Stromversorgung in Medizingeräten
Batterien für mehr Gesundheit
Ohne eine stromsparende Energieversorgung geht in modernen Medizingeräten fast gar nichts. Quecksilberfreie Silberoxidbatterien sind für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet und liefern zudem eine hohe Leistung für den Einsatz in Medizinegräten.
Die aufkommende P4-Medizin nutzt bereits jetzt die komplette Technologiepalette, um äußerst umfangreiche Gesundheitsdaten von sehr großen Patientenkohorten zu erfassen und zu analysieren. Die daraus aufgedeckten Muster und Trends lassen sich anschließend in Algorithmen und folgend in Medizingeräten nutzen. Als beispielsweise Apple herausfinden wollte, wie sich seine Smartwatch zum Erkennen von Vorhofflimmern nutzen lässt, konnte das Unternehmen eine Kohorte von über 400.000 Menschen für die Studie rekrutieren.
Wearables liefern Gesundheitsdaten
Smartphones entwickeln sich zunehmend auch zu einer Plattform für Gesundheitsdaten und haben über die Medizingeräte-Branche hinaus die Erwartung auf ein deutlich umfassenderes und komfortableres Gesundheitsmanagement geweckt. Dazu ein Beispiel: Während man sich für eine Ultraschalluntersuchung bisher in ein Krankenhaus begeben musste, kann inzwischen eine fachlich geschulte Person mit einem Ultraschallkopf zum Patienten nach Hause kommen und das Smartphone dabei als Display nutzen. Auch die Smartwatches selbst werden mit immer mehr Gesundheitsüberwachungs-Funktionen ausgestattet. Wurden zunächst nur die Pulsfrequenz und die Sauerstoffsättigung des Blutes überwacht, sind seit Kurzem ein EKG (mit einer Ableitung) und eine Temperaturerfassung möglich und auch der Blutdruck läßt sich über Schwankungen des Blutflusses bereits am Handgelenk messen. Menschen mit Diabetes profitieren von der kontinuierlichen Überwachung ihres Blutzuckerspiegels. Hierfür muss derzeit lediglich ein kleiner Sensor auf die Haut appliziert und das Mobiltelefon zum Auswerten und Ausgeben der Daten verwendet werden.
| Exklusiv-Interview zum Potenzial der Vitaldatenmessung am Handgelenk |
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»Riesig, wenn Consumer-Elektronik auf Medizintechnik trifft« |
Insulinpumpen, elektronische Thermometer, Hörgeräte, Schmerzlinderungs-Systeme, medizinische Warnsysteme und Tablettendispenser sind heute Alltag. In den nächsten fünf bis zehn Jahren wird es immer komplexere Medizingeräte als Wearable-Ausführung geben; dazu kommen smarte Inhalationsgeräte, die die Medikamentennutzung tracken, smarte Pillen, die die Bedingungen im Körper erfassen und melden sowie eine ausgefeilte Telemedizin, mit der Diagnosen und Konsultationen von zu Hause aus normal werden.
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Technologie und Bedarf treiben MedTech-Umsätze |
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Die Technologie-Evolution korreliert mit einem steigenden Bedarf – die Medizintechnik ist laut dem europäischen Handelsverband MedTech Europe ein wertvoller und hochgradig innovativer Markt. Der Marktreport Facts and Figures bescheinigt dem europäischen Medizintechnik-Markt 2022 ein Volumen von 150 Milliarden US-Dollar und besagt ferner, dass auf Europa 27,3 Prozent des weltweiten Medizingeräte-Markts entfallen. Damit ist Europa nach den USA der zweitgrößte Medizingeräte-Markt weltweit. Zu den großen Exportmärkten für europäische Medizingeräte gehören die USA, China und Japan. Der Medizingeräte-Sektor zählt auch zu den innovativsten der Welt. Laut dem Patentindex des Europäischen Patentamts wurden 2021 mehr als 15.300 Patentanträge für Medizintechnik gestellt. Was die Zahl der Patenanträge betrifft, rangiert der MedTech-Sektor damit nur hinter dem Sektor für digitale Kommunikation – aber vor der Computertechnik, elektrischen Maschinen, dem Transportsektor, der Messtechnik und sogar der Pharmazie und der Biotechnologie. Zusätzlich untermauert wird die medizintechnische Innovativität durch die Facts and Figures-Schätzung, dass aktuelle Medizintechnik-Produkte nur noch einen Lebenszyklus von 18 bis 24 Monaten haben, bevor das nächste Upgrade kommt. |
Batterien für medizinische Innovation
Medizingeräte werden mit der Technologie-Evolution immer komplexer und beinhalten einen immer größeren Umfang an eingebauter Signalverarbeitung, Machine Learning und allgemeiner Rechenleistung; zudem benötigen sie ausgefeiltere mechatronische Systeme. Für den Betrieb dieser Geräte sind somit immer leistungsfähigere Batterien erforderlich. Benötigt werden zudem Batterien, die die strikten Sicherheitsvorschriften der weltweiten Regulierungsbehörden erfüllen und bei denen die Fertigungsqualität und die Produkt-Rückverfolgbarkeit garantiert sind.
