Medizinische Elektronik ICs erschließen neue Anwendungen

Einige der medizintechnischen Geräte, die bislang nur in Kliniken oder in der Arztpraxis verfügbar waren, konnten in den letzten Jahren so weit verkleinert werden, dass sie von einem größeren Anwenderkreis genutzt werden können. Möglich wird diese Entwicklung durch ICs, die speziell auf Anwendungen wie die Aufnahme von EKG-Signalen oder Ultraschall- Bildern konzipiert wurden.

Das Marktforschungsunternehmen databeans hat unter dem Titel „2011 Medical Semiconductors“ eine Studie herausgebracht, die den Versuch unternimmt, die aktuellen Trends des komplexen Markts der Medizinelektronik herauszuarbeiten. Einerseits steigt die Nachfrage nach Geräten, deren Spektrum von der Überwachung der wichtigen Lebensparameter über die Bereitstellung neuer Werkzeuge für Diagnose und Therapie bis hin zu Gerätschaften für die Vereinfachung der Lebensführung reicht. Andererseits müssen die Hersteller auf dem Weg von der Entwicklung bis zum Produkt regulatorische Anforderungen erfüllen, insbesondere dann, wenn sie ihre Entwicklungen global vermarkten wollen.

Der Gesamtmarkt der Halbleiter für die medizinische Elektronik wächst nach der Prognose der databeans-Markforscher in diesem Jahr gegenüber 2010 um zwölf Prozent auf insgesamt 156 Mrd. Dollar. In den nächsten Jahren soll das mittlere jährliche Wachstum immerhin noch neun Prozent betragen.

Der Markt kann in drei Segmente aufgeteilt werden:

  • Medizinische Geräte für die Behandlung in der Klinik. In diesem Segment wird ein Umsatz von 100 Mrd. Dollar erzielt und damit 70 Prozent am Gesamtmarkt erreicht.
  • Bildgebende Geräte liegen mit einem Umsatz von 27,9 Mrd. Dollar an zweiter Stelle der Rangliste (Bild 1).
  • Geräte für Überwachung und Therapie für den privaten Bereich. Diese erreichen 2011 einen Umsatz von 19,1 Mrd. Dollar. Allerdings wächst dieses Marktsegment am stärksten, der Prognose der Marktforscher nach jährlich um 11 Prozent .

Der Trend zu höherer Integration

Eine der wesentlichen Anforderungen an die Schaltkreise in der Medizinelektronik besteht darin, dass sehr kleine Signale, die von einem Sensor aufgenommen werden, analysiert werde müssen. Dafür nutzen die Entwickler häufig einen „Mixed Signal“-Chip, auf dem Operationsverstärker, hochauflösende A/D- und D/A-Umsetzer, analoge Komparatoren und Referenzspannungsquellen zusammen mit einem Mikrocontroller integriert sind.

Zwar lassen sich analoge Schaltungen auch außerhalb des Mikrocontrollers aufbauen, aber deren Integration auf dem Chip bietet erhebliche Kostenvorteile. Zudem bietet die Integration die Möglichkeit, so genannte Bandabstand-Referenzspannungsquellen „in situ“ zu realisieren, sie erleichtert auch die Verstärkung von Sensor-Signalen mit niedrigem Pegel, die in der realen Welt der Medizinelektronik gang und gäbe sind.

Der wohl wichtigste Trend der Medizinelektronik in den nächsten fünf Jahren wird in einer starken Zunahme der tragbaren Geräte bestehen. Die Integration aller erforderlichen Schaltkreise auf einem IC ist hierfür die wichtigste Voraussetzung. In den letzten Jahren sind einige integrierte Vorstufen (Front-ends) neu auf den Markt gekommen, die speziell für medizinische Anwendungen entwickelt wurden. Tragbare medizinische Geräte können zudem in höheren Stückzahlen abgesetzt werden als die Geräte im Traggestell oder für den Labortisch. Das Marktforschungsunternehmen databeans schätzt für das Jahr 2011 das Marktvolumen für anwendungsspezifische analoge Komponenten einschließlich der analogen „Front-end“-ICs auf 294 Mio. Dollar.

Ein allgemeiner Trend ist, dass die Bevölkerung in den Industriegesellschaften immer älter wird. Für die Anpassung an eine dramatische Verschiebung der Alterspyramide müssen auch entscheidende Veränderungen bei den Medizingerätschaften vorgenommen werden. Hier geht es darum, neue Therapien zu ermöglichen und neue diagnostische Möglichkeiten zu eröffnen. Dazu bedarf es neuer Hardware- und Software-Plattformen, die von der allgemeinen Bevölkerung genutzt und bedient werden können, so dass Untersuchungen und Behandlungen, die sonst nur in der Klinik vorgenommen werden konnten, nunmehr auch im häuslichen Bereich möglich werden. Insbesondere besteht eine erhöhte Nachfrage nach Geräten für die Vorsorge zu Hause, mit denen die Kosten für medizinische Behandlungen gesenkt werden können.

Beispiele für häufige Geräte dieser Art sind Messgeräte für Blutdruck, Blutzuckerspiegel und Puls, die dem behandelnden Arzt etwaige Probleme aufzeigen können. Solche Geräte reduzieren zudem den Bedarf für kostspielige Besuche von Arztpraxen und Kliniken. Das Marktvolumen für Halbleiterbauelemente, die in medizinischen Geräten für die Anwendung in Haus und Wohnung verwendet werden, beziffern die Marktforscher von databeans für das Jahr 2011 auf 894 Mio. Dollar.