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Hausbesuche aus der Ferne

Analoge Signalerfassung für die Telemedizin

1. April 2015, 11:29 Uhr | von Rick Zarr

Immer mehr alte Menschen können oder wollen ihre Wohnung nicht mehr verlassen. Das bedeutet, dass Hausbesuche wieder wichtiger werden. Und die moderne Technik kann da helfen: Die Telemedizin nutzt kostengünstige, portable medizinische Überwachungssysteme in den Wohnungen der Patienten.

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von Rick Zarr, Technologe bei Texas Instruments und fokussiert auf High-Speed-Signale und den Datenpfad.

Hausbesuche sind in vielen Ländern der Erde ein Luxus. Angesichts der steigenden Kosten im Gesundheitswesen können es durchschnittliche Ärzte aus Kostengründen nicht mehr vertreten, ihre Patienten zu Hause aufzusuchen. Stattdessen sind es die Patienten, die sich auf den Weg zu einer Arztpraxis oder in ein Krankenhaus machen müssen. Aber befinden wir uns nicht im Zeitalter des Internets der Dinge, in dem selbst kleinste Geräte an das Internet angeschlossen sind? Mit genau dieser Technik ist es möglich, den Mediziner wieder zum Patienten zu bringen. Allerdings erfolgt der Hausbesuch nicht persönlich, sondern mithilfe kostengünstiger medizinischer Überwachungsgeräte in der Wohnung des Patienten.

Damit dies möglich ist, müssen zuvor einige Voraussetzungen erfüllt sein. Zum ersten müssen die Überwachungsgeräte portabel und präzise sein und eine dauerhafte Internetverbindung besitzen. Letztere lässt sich je nach Gerät drahtlos oder per Kabel herstellen. In den meisten Fällen ist außerdem ein geringer Stromverbrauch gefordert, der auch für alle anderen batteriebetriebenen Systeme entscheidend ist.

Zum zweiten müssen die Kosten, die hierdurch den Patienten (oder den Leistungserbringern) entstehen, so niedrig sein, dass sie von den meisten Menschen getragen werden können. Blutzucker-Messgeräte, EKG-Geräte, Pulsoximeter und ähnliches Equipment eignen sich in der Tat für die Fernüberwachung. Hierfür müssen die Systeme allerdings einfach anwendbar und weitgehend immun gegen Bedienungsfehler sein.

Recht unkompliziert ist die Konnektivitätskomponente, zumal diese Schnittstellen bereits als Chips oder Module verfügbar sind. Entwickler können die Geräte deshalb meist problemlos mit Übertragungsstandards wie WLAN (IEEE 802.11) ausstatten, mit denen sich eine direkte Internetverbindung herstellen lässt. Eine solche dauerhafte Anbindung an das Internet ist einer nur bei Bedarf aufgebauten Verbindung überlegen, da Wearable-Überwachungsgeräte dann in regelmäßigen Intervallen abgefragt werden können, um Trends zu ermitteln. Abnormale Messwerte können außerdem einen Alarm auslösen, da sie Vorzeichen einer ernsten gesundheitlichen Störung sein können.

Genauigkeit der Daten

Entwickler von medizinischen Geräten für den Privatgebrauch können die Komplexität der Benutzeroberfläche großenteils applikationsseitig – also für die Bedienung durch den Arzt beziehungsweise Leistungserbringer – implementieren. Damit die Geräte einen Nutzen haben, müssen die von ihnen gelieferten Messwerte aber dennoch exakt sein. Ist die Qualität der Daten infolge eines mangelhaften Designs unzureichend, so stellt dies das gesamte Konzept der Fernüberwachung infrage. Ein Arzt muss darauf vertrauen können, dass die Daten und die aus ihnen abgeleiteten Trends im Rahmen der Messgenauigkeit korrekt sind. Anders ausgedrückt, sollten die Daten so gut sein wie die Messungen der professionellen Geräte in der Arztpraxis.

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Pulsoximeter zum Beispiel basieren auf dem Prinzip der Absorption von Licht zweier verschiedener Wellenlängen durch arterielles Blut. Das System muss zu diesem Zweck zwei LEDs (eine rote und eine Infrarot-LED) so ansteuern, dass der Empfangskanal zwischen dem Nutzsignal und dem Umgebungslicht unterscheiden kann. Der Empfänger nutzt eine Fotodiode und erfordert einen Transimpedanzverstärker, Verstärkerstufen, Filter und einen präzisen A/D-Wandler mit sehr großem Dynamikbereich. Alle diese Komponenten zusammen benötigen aber viel Platz und sind teuer.

Um kleine vernetzte Geräte bauen zu können, die der Patienten einfach bedienen kann und kosteneffektiv sind, bedarf es eines hohen Integrationsgrads. Ein gutes Beispiel ist das integrierte Analog-Front-End »AFE4490« von Texas Instruments, das für Herzfrequenzmonitore und Pulsoximeter vorgesehen ist und die gesamte Front-End-Stufe für die analoge Signalerfassung in einem 6 mm x 6 mm großen Baustein zusammenfasst (Bild 1).

In Kombination mit einem Mikrocontroller und einer Netzwerkanbindung kann dieser Baustein die Grundlage für ein am Körper tragbares Pulsoximeter sein, das den Patienten fortlaufend überwacht und den Sauerstoffgehalt des Bluts und die Herzfrequenz meldet. Die Konnektivität kann beispielsweise per Bluetooth Low Energy (BLE) zu einem Mobiltelefon hergestellt werden, das seinerseits die Informationen an einen entfernten Server weiterleitet. Andere Übertragungswege wären ein WLAN-Router oder ein LTE-Modul.