese werden von kardiovaskulären und Infektionskrankheiten angeführt,
die folglich auch einen Großteil der staatlichen und humanitären Hilfe auf sich ziehen.
Dies hat zur Folge, dass etwa 2 Milliarden Menschen (!) weltweit keinen Zugang zu einer chirurgischen Grundversorgung haben.“ [10]
Ein Großteil der Entwicklungsländer liegt in Regionen der Erde mit einem hohen Anteil
an Sonneneinstrahlung. (Abbildung 3)
Abbildung 3: Ärmsten Staaten der Welt, ermittelt anhand des Einkommens pro Einwohner,
Einkommen unter 745US$ (Weltbank, 2001) [9]
Für diese Länder würde es sich anbieten Sterilisationsverfahren einzusetzen, die auf die
Ressource Sonneneinstrahlung zurückgreifen können. Ein derartiges Verfahren wäre
die Dampfsterilisation, wobei der notwendige Dampf für den Autoklaven mittels Solarthermie gewonnen werden könnte.
Stromerzeugung mittels Solarthermie
Solarthermie bezeichnet die Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie.
Diese kann zur Erzeugung von Strom oder Wärme genutzt werden.
Parabolrinnenkraftwerke
Parabolrinnen sind eine Form von Kollektoren zur Konzentration der Sonnenstrahlung.
Es handelt sich hierbei um Hohlspiegel mit einem parabelförmigen Querschnitt. Eine
68
Abbildung 4: Funktionsweise einer Parabolrinne [14]
Besonderheit der Spiegel ist, dass durch die Bauform auch Randstrahlung genutzt werden kann.
Durch den Brennpunkt des Spiegels verläuft eine mit Trägeröl oder Wasser gefüllte Leitung. Die Sonnenstrahlen werden fokussiert und auf diese Leitung gelenkt und um etwa
ein Vierzigfaches konzentriert, so dass das Leitungsmedium Temperaturen von 200 500°C erreichen kann. Ausgerichtet werden die Rinnen normal in Nord-Süd- Richtung.
Für eine möglichst hohe Effizienz wird ihre Neigung der Sonne nach verändert. Die
heiße Flüssigkeit wird zur Nutzung an einen Wärmetauscher weitergeleitet. [11] (Abbildung 4)
Im Wärmetauscher wird in einem Sekundärkreis Dampf erzeugt. Mit dem Dampf kann
mit einer Turbine Strom gewonnen werden. Der maximale Wirkungsgrad einer solchen Anlage liegt bei 66%, bei gleichzeitiger Nutzung der Abwärme. Im allgemeinen
Betrieb ist allerdings ein niedrigerer Wirkungsgrad zu erwarten, da der Nutzungsgrad
stark von den örtlichen Gegebenheiten am Aufstellungsort und von der Wärmeeinstrahlung abhängt. [12] (Abbildung 5)
Abbildung 5: Direktnormalstrahlung [13]
69
Sterilisation als Gesamtsystem
Ein Trägeröl kann z. B. auf dem Hausdach mittels Solarthermie in einer Parabolrinne
erwärmt werden. Dieses Trägeröl wird durch das Haus zu einem Wärmetauscher geführt. Am Wärmetauscher gibt das Öl seine Wärme an das kühlere Wasser ab, erkaltet
so selbst wieder, bevor es zurück auf das Hausdach geführt wird.
Durch diesen ersten Wärmetauscher fließt kaltes Wasser, welches verdampft. Der gewonnene Wasserdampf kann zur Sterilisation in einen Autoklaven geleitet werden. Dieser wird zuvor über eine Seitenklappe beladen. Im Autoklaven wird die Temperatur zum
Sterilisieren über ein Druckventil geregelt. Der hier entweichende Dampf kann eine
kleine Turbine antreiben. um den Strom für den Schließmechanismus des Autoklaven
und eine Leuchtanzeige zu liefern.
Wenn der Autoklav nicht benötigt wird, kann der Wasserdampf auch zum Betreiben eines kleinen Dampfkraftwerkes genutzt werden. Hierzu wird der Dampf auf eine Turbine zur Stromerzeugung umgelenkt.
Der Dampf von beiden Turbinen wird im Kreislauf durch einen zweiten Wärmetauscher geführt. Dort gibt der Dampf seine Restwärme ab und kondensiert. Das Kondensat kann gefiltert werden, bevor es dem ersten Wärmetauscher wieder zugeführt wird.
(Abbildung 6)
Das warme Wasser aus dem zweiten zusätzlichen Wärmetauscher kann ebenfalls im
Krankenhaus genutzt werden.
Abbildung 6: Komplettes Konzept
Resultate und Diskussion
Die Schwierigkeiten der Sterilisation in Entwicklungsländern liegen darin, dass an vielen Orten keine Infrastruktur vorhanden ist. Die Anlieferung von Chemikalien ist aufwändig oder überhaupt nicht möglich, zudem kann die Bevölkerung die Kosten dafür
nicht tragen. Auch eine permanente Stromversorgung ist meist nicht sichergestellt. In
70
Notfällen, wie der Betreibung von diagnostischen Geräten oder OP Ausstattung, kann
unter Umständen auf ein Notstromaggregat zurückgegriffen werden. Aber auch hierbei
ist die Anlieferung von Diesel ein Problem. Zudem kann ein solches Gerät nur eine sehr
begrenzte Menge Energie bereitstellen. Sterilisation muss in diesen Ländern also als
ein gesamtheitliches Konzept gesehen werden. Es muss sichergestellt werden, dass das
Gerät betrieben werden kann, sowohl von den Ressourcen, als auch vom technischen
Sachverständnis des Bedieners her. Auch mögliche Reparaturen und Wartungen müssen bedacht werden, da diese in der Regel nicht adhoc von ausgebildeten Technikern
vor Ort vorgenommen werden können. Eine sichere und robuste Konstruktion ist somit
gefordert.
Dampfsterilisation ist in Entwicklungsländern wohl das am einfachsten umsetzbare und
sinnvollste Sterilisationsverfahren. Es ermöglicht eine Sterilisation von unkritischen,
semikritischen und kritischen Medizinprodukten und kann bei den meisten Materialien angewendet werden. Es braucht außerdem außer Wasser keine weiteren Substanzen.
Zudem kann die Dampfsterilisation mit einer regenerativen stromerzeugenden Komponenten verknüpft werden, um einen deutlich erhöhten Gesamtnutzen zu erzielen. Die
Verbindung mit einem Parabolrinnenkraftwerk, mit dem über ein Fließmedium in einem
Sekundärkreis Dampf erzeugt wird, ermöglicht tagsüber einen stromfreien Sterilisationsvorgang. Nach DIN 58953 7/8 kann man bereits tagsüber Medizinprodukte sterilisieren die nachts gebraucht werden, da bei geeigneter Umgebung die Sterilisation über
24 Stunden bestand hat. Es ist somit möglich, das Sterilgut ohne weitere Umverpackung
zu lagern. Um eine saubere Umgebung zu gewährleisten, kann man z.B. ein Tuch mit
sterilisieren und beim Herausnehmen die sterilisierten Gegenstände darin einwickeln.
Somit könnte man die Medizinprodukte dann wieder im OP bereit legen. Ansonsten ist
bei nächtlichen Notfällen eine Sterilisation durch Strom oder Feuer ebenfalls möglich.
Bei der Dampfsterilisation mittels Parabolrinnenkraftwerk sind alle Flüssigkeitssysteme in sich geschlossen. Eine Vermischung der Medien Öl und Wasser oder von keimbelasteten Wasser mit Frischwasser wird dadurch ausgeschlossen. Hierdurch wird das
System so einfach wie möglich gehalten, was wiederum die Reparaturfreundlichkeit
erhöht und die Reparaturkomplexität senkt..
Zudem kann das Wasser des Sekundärkreislaufes durch die Filtration immer wieder zur
Sterilisation und Stromerzeugung genutzt werden, so dass dieses System auch in wasserarmen Regionen Anwendung finden kann.
Ein weiterer Vorteil dieses Gesamtsystems ist, dass der mit der Turbine erzeugte Strom
dem Krankenhaus zur weiteren Nutzung zur Verfügung gestellt werden kann. Das
Krankenhaus ist dadurch weniger von einer externen Versorgung mit Strom oder Diesel
zur eigenen Stromerzeugung abhängig und damit auch weniger in seiner eigentlichen
Arbeit, Kranke zu behandeln, eingeschränkt.
Letztlich steht auch noch das warme Wasser aus dem zweiten Wärmetauscher dem
Krankenhaus zur Verfügung. Mit ausreichend warmen Wasser kann die allgemeine Hygiene im Krankenhaus verbessert werden.
71
Zusammenfassung
Sterilisation ist unbestritten ein sehr wichtiges und entscheidendes Thema bei der Krankenhaushygiene. Jedoch können für Sterilisation in allen Teilen der Welt nicht überall
die gleichen Systeme genutzt werden. In Industrieländern ist es möglich, auf Grund der
vorhandenen Ressourcen, für jedes Medizinprodukt ein perfekt geeignetes Verfahren zu
haben. Dies ist in Entwicklungsländern nur sehr begrenzt der Fall. Jedoch sollte auch
in diesen Ländern ein hoher Hygienestandart möglich sein. Systeme für Entwicklungsländer müssen ressourcenschonend, einfach zu bedienen, wartungsarm und einfach zu
reparieren sein. Zudem ist die Auswahl der dort genutzten Medizinprodukte auch geringer.
Die Idee war ein Konzept für ein funktionierendes Sterilisationsverfahren zu finden,
dass auch in Entwicklungsländern möglichst die Sterilisation aller Gebrauchsgegenstände abdeckt, von Kleidung oder Decken bis zum Operationsbesteck. Das Konzept
der Dampfsterilisation mittels Parabolrinnenkraftwerk wurde bewusst einfach gehalten,
ohne dass dabei Funktion eingebüßt wurde. Stattdessen wurde neben der Sterilisation
auf einen hohen Zusatznutzen Wert gelegt, der sich in einer unabhängigen und zusätzlichen Stromversorgung und der Nutzung von Warmwasser zeigt.
Literatur
[1] Abipur. Abgerufen am 05.August.2012. http://www.abipur.de/referate/stat/651968578.html
[2] Wikipedia. (16. Mai 2012). Wikipedia: Sterilisation. Abgerufen am 2. August 2012 von Wikipedia:
de.wikipedia.org/wiki/Sterilisation
[3] Robert Koch Institut. (1. 5 2012). Robert Koch Institut. Abgerufen am 2. August 2012 von Robert Koch
Institut: http://www.rki.de/DE/Content/Infekt/Krankenhaushygiene/Aufb_MedProd/Aufb_MedProd_
node.html
[4] Robert- Koch- Institut. (2001). Anforderungen an die Hygiene der der Aufbereitung von Medizinprodukten. Bundesgesundheitsblatt- Gesundheitsforschung- Gesundheitsschutz (44), S. 1115–1126.
[5] Steuer, W., & Schubert, F. (2010). Leitfaden der Desinfektion, Sterilisation und Entwesung (8 Ausg.).
(F. Schubert, Hrsg.) Deutschland, Deutschland: Behr‘s Verlag.
[6] DGSV Arbeitskreis Qualität. (Oktober 2003). DGSV. (D. D. Sterilgutversorgung, Hrsg.) Abgerufen am
02. August 2012 von http://www.rki.de/DE/Content/Infekt/Krankenhaushygiene/Kommission/Downloads/DGSV_pdf.pdf?__blob=publicationFile
[7] Einschütz, K. (03. November 2004). FU Berlin. Abgerufen am 02. August 2012 von http://www.diss.
fu-berlin.de/diss/servlets/MCRFileNodeServlet/FUDISS_derivate_000000001501/
[8] Wikipedia. (19. Mai 2012). Wikipedia: Autoklav. Abgerufen am 02. August 2012 von http://de.wikipedia.
org/wiki/Autoklav
[9] Wikipedia. (24.Juli.2012). Wikipedia:Entwicklungsland. Abgerufen am 06.August.2012 von http://
de.wikipedia.org/wiki/Entwicklungsland
[10] Ziele und Perspektiven, Autor Mothes H, Die Deutsche Gesellschaft für Tropenchirurgie, Berufsverband deutscher Chirurgen e.V.,BDC|Online - 01.04.2012
[11]Wikipedia. (7. Juli 2012). Wikipedia:Solarthermie. Abgerufen am 02. August 2012 von http://
de.wikipedia.org/wiki/Solarthermie
[12] Wikipedia. (28. Juli 2012). Wikipedia: Wärmekraftwerk. Abgerufen am 02. August 2012 von http://
de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmekraftwerk
[13] Bayer, & Knies. (2009). Direktnormalstrahlung auf der Erdoberfläche als Jahresmittelwert.
[14] Herzberg, H. (1914). Kolonie und Heimat (35), S. 5.
[15] named. (kein Datum). Normen. Abgerufen am 02. August 2012 von http://www.named.din.de/sixcms_
upload/media/2616/Anhang%20B%20Normen%20110201.pdf
[16] Robert Koch Institut. (kein Datum). Krankenhaushygiene und Infektionsprävention.
72
Students‘ Seminar
Energieverbrauch in der Radiologie
Richard Koopmann
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – In diesem Artikel werde ich das Potential von Energieeinsparung in
der Radiologie näher erläutern. Hierbei werde ich die einzelnen diagnostischen
Verfahren, wie konventionelles und digitales Röntgen, Computertomographie, Ultraschall und die Magnetresonanztomographie kurz beschreiben und die Möglichkeiten der Energieeinsparung näher beleuchten. Im Besonderen werde ich auf die
das Programm Refurbished-System, zur Energieeinsparung von älteren Geräten
eingehen.
