Völlig kabellos
Drahtlose Überwachung von Patienten
Auf EKG oder PPG basierende tragbare Patientenmonitore haben es in den vergangenen Jahren zu immer größerer Beliebtheit gebracht. Sie steigern nicht nur den Komfort für den Patienten, sondern können auch dabei helfen, Kosten im Gesundheitswesen zu reduzieren.
Bei konventionellen EKG-Geräten wird ein Koppelgel auf die Messelektroden aufgetragen, die außerdem von einer fachlich geschulten Person korrekt am Körper des Patienten angebracht werden müssen. Einige Patienten entwickeln jedoch allergische Reaktionen, wenn die Elektroden im Zuge einer längeren ambulanten Überwachung eingesetzt werden. Darüber hinaus trocknet das Gel mit der Zeit, was die Signalqualität und die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Deshalb ist in den letzten Jahren das Interesse am Einsatz trockener oder gelfreier Elektroden für längere physiologische Überwachungen gestiegen.
Das spiegelt sich auch im Wearable-Markt wieder. Insbesondere Monitore verzeichnen dort ein rapides Wachstum, was auch das gestiegene Gesundheitsbewusstsein und die Einführung verbesserter Überwachungsdienste zurückzuführen ist. Von besonderer Bedeutung sind dabei IoT-Anwendungen zur Verfolgung von Vitalzeichen mithilfe von Apps. Die Datenübertragung an einen Arzt oder einen Gesundheitsdienstleister erfolgt dabei über die Cloud. Im Verbund mit maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz dürfte dieses Konzept dem Fitness-Tracking und der Gesundheitsüberwachung eine neue Dimension erschließen, indem ein Beitrag zu vorausschauenden Analysen (und damit auch zu vorausschauender Versorgung) geleistet wird. Davon profitiert nicht nur die Gesundheit selbst, sondern auch die Gesundheitskosten sinken.
Wohin mit LED und Diode?
Beim PPG-Verfahren werden optische Messungen des Volumens eines Organs vorgenommen, um die Sauerstoffsättigung des Bluts (SpO2) zu schätzen. Man unterscheidet hier zwischen zwei optischen Anordnungen: reflektive und der transmissive Messung. Bei der transmissiven Technik erfolgt die Messung mithilfe eines Fingersensors. Dieser besitzt auf der einen Seite eine LED, die Licht durch den Finger schickt, während sich auf der anderen Seite eine Photodiode befindet, die das Licht auffängt, sodass sich der Absorptionsgrad messen lässt. Der Fingersensor übt einen gewissen Druck auf den Finger aus, was für manche Patienten auf Dauer unangenehm ist.
Bei der reflektiven Anordnung befinden sich LED und Photodiode auf derselben Seite. Hier fängt die Photodiode das von verschiedenen tiefen Gewebeschichten reflektierte Licht auf, ohne dass ein Fingersensor nötig ist. Die Technik begegnet uns längst im Alltag, zum Beispiel bei Uhren mit EKG-Funktion.
| Single-Chip Bio-Sensing Front End AFE4900 |
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Für die synchronisierte EKG- und PPG-Messung hat Texas Instruments das Single-Chip Bio-Sensing Front End AFE4900 entwickelt. Der Baustein enthält flexible LED-Treiber sowie vollständige Empfängerketten für die Photodioden. Er kommuniziert per Serial Peripheral Interface (SPI) (oder I2C) mit dem SimpleLink Bluetooth Low Energy Wireless Mikrocontroller CC2640R2F, der über einen integrierten Arm Cortex-M3-Core und einen 2,4-GHz-Funktransceiver verfügt. Das Design unterstützt die leitungsgebundene Datenerfassung über eine JTAG-Verbindung sowie die drahtlose Datenerfassung per Bluetooth 5. Werden EKG und PPG synchronisiert gemessen, wird die Zeitdifferenz zwischen der R-Zacke (diese ist meist der stärkste Ausschlag) und dem Eintreffen der PPG-Welle als Pulse Transit Time (PTT) bezeichnet. Der Baustein liefert synchronisierte Rohdaten, aus denen die Herzfrequenz, den SpO2-Wert und die PTT berechnet werden können. Dank des integrierten FIFO-Speichers kann der Mikrocontroller im Sleep-Modus verbleiben, was die Batterielebensdauer zu verlängert. Der eingebaute Gleichspannungswandler trägt laut Hersteller zur Effizienzsteigerung des gesamten Systems und zur Verlängerung der Batterielebensdauer bei. Ein eingebauter Algorithmus erkennt, wenn sich die Lebensdauer der Batterie dem Ende nähert, und helfe damit den Bauteileaufwand von Wearable-Applikationen zu reduzieren. Das Design kommt mit einer Knopfzelle des Typs CR3032 (3 V, 500 mA) aus und erreicht damit nach Angaben des Herstellers 100 Stunden Dauerbetrieb sowie eine Batterielebensdauer von 30 Tagen. Das Referenzdesign wurde für die Medizin, persönliche Gesundheits-Anwendungen und Fitness-Applikationen entwickelt. Es enthält die Designanleitung, den Schaltplan, das Layout und eine Stückliste, um eine zügige Evaluierung zu ermöglichen und die Produktentwicklung zu beschleunigen. Es ermöglicht Echtzeitüberwachungs- und Datenaufzeichnungs-Funktionen und soll abei helfen,die verschiedenen Konfigurationen zu verbessern. (me) |
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