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Sensorik

Power für smarte EKG-Pflaster

29. November 2022, 15:29 Uhr | Von Fahad Masood, Analog Devices

Per Remote-Überwachung behalten Ärzte und Patienten wichtige Körperfunktionen wie den Herzschlag im Blick. Fernüberwachungssysteme erhalten immer mehr Funktionen, doch jedes Feature braucht Batteriestrom. Wie kann schon das Power-Design für ein EKG-Pflaster Batterielaufzeit einsparen?

Das Internet of Medical Things (IoMT) hat zu einem Paradigmenwechsel in der Art und Weise geführt, wie im Gesundheitswesen neue Technologien genutzt werden, um die Patienten in Echtzeit zu versorgen. Insbesondere das Remote Patient Monitoring (RPM) über smarte Medizingeräte mit Web- und App-Anbindung verändert die Art und Weise, wie Ärzte mit ihren Patienten interagieren. Kleine ICs und drahtlose Verbindungstechnik können selbst ältere Geräte funktionell erweitern, um so Patientendaten zu erfassen und für die Diagnose zu nutzen. Wo früher klobige Holter-EKGs vom Arzt vor Ort ausgelesen wurden, werden heute smarte EKG-Pflaster auf die Haut geklebt. RPM-Systeme können über eine Vielzahl an Sensoren etwa die Herzfrequenz, die Temperatur oder auch Beschleunigungsdaten erfassen, während der Patient in seinem Alltag bleibt. Die Pflaster übertragen die Patientendaten in die Cloud und erlauben sowohl den Patienten als auch den Ärzten den Zugriff in Echtzeit.

Die smarten Geräte erweitern und verbessern für Ärzte und Patienten die Versorgung, für Entwickler in der Medizintechnik stellen sie jedoch eine große Herausforderung dar, da eine Balance zwischen Systemleistung und Batterielaufzeit gefunden werden muss. Die Herausforderungen erhöhen sich weiter, da bereits die zweite Generation der RPM-Pflaster multimodale Sensoren verwendet, welche die Genauigkeit und den Wirkungsgrad erhöhen, aber andererseits die Power-Anforderungen ansteigen lassen.

Das Referenzpflaster (Bild 1) überwacht kontinuierlich das EKG und den Beschleunigungsmesser und misst alle 15 Minuten die Temperatur. Diese Daten werden alle zwei Stunden über Bluetooth Low Energy (BLE) übertragen, was insgesamt zwölf BLE-Transaktionen am Tag ergibt. Das Pflaster besitzt drei unterschiedliche Modi mit ausgeprägten Lastprofilen: Standardüberwachung, Temperaturüberwachung und Übertragungsmodus. In der Betriebsart Standardüberwachung werden nur das EKG und die Beschleunigung überwacht. Im Modus Temperaturüberwachung wird zusätzlich noch ein Temperatursensor überwacht. Im Übertragungsmodus kommuniziert der BLE-Funk die Daten und überwacht gleichzeitig die Daten des EKG und Beschleunigungsmessers.

Herausforderungen für die Stromversorgung

Ein solches RPM-System und EKG-Pflaster zu entwickeln, stellt an Power-Designer mehrere Herausforderungen. Das Design muss sehr klein sein, und Pflaster mit mehreren Sensoren benötigen meist mehrere Spannungspegel. Weil das RPM-Pflaster normalerweise nur einmal zum Einsatz kommt, ist eine Knopfzelle typischerweise die kostengünstigste Stromquelle. Um das Pflaster mit nur einer einzigen Knopfzelle zu betreiben, muss der Entwickler auch den Wirkungsgrad des Stromversorgungs-Subsystems kennen.

Zudem muss der Entwickler versuchen, die Haltbarkeit des smarten Pflasters auszuweiten. Abschaltströme und die Selbstentladung der Batterie können die Betriebszeit eines jeden Systems verkürzen. Deshalb ist es wichtig zu wissen, ob das RPM-Pflaster die Betriebsdauer nach der durchschnittlichen Ausliefer- und Lagerzeit erfüllt und, wenn nicht, welche Schritte unternommen werden müssen, um die Betriebsdauer sicherzustellen, wenn das Pflaster den Patienten erreicht.