Keywords: Energieeinsparung, Röntgen, Ultraschall, CT, MRT, Refurbis hed-Systems
Einleitung
Was würden wir nur ohne „Strom“ machen? Unser gesamtes Leben ist vollständig abhängig von einer sicheren Energieversorgung. Doch leider ist Energie nicht im Übermaß verfügbar. Fossile Brennstoffe verknappen sich, was zu einer Preissteigerung führt.
Abbildung 1: Prognose zur Strompreisentwicklung
73
Aus Abb.1 kann man ablesen, dass in den nächsten Jahren mit einem deutlichen Anstieg
der Stromkosten zu rechnen ist. Noch können wir den immer weiter steigenden „Energiehunger“ nicht mit regenerativen Energien stillen. Auch aus dem Gesichtspunkt der
Klimaerwärmung ist es wichtig, dass wir so viel wie möglich an Energie einsparen, um
unsere Umwelt nicht unnötig mit CO2-Ausstoß zu belasten. Moderne Krankenhäuser
haben einen sehr hohen Energieverbrauch. Zwar macht der Energieverbrauch relativ
zu den Gesamtkosten nur wenig aus[1], aber diese Kosten kann man verhältnismäßig
einfach reduzieren. Fixkosten, wie die Kosten für Personal, die den größten Anteil ausmachen, kann man nur schwer und meist auf Kosten von Qualitätseinbußen reduzieren.
Der Energieverbrauch eines Krankenhauses wird im Wesentlichen durch den Entwurf
des Gebäudes geprägt. Doch auch die Diagnosegeräte in der Radiologie benötigen enorme Mengen an Energie. Wenn man diese Kosten senken könnte, würde man viel Geld
sparen. Für niedriger entwickelte Länder, ähnlich Kamerun, wo die Energiepreise bis
zu zehnmal höher sind als in Deutschland ist eine Energieeinsparung sehr dementsprechend noch wertvoller. Jeder gesparte Dollar ist enorm wichtig, da in afrikanischen
Ländern deutlich weniger Geld für die Gesundheit ausgegeben werden kann.
Energieverbrauch in der Radiologie
Die Radiologie in einem Krankenhaus erfüllt wichtige diagnostische Aufgaben. Neben dem OP gehört die Radiologie zu den Abteilungen, die sich durch den Fortschritt
in der Medizintechnik am meisten Verändert haben. Zudem konventionellen Röntgen
kamen im Laufe der Jahre, der Ultraschall, die Computertomographie und Magnetresonanztomographie. Es ist schwierig exakt zu bestimmen wie viel Energie die einzelnen Geräte in der Radiologie benötigen, da es stark von den Betriebsstunden abhängig
ist. Bei Radiologisches- Abteilung mit allen aufgezählten Untersuchungsmethoden liegt
Abbildung 2: Energiekosten in der Radiologie
74
der durchschnittliche Energieverbrauch der Geräte bei knapp 91.000kWh/a [1]. Relativ zur gesamten Radiologisches-Abteilung benötigen die Diagnosegeräte knapp die
Hälfte(siehe Abb.2) der gesamten Energiekosten [1]. Außerdem benötigt die Radiologie
neben der Allgemeinstrom- auch eine Ersatzstromversorgung, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicher zu stellen. Denn die CT- und MRT-Geräte können nicht
vollständig abgeschaltet werden.
Röntgen
Die Entdeckung der Röntgenstrahlung des Würzburger Physikprofessors Wilhelm Conrad Röntgen im Jahre 1895 gilt als eine der bedeutendsten Erfindungen in der Medizin.
Ein Röntgengerät erzeugt Röntgenstrahlungen mit der die zu untersuchende Körperregion durchdrungen wird. Durch die unterschiedlichen Absorptionen und Streuungseffekte werden die Röntgenstrahlen unterschiedlich stark geschwächt. Ein Röntgengerät
besteht aus Grundkomponente Hochspannungserzeuger, Röntgenröhre und Detektor[2].
Der Hochspannungserzeuger wurde früher durch Funkeninduktion oder Stromunterbrecher realisiert, heute verwendet man Gleichspannungsgeneratoren um die Röntgenröhre
mit Energie zu versorgen. Bei den ersten Röntgengeräten wurde die Röntgenstrahlung
durch Gasentladung erzeugt(Ionenröhre), diese wurde von der Drehanoden-Glühkathodenröhre abgelöst. Die Anode erhitzt sich dabei auf bis zu 2700 C° und muss daher
stark herunter gekühlt werden. Durch die Spannung zwischen Anode und Kathode lässt
sich die Wellenlänge der erzeugten Röntgenstrahlung modellieren. Typischerweise liegt
die Spannung dann zwischen 30 und 400 kV[2]. Je höher die Röhrenspannung gewählt
wird, umso kleiner wird die Wellenlänge. Kurzwellige Strahlung durchdringt dabei den
Körper leichter als langwellige und wird als harte Strahlen bezeichnet. Es gibt zwei unterschiedliche Konzepte die Röntgenstrahlung aufzunehmen, die konventionelle und
die digitale Röntgentechnik. Bei der konventionellen Röntgentechnik wird ein Röntgenfilm belichtet.
Dieser Film besitzt ca. 220000 Silberbromidkörnchen pro cm² [3], die durch auftreffende Röntgenstrahlung belichtet werden. Die Auswahl des Formats und der Empfindlichkeitsklasse der Röntgenfolie hängt davon ab welche Körperteile man durchleuchten
Abbildung 3: Digitales Röntgen
75
möchte. Durch die hohe Zahl an Silberbromidkörnchen, die als Bildpunkte fungieren,
war die Auflösung des konventionellen Röntgen recht lange dem digitalen Röntgen
überlegen. Durch den technischen Fortschritt und Preisverfall in der Mikroelektronik
würde die digitale Röntgentechnik immer attraktiver.
Heutzutage werden schon mehr als die Hälfte aller Röntgenuntersuchungen digital
durchgeführt. Bei der digitalen Röntgentechnik werden die Hauptfunktionen, Bilddetektion, Bilddarstellung und Archivierung entkoppelt. Digitale Speicherfolien, Röntgenverstärker und Flächendetektoren nehmen die Röntgenstrahlen auf und erzeugen ein
analoges Signal. Ein Analog-Digital-Converter wandelt dies entstandene Signal in ein
digitales Signal um [3].
Dieses Signal kann nun auf digitalen Speichermedien, wie einer Festplatte gespeichert
werden. Ein großer Vorteil an dem digitalen Röntgen ist, dass diese Aufnahmen sich
digital nachbearbeitet lassen, sodass selbst bei schlecht beleuchteten Röntgenbildern
meist ein neues Röntgenbild nicht notwendig ist. Dies hat nicht nur den Vorteil, dass der
Patient nicht nochmal einer Röntgenstrahlung ausgesetzt ist, sondern spart auch Energie
und Zeit. Durch die höhere Empfindlichkeit beim digitalen Röntgen lassen sich im Gegensatz zu konventionellen Röntgen die Strahlendosis um bis zu 90% verringern, wobei
Helligkeit und Kontrast unverändert bleiben.
Energieverbrauch konventionelles vs. Digitales Röntgen
Abbildung 4: Röntgengerät
Die Erzeugung der Röntgenstrahlung ist bei beiden Röntgentechniken dieselbe, jedoch
benötigt man für das digitale Röntgen weniger Röntgendosis, wodurch weniger Energie verbraucht wird. Das kov. Röntgen nutzt die Film-Folien-Technik, bei der die Folie
die Funktionen der Bilddetektion, Bilddarstellung und Archivierung übernimmt. Doch
um etwas auf der Folie zu erkennen muss der Röntgenfilm, wie bei einem normalen
76
Fotofilm, erst durch ein Filmentwicklungssystem entwickelt und danach von hinten beleuchtet werden. Sowohl die das Beleuchten als auch das Entwickeln kosten zusätzlich
Strom der bei digitalen Röntgen nicht notwendig ist. Auch aus ökologischer und langfristig auch ökonomischer Sicht ist das digitale Röntgen zu favorisieren, da ein Röntgenfilm nur einmal belichtet werden kann und die Farbe für die Entwicklung überflüssig
werden. Beim digitalen Röntgen hingegen ist der Detektor sofort wieder für die nächste
Untersuchung bereit. Desweiteren lässt sich durch das digitale Röntgen Telemedizin
realisieren.
Telemedizin
Unter Telemedizin versteht man die zeitliche und räumliche Überbrückung von Akteuren im Gesundheitssystem. Sie kann dadurch verschieden Krankenhäuser miteinander verbinden [5]. Dieser Technik wird wahrscheinlich in den nächsten Jahren stark an
Bedeutung gewinnen [5]. Grade bei Krankenhäusern wo die Einzugsgebiete mehreren
hundert Kilometern haben, wie bei unserem Buschkrankenhaus in Kamerun, könnte
man bei komplexen Diagnosen sich zusätzlichen Rat eines anderen Arztes einholen.
Der große Vorteil an der Telemedizin ist, dass alle notwenigen Komponenten nicht erst
erforsch werden müssen, sondern schon bereit liegen. Um für die Telemedizin gerüstet
zu sein benötigt man digitales Röntgen. Diese Tendenz zum digitalen Röntgen bestätigen auch die Verkaufszahlen von Siemens in Entwicklungsländer.
Computer-Tomographie
Durch die Erfindung der Computertomographie im Jahr 1972 leitete Gofrey N. Housfield eine neue Epoche der bildgebenden Diagnostik ein [6]. Sie liefert überlagerungsfreie, errechnete Schichtbilder des Körpers. In der ersten Generation (Translation-Rotations-Scanner), die meist reine „Schädelscanner“ waren, bewegten sich Detektor und
Röhre im festen Abstand zueinander. Hierbei wurde Zeile für Zeile abgetastet, daher erforderte es 180 Projektionen, die 300s beanspruchten [7]. Anfangs wurden von Translation-Rotations-Scanner ein Nadelstrahl und bei späteren CT`s ein Flächenstrahl von der
Röntgenröhre ausgesendet. Der nächste große Meilenstein war die erste Spiral- Computertomographie mit kontinuierlichem Tischplattenvorschub in den neunziger Jahren.
Auf diesem Prinzip beruhen noch heute alle auf dem Markt angebotenen Computertomographien. Durch die Spiral-CT`s, wobei Röhren-Detektor-System eine Helix abfährt, könnte die Untersuchungszeit nochmal reduziert werden. Eine weitere Halbierung der Durchleuchtungszeit wurde durch die Dual-Source- Technologie erreicht, bei
der statt nur einer Röntgenröhre jetzt zwei Röntgenröhren rotierten. CT- Untersuchungen waren und sind sehr energieintensiv, denn moderne CT-Scanner haben eine Röhrenleistung von 20-60kW bei Spannungen von 80-140kV [6]. Hinzu kommt noch die
Energie die für Rotation des Röhren-Detektor-System benötigt wird(moderne Geräte
benötigen hierfür nur noch 0,4 Sekunden [6]). Bei Untersuchungen entsteht obendrein
eine große Abwärme, die unter Energieaufwand herunter gekühlt werden muss, um die
Funktionalität der Computertomographien beizubehalten. Statt den Energie einzusparen, sind aktuell die größten Forschungsleitlinien die Reduzierung der Strahlendosis
77
Abbildung 5: Computertomographie
und Untersuchungszeiten. Es wurde beispielsweise erreicht, dass bei der Herzbildgebung nur Dosis-Werte von einem mSv benötigt werden [6]. Bei modernen Computertomographien gelang es die Aufnahmezeit für einen Ganzkörperscan auf 4 bis 5 Sekunden
reduziert [6]. Diese Fortschritte kommen nicht nur dem Patienten zugute, sondern auch
den Abläufen in den Krankenhäuser. Durch die Reduzierung der Aufnahmezeit, die bei
älteren Geräten teilweise mehr als eine Stunde betrug, lässt sich heute viel Energie und
Zeit einsparen.
Magnetresonanztomographie
Die Magnetresonanztomographie ist das bildgebende Verfahren, welches die meiste
Energie der vorgestellten bildgebenden Verfahren benötigt. Beim MRT werden genau
wie bei Computertomographie Schichtbilder des Körpers erstellt. Hierfür wird
jedoch nicht die Röntgenstrahlung genutzt, sondern mithilfe von angeregten Wasserstoffatomen die Schichtbilder errechnet. Durch ein MRT lassen sich besonders gut
Weichteile darstellen. Dieses diagnostische Verfahren erfordert für die Kühlung große
Energiemengen, die im Betrieb bei 40-100kW und im Standby bei etwa 10kW liegen
[4]. Darüber hinaus benötigt man eine permanente Stromversorgung um die Supraleitung aufrecht zu erhalten. Diese Anforderungen machen das MRT für Entwicklungsländer mit einem instabilen Stromnetz relativ uninteressant.
Ultraschall
Der medizinische Einsatz von Ultraschall wird als Sonographie bezeichnet. Sie basiert
auf dem Prinzip, dass der Ultraschall unterschiedlichen Materialien verschieden stark
absorbiert, reflektiert oder hindurch tritt. Als Ultraschall bezeichnet man dabei Frequenzen oberhalb der menschlichen Hörgrenze. Für diagnostische Zwecke verwendet man
Frequenzen zwischen 1 und 40 MHz [4]. Die Einsatzbereiche der Sonographie sind genauso vielfältig, wie die Größe der Ultraschallgeräte, von kleinen mobilen Geräten bis
zu Geräte die Rollen benötigen um sie zu verschieben. Man kann nicht generalisieren
78
wie viel Strom ein Ultraschallgerät benötigt, da es die verschiedensten Anwendungsfelder für die Sonographie gibt. Doch insgesamt bleibt festzustellen, dass ein Ultraschallgerät verhältnismäßig wenig Strom benötigt.
