Der Schnittpunkt von Medizintechnik und Elektronik

Der Einsatz von Elektronik in der Medizintechnik geht auf die Erfindung der Röntgenstrahlen durch Conrad Röntgen im Jahr 1895 zurück. Die neuesten Trends in der Medizintechnik folgten den Fortschritten in der Computertechnologie, der digitalen Bildgebung und der Datenanalyse. Die heutigen Innovationen in der Patientenversorgung sind dem Aufkommen der künstlichen Intelligenz (KI), der Miniaturisierung und der drahtlosen high-speed Anbindung an lokale Netzwerke zu verdanken.

Wichtige Trends in der Medizintechnik

Fortschritte in wichtigen Bereichen wie Wearables, Smart Devices und Telemedizin machen Science-Fiction zur Realität. Weitere Fortschritte wie das Aufkommen von Datenzentren und künstlicher Intelligenz bringen die Technologien des Gesundheitswesens an einen Wendepunkt. Innovationen in der Technologie für die Patientenversorgung finden sich in Bereichen wie Diagnostik, Lebenserhaltung, Gesundheitsüberwachung und persönliche medizinische Geräte.

In der Elektronikindustrie verschmelzen verschiedene Technologien, um die Patientenversorgung auf eine neue Ebene zu heben. Hersteller von Medizinprodukten stellen kleinere, leistungsfähigere Prozessoren her, indem sie mehrere Prozessorkerne, programmierbare Logik und spezielle KI-Berechnungsfunktionen in System-on-Chip (SoC)-Geräte integrieren. Diese Konvergenz ermöglicht es den Entwicklern von Gesundheitstechnologien, Innovationen zu entwickeln.

1. Wearables

Da Mikrocontroller gleichzeitig immer kleiner und leistungsfähiger werden, bieten Fitness-Tracker immer mehr Funktionen. Von den grundlegenden Funktionen wie der Puls-/ Sauerstoffmessung bis hin zur kardialen Überwachung bieten die Geräte immer mehr Funktionen an. Darüber hinaus werden Wearables mit den neuesten Mobilfunk- und WLAN-Protokollen Teil kompletter lokaler Patientenversorgungsnetze.

Bluetooth 5 verfügt über die Fähigkeit zur Bildung von Mesh-Netzwerken. Außerdem bietet es einen noch stromsparenderen Modus als frühere Versionen des Standards. Dies bedeutet, dass Wearables für mehr Aspekte der Patientenversorgung eingesetzt werden können und einfacher zu implementieren sind.

Bluetooth 5.4 kann im LE-Modus (Low Energy) Daten mit 2 Mbps und im EDR-Modus (Enhanced Data Rate) mit bis zu 50 Mbps austauschen. Mit dieser Geschwindigkeit können fast alle Daten, außer Bilddaten, mit den aktuellen Bluetooth-Netzwerken ausgetauscht werden. Mit dieser Fähigkeit könnte es bald möglich sein, dass die heute kabelgebundenen Sensoren in einem Untersuchungsraum als drahtloses Netzwerk kommunizieren. Blutdruck-, Puls-, Sauerstoff-, EKG- und alle anderen Sensoren können dann ohne lästige Kabel mit einem Health-Hub-Gerät verbunden werden.

2. Intelligente medizinische Geräte und Edge AI

Edge AI, d. h. künstliche Intelligenz in Geräten am Rande der Computing-Infrastruktur, hält Einzug in die Gesundheitstechnologie. Intelligente medizinische Geräte sind eine Kategorie von Patientenpflege- und Diagnosegeräten mit integrierter Rechenleistung. In der Vergangenheit bestand die Intelligenz intelligenter medizinischer Geräte in der Regel aus Mikrocontrollern und einem kleinen Bildschirm.

Heutzutage verwenden Gerätehersteller leistungsfähige ARM- oder RISC-V-Prozessorkerne mit mehreren Kernen in Chips, die so groß sind wie die Mikrocontroller von gestern. Einige dieser multifunktionalen Mixed-Signal-SoC-Bausteine enthalten jetzt auch programmierbare Logik und spezielle KI-Prozessorkerne. Hersteller optimieren die Größe und den Stromverbrauch, beides Schlüsselfaktoren für die Weiterentwicklung intelligenter medizinischer Geräte.

Durch die Integration von KI in diese Produkte werden medizinische Geräte noch intelligenter. Medizinische SoC-Komponenten können geräteinterne Analysefunktionen bieten, die bisher nicht möglich waren. KI kann kritische Patientenprobleme schneller erkennen und Fehlalarme reduzieren. Solche Verbesserungen können das Pflegepersonal entlasten und zu einer besseren Patientenversorgung führen.

3. Telemedizin für die Fernbetreuung von Patienten

Im heutigen Gesundheitswesen werden die Ressourcen für die Patientenversorgung immer knapper, und in ländlichen Gebieten wird der Zugang zur Versorgung immer schwieriger. Der Mangel an Ärzten und Pflegepersonal hat zur Folge, dass in manchen Gegenden nur noch lebensnotwendige Fälle am selben Tag behandelt werden können.

Glücklicherweise wird die Telemedizin durch die Verbindung größerer Rechenkapazitäten mit Kommunikationstechnologien höherer Bandbreite wie Wi-Fi 7 und 5G zu einer praktikablen Alternative in vielen Szenarien der Patientenversorgung. Mit Hilfe der Telemedizin kann die gleiche Anzahl von Fachkräften mehr Patienten versorgen. Außerdem entfällt die Notwendigkeit, im Krankheitsfall weite Strecken zurückzulegen oder das Haus zu verlassen.

Die Telemedizin bietet die Möglichkeit, mit einem Arzt an einem anderen Ort zu kommunizieren. Neue Konnektivitätstechnologien ermöglichen es Medizinern, intelligente medizinische Geräte, die vom Patienten bedient werden, mit dem Gesundheitspersonal zu verbinden. Das Smartphone wird zum telemedizinischen Device, das Patienten und medizinische Geräte über Bluetooth, Wi-Fi oder 5G mit dem Gesundheitspersonal verbindet.

Design ist ein kritischer Faktor in der Medizintechnik

Der gemeinsame Nenner der oben beschriebenen Trends in der Gesundheitstechnologie ist der Bedarf an einer qualitativ hochwertigen Entwicklungsumgebung für elektronische Produkte. Intelligente medizinische Geräte erfordern ein höheres Maß an Zuverlässigkeit und Qualität als normale Konsumgüter. Viele Anwendungen, insbesondere lebenswichtige, erfordern staatliche Zertifizierungen und die Einhaltung von Normen. Mit WiFi7, 5G und dem kommenden 6G ist „digital“ oft eher ein getarntes analoges RF.

Das PCB-Design ist ein entscheidender Faktor bei dieser immer komplexer werdenden medizinischen Elektronik, und Zuken’s CR-8000 hilft bei der Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Systeme für Anwendungen im Gesundheitswesen. Die umfassenden Design- und Dokumentationsfunktionen der Software unterstützen die Entwicklung von tragbaren Gesundheitsmonitoren, Telemedizin-Lösungen und intelligenten Medizintechnik-Geräten und verbessern die Patientenversorgung und die Systemeffizienz.