Connected Healthcare: Medizinische Wearables

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In der Fitnessindustrie haben sie sich längst etabliert und nun erobern sie die Medizin: Wearables haben das Potenzial, Diagnostik, Therapie und Medikation nachhaltig zu verbessern. Die elektronischen Helfer messen Vitaldaten in Klinikqualität und greifen aktiv in den Heilungsprozess ein.

Der Weltmarkt für Medizin-Wearables wächst rasant: Die Anzahl der tragbaren Minicomputer soll von 27 Millionen im Jahr 2016 auf 94 Millionen im Jahr 2022 ansteigen, prognostiziert das französische Marktforschungsunternehmen Yole Développement. IDC-Analysten rechnen damit, dass 2020 bereits mehr als die Hälfte der kleinen elektronischen Helfer medizinische Wearables sein werden.

Nach einer Bitkom-Umfrage sind 90 Prozent der Befragten prinzipiell bereit, mobil erhobene Gesundheitsdaten mit ihren Ärzten zu teilen. Insbesondere die unter 30-Jährigen sind an der Früherkennung von Krankheiten und der Messung von Gesundheitswerten per Wearable interessiert, ergab die Bevölkerungsumfrage „Future Health“ von PwC.

Wearables als Digitalisierungstreiber

Als medizinische Wearables gelten elektronische Komponenten, die entweder nahe am oder im Körper getragen werden. Das Anwendungsspektrum reicht von intelligenten Pflastern, die den Blutzuckerspiegel messen, und Patches, die Medikamente in individuellen Dosierungen abgeben, über Reha-Wearables wie Sensorhandschuhe, die Bewegungsimpulse von Schlaganfallpatienten mittels Robotik verstärken, bis hin zu Sensorpillen, mit denen der Arzt verfolgen kann, ob und wann sein Patient die verschriebenen Arzneimittel einnimmt. Auch klassische Hilfsgeräte wie Insulinpumpen, Hörgeräte, Herzschrittmacher und smarte Implantate werden der Familie der Wearables zugerechnet.

Den Siegeszug der Wearables ermöglichen Fortschritte in der Sensorik, der Funktechnologie und im Power-Management. Die winzigen Sensoren – ihre Substrate bestehen oft aus Silikon, Polyurethan oder Polyimid – ermitteln Vitaldaten wie Blutdruck, Herzfrequenz oder Sauerstoffsättigung. Auch der Trend zu Miniaturisierung und das Ökosystem aus Smartphones, Apps und Cloud-Diensten geben der tragbaren Elektronik im Medizinsektor Auftrieb.

Wearables werden immer kleiner, diskreter und komfortabler und eignen sich deshalb zur Langzeitüberwachung und kontinuierlichen Medikamentengabe. Ebenso arbeiten Forscher an neuen Konzepten für zuverlässige Stromversorgung über lange Zeiträume, eine höhere Energieeffizienz und Energy Harvesting aus Bewegung oder Körpertemperatur.

Im Fokus: ambulante Nachversorgung und chronische Krankheiten

In allen Phasen der medizinischen Versorgung – von der Prävention über die stationäre und ambulante Behandlung bis hin zur Rehabilitation – eröffnen die kleinen digitalen Helfer neue Wege in Diagnostik, Monitoring und Medikation. Haupteinsatzbereiche sehen Branchenbeobachter in der ambulanten Nachversorgung und der Fernüberwachung, zum Beispiel von Senioren oder Säuglingen. Im Klinikumfeld werden die tragbaren Devices wegen der vorhandenen Infrastruktur voraussichtlich zunächst eine untergeordnete Rolle spielen.

Auch die Versorgung von Menschen mit chronischen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Diabetes könnten Wearables künftig verbessern: Hatte der Arzt bisher nur punktuellen Zugriff auf die Vitalparameter seiner Patienten, verschaffen Wearables ihm auch umfassende Einblicke in ihre Lebenswelt und liefern so die Basis für personalisierte Therapien. Die Palette verfügbarer Wearables für Diabetiker, beispielsweise, umfasst Insulinpumpen, Sensorpflaster für die Blutzuckerspiegelmessung, Patches und Socken mit eingebauten Elektroden, die Druck- und Temperaturverteilungen am Fuß messen, um dem Diabetikerfuß entgegenzuwirken.

Wearables zum Aufkleben: Sensorpflaster

Es gibt eine Vielzahl ultradünner Wearables für verschiedene medizinische Indikationen, die sich wie Pflaster auf die Haut aufkleben lassen. Dazu gehört die Sensoreinheit RootiRx von Rooticare, die Herzfunktionen misst und per WiFi an ein Smartphone überträgt. Das Sensorpflaster Adamm von Health Care Originals für Asthmatiker erfasst Paramater wie Atemgeräusche, Herzfrequenz, Aktivitätslevel und Temperatur und schlägt bei anormalen Zuständen Alarm.