Refurbished-Systems
Im Bereich der Wiederaufbereitung von medizintechnischen Geräten gibt es schon jetzt
einen großen Wettbewerb. Denn viele medizinische habe nicht mehr die Mittel um Neugeräte zu erwerben und greifen immer häufiger, um nicht auf Diagnose- Geräte verzichten zu müssen, auf generalüberholte Geräte zurück. Diese Refurbished-Systems sind
deutlich billiger als die Neugeräte. Im folgenden wird der Prozess des Refurbishment
anhand des Programms von Siemens näher erläutert werden. Auch die anderen großen
Medizintechnikunternehmen haben ähnliche Programme, die sich nur geringfügig voneinander unterscheiden. Nicht nur die großen „Player“ in der Medizintechnikbranche
bieten die Wideraufbereitung von alten Geräten an, sondern auch eine Vielzahl von kleineren mittelständischen Unternehmen. Siemens versucht mit seinem Programm „Proven Excellence“, durch einen hohe Qualitätsstandart und ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis, sich am Markt zu etablieren. Bei dem Programm werden durchschnittlich
90% der alten Materialien in dem überholten Gerät wiederverwendet. „Proven Excellence“ ist fünf Prozessschritte untergliedert, wobei der komplette Kreislauf geschlossen
ist[ 8].
Der erste Schritt ist die „Selection“[8], wobei das Alter, der Zustand, die Wartungsgeschichte geprüft werden. Nachdem alle notwendigen Daten ermittelt wurden, wird das
Gerät inspiziert, demontiert und in den Geschäftsbereich Siemens Refurbished Systems
geliefert(„De-Installation“). Im Werk in Forchheim wird nun der wichtigste Prozessschritt, das „Refurbishment“, durchgeführt. Hierbei wird das Gerät im ersten Schritt gereinigt, desinfiziert und neu lackiert. Nachdem man nun das System optisch nicht mehr
von einem Neugerät unterscheiden kann, werden abgenutzte und funktionsuntüchtige
Komponenten durch Orginalersatzteile ausgetauscht. Schlussendlich wird die Software
auf den neusten Stand gebracht und alle Funktionen getestet[9]. In Schritt vier wird das
Gerät von Technikern am Bestimmungsort montiert und wiederum auf Funktionalität
überprüft. Falls auch hier alles reibungsfrei funktioniert, erhält der Kunde ein Qualitätszertifikat[8]. Die Garantie und der Kundendienst werden in dem letzten Schritt „Warranty“ beschrieben.
Refurbished-Systems sind nicht nur deshalb sehr interessant, weil sie große Mengen an
C02 sparen, (Siemens hat mit seinen 1745 wiederaufbereiten Systemen in den Jahren
2007-2008 knapp 20000 Tonnen C02 gespart [10]), sondern auch der Energieverbrauch
der Geräte lässt sich durch das Wiederaufbereiten senken. Dabei sind die Geräte um bis
zu 30% billiger als die Neugeräte, also auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sehr
attraktiv. Den letzten Punkt halte ich für besonders wichtig, da die medizinischen Institutionen im Gegensatz zu Privatanwendern deutlich weniger auf den Umweltschutz
achten. Falls auch der wirtschaftliche Anreiz besteht, schütz jeder gern die Umwelt.
79
Fazit
Eingangs wurde bereits beschrieben, dass die Fixkosten in einem Krankenhaus den
deutlich größten Anteil ausmachen.Der Sachenkostenanteil (z.B. Wasser, Energie, Verwaltungsbedarf, Lebensmittel, etc.) beträgt 33%. Von diesen 33% liegt der Anteil der
Kosten für die Energie bei knapp 6%, das heißt, dass insgesamt nur ungefähr 2% der
Gesamtkosten für Energie ausgegeben werden [1]. Man könnte glauben, dass diese 2%
zu vernachlässigen seien, doch bei den Energiekosten kommt es zu starken anstiegen.
Abbildung 6: Proven Excellence von Siemens
Beispielweise stieg der Aufwand für Energiekosten in einem Krankenhaus in BadenWürttemberg binnen eines Jahres um 11,3% [11]. Dieser Zuwachs ist nicht einmalig,
sondern durch die Veränderungen im Energiesektor ist mit weiteren Zuwächsen zu
rechnen. Es wird vermutet, dass Energieanteil an den Gesamtkosten eines Krankenhauses auf 4-5% in den nächsten Jahren ansteigen wird. Alle deutschen Krankenhäuser benötigen zusammen rund 4,5 Millionen MWh an elektrischer Energie, damit könnte man
1,3 Millionen Haushalte versorgen [11]. Für ein Krankhaus bedeutet es, dass es durchschnittlich so viel wie ca. 600 Haushalte verbraucht [11]. Wenn man sich nun diese Dimensionen bewusst macht, kann man verstehen warum Energieeinsparungen absolut
notwendig sind. Jede Möglichkeit der Energieeinsparung sollte genutzt werden um die
Energieeffizienz zu steigern. Dabei sollte man auch nicht die bildgebenden Verfahren
auslassen. Hierbei muss jedoch stark abwägt werden, denn es ist zwar lobenswert die
Kosten für eine Untersuchung durch Energieeinsparungen zu senken, doch dies darf
niemals auf Kosten der Diagnosesicherheit gehen.
Denn jede Fehldiagnose kostet unverhältnismäßig viel mehr Geld als sie Energie einsparen könnte. Wie bereits schon beschrieben haben die Medizintechnikunternehmen
nicht primär das Anliegen allein den Stromverbrauch zu senken. Doch beispielweise
ging dies beim Fortschritt von Computertomographien mit der Reduzierung von der
Strahlenbelastung und der Aufnahmezeit einher. Ein Umrüsten von älteren bildgebenden Verfahren allein um Energie einzusparen ist nicht ökonomisch und wird daher auch
80
nicht von den Herstellern angeboten. Jedoch bietet das vorgestellte Programm der Refurbished-Systems ist ein interessanter Ansatz, wobei zusätzlich die Energieeffizienz
gesteigert wird. Es bleibt festzustellen, dass gerade bei den sehr energieintensiven bildgebenden Verfahren das Potential der Energieeinsparmöglichkeiten noch nicht komplett
ausgereizt wurde. Für das Buschkrankenhaus in Kamerun, wäre es aber auch illusorisch
Abbildung 7: Mobilett XP
über Computertomographien oder Magnetressonanztomographen zu sprechen. Diese
Verfahren benötigen zusätzlich eine unterbrechungsfreie Stromversorgen, die bisher
noch nicht existiert. Vielmehr wäre es wichtig solide, stabile, wartungsarme, leichtbedienbare Röntgenanlage zu installieren, die den hohe Temperaturen und dem Staubbelastungen standhält. Mobile Röntgengeräte, wie der ,,MOBILETT XP“(siehe Abb. 7)
von Siemens erfüllen diese Anforderungen. Darüber hinaus wird das, MOBILETT XP“
auch mit leistungsstarken Akku angeboten, sodass selbst in den Phasen, in denen kein
Strom vorhanden ist, nicht auf die Röntgensysteme verzichtet werden muss. Außerdem
ließe sich hiermit ein Umstieg auf digitales Röntgen leicht realisieren.
81
Quellen
[1] Stefan Holeck „Energieoptimierung in Krankenhäusern Qualität und Quantität des Energiebedarfs von Krankenhäusern unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses des architektonischen und baukonstruktiven Entwurfes. Weimar, Juni 2007
[2] Markus Kühner, Stefan Meißner, Alexander Vogl „Klassisches Röntgen“ 2001
[3] Rüdiger Kramme, „Medizintechnik” ISBN 978-3-642-16186-5, Springer, 2011
[4] Erich Wintermantel, Suk-Woo Ha, „Medizintechnik: Life Science Engeering, Interdisziplinarität, Biokompatibilität, Technologien, Implantate, Diagnostik, Werkstoffe, Zertifizirung,
Business“ ISBN 978-3540939351, Springer 2009
[5] Bettina Reiter, Jürgen Turek, Werner Weidenfed „Telemedizin – Zukunftsgut im Gesundheitswesen“ Forschungsgruppe Zukunftsfragen, Ausgabe 1 Januar 2011
[6] „Computertomographie Geschichte und Technologie“, Siemens Medical
[7] Marc Kachelrieß „CT-Technik“ Institut für Medizinische Physik (IMP) Friedrich-Alexander Universität Erlangen- Nürnberg
[8] „Proven Excellence“ – herausragende Qualität, Zuverlässigkeit und Flexibilität“, www.siemens.de/medical- magazine, 2006
[9] „Quality up – costs down“, www.siemens.com/proven- excellence
[10]Abigail Weldon, Going Green from all Angles“, www.siemens.com/healthcaremagazine,Article from the customer magazine Medical Solutions, December 2009
[11] Prof. Dr. Rudolf Schmid „Energiekosten – ein vernachlässigtes Zukunftsthema“ das Krankenhaus, 2008
[12] „Excellence in CT-SOMATOM Definition“ www.siemens.com/medical
82
Students‘ Seminar
Medizinethische Betrachtung von
Entwicklungshilfe
Untersuchung medizinethischer Fragestellungen im
Zusammenhang mit technischer Ausbauhilfe in der
Gesundheitsversorgung von Entwicklungsländern
Nelida Somesfalean
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – Dieser Artikel behandelt den Einsatz von möglichen medizinethischen
Betrachtungspunkten in der heutigen Entwicklungshilfe. Ein besonderes Augenmerk soll dabei auf den Gebrauch von Technik, konkreter Medizintechnik, in Entwicklungsländer gelegt werden. Im Rahmen des Seminares „Green Hospital” an
der Friedrich-Alexander Universität in Erlangen soll diese Ausarbeitung, wie viele
andere Themen, die z.B. die Energieversorgung betreffen oder den Standort analysieren, dabei helfen in Kamerun einen Operationssaal zu bauen. Dieser soll der
Umgebung entsprechen, die nötige Versorgung gewährleisten und den Anforderungen, wie beispielsweise die Reduzierung von Energieverlusten, der Einsatz regenerativer Energieträger, Einsatz von umweltfreundlichen Materialien und die
Anpassung an medizinische, räumliche und organisatorische Erwartung der Patienten und der Arzte, gerecht werden.
Die in diesem Beitrag erörterte Thematik, oder vielmehr Problematik, soll einige
Ansatzmöglichkeiten aufzeigen, wie man nach ethischen Prinzipien Entwicklungshilfe, in der Medizintechnik eingesetzt wird, leisten kann.
Keywords: Medizinethik, Entwicklungshilfe, ethisch-moralische Prinzipien, technische
Ausbauhilfe
“In Wahrheit heißt etwas wollen, ein Experiment machen, um zu erfahren, was wir können.[1]“ –– Friedrich Nietzsche
Einleitung: Definitionen
Es bedarf zuerst der Erklärung einiger grundlegender Begriffe, bevor man an die Erröterung der eigentlichen Fragestellung herangeht. So werden im Folgenden die Termini
“Ethik”, “Moral”, “Medizinische Ethik” und “Ethisches Dilemma” näher erläutert.
83
Ethik stammt vom Altgriechischem “Ethos” ab und bedeutet Charakter. Der Ausdruck
Moral kommt aus dem Lateinischen “Moralis” und heißt Sitte oder Benehmen. Der Unterschied zwischen Moral und Ethik besteht darin, dass Moral sich auf definierte Themen bezieht, z.B. Sexualität, und Gefahren beschreibt, die abgewendet werden sollen.
Ethik hingegen beschreibt das geistige oder objektive Verhalten und Ideale, die angestrebt werden sollen. Ethik beurteilt die Moral. Sie ist eine einheitliche Norm für alle,
moralische Werte hingegen entwickeln sich bei jedem Menschen individuell. Eine ganz
klare Unterscheidung ist jedoch kaum möglich, da beide Begriffe sich auf den Charakter einer Person und auf menschliche Verhaltensweisen beziehen. Die Ethik ist ein großer Teil der Philosophie und befasst sich mit Moral und dem menschlichen Handeln.
Sie baut allein auf dem Prinzip der Vernunft auf. Die Aufgabe ist es, Kriterien für gutes
und schlechtes Handeln und die Bewertung seiner Motive und Folgen aufzustellen. Ziel
der Ethik ist die Erarbeitung von allgemeingültigen Normen und Werten. Sie soll dem
Menschen Hilfen für seine sittlichen Entscheidungen liefern [2].
Medizinische Ethik beschäftigt sich dementsprechend mit den sittlichen Normsetzungen, die für das Gesundheitswesen gelten sollen. Als grundlegende Werte gelten das
Wohlergehen des Menschen, das Verbot zu schaden und das Recht auf Selbstbestimmung, besser gesagt das Prinzip der Autonomie, das im Verlauf des Essays in einem
anderen Zusammenhang auftreten wird [3].
Definition: Ethisches Dilemma
Ethisches Dilemma, ein außerordentlich wichtiger Begriff für die Ausübung von Entwicklungshilfe, liegt vor, wenn ethische Prinzipien in Konflikt geraten, d.h. man befindet sich in einer ethischen Entscheidungssituation, in der man gegen ein Prinzip
verstößt um ein Anderes zu erfüllen [4]. Als Beispiel soll hier der Transport von medizintechnischen Geräten genannt werden. Das eine ethische Prinzip ist etwas gutes in
einem Entwicklungsland tun zu wollen, Menschen zu helfen und die medizinische Versorgungssituation in Gegenden dieser Welt, in der diese suboptimal ist, zu verbessern.
