Mehrere Millionen Menschen messen bereits ihre Herzfrequenz oder tracken ihren Schlaf mithilfe von Smartwatches. Innovative optische Sensorlösungen ermöglichen nun eine höhere Leistung und damit eine Überwachung medizinisch relevanter Faktoren. So können potenzielle Gesundheitsprobleme frühzeitig, teilweise sogar vor dem Auftreten erster Symptome, erkannt werden.

Die neue Generation von Sensoren und Algorithmen ermöglicht den Geräteherstellern eine völlig neue Art der Gesundheitsüberwachung. Smartwatches werden künftig in der Lage sein, nicht nur den Puls über die Haut zu messen, sondern auch den Blutdruck und viele andere Vitalparameter wie Herzfrequenz, Körpertemperatur und Sauerstoffsättigung des Blutes. Ziel ist es, mithilfe von Wearables Krankheiten bereits in der Entstehungsphase zu erkennen – und ihnen vorzubeugen, anstatt erst zu reagieren, wenn die Betroffenen bereits erkrankt sind.


Wir erwarten eine explosionsartige Zunahme der Möglichkeiten von Wearables. Eine Studie des Marktforschungsunternehmens Global Industry Analysts1 geht davon aus, dass der Umsatz mit mobilen medizinischen Geräten von 18,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 38,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 steigen wird. Und ams OSRAM unterstützt viele – große wie kleine – Unternehmen dabei, diesen Markt zu erschließen und neue digitale Gesundheitsanwendungen zu entwickeln. Mit unserem Know-how in der Lichterzeugung und -erkennung sowie in der analogen und digitalen Verarbeitung kleiner Sensorsignale sind wir in der Lage, den Genauigkeitsgrad kontinuierlich zu verbessern. Wir verfügen über ein breites Portfolio innovativer Emitter- und Sensor-Technologie. Momentan entwickeln wir ein vollständiges Sortiment dieser optischen Systeme von ams OSRAM, so dass alle Einzelkomponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind.


Die Funktionalitäten von Wearables, Klebepflastern oder Spezialgeräten kombiniert mit der Digitalisierung verändern den Gesundheitssektor von Grund auf – und damit auch unser aller Umgang mit dem Thema Gesundheit. In Zukunft können wir zum Beispiel viel früher erkennen, ob sich unsere Blutzuckerwerte ungesund entwickeln und wir unsere Ernährung umstellen müssen. Bereits erkrankte Personen, zum Beispiel Herzpatient*innen, können die Wirksamkeit ihrer Behandlung im Alltag leichter überwachen. Intelligente Algorithmen warnen uns, wenn wir uns kritischen Werten nähern, und können auf der Grundlage von millionenfachen Datensätzen sogar Ausbrüche von Krankheitserregern erkennen, bevor eine Pandemie entsteht. Auf diese Weise könnten Millionen von Menschen vor schweren Krankheiten geschützt werden, so die Hoffnung. Darüber hinaus würden die Gesundheitssysteme Milliarden einsparen und wir könnten die Gesundheit aller Menschen bis ins hohe Alter sicherstellen.

 

Präzise Miniatursensoren sind entscheidend

Die Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Sensoren für die nächste Generation von Wearables sind nicht zu unterschätzen. Während Schrittzähler und Schlaftracker bislang vor allem Wellness-Produkte waren, geht es jetzt um echte Diagnosen. Die neuen Wearables fallen somit in den Bereich der medizinischen Geräte. Sie müssen folglich präzise sein, die Anforderungen an Medizinprodukte erfüllen und von den zuständigen Behörden ordnungsgemäß zugelassen werden.


Ziel der Gerätehersteller ist es, mit einem einzigen Gerät, z. B. einer Smartwatch oder einem Ring, so viele Informationen wie möglich über den menschlichen Körper zu erfassen. Zur Messung dieser Vitalparameter werden verschiedene Technologien eingesetzt: Während ein Elektrokardiogramm oder der Hautleitwert auf elektrischen Signalen beruht, werden die Variabilität der Herzfrequenz und der Sauerstoffgehalt des Blutes mithilfe von Licht bestimmter Wellenlängen gemessen. Dabei wird grünes Licht in die Haut gesendet, wo es gestreut und teilweise vom Blut absorbiert wird. Ein kleiner Teil der Lichtstrahlung wird zu einer Fotodiode zurückgestreut und durch komplexe integrierte Schaltungen erfasst. Da sich das Blutvolumen mit der Herzfrequenz ändert, variiert die Lichtabsorption und damit das Signal der Fotodiode in Abhängigkeit von der Herzfrequenz. Dieses Prinzip nennt man Photoplethysmographie oder kurz PPG. 