Die Wearables von morgen sollen aber nicht nur Vitalwerte messen, sondern aktiv in den Heilungsprozess eingreifen, indem sie zum Beispiel elektronisch gesteuert Wirkstoffe abgeben. Wissenschaftler der Tufts University in Massachusetts entwickelten ein Pflaster mit biegsamen Sensoren, die den Heilungsprozess von Wunden beobachten, indem sie den pH-Wert und die Temperatur messen. Falls eine Entzündung auftritt, wird ein Medikament freigesetzt. Es befindet sich in Hydrogelzellen, die bei Bedarf von kleinen Heizelementen erwärmt werden und dann die Wirkstoffe freigeben.

Smarte Texttilien: EKG-Shirts

Sensorik für Herzmuskelaktivitäten, Körpertemperatur, Atemfrequenz, Schweißproduktion und weitere Vitalparameter lässt sich auch direkt in Kleidungsstücke einbetten. Herkömmliche Elektronik aus starren Siliziumwafern ist dafür allerdings ungeeignet. Wearables müssen flexibel und hautverträglich sein. Aktuelle Forschungsansätze beschäftigen sich daher mit organischer Elektronik, die 3D-gedruckt oder aus der Gasphase abgeschieden wird. Zudem versucht man, Elektronikbauteile resistent gegen Waschlaugen zu machen.

So sind etwa im FitnessSHIRT des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS (electronica, Halle C5 Stand 426) leitfähige textile Elektroden integriert, die das EKG erfassen. Ein flexibles Band im Thoraxbereich, das sich beim Heben und Senken des Brustkorbs dehnt beziehungsweise staucht, erfasst die Atembewegungen. Die Signale werden in einer Elektronikeinheit gespeichert, die am T-Shirt befestigt ist und lassen sich per Funk übertragen. Das CardioSHIRT des IIS misst mit seiner textilintegrierten Sensorik das EKG mit bis zu neun Messkanälen in medizinischer Qualität.

Regulierer stellen sich auf Wearables ein

Bevor sich Wearables im medizinischen Alltag verankern können, gilt es allerdings einige Herausforderungen zu meistern. Es geht dabei um Fragen der Datenvalidität beziehungsweise Messgenauigkeit, des Datenschutzes und der Datensicherheit. Ebenso sind technische Aspekte wie Schnittstellen und Dateninteroperabilität zu berücksichtigen.

Wearables müssen auch ihre klinische Wirksamkeit unter Beweis stellen, hautverträglich und biokompatibel sein. Bevor ein Wearable als Medizinprodukt vertrieben werden darf, benötigt es die Zulassung als medizinisches Gerät. Weltweit stellen sich die Regulierungsbehörden gerade erst auf das neue Themengebiet Wearables ein.

Die Gesundheitssysteme basieren zudem auf standardisierten Verfahren und Daten. Wie die von Wearables gesammelten Informationen sich in diese Datenlandschaft integrieren lassen, muss ebenfalls noch geklärt werden. Und: Nicht nur für Ärzte und Wissenschafter sind medizinische Daten interessant, sondern auch für Pharmakonzerne und Versicherungen. Umso wichtiger ist die umfassende Kontrolle des Patienten über seine persönlichen Daten.

Individualisierte Medizin und Big Data

Wearables haben das Potenzial, herkömmliche medizinische Geräte wie Blutdruckmessgerät, Stethoskop und Fieberthermometer abzulösen und ein wichtiger Bestandteil komplexer Betreuungskonzepte zu werden. Ein entscheidender Mehrwert der tragbaren Messfühler liegt darin, dass sie nicht nur Vitaldaten über lange Zeiträume messen können, sondern auch den Einfluss von Lebensstil und Umweltfaktoren auf Krankheiten erfassen.

Die Integration dieser individuellen Daten in Klinik und Forschung könnte starke Impulse für eine individualisierte Medizin setzen. Anhand der erhobenen Vitaldaten erlauben Wearables zudem die frühzeitige Erkennung und Behandlung von Krankheiten.

Betrachtet man anonymisierte Gesundheitsdaten als Big Data, lassen sich daraus wertvolle epidemiologische Erkenntnisse ableiten. Immerhin rund 61 Prozent der Deutschen wären bereit, ihre Daten in anonymisierter Form für Forschungszwecke zur Verfügung zu stellen, ergab die Smart Health-Studie der Techniker Krankenkasse.

electronica 2018

Mehr über medizinische Wearables, neue Sensortechnologien, Datensicherheit, Safety, Zulassung und Zertifizierung von Medizinelektronik erfahren Sie auf der electronica Medical Electronics Conference und auf dem Medical Electronics Forum.

www.electronica.de

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