Das andere soll der Gedanke an die Umwelt und die Ressourcen sein, die bei einem
Transportflug darunter leiden. In diesem Fall kann man sich unübersehbar keinesfalls
für ein Handeln entscheiden ohne gegen eines der Prinzipien zu verstoßen. Auch wenn
der Umweltgedanke hier unpassend wirkt, muss bei der reinen Überlegung nach ethischen Gesichtspunkten auch dieser berücksichtigt werden. Medizinethik, ob mit Betrachtung auf medizintechnische Geräte oder die rein medizinische Form, die die Pflichten des Behandelnden Arztes weitestgehend aufzuzeigen versucht oder die Beachtung
der Wertvorstellungen und Wünsche des Patienten fordert, ist Teil der Ethik. Und Ethik
umfasst jegliche Komponenten, Handlungsweisen und Gedankenkonstrukte, die den
Menschen betreffen. Auch die Umwelt. Denn eine Schädigung der Umwelt, ist eine
Schädigung des menschlichen Lebensraumes und impliziert auch die Gesundheit des
Menschen. Wenn also auf Dauer der Umwelt, durch verschieden Faktoren, geschadet
wird, wird dies unweigerlich zu einer Reduzierung der Lebensqualität, einem Anstieg
84
der Krankheiten und folglich zu einer Veränderung des Gesundheitswesens und der Gesundheitsversorgung führen. Im Ganzen ist dies, wenn auch nicht auf den ersten Blick
zu erkennen, eine medizinethische Überlegung eines ethischen Dilemmas.
Medizinethische Dilemmata, um konkreter ein rein die Medizin betreffendes ethisches
Sujet zu erläutern, treten systematisch in Entscheidungssituationen auf, in denen zum
einen das Wohlergehen des Patienten durch einen Eingriff oder eine Behandlung gefördert und verbessert werden soll, zum anderen, jedoch, die Lebensqualität eines Patienten durch eben diese eine Therapie oder Operation erheblich eingeschränkt werden
kann und sein Recht auf Selbstbestimmung in den Vordergrund tritt. In der Intensivmedizin, der Krebstherapie, der invasiven Pränataldiagnostik sowie bei Transplantationsvorgängen sind diese Entscheidungssituationen allgegenwärtig. Als extremes Beispiel
bedient man sich im Folgenden der therapeutischen Behandlung von Krebs und kann
aus dem entstehenden Dilemma alle anderen medizinisch ethischen Dilemmata folgern.
Wird Krebs im späten oder sehr späten Stadium erkannt, ist die Sterblichkeit des Patienten abzusehen. Durch Therapien und invasive Maßnahmen, kann man den Punkt der
Sterblichkeit mit den heutigen medizinischen Mitteln und nach heutigem Wissenstand,
je nach Schwere des Stadiums und Verfassung des Patienten, hinauszögern. Die Therapien, meist Strahlentherapien mit Röntgenstrahlen, radioaktiven Stoffen, Ionen- oder
Protonenstrahlen, Strahlung mit Neutronen oder Elektronen, sowie die Strahlung mit
Hyperthermie, können zu erheblichen Einschränkung der Lebensqualität führen. Auch
wenn es Palliativmedizinische Behandlungen gibt, in der die Lebensqualität gefördert
werden soll, verändert sich das Leben des Patienten durch beträchtliche Dezimierung
des Vermögens alltägliche Tätigkeiten zu verrichten oder durch phänotypische Veränderungen, immens. Eine solche Entscheidungssituation entsteht nun in diesem Beispiel,
indem man abwägen muss, ob Arzt oder Patient, früher und möglicherweise schmerzvoller zu sterben, aber das Leben so uneingeschränkt wie möglich noch genießen zu
können oder länger zu leben und die enormen Einschränkungen akzeptieren. Hierbei
gibt es kein Richtig oder Falsch- es ist ein Dilemma, in dem egal für welchen Handlungsstrang man sich entscheidet, der Mensch letztendlich leidet oder, je nach Sichtweise, erlöst wird. Nicht anders zeigt sich das ethische Dilemma bei den anderen Beispielen. In der Intensivmedizin z.B. die ständige Frage nach dem Selbstbestimmungsrecht
des Patienten, das möglicherweise nicht mehr geschützt und respektiert wird oder werden kann, wenn dieser lediglich künstlich durch Geräte am Leben gehalten wird, bishin
zu der Sterbebegleitung oder der gerechten Verteilung begrenzter Ressourcen, wie z.B.
wenn ein Mangel an Bluttransfusionen vorliegt. Es entstehen immerwährende Konflikte
zwischen möglichen Handlungs- und Entscheidungssituationen.
Entwicklungshilfe betreffend treten ähnliche Situationen auf, doch anstatt konkrete Beispiele zu nennen, welche Konflikte entstehen können, ist es vor jedem Aufbau eines
Projekts erforderlich, sich im Voraus mögliche ethische Dilemmata zu überlegen und
diese zu analysieren. Durch die Arbeit in anderen Ländern entsteht eine Arbeit im Rahmen von anderen Kulturen und Traditionen und somit ist ein Gedankenkonstrukt nach
unseren westlich orientierten moralischen und ethischen Werten weder sinnvoll noch
gewollt. Das ethische Dilemma liegt hier vielmehr in der Diskrepanz zwischen dem,
was das Ziel eines Projekts in einem Entwicklungsland ist und dem, was die Betrof-
85
fenen wirklich wollen. Wie vereinbart man also die Entwicklungsziele und Interessen
einer Organisation, eines Projekts oder des Auftragsgebers mit den möglicherweise abweichenden Vorstellungen der Zielgruppe? Im Falle des angestrebten Projektes „Green
Hospital“ in Kamerun, würde dies also bedeuten, dass der Aufbau eines modernen Operationssaals als Entwicklungsziel den Menschen vor Ort helfen soll. Jdie Frage ist aber:
ist es mit den Wünschen und Vorstellungen der Ansässigen vereinbar? Wenn nicht, wie
soll man Kompromisse schaffen? Und ist ein Kompromiss auch eine Lösung, die langfristig der Zielgruppe Vorteile verschafft oder eher Probleme verursacht? Außerdem
muss man sich bei der Frage nach Kompromissen, die Frage nach der Kompromissbereitschaft der Einheimischen stellen. Es gibt Regionen die Entwicklungshilfe nicht
wünschen oder gar nicht dulden, die dieser sogar feindlich gegenüberstehen. Ein klassisches Dilemma, dem auch die „Ärzte ohne Grenzen“ regelmäßig ausgesetzt sind[5].
In Krisengebieten ist dies ein häufig gesehenes Phänomen, wie z.B. in Bürgerkriegsregionen, in der die Politik keine Hilfe wünscht, Hilfe jedoch dringend benötigt wird. So
steht man vor der Entscheidung Entwicklungshilfe zu leisten und die Situation durch
die eigene Anwesenheit möglicherweise zu verschärfen und sich im schlimmsten Fall
in Lebensgefahr zu begeben oder die Hilfe zu unterlassen und damit die medizinische
Versorgung zu verweigern, die jedoch akut wäre. Im Falle von technischer Ausbauhilfe
ist dies ein sehr überzogenes Beispiel, doch nicht gänzlich auszuschließen, denn eine
Zusammenarbeit von Hilfsorganisationen, die sich auf den technischen Ausbau spezialisieren, mit den „Ärzten ohne Grenzen“, wäre sinnvoll und denkbar. Was jedoch die
Feindlichkeit gegenüber Projekten wie dem „Green Hospital“-Konzept angeht, steht
man lediglich vor der Überlegung ob die Einheimischen einen solchen Bau wünschen
oder ob es ihnen missfallen könnte und sie dieses sabotieren könnten.
Ebenso hat man bei ähnlichen Projekten durch beispielsweise begrenzte Finanzen einen
erheblichen Implementierungsdruck. Dieser steht jedoch in einem immensen Konflikt
zu der Nachhaltigekit, die man gewähren möchte. Einer Region in einem Entwicklungsland eine medizintechnische Ausstattung zur Verfügung stellen reicht nicht aus. Nachhaltig arbeiten heißt, für die Wartung und der fachgerechten Bedienung solcher Geräte
zu sorgen, auch nach der Fertigstellung des Projektes und wenn das Team nicht mehr
vor Ort ist. Eine Ausbildung von Einheimischen ist erforderlich um dies zu gewährleisten, genauso wie die Weiterbildung von Ärzten vor Ort, damit diese die Instrumente und
technischen Geräte auch betätigen können. Das erfordert Zeit und Zeit ist auch in der
Entwicklungshilfe mit Kosten verbunden, die man ab einem bestimmten Punkt nicht
mehr aufbringen kann. Somit muss man sich der Problematik bewusst werden, dass der
Grundsatz von Entwicklungshilfe, Nachhaltigkeit, nicht erfüllt werden könnte.
Ethische Dilemmata treten also sowohl in der Medizin, als auch in der Medizintechnik
und der Entwicklungshilfe auf. Wie man allgemein methodisch medizinethische Überlegungen herleiten kann, die die technische Ausbauhilfe in der Gesundheitsversorgung
von Entwicklungsländern implizieren, soll im Folgenden aufgezeigt werden.
86
Methode nach Beauchamp und Childress
Aufgrund fehlender Methoden von medizinethischer Betrachtungsweisen, die sich konkret auf Entwicklungshilfe beziehen und -noch konkreter- auf der in diesem Zusammenhang, technischer Ausbauhilfe, bedient man sich dem Konzept der Bioethiker Beauchamp und Childress, die 1977 in ihrem Buch “Principles of Biomedical Ethics” die
vier ethisch-moralischen Prinzipien aufgesetzt haben, die auch heute noch als Orientierungshilfe für ethisches Handeln dienen.[6]
Die vier ethisch-moralischen Prinzipien nach Beauchamp und Childress:
• Autonomy
• Nonmaleficence
• Beneficence
• Justice
Diese vier Begriffe sind auch unter dem Namen “Georgetown-Mantra” bekannt, benannt nach der Georgetown University in Washington D.C., USA, an der die zwei Bioethiker ihre Thesen aufgestellt haben[7]. Mit diesen Begriffen versuchen Tom L. Beauchamp und James Childress systematisch eine Analyse jener Prinzipien darzustellen,
die helfen sollen das breite Spektrum abzudecken, das bei Entscheidungen in der Biomedizin auftritt. Diese Prinzipien sollen als universalistische Werte gelten[8].
“Respect for autonomy is not a mere ideal in health care; it is a professional obligation. Autonomous choice is a right, not a duty of patients”[9]. Beauchamp und Childress
appelieren mit dem Prinzip der Selbstbestimmung an die Dringlichkeit das Recht auf
Autonomie zu respektieren und zu achten. Der Arzt kann nicht beliebig wählen ob und
wenn er den Patienten selbst bestimmen lässt, sondern es ist seine Pflicht. Das Prinzip
spricht also jedem das Recht auf Entscheidungsfreiheit zu und beinhaltet die Pflicht vor
jeder Behandlung oder jedem Eingriff, das Einverständnis des Patienten zu erfragen
und seine Wünsche zu respektieren.
Nach Beauchamp und Childress ist das Prinzip des Nicht-Schadens, nonmaleficence,
die Forderung nach der Unterlassung von Eingriffen, die Schaden verursachen können.
Dieses Prinzip steht im ständigen Konflikt mit dem Prinzip der Fürsorge. In der Medizin kann man jedoch durch den Einsatz von beispielsweise invasiven Therapien nicht
nicht schaden. Es ist ein Widerspruch in sich, doch trotzdem ein Prinzip, an dem man
sich orienieren soll. Greift man in einem kleinen Exkurs auf das ethische Dilemma der
Krebstherapie zurück, lässt sich dieses Beispiel auch hier anwenden, denn nach den
Gedanken der Bioethiker, wäre die Chemotherapie ein gutes Beispiel für den Konflikt
zwischen dem Prinzip gutes zu tun und in dem Fall zu heilen und Nicht-Schaden. Schaden wird hier jedoch mit dem schwerwiegenden Eingriff in den menschlichen Körper
sehr wohl angerichtet[ 10].
Beneficence, das Prinzip der Fürsorge und Hilfeleistung, behandelt Tätigkeit wie „[...]
mercy, kindness, and charity”[ 11], zu deutsch Barmherzigkeit, Freundlichkeit und
Wohltätigkeit. Medizinethisch betrachtet folglich die Pflicht auf das Wohl des Patienten zu achten und dieses zu fördern. Wie bereits erläutert, kollidiert dieses Prinzip mit
dem Prinzip der Schadensvermeidung. An dieser Stelle muss man zwischen Nutzen
87
und Risiko abwägen und dabei stets auf die Wünsche des Patienten eingehen und diese
miteinbeziehen. Durch die Abwägung der beiden Prinzipien und dem Einbeziehen des
Prinzips der Autonomie, lassen sich die drei bisher vorgestellten Prinzipien vereinen.
So gilt es nun noch das letzte verbleibende Prinzip zu erklären, das Prinzip der Gerechtigkeit, Justice. Dieses Prinzip befasst sich mit der Frage nach der gerechten Verteilung von knappen Ressourcen in der Medizin, dem Respekt und der Achtung der Menschenrechte sowie dem Respekt vor moralisch akzeptablen Gesetzen. Die Philosophen
und Ethiker Beauchamp und Childress fordern mit dem Prinzip der Gerechtigkeit, die
Gleichbehandlung der Patienten und einen vernünftigen Umgang mit medizinischen
Ressourcen, so dass jeder Patient die Möglichkeit hat entsprechend versorgt zu werden
und nicht benachteiligt ist[12].
