Die Vereinten Nationen (UN) prognostizieren, dass die Weltbevölkerung von heute 7 Mrd. Menschen auf 9,6 Mrd. im Jahr 2050 ansteigen wird. 1,5 Mrd. Menschen werden dann über 65 Jahre alt sein und 3,7 Mio. Menschen sogar über 100 – das sind fast 8-mal so viele wie heute. Langsam aber sicher verschwinden manuelle Datenanalysen oder herkömmliche Desktopanwendungen, denn die automatische Verknüpfung von Gerätedaten mit Big-Data-Anwendungen erlaubt neue Dienste und eine schnellere, angepasste Reaktion auf Ereignisse etwa in der Umwelt. Davon profitiert insbesondere das Gesundheitswesen und sein Internet of Medical Things (IoMT).
Fitnessarmbänder, wertvolle Systeme zur Sturzerkennung und vieles mehr
Mit fortschrittlicher Sensorik, integrierter Intelligenz, Datenanbindung und leistungsfähigen Anwendungen in der Cloud verändert das IoMT die Art und Weise, wie wir mit Dienstleistern agieren und wie diese ihre Dienste bereitstellen. Damit können die Anwender den Zugriff auf Gesundheitsdienstleistungen erweitern, Standards verbessern und finanzielle Hürden bei den Anbietern überwinden.
Eine Vielzahl vernetzter Geräte steht bereits zur Verfügung. Das Angebot reicht von Wellnessprodukten wie Fitnessarmbändern und Smartwatches, die Nutzer zu einem gesunden Lebensstil anspornen, bis hin zu häuslichen Überwachungseinrichtungen wie Systemen zur Sturzerkennung und Geräten, mit denen sich die Sicherheit und Standards für die Pflege zu Hause verbessern lassen. Hinzu kommen zahlreiche Geräte für Experten im Gesundheitswesen. Diese reichen von tragbaren, leistungsfähigen Diagnosegeräten wie 3D-Scannern, automatisierten Geräten, die Medikamente oder Schmerzmittel abgeben, bis hin zu ferngesteuerten, chirurgischen Geräten.
Steigende Erwartungen an die Sensorik
Nahe am Patienten erfordert das IoMT eine Reihe von Sensoren, um eine intensive Überwachung der Vitalfunktionen eines Patienten und der relevanten Umgebungsfaktoren zu ermöglichen. Hinzu kommen Antriebe zur Steuerung von Geräten wie z.B. Infusionspumpen. Zu den wesentlichen Leistungsmerkmalen dieser Geräte zählen geringe Kosten und ein niedriger Stromverbrauch. Auch kleine Abmessungen und idealerweise eine schnelle sowie nichtinvasive Verbindung zum Patienten für das Erfassen der Vitalparameter sind entscheidend. Wo Komponenten wie Sensoren in Kontakt mit der Haut eines Patienten kommen, muss das Gehäuse sicher und beständig gegen Reinigungsmittel oder Sterilisationsverfahren sein.
Einen erheblichen Teil der medizinischen Überwachung nimmt die Messung der Körpertemperatur und des Blutdrucks ein. NTC-Thermistoren kommen zum Beispiel für die lokale Temperaturüberwachung bei der Krebsforschung und -behandlung oder zur Patientenüberwachung bei Operationen zum Einsatz. Thermistoren wie die Thermometrics-Sensoren von Amphenol weisen Messköpfe mit einer Grösse von weniger als 1 mm auf und lassen sich somit in eine Injektionsnadel integrieren. Damit ist eine direkte Messung intramuskulärer Temperaturen oder Zelltemperaturen möglich.
Digitalthermometer als vernetztes IoMT-Gerät
Thermometrics-Sensoren oder Alternativen wie TDKs G15- oder S8-Sensoren kommen auch in Messköpfen für digitale Fieberthermometer zum Einsatz, die herkömmliche Glasthermometer zur Messung der Körpertemperatur weitgehend ersetzt haben. Im Gegensatz zu Glasthermometern, die sofort abgelesen werden müssen, und bei denen die Temperatur manuell aufgezeichnet wird, kann ein Digitalthermometer als vernetztes IoMT-Gerät die Temperaturmessung automatisch ausführen, mit einem Zeitstempel versehen und die Informationen zum Datensatz des Patienten hinzufügen.
Drucksensoren sind ein entscheidender Bestandteil in den Armmanschetten von Blutdruckmessgeräten, bei der Überdruckbeatmung (CPAP) zur Behandlung von Schlafapnoe, in pränatalen Geräten, Beatmungsgeräten und bei der Herzzustand- und Blutdrucküberwachung während Operationen und auf Intensivstationen. Amphenols Einwegsensoren NovaSensor NPC-100 und NPC-120 bieten eine hohe Empfindlichkeit und Linearität von besser als 1 % im physiologischen Betriebsdruckbereich. Die Sensoren kommen zum Beispiel in Infusionspumpen und Dialysegeräten zum Einsatz und werden in einem Kombigehäuse aus Polycarbonat und medizintauglichem, dielektrischem Gel ausgeliefert. Amphenols SMD-Drucksensoren der NPA-Serie eignen sich auch für Anwendungen wie CPAP-Maschinen, Blutdruckmessgeräten und Erste-Hilfe-Ausrüstung.
