Die Entwicklung in der Medizintechnik hat zwar ihre Besonderheiten, weist aber auch Parallelen zu anderen Technikbereichen auf: Zum Beispiel werden Benutzeroberflächen immer stärker visualisiert und virtualisiert. Wo bisher Skalen, Messinstrumente, Anzeigeleuchten und dergleichen als dedizierte Hardware verbaut waren, übernimmt heute ein Bildschirm die Darstellung. Das Gleiche gilt für die Bedienelemente: Knöpfe, Schalter und Regler zum Einstellen der Geräte sind immer häufiger als berührungsempfindlicher Bildschirm mit virtuellen Eingabeelementen implementiert. Die grafische Benutzerführung (Graphical User Interface, GUI) hat Vorteile, denn die Benutzeroberfläche kann je nach Kontext unterschiedliche Darstellungen annehmen. Die Geräte werden intuitiv bedienbar und übersichtlicher.

Zur besseren Ergonomie gesellt sich bei Bildschirm-zentrierter Benutzerführung ein wirtschaftlicher Vorteil: Der technische Aufwand für Beschaffung, Einbau und Wartung der Messgeräte, Indikatoren, Schaltknöpfe und Regler entfällt. Zwar tritt an ihre Stelle der Bildschirm mit der zugehörigen Ansteuerlogik, doch unter dem Strich ist es günstiger, ein Gerät mit einer solchen flexiblen Benutzeroberfläche auszustatten, als mit vielen dedizierten elektromechanischen Elementen. Die Geräte werden damit robuster (da fehlerträchtige elektromechanische Bauelemente entfallen) und leichter zu reinigen. Zudem können Geräte mit einer solchen virtuellen Benutzeroberfläche per Bildschirm-Ein- und -Ausgabe tendenziell preisgünstiger angeboten werden als funktionsgleiche Geräte mit traditioneller Ausstattung.

Bild 1: Röntgendiagnostik erfordert eine präzise Wiedergabe der Grauwerte.

Bild 1: Röntgendiagnostik erfordert eine präzise Wiedergabe der Grauwerte.Renesas

Bildgebende Diagnostik

Dieser Trend zur Virtualisierung der Benutzeroberflächen stellt eine Gemeinsamkeit zwischen der Welt der Medizintechnik und anderen Bereichen der Elektronik dar. Ähnliche Wege gehen Entwickler auch in der Industrie-, Kommunikations- und Unterhaltungselektronik. Ein Bereich, in welchem die Medizintechnik dagegen seit jeher andere und besonders hohe Ansprüche an die Visualisierung stellt, sind bildgebende diagnostische Verfahren. Dazu zählen sehr unterschiedliche Anwendungen von der Sonographie (Ultraschall-Diagnostik) über einfache Röntgenaufnahmen und spezielle Röntgen-Anwendungen wie Angiographie, Mammographie (Bild 1) oder Computertomographie bis hin zu extrem aufwändigen Techniken, etwa Magnetresonanztomographie oder Positronen-Emissions-Tomographie.

In manchen dieser Bereiche dominiert zurzeit noch die überkommene Technik mit Filmen, die nach der Belichtung auf chemischem Wege entwickelt werden. Elektronische Techniken mit einer Darstellung auf dem Bildschirm sind jedoch überall auf dem Vormarsch; in einigen Segmenten, etwa in allen Spielarten der Tomographie, werden die Ergebnisse grundsätzlich per Bildschirm ausgegeben.

Bild 2: Hohe Auflösung und exakte Wiedergabe von Farben und Grautönen sind nur einige der Anforderungen, die medizinische Anwendungen an Bildschirme stellen.

Bild 2: Hohe Auflösung und exakte Wiedergabe von Farben und Grautönen sind nur einige der Anforderungen, die medizinische Anwendungen an Bildschirme stellen.Renesas

Monitor und Tablet

Neben den bildgebenden Verfahren in der Diagnostik gibt es eine große und steigende Anzahl weiterer Anwendungsfälle für Bildschirme in der Medizintechnik. Diese reichen von Monitoren in Krankenzimmern über spezielle Tablet-Computer für medizinisches Personal (Bild 2) bis zu den Touch-Screens von Dosiergeräten oder Informationskiosken in Krankenhäusern. Angesichts eines so breiten Anwendungsspektrums versteht es sich von selbst, dass Displays für die Medizintechnik sehr unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen haben und folglich auch in einer großen Bandbreite von Spezifikationen lieferbar sind. Den einen Medizintechnik-Bildschirm gibt es nicht.