Diese vier Prinzipien sind gleichwertig und man kann sie nacheinander abhandeln. Um
eine Gewichtung zwischen den Prinzipien herzustellen, müssen Prioritäten konkretisiert werden und anschließend im Einzelfall abgewogen werden.
Ein solcher Einzelfall zeigt sich auch in der Ausarbeitung dieses Themas und so treten
im weiteren Verlauf des Essays die Begriffe nicht in der aufgezeigten Reihenfolge auf.
Methode im Bezug auf Entwicklungshilfe
Beneficence – Gutes tun
“Gutes tun” ist das essentielste, vordergründigste und wichtigste Anliegen von Entwicklungshilfe bzw. Entwicklungshilfeleistenden.
Beneficence ist das Prinzip der Fürsorge und verpflichtet den Handelnden, das Wohl
des Hilfebedürftigen, Hilfesuchenden oder -medizinethisch betrachtet- den Patienten
zu fördern.
So ist man auch in der Entwicklungshilfe, in der Medizintechnik zum Einsatz kommt,
darauf bedacht, gutes zu tun im Sinne von Krankheiten erkennen, behandeln und heilen,
Schmerzen lindern und, im besten Falle, Leiden und Beschwerden gar vorzubeugen. Im
besten Fall kann mit dem Einsatz von Medizintechnik in Entwicklungsländern eine erhebliche Verbesserung der Gesundheitssituation bewirkt werden. Durch den Gebrauch
von modernen technischen Geräten, können Krankheiten wesentlich schneller diagnostiziert und therapiert werden. Dies würde sowohl dem Patienten, als auch dem behandelnden Arzt zugutekommen. Nicht nur Diagnose- und Therapiegeräte, würden dem
Arzt dazu verhelfen, schneller und effizienter zu behandeln und mit dem Zeitersparnis
mehr Patienten in kürzerer Zeit zu untersuchen, auch Operationen könnten durch den
Gebrauch von Medizintechnik erleichtert werden. Gerade in kritischen Gebieten, in denen sterile Räume eine Seltenheit sind, sind Operationen im größeren Umfang sehr kritisch zu betrachten und für den Patienten nicht selten eine Gefahr. Der mögliche Einsatz
von minimalinvasiven Methoden im OP würden riskante und umfangreiche Eingriffe
reduzieren. Die Gefahr einer Kontamination aufgrund eines nicht ausreichend sterilen
Raumes wäre ebenfalls geringer, sowie sich ebenfalls die Operationszeit in den meisten
Fällen verkürzen ließe. Dies ist vor allem in Entwicklungsländer wichtig, da Unternährung ein akutes Problem ist und im Falle einer Operation die Verabreichung von Nar-
88
kosemitteln bei einem mehrstündigen Eingriff tödlich sein kann für einen nicht ausreichend ernährten Menschen, dessen Immunsystem geschwächt ist. Auch der Einsatz von
Telemedizin würde Patienten in Entwicklungsländer zugutekommen. Gerade in ländlichen Regionen. So könnten sich Ärzte, die in diesen Ländern durch den bestehenden
Ärztemangel räumlich sehr weit voneinander getrennt sind, bei Unsicherheiten, die die
Diagnose oder Therapie betreffen, absprechen und sich somit eine zweite Meinung
einholen. Dies ist bis dato kaum praktizierbar in Ländern der Dritten Welt, doch sehr
wohl machbar, da die Infrastruktur der Mobilfunknetze in Afrika sehr gut ausgebaut
ist. Das Prinzip der Fürsorge soll also im Falle von Entwicklungshilfe mit Einsatz von
Medizintechnik darauf abzielen, dem Patienten vor Ort mit allen möglichen Mitteln zu
helfen und dabei stets die Verhältnisse, die am betreffenden Ort herrschen, im Auge zu
behalten, so dass man vernünftig handeln kann.
Beneficence, Gutes tun, steht jedoch, auch die Entwicklungshilfe betrachtend, im häufigen Konflikt mit Nonmaleficence.
Nonmaleficence – Schaden vermeiden
Nicht selten kommt es vor, dass man gutes tut, sprich dem Prinzip der Fürsorge nachkommen will, doch dass man den Punkt des “Nicht-Schadens”, das Prinzip der Schadensvermeidung, übersieht. Man darf sich im Gedanken der -überspitzt gesagt- Aufopferung oder des Altruismus nicht verlieren und den Begriff Nonmaleficence außer
Acht lassen. Die Gefahr besteht darin, diese zwei Prinzipien als Eines zu sehen und zu
mutmaßen, dass wenn man Gutes tut auch Schaden vermeidet. Dem ist deutlich zu widersprechen.
Setzt man wieder an dem Konzept der Entwicklungshilfe mit technischer Ausbauhilfe
an, gibt es ethisch betrachtet durchaus Ansatzpunkte, die Hilfeleistung zu überdenken.
So kann man sich ein gedankliches Konstrukt aufbauen und die Frage aufkommen lassen “Inwiefern könnte ich mit meinem Handeln, das eigentlich Gutes bezweckt, schaden?”
Das Projekt „Green Hospital“ zielt darauf ab, ein Krankenhaus in Kamerun zu bauen,
das u.a. über einen Operationssaal, der mit relativ modernen medizintechnischen Geräten ausgestattet ist, verfügt und damit eine effiziente und schnelle Behandlung und
Therapie ermöglichen kann. Den Patienten sollte dies zugutekommen. Betrachtet man
jedoch andere Aspekte näher, stellt sich die Frage, unter anderem, nach der Wetterbeständigkeit der Geräte. Können diese der extremen Hitze standhalten, oder war der
Transport im Endeffekt umsonst, wenn man die Kosten und die Umweltverschmutzung betrachtet? Denn auch ökonomische und ökologische Fragestellungen sind Teil
ethischer Denkweisen. Die Ökonomie und Ökologie ist hier jedoch nicht als primäres
Problem zu betrachten, sondern, der Schaden am Patienten selbst, der entstehen kann
wenn ein Gerät durch physikalische Einflüsse, hier thermische, fehlerhaft arbeitet und
dadurch falsche Diagnosen aufgestellt werden. Dies kann lebensgefährlich sein, wenn
beispielsweise die Isolation nicht mehr gewährleistet werden kann und es zu Stromstößen kommt, sprich Stromfluss durch den menschlichen Körper. Doch auch die gesellschaftliche Ebene ist zu beachten. Schade ich Einheimischen, die nicht zwangsläu-
89
fig Patienten sind? Wird z.B. einheimischen Ärzten/Heilern geschadet, die durch die
Konkurrenz eines westlichen Projekts keine Einnahmen mehr erzielen können? Die
Betrachtung gesellschaftlicher Komponenten muss daher unbedingt bei der Verwirklichung von Entwicklungshilfe einbezogen und berücksichtigt werden. Und zwar nicht
nur gesellschaftlichen Schaden, den man mit Entwicklungshilfe vor Ort erzeugen kann,
sondern gesellschaftliche Fehler unsererseits, der Industrienationen. Spenden von medizintechnischer Ausrüstung erfolgt nicht selten aus den falschen Gründen. Wenn neue,
verbesserte Geräte den Markt stürmen und Kliniken sich, wenn die Finanzen vorhanden
sind, diese anschaffen, bleibt die Frage offen, was mit den alten Geräten passiert. Der
Gedanke diese zu spenden liegt nahe. Die Motivation liegt nicht immer darin Entwicklungsländern zu helfen, sondern es sind oftmals finanzielle Beweggründe. Die Einsparung von Lager- oder Entsorgungskosten sind zwei der Wichtigsten. Und trotzdem soll
der reine Vorgang des Spendens hier im Vordergrund stehen, mit der man etwas Gutes
bewirken möchte, nämlich hier nicht mehr benötigte jedoch voll funktionsfähige Medizingeräte in ein Land zu transportieren, in dem die medizinische Versorgung desaströs
ist. Robert Malkin, Professor für Medizintechnik an der Duke University, Durham, North Carolina und Gründer der Spendenorganisation „Engineering World Health“ schilderte in einem Beitrag vom 1. August 2012 der medizinischen Fachzeitschrift „The
Lancet“ die Zustände, die aus solchen Spenden entstehen können[13]. Er kritisiert den
Transport von Medizingeräten in Entwicklungsländer, die dort vor Ort unbrauchbar
sind oder fehlerhaft funktionieren. So waren bis dato beispielsweise gespendete Geräte,
die Sauerstoff konzentrieren sollen, in Gambia unbrauchbar, da die Medizingeräte nicht
für die dortige Stromspannung ausgelegt waren. Der Schaden ist hier geringfügiger als
in einem weiteren Beispiel in dem OP-Leuchten nach Nicaragua gebracht wurden, jedoch keine Ersatzleuchten. In Folge dessen, fingen diese, während einer Herzoperation
an einem Mädchen, feuer. „[...] technology should be combined with other innovations,
such as effective delivery mechanisms and novel approaches to financing if it is to be
scaled-up and have a substantial effect on global health. [14]” Technologien sollten
nur dann gespendet werden, wenn man sich dessen bewusst ist, welche Systeme man
miteinander verknüpfen muss, um eine fehlerfreie Funktion zu gewährleisten. Denn der
erste und wichtigste Gedanke, Gutes zu tun und Menschen medizinisch mit modernen
Mitteln zu helfen, ist alles andere als falsch, jedoch muss man ebenfalls im Vornherein
beachten, welche Hilfe wirklich hilfreich ist und welche womöglich sogar Schaden anrichten könnte.
Autonomy – Respekt vor der Autonomie
Autonomie ist die Fähigkeit des Menschen, seine persönlichen Ziele frei zu bestimmen
und im Wissen um die Konsequenzen zu handeln. Das beinhaltet dann auch die Entscheidungsfreiheit des Patienten und die Pflicht, seine Wünsche und Wertvorstellungen
zu achten und nicht ohne seine Einverständniserklärung zu handeln.
In der Entwicklungshilfe läuft man Gefahr, dieses Prinzip zu missachten. Nicht mit Absicht, doch ist das Recht der Selbstbestimmung eines Patienten in einem Dritteweltland
durch Sprachbarrieren gefährdet, genauso wie durch Überforderung durch zu großen
90
Ansturm des Hospitals. Häufig besteht Entwicklungshilfe aus „Akkordarbeit“. In der
Anspannung und in dem Stress möglichst vielen Patienten helfen zu wollen, ist die
Kommunikation zwischen Patient und Arzt häufig sehr schwierig. Man verständigt sich
nicht selten eher durch Mimik und Gestik als durch Sprache. Dabei entscheiden Ärzte
oder Helfende sehr schnell und gehen nicht ausreichend auf die Wünsche oder Symptome ein. In schweren Fällen kann dies zu Fehldiagnosen und falschen Therapien führen.
Eben dieser Stress, der die Kommunikation nicht im erwünschten Umfang zulässt, ist
auch für die schnelle „Abfertigung“ von Patienten verantwortlich. Viele Patienten bedeuten viele Diagnosen und entsprechend auch sehr viel Zeitaufwand, doch im Rahmen
von Entwicklungshilfe ist diese Zeit oftmals nicht vorhanden. Einheimische nehmen
meist eine weite Reise auf sich, um einen Arzt zu besuchen, vor allem wenn in der Region bekannt wird, dass ausländische Ärzte vor Ort sind oder, wie im Falle des „Green
Hospitals“, wahrscheinlich auch dann, wenn ein westliches Krankenhaus gebaut wird.
Diese Patienten haben bei einer weiten Anreise nur den einen Tag um behandelt zu werden. Das ist den Ärzten bekannt und bei einer erhöhten Anzahl von Patienten entsteht
nicht selten Chaos und der Zwang diese schnellstmöglich zu behandeln. Dabei übergeht
man nicht selten die Autonomie des Patienten.
Hierbei stellt sich nicht die Frage nach dem primären Anliegen – Helfen – , sondern es
soll aufgezeigt werden, dass ethische Prinzipien häufig nicht eingehalten werden können.
So auch, wenn man die Autonomie eines Einzelnen respektieren will, dies jedoch aus
bestimmten Gründen nicht gelingt. Ein Patient, der ein medizintechnisches Gerät nicht
kennt, zum ersten Mal gesehen hat und nicht versteht, was ein solches Gerät mit ihm
macht, hat auch im Moment der Zustimmung zur Untersuchung oder Behandlung, die
Behandlung zu akzeptieren, nicht autonom gehandelt. Dabei ist es äußerst wichtig dem
Recht der Selbstbestimmung mehr Aufmerksamkeit zukommen zu lassen, vor allem vor
dem Hintergrund, dass man im Grunde nicht punktuell, soll heißen nicht nur an einem
Standort und in einem Fall, die Entwicklung eines Landes fördern will, sondern – wie
bereits erwähnt- im Grunde dem ganzen Land dazu verhelfen will, eigenständig zu sein
und autonom handeln zu können. Dies soll so weit führen, dass es ohne Entwicklungshilfe wirtschaften kann.
Justice – Gleichheit und Gerechtigkeit
Gerechtigkeit ist die Anerkennung und Achtung der Rechte und der Interessen einer
Person. Gerechtigkeit hat einen immensen Bedeutungsgehalt. Sie bezeichnet die Rechte
und Pflichten gegenüber den Mitmenschen und ist somit das Grundprinzip des Zusammenlebens in Institutionen wie Ländern, Regionen oder Gemeinden.
Dazu gehört auch eine gerechte Verteilung von Gesundheitsleistungen. Gleichberechtigt heißt hier: die gerechte Verteilung von Ressourcen, und jeden Patienten seiner Bedürfnisse gemäß zu behandeln.
