Wearables

EKG-Pflaster mit geringem Stromverbrauch

25. September 2020, 10:08 Uhr   |  Bahram Mirshab (Renesas)

EKG-Pflaster mit geringem Stromverbrauch
© Renesas

Mit der zunehmenden Vernetzung verlagert sich die traditionelle reaktive Gesundheitsfürsorge zu einem erschwinglicheren Präventivsystem.

So ermöglicht das IoMT vernetzte Herzüberwachungssysteme

Die Herzgesundheit ist einer der wichtigsten Parameter für den allgemeinen Gesundheitszustand eines Menschen. Das Internet der medizinischen Dinge (Internet of Medical Things; IoMT) ermöglicht eine neue Generation tragbarer, kontinuierlicher Herzüberwachungssysteme mit verschiedenen Parametern zur Verbesserung des Gesundheitsmanagements in Krankenhäusern und bei der Patientenversorgung im häuslichen Umfeld.  

Das IoMT ist eine vernetzte Infrastruktur für medizinische Geräte und Dienste. Es sammelt und analysiert Daten, die an Gesundheitsdienstleister gesendet werden. Heute enthalten diese Geräte Sensoren, die Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration messen, sowie Algorithmen, die eine bestimmte Anzahl von Herzerkrankungen erkennen.

Designs der nächsten Generation versuchen, Parameter hinzuzufügen, die mithilfe von Algorithmen ein breiteres Spektrum an Herzrhythmusstörungen identifizieren können. Beispielsweise lassen sich sogenannte Einweg-Patches in Form eines unsichtbaren EKG-Pflasters mit wenigen, sehr kleinen ICs zur Überwachung und Steuerung der Herzgesundheit für längere Zeit bequem auf der Haut tragen. 

Konnektivität mit extrem niedrigem Stromverbrauch

Die Datenübertragung an eine Cloud-Plattform und Gesundheitszentren kann EKG-Rohdaten, mögliche Arrhythmie- oder normale Herzrhythmusinformationen sowie einige andere während des Betriebs gemessene Systemparameter umfassen. Derzeit ist Bluetooth Low Energy (BLE) eine der am häufigsten verwendeten drahtlosen Schnittstellen. NB-IoT- und CAT-M-Schnittstellen werden für den künftigen Einsatz bereits evaluiert.

Der extrem niedrige Stromverbrauch ist eine der wichtigsten Anforderungen für EKG-Pflaster. Damit lässt sich die Lebensdauer einer kontinuierlichen Herzsignalüberwachung/-analyse über die derzeitige Dauer von ein bis zwei Wochen hinaus deutlich verlängern. Dank des geringeren Stromverbrauchs lässt sich auch eine zusätzliche Überwachung der Vitalparameter integrieren, was den Herstellern Wettbewerbsvorteile verschafft. 

Neue Technologie, neue Herausforderungen

Gegenwärtig verwenden die Patches Knopfzellenbatterien mit einer typischen Kapazität von mehreren hundert mAh. Es gibt jedoch Bestrebungen, kleinere, kostengünstigere Batterien mit geringerer Kapazität in Kombination mit einem Energy-Harvesting-Verfahren zu nutzen. Dabei kommen »batterielose« Sensorknoten zum Einsatz, die auf spezialisierten neuen Halbleiterprozesstechnologien wie Silicon-on-thin-buried-Oxide (SOTB) und Sub-Threshold-Verfahren basieren. 

Die Herausforderung von auf Energy Harvesting basierenden Herzüberwachungspflastern aus Forschungslabors für den Massenmarkt besteht in der Verfügbarkeit kontinuierlicher und konsistenter Energiequellen, unmittelbar wo diese zum Einsatz kommen. Um dieser zentralen Herausforderung zu begegnen, erforscht die Industrie den Einsatz von Energiequellen wie Körperwärme, bewegungsbedingte Vibrationen oder spezifische HF-Energie, die durch Energy Harvesting aus der unmittelbaren Umgebung gewonnen wird. 

Lesetipp

Mit der zunehmenden Vernetzung verlagert sich die traditionelle reaktive Gesundheitsfürsorge zu einem erschwinglicheren Präventivsystem. Insbesondere bei Herzüberwachungssystemen ergeben sich so neue Chancen. Diese bestehen in der Regel aus drei Hauptelementen: Tragbare(r) drahtlose(r) Sensorknoten, Datenmanagementservice und Cloud-basierte Analyseplattformen. Welche Anforderungen dabei an AFE und MCU gestellt werden, erklärt Bahram Mirshab in der aktuellen Printausgabe (medical design 5/2020, S. 37 – 39). Hier geht’s zum kostenfreien ePaper.

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