Allerdings stellt die Medizintechnik einige besondere Anforderungen, denen die Zulieferer gerecht werden müssen. Dazu gehören eine besonders hohe Zuverlässigkeit in allen Betriebssituationen sowie eine an die Innovationszyklen dieser Branche angepasste Liefersicherheit. Weil medizinische Geräte in Krankenhäusern und Arztpraxen üblicherweise sehr viel länger genutzt werden als Geräte für die Unterhaltungselektronik, teilweise sogar länger als andere Investitionsgüter, müssen die Bildschirme ebenso wie ihre Komponenten besonders lange lieferbar sein, um den Service und die Versorgung mit Ersatzteilen auch lange nach Auslaufen der Produktion sicher zu stellen.

Besondere Bildqualität

Viele medizinische Anwendungen stellen darüber hinaus hohe Anforderungen an die Bildqualität. Immer wenn es darum geht, bildgebende Verfahren für die Diagnostik zu nutzen, kommt es auf hohe Auflösung, exzellenten Kontrastumfang und optimale Farbwiedergabe an. In manchen Bereichen – etwa in der Angiographie oder der Ultraschalldiagnostik – erfolgt die Bildausgabe meist nicht in Farbe, sondern über fein aufgelöste Graustufenwerte. Weil darin viele medizinisch relevanten Informationen enthalten sind, ist eine sehr hohe Wiedergabequalität hier unabdingbar.

Auf einen Blick

Als Flatscreen für medizinische Anwendungen eignet sich nicht jeder Monitor: Zwar ist auch hier der Trend zu GUI und Touch-Bedienung zu sehen, allerdings müssen die Geräte viel höhere Anforderungen bezüglich Darstellung, Zuverlässigkeit und Langzeit-Verfügbarkeit erfüllen. Und wer 3D braucht, kann oftmals keine Shutter-Brillen tragen. Fortec präsentiert hier passende Produkte.

Displays, die allen diesen Anforderungen gerecht werden, liefern nur wenige Spezialanbieter, beispielsweise die Fortec Elektronik. Das Unternehmen aus Landsberg am Lech veredelt unter anderem Produkte von NLT Technologies (ehemals NEC LED Technologies), einem Hersteller qualitativ hochwertiger TFT-Displays. Fortec tritt dabei nicht einfach als Distributor auf, sondern steuert mit eigenen Leistungen einen erheblichen Mehrwert bei. Diese Leistungen reichen von der Beratung über ausgewählte qualitätsbestimmende Montageschritte bis zur softwaretechnischen Einpassung der Displays in die jeweilige Zielumgebung durch die Bereitstellung der passenden Treiber.

3D ohne Brille

Bestimmte Anwendungen – etwa die dreidimensionale hochauflösende Darstellung von Organen im Körper – erfordern eine stereoskopische Bildwiedergabe. In manchen Situationen, etwa bei chirurgischen Operationen, stört der Einsatz einer Polarisationsbrille jedoch. Hier sind Alternativen gefragt, etwa die HDDP-Technologie (Horizontal Double-Density Pixel) von NLT.

Bekanntlich beruht das räumliche Sehen auf den leicht unterschiedlichen Bildinformationen für das rechte und das linke Auge. Bei der HDDP-Technik erfolgt die Trennung der beiden Teilbilder nicht durch eine Brille, sondern durch Mikrolinsen, die als Array auf dem Display aufgebracht sind. Zudem verdoppelten die Entwickler bei NLT die Anzahl der Pixel: wo herkömmliche Flachbildschirme je einen Bildpunkt besitzen, sind es bei den HDDP-Bildschirmen deren zwei, die ihrerseits wieder aus je drei Subpixeln in den Farben rot, blau und grün bestehen. Damit ist es möglich, zwei Teilbilder für das rechte und das linke Auge in einem Display zu erzeugen, ohne die Auflösung zu beeinträchtigen.

Bild 3: Das NL8060BH18-02 von NLT ermöglicht räumliches Sehen ohne störende Shutter- oder Polarisationsbrille.