Daraus ergeben sich grundlegende Fragestellungen im Bezug auf Entwicklungshilfe.
Kann man jeden gerecht behandeln? Bekommt jeder der eine Behandlung benötigt auch
eine? Gibt es genug Räume in dem Krankenhaus? Ist für genügend Ärzte gesorgt? Die
91
technische Ausbauhilfe von Entwicklungsländern ist davon nicht minder betroffen. Ist
für genügend Instrumente gesorgt? Kann man alle gravierenden Fälle in einem sterilen
Raum versorgen? Reicht die technische Ausrüstung aus, um Jeden, der diese für die Diagnose benötigt, zu behandeln? Hat man für Ersatzgeräte gesorgt, damit beim Ausfall
eines Medizingerätes die Versorgung annähernd nahtlos fortgesetzt werden kann und
der nächste Patient die gleiche Behandlung bekommen kann, wie die Patienten davor?
Entwicklungspolitik erfüllt selten das Prinzip der Gleichberechtigung. Nicht etwa, weil
der Wille nicht vorhanden ist, sondern weil die Realisierung äußerst schwierig ist. Die
Entwicklungshilfe zielt oftmals darauf ab, als Erstes die schlimmsten Nöte zu minimieren und dies meist auch noch unter Zeitdruck. Nicht nur die fehlende Zeit ist ein
Problem, sondern auch der Mangel an medizinischen Ressourcen in Entwicklungsländern. Material kann selten in dem Mengen gespendet werden, in denen diese wirklich gebraucht werden. Das macht den Mangel aus. Aber auch der unnötige Transport
von unbrauchbaren Geräten, die Platz für wichtigere, vielleicht simplere, Mittel rauben,
ist nicht gerecht. In Entwicklungsländern fehlt es auch an Technologie für Jedermann.
Krankenhäuser können mit modernen Medizingeräten ausgestattet sein, akute Krankheiten - wie die HIV-Erkrankung – kann, jedoch nicht behandelt werden. Auch in reichen Industrieländern ist dies ein Problem, doch die teuren Medikamente, die die Symptome lindern, können aus Kostengründen nicht in Dritteweltländer gespendet werden.
Gründe für die Ungleichverteilung von Technologie können folgende sein
[Abbildung 1]:
Zum einen, dass die benötigte Technologie nicht existiert, so wie die fehlenden Möglichkeits AIDS zu heilen. In diesem Fall, gilt es die Forschung soweit voranzutreiben,
Abbildung 1: Barriers to greater use of technology for global health
dass Mittel und Wege gefunden werden, diese Barriere zu überwinden. Da dieses Problem auch in den Industrienationen herrscht, wird es, selbst nach dessen Lösung, durch
erhebliche Kosten verursacht, immer noch ein langer Weg sein, bis die benötigten Mittel ihren Einsatz auch in der Entwicklungspolitik finden. Die zweite Barriere stellt die
Problematik dar, dass vorhandene Medizingeräte nicht eingesetzt werden können. Dies
92
kann in Entwicklungsländern, wie am Beispiel der Sauerstoffgeräte gezeigt, an abweichenden Stromspannungen liegen. Häufig fehlen auch Ersatzteile, die für die Inbetriebnahme von bereits vorhandenen Medizingeräte nötig sind. In der Tabelle angeführt sind
unter diesem Punkt, die Kosten ein Problem. Gerade in Entwicklungsländern führt die
Kostenfrage zu erheblichen Problemen, wenn es um die Umsetzung von Medizintechnik in Krankenhäusern geht. Entwicklungshilfe heißt jedoch auch in andere Kulturen
und damit in andere Traditionen eindringen. Dabei gilt es diese zu achten und zu respektieren. Vielerorts in der Dritten Welt sind hochmoderne Technologien nicht gewollt oder
akzeptiert. Wenn der Einsatz von Medizintechnik mit den herrschenden Traditionen
kollidiert, entsteht ein Dilemma. Nach ethischen Gesichtspunkten sollte man den Gebrauch von Medizingeräten, wenn diese nicht erwünscht sind, unterlassen. Nichtsdestotrotz entsteht eine Ungleichverteilung von Gütern. In der Region, in der Medizintechnik
nicht eingesetzt werden kann oder darf, dies jedoch prinzipiell möglich wäre, können
die Menschen auch nicht gleichermaßen behandelt werden, wie die in Regionen, in denen der Gebrauch von Technologie im Gesundheitswesen akzeptiert wird.
Bisher wurde versucht an medizinethische Fragestellungen heranzugehen, die Probleme eines technischen Ausbaus in Entwicklungsländern aufzeigen sollen.
Doch stellt sich die Frage ob Entwicklungshilfe, auf lange Sicht betrachtet, die Probleme in den betreffenden Länder lösen kann oder ob man vielmehr neue Probleme schafft.
Die Gesellschaft für Außenwirtschaftsbeförderung der Bundesrepublik Deutschland,
Germany Trade and Invest, unterstütz deutsche Unternehmen, die ausländische Märkte
erschließen wollen und informiert diese über die außenwirtschaftliche Situation. In einer Bröschure der GTAI über den Markt von Medizinprodukten in Südafrika, wird deutlich, dass auch in Entwicklungsregionen die Wirtschaft angekurbelt werden kann[15].
So stellt sich, ethisch betrachtet, die Frage, ob man im Rahmen von Entwicklungshilfe Medizintechnik aus Deutschland spenden, oder wirtschaftlich gesehen, exportieren
sollte, oder ob man die Entwicklungshilfe nicht darauf auslegt, einem Land dazu zu
verhelfen eigenständig zu wirtschaften und einen eigenen Markt aufzubauen, um die
Wirtschaft und dadurch die Politik und das Gesundheitswesen langfristig stabilisieren
zu können.
Marktentwicklung
Germany Trade and Invest unterrichtet in der Publikation (Juli 2011) über den Absatzmarkt an Medizintechnik in Südafrika. Daraus ergeben sich erstaunliche Zahlen zum
Gesamtumsatz mit Medizingeräten. Dieser steige „[..] jährlich um rund 7% und wird
für 2011 auf rund 800 Mio. US$ geschätzt.[16]“ Dies weist ein enormes Potential auf.
Krankenhäuser sollen in Südafrika bis 2013 modernisiert werden, und dafür will die
Regierung im Rahmen des „Hospital Revitalisation“- Programms Milliarden investieren[17].
Die Anschaffung von Medizingeräten in Entwicklungsländern orientiert sich jedoch
sehr stark an den Kosten, so dass günstigere Geräte bevorzugt werden. Da eine Lin-
93
zensierung ebenfalls fehlt, leidet die Qualität der eingeführten Geräte im hohen Maße.
Große und einflussreiche Unternehmen fordern die Einführung der Linzensierung, um
wenigstens eine Mindestqualität gewährleisten zu können. Geräte, die bereits in der EU
oder den USA geprüft wurden, stellen eher selten das Problem dar, sondern die Geräte,
die aufgrund geringerer Kosten, aus Japan importiert werden [Abbildung 2].
Zwar zeigt sich aus der obigen Tabelle, dass aus Japan bei weitem nicht so viel importiert wird, wie aus den großen Industrienationen, doch fehlen bei der Lieferung aus Japan oft die nötigen Prüfungen der Medizingeräte und so kann Ware mit Mängel sehr
schnell in einen Operationssaal landen, woraus sich immense Gefahrensituationen ergeben können.
Ethisch zeigt sich genau hier ein erhebliches Problem. Wieso wird Entwicklungshilfe nicht soweit ausgebaut, dass, beispielsweise Südafrika, einen eigenen Markt ent-
Abbdildung 2: Führende Lieferländer von Medizintechnik in Südafrika
wickeln, aufbauen und selbständig wirtschaften kann? Mit einer zuerst ausländischen
Überwachungsbehörde für die Lizenensierung vor Ort, könnte man bereits erwähnte
Schwierigkeiten umgehen, Qualität fördern, Arbeitsplätze schaffen und, auf lange Sicht
betrachtet, die Wirtschaft stabilisieren. Auch ökologische und ökonomische Faktoren
wären davon betroffen. Der Verbrauch von Ressourcen, wie Erdöl, der durch den Transport entsteht könnte, reduziert und Transport- und Lieferkosten eingespart werden. Zu
Anfang muss es auch kein Hightech-Markt sein, den man aufzubauen und zu fördern
versucht, sondern einfache Hilfsmittel. „The Lancet“ publizierte Anfang August einen Bericht „Technologies for global health“, in dem die Autoren appellieren keine
High-End-Geräte zu spenden, da diese nur sehr selten benötigt werden. Wichtiger seien
schlichte Hilfsmittel, die günstig aber im betreffendem Land sehr hilfreich sind[18]. So
wie den „Joipur Foot“, einer Prothese für Unterschenkel und Fuß aus Gummi. Eine solche Prothese ist sehr einfach in nur einer Stunde herzustellen und ermöglicht dem Patienten zusätzlich das Laufen auf unebenen Wegen und kann ohne Schuhe getragen werden. Mit hochwertigen Prothesen aus Industrieländern ist dies meist nicht möglich[19].
Hier sollte es jedoch nicht um Spenden gehen, sondern darum soweit Entwicklungshilfe
zu leisten, dass zu Anfang ein Markt entstehen kann, in dem einfache Medizinprodukte
vor Ort hergestellt und vertrieben werden können. Im Idealfall sollte dieser Markt expandieren und eine florierende Wirtschaft ermöglichen.
94
Fazit
Medizinethische Betrachtungsweisen in Entwicklungsländern erweisen sich als hoch
komplex und lassen sich nur sehr selten miteinander vereinbaren oder führen zu einem
zufriedenstellenden Ziel. Auch mit Aussicht auf technische Ausbauhilfe von Entwicklungsländern wird der Sachverhalt nicht einfacher. Teilweise erschwert sich sogar die
Problematik. Ärzte, wie die „Ärzte ohne Grenzen“, sind vor Ort und können mit meist
schon einfachen medizinischen Hilfsmitteln helfen, die Gesundheit fördern und Krankheiten heilen oder Beschwerden lindern. Der Einbezug von Medizingeräten erfordert
weitaus mehr ethische Betrachtungsweisen, als die Frage nach der ökonomischen und
ökologischen Sinnhaftigkeit des Transportes und Einsatzes medizintechnischer Geräte,
der Aussicht nach dem optimalen Einsatz der Geräte um Hilfe zu leisten, doch Schaden
möglichst abzuwenden, Ressourcen gerecht aufzuteilen und den Menschen vor Ort, die
mit einer solchen Technik nicht vertraut sind, diese näher zu bringen und ihnen die Vorgänge zu erklären. Man soll keine Angst und kein Misstrauen schaffen, durch ein westliches Mammutprojekt, das man einfach aufbaut und es den Einheimischen überlässt.
Auch in technischer Hinsicht muss man Aufklärung leisten und die Menschen damit
vertraut machen. Viel wichtiger ist die Nachhaltigkeit. Die „Ärzte ohne Grenzen“, beispielsweise, arbeiten nicht nachhaltig. Sie helfen punktuell und in Gegenden, in denen
es von Nöten ist. Der technische Ausbau in Entwicklungsländern soll nachhaltig sein.
Damit muss man sich dessen bewusst sein, dass man sich trotz eventuellem Implementierungsdruck und finanziellen Grenzen, darum bemühen muss, Menschen vor Ort auszubilden, die die Geräte weiterhin bedienen und warten können. Man wird sich trotz
alle dem ständig in ethischen Grauzonen befinden, die durch Entscheidungssituationen
und ethische Dilemmata, nicht klar abzuwägen sind. Medizinethische Betrachtungen
von Entwicklungshilfen sind sehr subjektiv und ein allgemein gültiges Konstrukt ist dadurch nicht aufzustellen, durch die vorgestellten Prinzipien und die Beispiele, wie man
diese anzuwenden hat, jedoch vielleicht leichter nachzuvollziehen und für jeden Einzelnen individuell nach seinen Vorstellungen für ein Projekt anzuwenden. Die Prinzipien
sollen lediglich dabei helfen, einen roten Faden durch den Dschungel ethischer Denkweisen zu finden, im Hinblick auf eine gelungene und erfolgreiche Entwicklungspolitik mit technischer Ausbauhilfe. Und diese Entwicklungspolitik sollte auf lange Sicht
darauf bedacht sein, dass das Entwicklungsland ein entwickeltes Land werden kann.
„Die auf rein technisch-materiellen Prinzipien aufgebaute Entwicklungshilfe des
Westens […] hat erst die Dritte Welt zur Dritten Welt im heutigen Sinn gemacht.[20]“
Papst Benedikt XVI
95
Referenzen
[1] Nietzsches Writings as a Student. Essays and autobiographical works written from 1858-1868. Auszug aus
dem Internet. URL: http://www.thenietzschechannel.com/notebooks/german/nachc/nachc3b.html, Stand:
06.08.2012.
[2] Der Grosse Brockhaus in einem Band, 3., aktualisierte Ausgabe, Verlag F.A. Brockhaus GmbH, ISBN
978-3-7653-3143-5, Mannheim 2008.
[3] Kaatsch, Hans-Jürgen, Rosenau, Hartmut, „Medizinethik“, LIT Verlag, ISBN 978-3-8258-1034-4, Berlin
2008, S. 7.
[4] Ethisches Dilemma- Was ist das eigentlich? , Auszug aus dem Internet. URL: http://ethify.org/content/
ethisches-dilemma-was-ist-das-eigentlich, Stand: 06.08.2012.
[5] Gefahren im Einsatz für Ärzte ohne Grenzen, Auszug aus dem Internet. URL: http://www.wissenswertes.
at/index.php?id=msf-gefahren, Stand: 06.08.2012.
