Fachbuch für Medizintechnik-Entwickler

Genau erklärt: Elektronik für Smart Health-Applikationen

15. Mai 2025, 11:02 Uhr | Ute Häußler
© Componeers

Klaus Dembowskis Analysen aktueller Entwicklungsverfahren und Elektronikbausteine bieten Ingenieuren seit Jahren verläßlich Orientierung, nicht nur in der Medizintechnik. Sein Buch zu Smart Health offeriert erneut eine detaillierte, technisch-praktische Standortbestimmung für Medtech-Entwickler.

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Noch nie war die Verbindung von Elektronik und Medizin so eng wie heute. Die Digitalisierung ist dabei nicht nur ein Trend, sondern der Motor, der die Entwicklung innovativer elektronischer Systeme für die Gesundheit antreibt. Klaus Dembowskis »Elektronik für die Entwicklung von Smart Health-Applikationen« soll in diesem Kontext als praxisnaher Leitfaden für Entwickler dienen.

Für Ingenieure an der Schnittstelle zwischen Elektronikentwicklung und klinischer Anwendung adressiert das Buch die technischen Grundlagen moderner »Health Devices«, von Wearables bis zu medizinischen Chipsystemen, und bietet dabei eine systematische Aufarbeitung aktueller Technologien, deren physikalische Limitationen sowie Strategien für deren Implementierung.

Medizinische Messverfahren im Fokus

Dembowski strukturiert seine Handreichung für den Entwickleralltag entlang zentraler biomedizinischer Messprinzipien: Die Grundlagen medizinischer Verfahren wie Photoplethysmographie (PPG), Elektrokardiographie (EKG), Elektroenzephalographie (EEG) und Blutdruckmessung bilden das Fundament. Besonders hervorzuheben ist die kritische Auseinandersetzung mit den physikalischen Grenzen dieser Methoden.

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Dembowski Smart Health Medizinelektronik Medizintechnik Entwicklung Texas Analog PPG Blutdruck Wearables
Die Abbildung einer Analogschaltung für ein Pulsoximeter bei Dembowski.
© Componeers / Dembowski

Im Kapitel Signalverarbeitung diskutiert der Autor detailliert, wie Rauscheinflüsse bei PPG-Messungen, z.B. durch Bewegungsartefakte oder EMV-Störungen, die Datenqualität kompromittieren können – ein zentrales Problem für Wearable-Entwickler. Zur sofortigen Orientierung wird im folgenden Kapitel erläutert, wie Störungen und Artfakte u.a. über die Microcontroller-Firmware aus dem Signal eliminiert oder zumindest minimiert werden können.

Low-Power-Design und Integrationsstrategien

Für Entwickler besonders hilfreich: Dembowski beschreibt und vergleicht durch das gesamte Buch hinweg die Mikrocontroller, Komponenten und Pheripherals sowie Entwicklungskits verschiedener Hersteller hinsichtlich ihres Leistungsprofils. Die Integration von gängigen Medical Chips wie TIs MSP430 oder ARM Cortex-M diverser Hersteller in kompakte Designs wird detailliert anhand aller Eigenschaften beschrieben und mit Anekdoten angereichert - z.B. dass der TI-Chip für die elektronische Erfassung von Heizkosten entwickelt wurde und sich nun perfekt für Smart Health eignet.

Dembowski Smart Health Medizinelektronik Medizintechnik Entwicklung Texas Analog PPG Blutdruck Wearables
Klaus Dembowski ist Diplom-Ingenieur, Elektronikentwickler und Wissenschaftler mit Schwerpunkt auf Low Power Embedded Systems, Wireless Applications und Medizinelektronik. Der studierte Nachrichtentechniker gilt mit seiner jahrzehntelangen Erfahrung als Koryphäe in der Entwicklung von Hardware und Software für Mikrosysteme, insbesondere auch für die Medizintechnik.
© privat

Im Kapitel zu RFID- und Funksystemen beschreibt Dembowski die elektrischen Grundlagen der Verfahren (BLE, ZigBee, Thread, Matter), Transponder und Funkelektroden sowie deren Eignung für die medizinische Datenübertragung. So werden in jeweils eigenen Kapiteln sowohl Transponder für intelligente Implantate wie auch die Programmierung und Darstellung eines Funkmoduls inklu-sive Biosignalverstärker als Einbindung in eine Android-App detailliert aufgeschlüsselt.

Handreichung: Entwicklungskits und Rapid Prototyping

Besonderen Praxiswert bietet das eigene Kapitel zu PPG-Frontends mit einer übersichtlichen Vergleichstabelle über verschiedene Hersteller. Dembowski bewertet diese anhand von Kriterien wie integrierten Analogfrontends (AFE), SDK-Unterstützung und geht dabei einzeln auf die Einstellungen, das Zubehör und die jeweilige Inbetriebnahme ein. Als praktische Beispiele dienen die Messung des Hautwiderstands, PPG-Messungen oder die EKG-Aufzeichnung. Ein Schritt-für-Schritt-Tutorial zur Impedanzmessung mit dem MAX86178 EVS zeigt den Weg zu einer aussagekräftigen BioZ-Messung. Auch die Soft- und Firmwareaspekte werden mit ihren Fallstricken besprochen.

Dembowski Smart Health Medizinelektronik Medizintechnik Entwicklung Texas Analog PPG Blutdruck Wearables
Blockschaltbild für ein Blutdruckmessgerät mit PPT-Verfahren für Messung von Puls, Sauerstoffsättigung, EKG und Blutdruck.
© Componeers / Dembowski

Technische Tiefe für Applikationen in der Praxis

Dembowski deckt die elektronischen Aspekte mustergültig ab; viele Abbildungen, Prozessbilder, Formeln und Schaltpläne sowie Tabellen geben einen umfassenden Einblick die aktuellen technischen Grundlagen und Herausforderungen der Medizinelektronik für Smart-Health-Applikationen und deren Komponenten in Hard- und Software. Im Kapitel »Applikationen« werden zu guter Letzt detailliert Anwendungen und konkrete Schaltungen erläutert: für ein Pulsoximeter, ein Low-Power-EKG-System, eine EKG-App sowie ein Blutdruckmessgerät im PPT-Verfahren.

Für Medizintechnikentwickler, die in die elektronische Hardware-Entwicklung von Smart Health-Geräten einsteigen, setzt Dembowskis Paperback einen Goldstandard. Das Buch liefert eine technologische Basis für zuverlässige, kosteneffiziente Medizingeräte der nächsten Generation, inklusive den aktuellen Halbleiterkomponenten und deren Aufbau und Handhabung.

Springer Vieweg Verlag, 2024, 276 Seiten, 39,99 Euro


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