 

 

Die Absorption durch Hämoglobinmoleküle hängt außerdem davon ab, ob Sauerstoff sie angebunden ist oder nicht. Durch die Messung des PPG-Signals für Rot- und Infrarotlicht kann der Sauerstoffgehalt des Blutes aus den optischen Signalen bestimmt werden. 

Nach Ansicht der Entwickler können die Daten zudem viele weitere Erkenntnisse liefern. Bei fachkundiger Analyse lässt sich aus dem PPG-Signal auch der Blutdruck ableiten. Ein zu hoher Blutdruck begünstigt Schlaganfälle und Herzinfarkte, dennoch wird er heutzutage nur selten und ungenau überwacht. Meist müssen sich die Patient*innen dafür selbst eine Blutdruckmanschette anlegen, was viele als unangenehm empfinden. Jede Aufregung beim Messen kann jedoch die Werte verfälschen. Anders bei Smartwatches! Optische Sensoren in der Smartwatch können rund um die Uhr Messungen vornehmen, ohne dass ihre Träger*innen es merken.

ams OSRAM ist davon überzeugt, dass LEDs und optische Sensorik ein wesentlicher Baustein für ein gesünderes Leben sein werden. Unser Team arbeitet mit Hochdruck an effizienteren LEDs, empfindlicheren Fotodioden und hochleistungsfähigen AFEs (analogen Frontends). Ziel ist es, die Signalqualität so zu verbessern, dass die Nutzer*innen Biosignale wie PPG, PTT, Blutdruck, SpO2 und mehr auf einfache Weise überwachen können. Darüber hinaus gilt es, den Stromverbrauch der Geräte zu minimieren, damit die Wearables häufiger Messwerte erfassen können, ohne die Akkulaufzeit übermäßig zu beeinträchtigen. Sehen Sie sich unser Video über die ersten integrierten optischen Sensormodule für die nächste Generation der Vitalparameterüberwachung an.

 

 

Weitere Informationen zu unserem aktuellen Portfolio an Emittern, Detektoren und miniaturisierten optischen Lösungen finden Sie hier: ou can find more information about our current portfolio of light emitters, detectors and miniaturized optical solutions:

•    Emitter, Detektoren und moderne Frontend-Lösungen 
•    Leistungsstarke optische Module mit geringem Stromverbrauch und unterstützende Algorithmen 

 

Klein, aber oho

Licht interagiert in unterschiedlicher Weise mit der Haut im Allgemeinen und mit bestimmten Molekülen im Besonderen. Dies bietet eine Reihe von Möglichkeiten, ohne Blutuntersuchung weitere wertvolle Parameter zu messen – auf nicht-invasive und damit sehr unkomplizierte Weise. Bevor jedoch mobile, kostengünstige und bedienungsfreundliche Lösungen für Dienstleistungen verfügbar sind, die bislang nur von Laboren und Arztpraxen erbracht wurden, sind noch einige technische Hürden zu nehmen. Und genau an diesen Lösungen arbeiten die Entwickler*innen bei ams OSRAM.


Die Vision von ams OSRAM ist es, unangefochtener Marktführer für optische Lösungen zu werden. Dies erreichen wir durch mutige Investitionen in disruptive Innovationen und kontinuierliche Transformation, die uns zu erstklassiger Rentabilität und Wachstum verhelfen, unter anderem in den Bereichen Point-of-Care-Diagnostik, Vitalparameterüberwachung und Temperaturüberwachung. Mehr hierüber erfahren Sie unter https://ams.com/medical-health.

 

1  Global Industry Analyst, Inc, “New Study from Strategy Highlights a $38.9 Billion Global Market for Wearable Medical Devices by 2026” (PR Newswire)