[6] Beauchamp, Tom L., Childress, James, „Principles of Biomedical Ethics“, Fifth Edition, Oxford Univerity
Press, Inc., ISBN 0-19-514331-0, New York 2001.
[7] May, Arndt T., „Autonomie und Selbstbestimmung bei medizinischen Entscheidungen für Nichteinwilligungsfähige“, 2., überarbeitet, aktualisierte Auflage, LIT Verlag Münster-Hamburg-Berlin-London, ISBN
3-8258-4915-5, Bochum 2000, S. 36.
[8] May, Arndt T., „Autonomie und Selbstbestimmung bei medizinischen Entscheidungen für Nichteinwilligungsfähige“, 2., überarbeitet, aktualisierte Auflage, LIT Verlag Münster-Hamburg-Berlin-London, ISBN
3-8258-4915-5, Bochum 2000, S. 36.
Press, Inc., ISBN 0-19-514331-0, New York 2001, S. 63.
Press, Inc., ISBN 0-19-514331-0, New York 2001, S. 130 ff. .
Press, Inc., ISBN 0-19-514331-0, New York 2001, S. 166.
Press, Inc., ISBN 0-19-514331-0, New York 2001, S. 230 ff. .
[13] The Lancet, „Technologies of Global Health“, Internetquelle, URL: http://www.thelancet.com/journals/
lancet/article/PIIS0140-6736(12)61127-1/fulltext, Stand: 13.08.2012.
[15] Germany Trade and Invest, „Medizintechnik. Südafrika.“, Im Internet veröffentlichte Bröschüre, URL:
http://www.gtai.de/wwwroot/archiv-online-news/www.gtai.de/DE/Content/Online-news/2011/14/medien/s4-suedafrika-branche-medizin-2011,templateId%3Draw,property%3DpublicationFile.pdf/s4-suedafrika-branche-medizin-20115f88.pdf?show=true, Stand: 05.08.2012.
http://www.gtai.de/wwwroot/archiv-online-news/www.gtai.de/DE/Content/Online-news/2011/14/medien/s4-suedafrika-branche-medizin-2011,templateId%3Draw,property%3DpublicationFile.pdf/s4-suedafrika-branche-medizin-20115f88.pdf?show=true, Stand: 05.08.2012, S. 1.
http://www.gtai.de/wwwroot/archiv-online-news/www.gtai.de/DE/Content/Online-news/2011/14/medien/s4-suedafrika-branche-medizin-2011,templateId%3Draw,property%3DpublicationFile.pdf/s4-suedafrika-branche-medizin-20115f88.pdf?show=true, Stand: 05.08.2012, S. 1.
[20] Zitateheft 2009, Joseph Ratzinger, Zitat aus dem Internet, URL: http://www.normanrentrop.de/zitate/probleme.html, Stand: 06.08.2012.
[Abbildung 1] The Lancet, „Technologies of Global Health“, Internetquelle, URL: http://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(12)61127-1/fulltext, Stand: 13.08.2012.
[Abbildung 2] Germany Trade and Invest, „Medizintechnik. Südafrika.“, Im Internet veröffentlichte Bröschüre,
URL: http://www.gtai.de/wwwroot/archiv-online-news/www.gtai.de/DE/Content/Online-news/2011/14/
medien/s4-suedafrika-branche-medizin-2011,templateId%3Draw,property%3DpublicationFile.pdf/s4suedafrika-branche-medizin-20115f88.pdf?show=true, Stand: 05.08.2012.
96
Students‘ Seminar
Kamerun
Eine allgemeine Vorstellung eines Landes
Silas Ledoux Kenmoé
Erlangen, Germany
[email protected]
Abstract – In diesem Handout wollen wir Ihnen das Land Kamerun im Allgemeinen vorstellen. Wir werden zuerst über die Geschichte von Kamerun, die soziale
und ökonomische Lage erzählen, sowie über die soziale und gesundheitliche Lage
berichten. Am Ende werden wir auf die Frage eingehen, ob man sich eine Zukunft
in Kamerun vorstellen kann und was die Faktoren sind, die dafür eine Rolle spielen.
Allgemeines
Kamerun ist ein zentralafrikanisches Land auf dem afrikanischen Kontinent und grenzt
im Norden an den Tschad, im Westen an Nigeria, im Osten an die Zentralafrikanische
Republik und im Süden an die Republik Kongo, Gabun, Äquatorial Guinea und durch
die Bucht von Bonny an den Atlantischen Ozean, wie auf dem neben stehenden Bild
zu sehen ist.
Das Land an sich liegt genau oberhalb des Äquators. Mit einer Fläche von 475.442 km²
hat Kamerun eine Anzahl von 20.030.463 Einwohnern und somit ist Kamerun ca. 1,3mal größer als die Bundesrepublik Deutschland. Die Amtssprachen der Präsidialrepublik Kamerun sind Französisch und Englisch, des Weiteren gibt es in diesem Land ca.
280 lokale Landessprachen.
Die politische Hauptstadt des Landes ist Yaoundé; die wirtschaftlich größte Stadt ist
Douala. Kameruns Küste ist 240 km lang. Kamerun hat eine besondere Position in Zentralafrika und wurde weltweit als „Afrika in klein“ betrachtet.
97
Geographie
Kamerun besteht geographisch aus drei verschiedenen Landschaften:
• Im Norden befindet sich eine schmale Tiefebene, die zum Becken des Tschadsees
gehört.
• Über den Süden und das Zentrum erstreckt sich eine Hochebene mit maximal 600m
erreichenden Erhebungen.
• Im Westen des Landes befindet sich eine Kette von Bergen mit dem Kamerunberg
als Höhepunkt mit 4.070 m.
Kamerun ist landschaftlich und geographisch in verschiedene Regionen unterteilt. Das
Landesinnere besteht vorwiegend aus flachen Plateaus, die sich nördlich zum AdamauaHochland erheben. Im Westen ragen ein vulkanisches Gebirge und die höchste Erhebung Westafrikas, der Kamerunberg, empor. Der Süden wird in Küstennähe mit hohen
Plateaus in den Ausläufen von tropischen Regenwäldern überdeckt. Durch die verschiedenen klimatischen Bedingungen wachsen auch hier verschiedene Baumarten - Ölpalmen, Bambus und Ebenholz- die eine wichtige Einnahmequelle darstellen. Außerdem
gibt es die Niederungen des Tschadsees im äußersten Norden.
Die Tierwelt in dieser Region des Regenwaldes besteht überwiegend aus Affen, Schim-
98
pansen, Gorillas, Löwen, Elefanten, Antilopen sowie vielen Vogel- und Schlangenarten.
Anhand dieser kleinen Aufstellung ist es verständlich, dass Kamerun durch die verschiedenen Klimazonen und geographischen Regionen ein „kleines Afrika“ widerspiegelt und deshalb ein ganz besonderes Land ist.
Im Norden ist Kamerun mit einer Durchschnittstemperatur von 30 Grad in der Trockenzeit ähnlich der Sahelzone. Hier dauert die Regenzeit von Mai bis September. In
Südkamerun dauert die Trockenzeit von November bis Februar und Nordkamerun ist
dann eine regenärmere Region bei einer Durchschnittstemperatur von 20 Grad in der
Regenzeit. Die unten stehenden Bilder stehen symbolisch für die geographischen Besonderheiten Kameruns.
Geschichte
Der Osten blieb den Massa, einer Volksgruppe, vorbehalten, die sich dort im 15. Jahrhundert niederließen und der Süden wurde von Bantus, Moundang und Toupouris in
Anspruch genommen und urbar gemacht. Die ersten Europäer, die das Land entdeckten,
waren die Portugiesen. Im Jahr 1472 kam der Portugiese Fernando do Poo von Douala
nach Kamerun, hat dann in Douala den Fluss Wouri gesehen und nannte ihn aufgrund
seines Krabben- und Garnelenreichtums „Rio dos Camaroes“ (Krabbenfluss). Davon
ausgehend nannten die auf die portugiesische Herrschaft folgenden Spanier den Namen „Camaroes“ in „Camerones“ geändert. Dieser Name wurde dann schließlich von
Deutschen in „Kamerun“, von den Franzosen in „Cameroun“ und schließlich von den
Engländern in „Cameroon“ übersetzt. Aber der Name „Cameroun“ bezeichnete anfangs
nur die Küstenstadt Douala, viel später erst wurde er für das ganze Land verwendet.
Ab 1472 fingen europäische Mächte an, das Land Kamerun zu kolonialisieren. Die Portugiesen waren die ersten, die 1520 den Handel mit Sklaven, Palmöl und Efenbeim aus
Kamerun begonnen haben. Erst als ein Jahrhundert später in Amerika und Europa die
Sklaverei abgeschafft wurde, verließen die Portugiesen Kamerun. Obwohl das Hauptinteresse der Portugiesen auf der Sklaverei lag, bleibt dennoch positiv zu erwähnen, dass
sie mit ihrem technischen Know-How die ersten Zuckerrohrplantagen anlegten.
Nachdem Kamerun von den Portugiesen verlassen wurde, wurde das Land durch England und Spanien kolonialisiert. Aufgrund der geringen natürlichen Bodenschätze Kameruns orientierten sich die beiden Kolonialmächte schnell in Richtung der mehr Ausbeute versprechenden Nachbarländer.
Erst die Deutschen, die durch den Sahelforscher Heinrich Barth im Jahre 1815 das
Land Kamerun entdeckten, schlossen im Juli 1884 durch Gustav Nachtigall Verträge
mit den Douala- Fürsten ab und wurden so unter deutschen Schutz gestellt. Als Zeichen
der Verbundenheit wurde somit eine deutsche Flagge in Douala gehisst (siehe Bild auf
der nächsten Seite). Durch den deutschen Einfluss auf das Land wurde die Infrastruktur
wesentlich verbessert. Straßen wurden gebaut, Schulen errichtet, Kirchen und Krankenhäuser geschaffen, um somit der Bevölkerung zu helfen. Auch wurde ein Schienensystem erbaut, das noch heute in Betrieb ist. Durch deutsche „Entwicklungshilfe“ wurde
99
dem Land Kamerun das technische Wissen für den effizienten Anbau von Kaffee, Kakao und Baumwolle, die Gewinnung des Kautschuk und der verschiedenen Gemüsearten vermittelt. So konnte der Ertrag der Ernten wesentlich gesteigert werden, um Hunger, Not und Armut vorzubeugen.
Die ersten deutschen Missionare in Kamerun waren Alfred Sacker und Joseph Merrick,
sie sind im Jahre 1841 angekommen. Die erste Niederlassung des deutschen Handels
war das Handelshaus Woermann, welches im Jahre 1868 gegründet wurde.
Hissung der deutschen Flagge in Douala 1884
Deutschland ist vom 14. Juli 1884 bis 1918 in Kamerun geblieben. Während dieser Kolonisationszeit wurden insgesamt 41 deutsche Gouverneure in Kamerun tätig und sechs
Kommandeure der Schutztruppen. Ihr Regierungssitz war Buea und die Hauptstädte
waren nacheinander Douala, Viktoria und Tiko. Nach dem Abkommen mit den DoualaFürsten ließen sich die Deutschen zum Schutz ihrer Geschäftsleute in Douala nieder.
Bald fingen Sie damit an, das Hinterland zu erobern und stießen dabei auf erhebliche
Widerstände der Ureinwohner des Landes.
Deshalb ist es an dieser Stelle nicht unwichtig, zwei nationale Helden des Widerstandes
zu erwähnen: der erste war der König Rudolph Douala Manga Bell, der über 10 Jahre
gegen die deutsche Regierung in Kamerun protestiert hat. Er wurde zum Helden, als er
letztlich am 7.August 1913 in Douala verhaftet und erhängt wurde. Daneben ist Martin
Paul Samba zu nennen, dessen Widerstand nach einigen Jahren wegen mangelnder Waffen und Ausrüstung zu Ende ging. Auch er wurde schließlich verhaftet und in Ebolowa
erschossen. Damit war der Widerstand gegen die deutsche Herrschaft in Kamerun gebrochen. Bis zum Ersten Weltkrieg dauerte die deutsche Präsenz in Kamerun an.
Bis zum ersten Weltkrieg hat Deutschland Kamerun kolonialisiert. Durch die deutsche
Niederlage verlor Deutschland seinen Machtanspruch in allen Kolonien, woraufhin
Frankreich und England ihre Stellung übernahm. Die Versailler Verträge von 1919 teilten Kamerun auf Frankreich und England auf, wobei 1/5 des Landes unter britischer
100
Herrschaft stand und die restlichen 4/5 von Frankreich kontrolliert wurden.
Während der französischen und englischen Herrschaft in Kamerun hat sich kaum etwas
geändert. Nach dem zweiten Weltkrieg blieben die beiden Mächte weiterhin unter dem
Mandat der Vereinten Nationen in Kamerun involviert. Ziel dieser Fremdverwaltung
sollte es sein, Kamerun auf dem Weg zur Selbstverwaltung nach demokratischen Prinzipien anzuleiten. Die erste politische Partei in Kamerun wurde im Jahre 1948 gegründet und hieß UPC (Union des Populations du Cameroun). Grund dieser Parteigründung
war es, gegen Frankreich und England zu kämpfen, um die Unabhängigkeit zu erreichen. Die Partei wurde daher 1955 verboten. 1957 dann hat sich die erste kamerunische
Regierung gebildet und als Ministerpräsident wurde Andre-Marie Mbida eingesetzt.
