Die Gesundheitsversorgung mit Wearable-Technologie revolutionieren
Die optische Technologie in Smartwatches und -ringen ermöglicht mittlerweile die Überwachung von Vitalparametern auf medizinischem Niveau.
Wie Wearables für Verbraucher die medizinische Überwachung ermöglichen
Im 20. Jahrhundert und bislang auch während des größten Teils des 21. Jahrhunderts war die Gesundheitsversorgung eine Dienstleistung, die von Fachkräften an bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten erbracht wurde – in der Regel in einem Krankenhaus oder einer Klinik, gestützt auf die Ergebnisse von Laboruntersuchungen.
Im zweiten Viertel dieses Jahrhunderts wird es zu einem radikalen Wandel kommen: Die Einführung neuer tragbarer Geräte wird dazu führen, dass Überwachung, Diagnose und Behandlung kontinuierlich rund um die Uhr erfolgen können, egal wo sich der Patient befindet – zu Hause, bei der Arbeit oder sogar im Schlaf im Bett.
Diese Technologie ist einer der entscheidenden Wegbereiter für ein neues „4P“-Paradigma in der Medizin: die Idee, dass ein Gesundheitssystem bessere Ergebnisse für die Menschen liefert – oft mit weniger Einsatz von medizinischem Fachpersonal und zu geringeren Kosten –, wenn es personalisiert, prädiktiv, präventiv und partizipativ ist.
Dieses 4P-Modell ist für fortgeschrittene Industrieländer, die mit der demografischen Zeitbombe einer rasch alternden Bevölkerung konfrontiert sind, äußerst attraktiv. Die komplexen medizinischen Bedürfnisse älterer Menschen drohen eine Steuerbasis zu überfordern, die aufgrund des sinkenden Verhältnisses von Erwerbstätigen zu Rentnern schrumpft. Diese Länder können von Wearable-Technologie erheblich profitieren, die in der Lage ist:
- die Warnzeichen einer Erkrankung erkennen, bevor diese kritisch wird
- eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung von Patienten nach Operationen oder anderen medizinischen Eingriffen ermöglicht, um das Risiko späterer Komplikationen zu verringern
- personalisierte Diagnosedaten generieren, die als Grundlage für Entscheidungen zum Lebensstil dienen, sodass Einzelpersonen Maßnahmen ergreifen können, um ihr Risiko für Erkrankungen wie Herzkrankheiten oder Diabetes zu senken und ein längeres, gesundes Leben zu genießen
Fortschrittliche Optiktechnologie für Wearables im medizinischen Bereich
Hinter den medizinischen Funktionen einer neuen Generation von tragbaren Verbrauchergeräten – Smartwatches, Smart-Ringe, Ohrhörer oder Smart-Patches – steht hochentwickelte optische Halbleitertechnologie: LEDs, die Licht bei genau festgelegten Wellenlängen im sichtbaren oder nahen Infrarotspektrum emittieren, sowie hochempfindliche Fotodetektoren (Fotodioden), die auf dieselbe Wellenlänge wie der Emitter abgestimmt sind.
Wearables mit Funktionen zur Gesundheitsüberwachung enthalten in der Regel auch ein spezielles analoges Frontend (AFE), um die Signale der Fotodioden zu verstärken und zu digitalisieren. Darüber hinaus übernimmt das AFE die Signalaufbereitung für elektrische Messungen wie Elektrokardiogramme (EKG) zur Erkennung von Herzerkrankungen oder -anomalien sowie für die galvanische Hautreaktion (GSR) und die Bioimpedanz.
Mithilfe einer als Photoplethysmographie (PPG) bezeichneten Technik kann das optische System aus den Messungen des Lichts, das im Körpergewebe gestreut und teilweise vom Hämoglobin in den Blutgefäßen am Handgelenk, am Ringfinger oder im Ohr absorbiert wird, eine Reihe von Vitalparametern ableiten. Mithilfe von PPG können Algorithmen folgende Werte genau bestimmen:
- Herzfrequenz
- Herzfrequenzvariabilität
- Blutsauerstoffsättigung (SpO₂)
In Kombination mit den Daten unseres Temperatursensors zur Erfassung der Körperkerntemperatur und den Elektrokardiogrammen von Elektroden, die die Haut berühren, kann ein tragbares Gerät ein detailliertes Bild des langfristigen Gesundheitszustands des Trägers liefern und möglicherweise Marker für Erkrankungen im Frühstadium aufdecken – selbst bei scheinbar gesunden Menschen, die keine Symptome bemerken.
Die medizinische Überwachung und Diagnose revolutionieren
Diese Möglichkeit ist in der Medizin neu: Bislang beschränkten sich die Untersuchung und Überwachung von Patienten auf eine Momentaufnahme zu einem bestimmten Zeitpunkt, die unter den künstlichen Bedingungen einer klinischen Umgebung erfolgte. Die diagnostische Genauigkeit und die gewonnenen Erkenntnisse werden durch die Möglichkeit, lange Datenreihen zu analysieren, die zu jeder Tages- und Nachtzeit und während des normalen Alltags des Patienten erfasst werden, grundlegend verändert.