Quecksilberfreie Silberoxidbatterien sind eine gute Option für den Einsatz in Medizingeräten. So hat der japanische Hersteller Murata seit 2005 eine ganze MedTech-Palette entwickelt, die den wachsenden Anforderungen gerecht wird. Alle Batterien werden in eigenen Fabriken in Japan hergestellt und sind so konstruiert, dass sie die von Medizingeräten benötigte Leistungsfähigkeit bieten. Dazu gehört neben der hohen Energiedichte auch die Fähigkeit, bei Bedarf kurze, hohe Stromimpulse zu liefern, um etwa mechatronische Geräte anzutreiben.
Quecksilberfreie Silberoxidbatterien
Die Silberoxid-Knopfzelle SR927R gehört zu einer Familie von Batterien, die bei gleichen Abmessungen höhere Energiedichten bieten als viele andere Zellen. Sie können überdies bei Bedarfsspitzen höhere Ströme liefern, und ihre Ausgangsspannung bleibt länger auf einem nutzbaren Niveau als bei Standardprodukten mit vergleichbaren Abmessungen.
Die Zelle des Typs SR927R ist eine 45-mAh-Batterie mit einer Nennspannung von 1,55 V und einer Reihe nützlicher Eigenschaften, von denen Medizingeräte-Designer profitieren können. Die beiden Grafiken verdeutlichen diese Merkmale. Bild 1 zeigt, dass die High-Drain-Batterie (SR927R) von Murata bei einem konstant hohen Drainstrom von 50 mA mehr nutzbare Energie abgeben kann als die Standardausführung (SR927), da die Ausgangsspannung über einen größeren Teil der Entladekurve hinweg mindestens 1 V beträgt.
Bild 2 veranschaulicht diesen Vorteil auf etwas andere Weise, indem sie den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung bei der Versorgung einer Standardlast wiedergibt. Man muss sich diese Eigenschaft aus Sicht des Endanwenders vorstellen: Wenn die Leerlaufspannung von 1,55 V etwa 300 Stunden erhalten bleibt (erster Knick in der Kurve der obigen Grafik), so kann ein Gerät, das eine Spannung von 1,4 V benötigt, mindestens zwölf Tage in Betrieb sein, bevor ein Eingriff seitens des Benutzers notwendig ist. Würde man die Zelle des Typs Murata SR927R bei noch moderneren elektronischen Geräten verwenden, die auch mit weniger als 1,4 V auskommen, würde sich die Zweckmäßigkeit sogar noch weiter verbessern.
Die Zelle vom Typ SR44R hat die gleiche Nennspannung von 1,55 V wie die SR927R, besitzt aber eine wesentlich größere Energiespeicherkapazität von 150 mAh. Ihr maximaler Entladestrom an einer Standardlast von 4,7 kΩ beträgt 120 mA und kann bei einer Ausgangsspannung von über 1,2 V bis zu 100 ms andauern. Wie Bild 3 verdeutlicht, ist der Pulsentladestrom hier nahezu dreimal so hoch wie bei den Standardbatterien vom Typ SR44.
Bild 4 zeigt außerdem, dass die SR44R einen größeren Teil der gespeicherten Energie unter hohem Laststrom bei brauchbaren Betriebsspannungen abgeben kann als die Standardausführung.
Ohne Batterien keine moderne Medizintechnik
Zusammen mit der Nachfrage nach fortschrittlicherer medizinischer Versorgung wächst auch der Bedarf an anspruchsvolleren Medizingeräten. Diese Geräte werden mehr Sensorik- und Analysefunktionen enthalten und in der Regel mit cloudbasierten Analysediensten und Healthcare-Providern kommunizieren. All diese Funktionalität muss auch aus Batterien gespeist werden, die für Healthcare-Technologien optimiert sind und von verantwortungsbewussten Herstellern in Fabriken gefertigt werden, die den immer strengeren Sicherheits- und sonstigen Vorschriften, die der MedTech-Industrie auferlegt sind, genügen. (uh)
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