Am 1. Januar 1960 erhielt das französische Kamerun durch eine Volksabstimmung die
Unabhängigkeit. Der erste Präsident des unabhängig gewordenen Ost-Kamerun war
Ahmadou Ahidjo. Präsident Ahidjo gelang es am 20. Mai 1972 die beide Kameruns zur
„Republique du Camerun“ zu vereinigen. Am diesem Tag wurde in Jaunde einen Denkmal errichtet und dieses Datum wird jährlich als Nationalfeiertag gefeiert.
Politik
Denkmal der Vereinigung in Jaunde
Kameruns erster Präsident war Ahmadou Ahidjo, der von 1960 bis 1982 in Kamerun
regierte. Ahidjo hat es während seiner Machtausübung geschafft, die beiden Teile Kameruns wiederzuvereinigen. Daneben hat er die Wirtschaft des Landes vorangetrieben,
Straßen bauen lassen und es war ihm ein Herzensanliegen, die Bildung der kamerunischen Jugend voranzutreiben. Bis heute ist sein Nachfolger, Paul Biya im Amt. In den
über 30 Jahren seiner Herrschaft hat er Parteienpluralismus in Kamerun eingeführt.
Derzeit gibt es in Kamerun über 15 unterschiedliche Parteien. Das Land Kamerun ist
zurzeit Mitglied des Commonwealth und Francophonie, denn sowohl Französisch als
auch Englisch sind Amtssprachen. Seit 1960 ist Kamerun auch Mitglied der Vereinten
Nationen.
101
Soziale Lage
Was die soziale Lage angeht, gibt es in Kamerun zahlreiche ethnische Gruppen: ca. 286
verschiedene Volks-und Sprachgruppen. Kaum ein Dorf hat nicht seine eigene Sprache,
die sich deutlich von den anderen Dialekten unterscheidet. Die bekanntesten von diesen
sind die Douala, Bassa, Ngemba, Bafang, Kotoko, Dschang, Mandoumba, Ewondo,
Haoussa, Foulbe und Batie. Daneben gibt es auch zwei Umgangssprachen, welche vergleichbar mit Pidgin-Englisch aus dem Englischen und Camfranglais aus dem Französischen sind. Diese beiden kamerunischen Dialekte werden nur in Kamerun gesprochen
und nur von Einheimischen verstanden. Die übrigen lokalen Dialekte werden auch in
anderen afrikanischen Ländern gesprochen.
Die verschiedenen Ethnien von Kamerun sind im ganzen Land verteilt. Im Süden leben
die Bantu (Duala, Bassa, Mbo…), im Mittelteil und Norden leben Semi-Bantu (Bamiléké, Bamun…) und der südliche Regenwald ist mit Pygmäen bevölkert. Hierbei ist es
wichtig zu erwähnen, dass Pygmäen eigentlich die Ureinwohner des Landes sind. Sie
waren der erste Volksstamm, der in diesem Gebiet ansässig wurde. Im Norden leben die
Moundang, Toupouri und Foulbe.
Die Geburtenrate in Kamerun ist sehr hoch, bei 39,3 Geburten pro Jahr pro 1000 Menschen. (zum Vergleich: der Weltdurchschnitt liegt 25,0). 43 Prozent der Bevölkerung ist
jünger als 14 Jahre alt. 54 Prozent der Kameruner sind zwischen 15 und 64 Jahre alt und
nur 3 Prozent leben bis über das Alter von 64 Jahre hinaus. Die Todesrate liegt bei 11,9
je 1000 Menschen (zum Vergleich: der Weltdurchschnitt liegt bei 9,3). Die Lebenserwartung ist 56,7 Jahre für Männer und 58 Jahre für Frauen. Der Großteil der Bevölkerung sind Christen, fast 50 Prozent, über 22 Prozent sind Muslime und die restlichen
Einwohner sind Anhänger afrikanischer Religion und Atheisten.
Wirtschaft
Zu den natürlichen Ressourcen des Landes gehören unter anderem Erdöl (zwischen
34 – 41 Mio. Barrel jährlich), Bauxit, Eisenerz, Kaffee, Kakao, Baumwolle, Bananen,
Kautschuk, Holz, Gold und Diamanten. Kamerun ist weltweit fünfter Exporteur von
Kakao und Kaffee. Wegen diesem unfassbaren Reichtum liegt Kamerun laut einer bayerischen Zeitung im Zentrum der Zentralafrikanischen Wirtschaftsgemeinschaft CEMAC (Communité Economique et Monetaire de l‘Afrique Centrale), weil Kamerun
nicht nur der wichtigste Produktionsstandort, sondern auch die stärkste Volkswirtschaft
in Zentralafrika ist. Die kamerunische Währung ist Franc CFA. Ein Euro entspricht
derzeit 655,957 Franc CFA.
Das Bruttoinlandsprodukt (BIP) betrug im Jahre 2004 rund 12,7 Mrd. Euro und das
durchschnittliche Jahreseinkommen pro Einwohner betrugt 760 Euro (498560 Franc
CFA). Dieses BIP setzt sich zusammen aus 28% Landwirtschaft, 30% Industrie und
42% Dienstleistung.
102
Die meisten Industrieunternehmen in Kamerun liegen im Süd-Westen, genauer gesagt in Limbe und Edea. Die wichtigsten von ihnen sind SONARA (Ölraffinerie) und
ALUCAM (Aluminiumschmelze). Die Arbeitslosigkeit in Kamerun ist im Vergleich zu
anderen zentralafrikanischen Ländern niedrig und lag 1992 bei bei 25% der Bevölkerung und ist heute sogar gestiegen. Da sehr wenige Rohstoffe von Kamerun im Land
selbst bearbeitet werden, muss Kamerun auch viele fertige Produkte vom Ausland importieren. Die wichtigsten davon sind Mineralien und andere Rohstoffe, Halbfertigwaren, industrielle Verbrauchsgüter, Nahrungsmittel, Getränke, Tabak und Transportausrüstungen.
Der Alltag ist von selbstständigen Tätigkeiten in Kleinunternehmen geprägt, da die Regierung nicht in der Lage ist, die ganze Bevölkerung einzustellen. Die meisten Kameruner sind daher selbständig. 75% der Wertflüsse werden in diesem Sektor registriert und
60% aller Haushalte werden damit ernährt. Während der Schulferien sind die meisten
Schüler entweder in diesem Bereich tätig oder helfen ihren Eltern bei den landwirtschaftlichen Aktivitäten.
Ist eine Zukunft in Kamerun vorstellbar?
Um sich eine glückliche und hoffnungsvolle Zukunft in Kamerun vorzustellen, müssen noch viele Herausforderungen überwunden werden. Zuerst Krankheiten, was die
wohl schwierigste der zu überwindenden Hürden in Kamerun ist. Trotz der hohen Geburtenrate, erreichen die wenigsten Kameruner das Alter von 50 Jahren. Die Mehrheit
stirbt noch jung wegen schlechter Krankenversorgung, schlechter Hygiene und Mangel an ausgewogener Ernährung. Die medizinische Versorgung ist wie eine pyramidale Struktur in Kamerun verteilt. In großen Städten oder Hauptstädten sind die besten
Krankenhäuser zu finden, welche gut ausgerüstet sind und sehr gut qualifizierte Ärzte
beschäftigen. Die Krankenhäuser entsprechen europäischen Standards und man kann
sich ohne Bedenken behandeln lassen. Dann kommen die Provinz-regionalen Krankenhäuser, die ebenso gut entwickelt sind und mit begabten Ärzten belegt sind. Als letztes
sind schließlich zahlreiche Landkreis- und Bezirks-Krankenhäuser zu nennen, die zwar
staatliche Krankenhäuser sind, aber sehr schlecht gebaut und nicht gut ausgerüstet sind.
103
Diese Krankenhäuser haben sehr oft nur einen allgemeinen Arzt, der alle Krankheitsfälle allein behandeln muss und manchmal auch in Bereichen, in denen ihm die fachliche
Qualifikation fehlt.
Die schlechte Ernährung liegt daran, dass fast alle Leute in Kamerun Feldarbeiten erledigen und die meisten ernähren sich nur von dem, was sie vom eigenen Feld geerntet
haben und somit können sie nicht verschiedenen Lebensmittel essen und müssen das
ganzen Jahre nur eine spezielles Speise essen.
Allgemein gibt es in Kamerun sieben Referenzkrankenhäuser in Jaunde und Duala. Von
den 10 Provinzen, die es in Kamerun gibt, haben 8 Provinzen ein Krankenhaus und 168
Gesundheitsbezirke, die ein Landkreis- oder Bezirks-Krankenhaus haben. Alle diese
Krankenhäuser haben zumindest einen Dienst von Mutter und Kind Schutz. In Jaunde,
gibt es eine medizinische Fakultät mit 60 Betrieben Ausbildung Medizinischen Personals. Aber es gibt nicht nur staatliche Krankenhäuser in Kamerun. Neben den staatlichen gibt es auch private Kliniken und traditionelle Medizin, die manchmal eine bessere Behandlung als die in den staatlichen Krankenhäusern leisten. Sie sind meistens für
private Krankenhäuser von reichen Ausländern und traditionelle Krankenhäuser von
traditionellen Anhängern gegründet und haben eine sehr gute Behandlungsqualität. Die
gefürchtetsten Krankheiten in Kamerun sind Malaria und AIDS/HIV. 35% bis 40% der
Bevölkerung sterben an Malaria und 6 % an AIDS/HIV.
Abbildung 3: Fußballmannschaft von Kamerun
Einer der wichtigen Punkte ist auch, dass es in Kamerun kaum gute Krankenhäuser in
den Dörfern gibt. Wenn jemand eine starke Krankheit hat, muss er in die Großstädte
fahren. Die Landbevölkerung ist sehr arm und kann sich die lange Reise und die bessere Behandlung in einem modernen Krankenhaus nicht leisten. Von Ngouabela zu Jaunde oder Duala zum Beispiel, fährt man ein bis zwei Tage. Die Leute bevorzugen dann
meistens traditionelle Medizin oder provinziale Krankenhäuser, obwohl sie nicht gut
behandelt werden. Es gibt dort kaum Medikamente und kaum gut qualifizierte Mediziner.
An zweite Stelle stehen Korruption und Kriminalität, die auch eben die Entwicklung
und die Zukunft von Kamerun verdüstern. Fast alle Kameruner sind korrupt und leben
104
damit. Um sich eine bessere Zukunft vorzustellen, müssen Korruption und Kriminalität
abgeschafft werden. Ein wichtiger Punkte wäre auch die öffentliche Veruntreuung, wie
die Bayerische Zeitung „Lt. Bayern Landesbank“ veröffentlichte: „Laut dem aktuellen
Weltbankreport reiht sich Kamerun in die Gruppe der ersten 20, von 145 betrachteten
Ländern, mit den schlechtesten Investitionsbedingungen ein. Bewertungskriterien sind
dabei unter anderem Korruption, Behinderungen durch die Justiz und die Finanzverwaltung sowie hohe Faktorkosten.“ (Länderanalyse Kamerun April 2005) Zudem muss die
hohe Verschuldung gesenkt werden. Bereits in Jahre 1983 ist die Auslandverschuldung
von 4,5 auf 10,3 Mio. Euro gestiegen.
Aber trotz aller dieser Herausforderungen ist es wichtig zu erwähnen, dass eine Zukunft
immer noch vorstellbar in Kamerun ist. Obwohl es einige Hindernisse gibt, kann Kamerun doch auf folgenden Dingen aufbauen und Hoffnung fassen:
•
Junge und dynamische Bevölkerung:
• Hohe Geburtsrate: je 1000 Menschen beträgt 39,3 (Weltdurchschnitt 25,0)
• Ca. 52% der Bevölkerung ist jünger als 20 Jahre alt
• Hoher Alphabetisierungsgrad 79% (73,4% Frauen, 84,7% Männer)
• Viele junge Kameruner studieren im Ausland. Die kamerunische studentische
• Gemeinschaft ist mit 6000 Studenten (2008), die sechstgrößte in Deutschland.
• Es gibt schon circa 2500 Ingenieure aus Kamerun, die in Deutschland eingestellt sind
•
Wirtschaft:
• Lt. Bayern Landesbank: „Innerhalb der zentralafrikanischen Wirtschaftsgemeinschaft CEMAC (…) ist Kamerun nicht nur der wichtigste Produktionsstandort, sondern auch die stärkste Volkswirtschaft. Mit einem realen Wirtschaftswachstum von geschätzten 4,3% (2004), einer niedrigen Inflationsrate
sowie einer stetig sinkenden Auslandsverschuldung … “
Tourismus: Ca. ½ Mio. Touristen besuchen das Land jährlich.
Sport: Der Sport ist zu einem Exportprodukt für Kamerun im letzten Jahrzehnt
geworden. Reichlich wird das Land durch die „Unbezähmbaren Löwen“ bekannt.
•
•
Quellen
http://raft.hcuge.ch/cm/pages/sysSanteCam.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Cameroun
http://en.wikipedia.org/wiki/Health_in_Cameroon
http://www.cameroon-today.com/cameroon-health.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Sant%C3%A9_et_niveau_de_vie_au_Cameroun
http://apad.revues.org/181
http://de.wikipedia.org/wiki/Kamerun
105
106
107

Aspects of Green Hospital Approaches with a Focus on Developing

Transcrição

Documentos relacionados

Produktspezifikation Salsa Casera Mexicana

GLADE SPRING Neutrafresh

Dulce de leche - Milchkaramel aus Argentinien

Wir können viel für Sie tun!

Mit großer Reitsportabteilung

Freight Charter Broker (m / w) bzw. Trainee

„Dulce de Leche (Manjar)

Technisches Merkblatt

95-160 D(G) - RENNER

Ägypten 449,