Dies bedeutet auch einen grundlegenden Wandel in der Nutzung von Wearables für Verbraucher, die heute noch allgemein als Lifestyle-Accessoire angesehen werden – als etwas, das dem Träger anzeigt, wie aktiv er war (Schrittzählung) oder wie intensiv eine Trainingseinheit war (ungefähre Herzfrequenzmessung), das jedoch keinen Beitrag zur medizinischen Beurteilung des Gesundheitszustands leisten konnte.
Wir erleben derzeit das Aufkommen einer neuen Generation von Wearable-Technologie, die präzise und zuverlässig genug ist, um als Grundlage für medizinische Diagnosen und Behandlungen zu dienen. Dies erfordert natürlich die Einhaltung medizinischer Standards und die Zulassung durch Aufsichtsbehörden wie die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) oder die chinesische National Medical Products Administration (NMPA).
An der Spitze dieser neuen Entwicklung im Bereich der medizinischen Wearables für Verbraucher setzen unsere Produkte den Maßstab für Qualität und Zuverlässigkeit der in diesen Geräten verwendeten Sensorkomponenten.
ams OSRAM ist bereits ein bewährter Lieferant und Marktführer für Halbleiterprodukte in der Medizintechnikbranche. Dies gilt beispielsweise auch für Sensoren in der Computertomographie (CT) und für digitale Röntgensensoren in der medizinischen Bildgebung, die sich durch herausragende Präzision, hohe Erfassungsgeschwindigkeiten, geringes Rauschen und extrem niedrigen Stromverbrauch auszeichnen.
Nun bieten unsere PPG-Lösungen, wie die AFEs AS7057 und AS7058, die SFH 7018-LED sowie die Fotodioden SFH 2705 und SFH 2706 und der Temperatursensor AS6221 die Funktionalität und Leistung, die für tragbare Geräte erforderlich sind, die für medizinische Anwendungsfälle vorgesehen sind. Dies wird durch ein von ams OSRAM entwickeltes Referenzdesign für eine Smartwatch veranschaulicht.
In einer internen Studie verglich ams OSRAM die Messwerte eines SpO2-Referenzclips, eines in Krankenhäusern verwendeten Blutsauerstoffmonitors und eines Brustgurts zur Herzfrequenzmessung mit den Messdaten des Smartwatch-Referenzdesigns. Dieser Vergleich zeigte, dass die Smartwatch unter Verwendung der von ams OSRAM entwickelten Algorithmen die Vorgaben der einschlägigen Normen erfüllt.
Natürlich muss jeder Kunde seine eigene Designumsetzung testen, doch unser Referenzdesign zeigt, dass Kunden darauf vertrauen können, bei der Verwendung von ams OSRAM-Komponenten die Normkonformität für die Vitalparametermessung in einer Smartwatch zu erreichen.
Und die zunehmende Ausgereiftheit von KI-Software verspricht, die Erkennung physiologischer Marker noch genauer und zuverlässiger zu machen. Einen Einblick in die Möglichkeiten, die sich aus der Kombination von optischer und elektrischer Sensortechnik mit KI ergeben, bietet die heartKIT™-KI-Referenzmodellbibliothek des ams OSRAM-Partners Ambiq, einem Hersteller von KI-Prozessoren mit geringem Stromverbrauch. Das heartKIT-System nutzt Vitalparameter-Messungen, die von ams OSRAM-Sensoren erfasst werden.
Weitere Entwicklungen bei Wearables für Verbraucher
Die Möglichkeit, Vitalparameter in tragbaren Geräten für Endverbraucher präzise zu messen, ist bereits ein bahnbrechender Schritt für das moderne, digitalisierte Gesundheitswesen. Die Zukunft verspricht jedoch noch mehr Möglichkeiten zur Erfassung weiterer Vitalparameter, wodurch die Vision des 4P-Modells für eine wirklich personalisierte und präventive Gesundheitsversorgung verwirklicht wird: In Zukunft könnte Ihre Smartwatch oder Ihr Smartring Ihren Stresspegel überwachen, den Menstruationszyklus verfolgen oder sogar den Alkoholgehalt in Ihrem Blut messen – alles dank der Magie der PPG-, Temperatur-, elektrischen und spektralen Sensortechnologie, die von Komponenten von ams OSRAM bereitgestellt wird.
Die Zukunft der personalisierten Medizin wird also durch Verbrauchergeräte ermöglicht, die bequem sind und sich auch über längere Zeiträume angenehm tragen lassen.
Es ist spannend zu beobachten, wie diese Technologie die medizinische Versorgung allmählich verändert und welches Potenzial sie bietet, um Menschen ein längeres, gesünderes Leben zu ermöglichen.
Und dank der fortschrittlichen optischen Halbleitertechnologie und des umfassenden Fachwissens ist ams OSRAM der perfekte Partner für Gerätehersteller, die diese nächste Generation von Wearables entwickeln.