Bild 3: Das NL8060BH18-02 von NLT ermöglicht räumliches Sehen ohne störende Shutter- oder Polarisationsbrille.Renesas

Ein Beispiel für ein derartiges Anzeigeelement ist das Modell NL8060BH18-02 (Bild 3) aus dem Hause NLT, lieferbar bei Fortec. Mit seiner Diagonale von 7,2 Zoll liefert dieses Display eine Auflösung von 800 x 600 Bildpunkten. Für jedes Teilbild weist es jeweils 800 Spalten auf, insgesamt also 1600 Spalten. Weitere Merkmale dieses mitsamt Ansteuerelektronik ab Lager lieferbaren Displays sind eine hohe Helligkeit von 370 cd/m2 sowie ein Kontrastverhältnis von 600:1.

Scharfes Bild

Anforderungen nach einer hohen Auflösung bei scharfer, brillanter Darstellung und höchster Farbtreue erfüllt das NL192108AC10-01D. Die Auflösung von 1920 x 1080 Bildpunkten entspricht der HD-Spezifikation (High Density) und garantiert eine scharfe und detailreiche Darstellung. Die Pixelgröße von lediglich 0,1 mm sorgt für hohe Helligkeit von 400 cd/m2 und einen scharfen Bildeindruck. Dabei bleiben die Abmessungen sehr kompakt; die Bildschirmdiagonale beträgt hier nur 9” (knapp 23 cm). Damit eignet sich dieses Display für tragbare medizinische Geräte oder handliche Tablet-Computer. Der Farbraum umfasst 72 % des NTSC-Gamuts.

Bild 4: Höchste Auflösung und Bildqualität bei kompakten Abmessungen: Das NL192108AC10-01D.

Bild 4: Höchste Auflösung und Bildqualität bei kompakten Abmessungen: Das NL192108AC10-01D.Renesas

Ein typisches Anwendungsbeispiel für diesen Bildschirm sind Tablet-Computer, die als elektronisches Krankenblatt den Arzt bei der Visite im Krankenzimmer unterstützen. Damit dabei nicht nur der Mediziner, sondern auch seine Mitarbeiter den Bildschirminhalt einwandfrei erkennen können, müssen die Displays einen besonders weiten Ablesewinkel ohne winkelabhängige Farbton- oder Grauwertverschiebungen aufweisen. Mit seiner Ausführung SFT-Technologie (Super-Advanced Fine TFT) erfüllt das NL192108AC10-01D diese Anforderung (Bild 4).

Touch-Oberfläche

Die Bedienung vieler medizinischer Geräte folgt, wie eingangs beschrieben, in zunehmendem Maß den Trends der Kommunikations- und Unterhaltungselektronik. Bedienungsvorgänge wie Vergrößern/Verkleinern, Drehen oder Verschieben von Bildschirminhalten oder auch Blättern in mehrseitigen Dokumenten sind über intuitiv anwendbare Mehrfingergesten implementiert. Die Basis für ihre Realisierung liefert die hochwertige Projected-Capacitive-Technologie (PCAP), die eine besonders präzise und feinfühlige Steuerung ermöglicht. Kein Problem ist damit auch die Bedienung mit Handschuhen – eine Eigenschaft, die gerade in Kliniken und Arztpraxen häufig gefordert wird.

Bild 5: Touch-Screens mit ausgezeichneter optischer Qualität und gleichzeitig besten Bedieneigenschaften liefert die PCAP-Technologie.

Bild 5: Touch-Screens mit ausgezeichneter optischer Qualität und gleichzeitig besten Bedieneigenschaften liefert die PCAP-Technologie.Renesas

Fortec assembliert diese Touch-Screen-Displays, wobei optisch hochwertige Touch-Sensoren mit besonders hoher Lichtdurchlässigkeit zur Verwendung kommen. Ein optischer Bondprozess verbindet den Touch-Sensor besonders fest mit dem Display. Dieses Verfahren vermeidet auch kleinste Lufteinschlüsse zuverlässig und garantiert eine exzellente optische Qualität des fertigen Systems (Bild 5). Wahlweise steht auch das Airgap-Bonded-Verfahren zur Verfügung, bei welchem der Touch-Sensor nur entlang der Ränder fest mit dem Displayglas verbunden ist. Fortecs Produktspektrum im Bereich PCAP-Bildschirme umfasst Ausführungen mit Diagonalen zwischen 6,5 und 19 Zoll, jeweils mit Controller und Treibersoftware.