Messgeräte am Bett statt am Patienten anbringen erhöht den Komfort für alle
Nichtinvasive Messmethoden minimieren die Erfahrung und die Zeit, die erforderlich sind, um Patienten an Überwachungsgeräte anzuschliessen. Medizinisches Fachpersonal kann somit mehr Patienten behandeln. Andererseits ermöglichen die verbesserte Benutzerfreundlichkeit und der Komfort, dass Patienten selbst mehr Verantwortung bei ihrer eigenen Gesundheitsversorgung zu Hause übernehmen können. Die Herzfrequenz kann zum Beispiel in einem Krankenhaus genau überwacht werden, ohne dass ein Kontakt mit der Haut des Patienten stattfinden muss. Dabei kommt ein ballistokardiografischer (BCG) Sensor zum Einsatz. BCG-Sensorik erkennt Vibrationen, die durch das Pumpen von Blut durch grosse Arterien und den anschliessenden Rückstosseffekt entstehen. Liegt ein Patient im Bett, verursacht dieser Effekt, also sein Blutfluss, eine Vibration des Bettes.
Murata hat seinen hochempfindlichen MEMS-Beschleunigungssensor mit einem leistungsstarken Mikrocontroller und einem proprietären Algorithmus kombiniert, um einen kontaktlosen Bettsensor zu entwickeln, der die Herzfrequenzdaten durch die Erfassung dieser Vibrationen ermittelt. Viele andere Vitalparameter lassen sich so ermitteln, z. B. die Atemfrequenz, Abweichungen der Herzfrequenz und das relative Schlag- volumen. Auch Zeitstempel und die Ermittlung der Bettenauslastung sind damit möglich. Der Sensor steht als fertig anschliessbare Einheit mit integriertem WiFi-Transceiver (SCA11H) oder als lötbares Modul für OEMs (SCA10H) zur Verfügung.
Bei vernetzten IoMT-Geräten Zugriffs- und Datensicherheit gewährleisten
Eine Datenanbindung ist für das IoMT entscheidend, um gesammelte Daten für Analysezwecke in der Cloud zu konsolidieren und automatisierte Antriebe fernzusteuern. Geräte lassen sich über einen lokalen Router oder ein Gateway anschliessen, oder können direkt an einer nativen IP-Infrastruktur wie LAN oder WAN arbeiten. Bluetooth, einschliesslich Bluetooth Smart, ist eine bewährte drahtlose IoT-Datenanbindung zum Anschluss von Wearables an ein Smartphone, um Berechnungen vor Ort durchführen zu können und Daten in die Cloud zu übertragen.
Persönliche medizinische Überwachungsgeräte, die zu Hause zum Einsatz kommen, sind ideale Plattformen für Embedded Bluetooth. Diese Überwachungsgeräte können mit Funkmodulen ausgestattet werden, die sich im Mobilfunkmarkt bereits erfolgreich bewährt haben. Murata hat mehr als eine halbe Milliarde seiner extrem kleinen LBMA-Bluetooth-Module ausgeliefert, die heute im winzigen Format 3,5 × 3,5 mm zur Verfügung stehen. Erst kürzlich wurde die neue LBCA-Serie von Bluetooth-Smart-Modulen mit den Abmessungen 5,4 × 4,4 mm (ohne Antenne) vorgestellt. Sie bieten einen Deep-Sleep-Stromverbrauch von weniger als 0,6 µA und können je nach Anwendung vier Jahre oder länger mit einer einzigen CR2032-Knopfzelle betrieben werden.
Intelligentes Laden verlängert Batterielebensdauer
Geräte, die lange Zeit ohne Batteriewechsel in Betrieb sind, lassen sich als versiegelte Einweggeräte auslegen oder werden mit Akkus ausgestattet, die auf fortschrittlichen Lithium-Verfahren wie LiFePO4 (Lithium-Eisen-Phosphat), Li-Ionen oder LiPo (Lithium-Polymer) basieren. RRC Power Solutions bietet eine grosse Auswahl an Standardbatteriepacks (Akkupacks) und entsprechender Ladetechnik, was Kosten für Entwicklung, Werkzeuge und behördliche Genehmigung einspart. Smart-Batterien von Anbietern wie RRC eignen sich ideal für Anwendungen, in denen hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit gefordert sind. Sie bieten Funktionen wie intelligentes Laden, das die Batterielebensdauer verlängert und zeichnen die Nutzung auf, was eine unberechtigte Verwendung bzw. Missbrauch verhindern kann.
Ein weiterer Aspekt der Datenanbindung ist die Möglichkeit, RFID-Tags einzusetzen, um Identität und Authentizität zu gewährleisten – nicht nur von Geräten, sondern auch von Medikamenten und anderen Arznei- und Hilfsmitteln. Gefälschte Produkte stellen eine Gefahr für die Gesundheit und die medizinische Versorgung dar. Bei immer mehr IoMT-Anwendungen steigt diese Gefahr. Muratas MAGICSTRAP NFC/RFID-Tags sind weniger als 1 mm dick und für die Einbindung in Spritzgussbaugruppen während der Fertigung geignet. Damit können sich vernetzte medizinsche Geräte Dinge gegenseitig erkennen, was Hackerangriffe oder Manipulationen erschwert. Meldet sich ein gefälschtes oder unbekanntes Gerät im Netzwerk an, wird es erkannt und eine Fehlermeldung in die Cloud ausgegeben.
Verbesserte Möglichkeiten und höhere Standards für immer mehr Patienten
Sobald man intelligente, medizinische Geräte über das Internet vernetzen will, bietet das IoMT verbesserte Steuerungs- und Überwachungsmöglichkeiten, die höhere Standards bei der Gesundheitsversorgung und die Pflege einer immer grösser werdenden Zahl an Patienten erlaubt. Genauere Sensoren, höhere Benutzerfreundlichkeit und mehr Tragekomfort gewährleisten, dass der volle Nutzen des IoMT den Patienten zugutekommt. In Kombination mit einem niedrigen Stromverbrauch, vielseitiger Datenanbindung und Sicherheit kann diese Technik dazu beitragen, das Gesundheitswesen weltweit zu bereichern.
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