Fraunhofer-Gesellschaften

Forschung für die digitale Transformation der Medizintechnik

| Redakteur: Peter Reinhardt

Wichtige Voraussetzung für smarte Medizinelektronik wie z.B. Wearables: Das Fraunhofer IZM hat einen mechanisch flexiblen Batteriestreifen aus segmentierten Mikrobatterien entwickelt, der auch anspruchsvolle Elektronik mit Energie versorgen kann.
Wichtige Voraussetzung für smarte Medizinelektronik wie z.B. Wearables: Das Fraunhofer IZM hat einen mechanisch flexiblen Batteriestreifen aus segmentierten Mikrobatterien entwickelt, der auch anspruchsvolle Elektronik mit Energie versorgen kann. (Bild: Fraunhofer IZM)

Bei der angewandten Forschung für die digitale Transformation in der Medizintechnik sind die Fraunhofer-Gesellschaften ganz vorne mit dabei. Quer durchs Land verteilt liefern unterschiedlich spezialisierte Institute wichtige Erkenntnisse, um Vitalparameter direkt am Patienten smart zu erfassen.

  • Förderung angewandter Forschung
  • Gesundheits- und Pflegedaten von Demenzpatienten automatisiert messen
  • Prototyp flexibler Batterien

Die Lage ist stabil: In der Medizintechnik bestimmen altbekannte Trends die Entwicklung, die da lauten Digitalisierung, Miniaturisierung oder Effizienzsteigerung. Dementsprechend werden medizintechnische Produkte immer kleiner und kompakter, ohne dadurch an Leistungsfähigkeit zu verlieren. Dank additiver Fertigung verlieren sie zudem beispielsweise an Gewicht oder lassen sich wirtschaftlicher produzieren. Sensoren wiederum erfassen Vitaldaten direkt am Patienten und übermitteln sie drahtlos an Analysegeräte, wo sie umgehend ausgewertet werden.

Am Puls des Fortschritts

Diese Fortschritte wiederum basieren auf der Entwicklung neuer Technologien oder der Verbesserung bereits bestehender. Dabei nehmen Fraunhofer Institute immer wieder eine führende Rolle ein, gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung, wie aktuelle Beispiele zeigen.

Ein modulares Mess-Armband soll die Gesundheits- und Pflegedaten eines Demenzpatienten automatisiert mit unauffälligen Sensoren messen, darunter Herzfrequenz, Körpertemperatur, aber auch die Herzratenvariabilität und Hautwiderstand.
Ein modulares Mess-Armband soll die Gesundheits- und Pflegedaten eines Demenzpatienten automatisiert mit unauffälligen Sensoren messen, darunter Herzfrequenz, Körpertemperatur, aber auch die Herzratenvariabilität und Hautwiderstand. (Bild: Fraunhofer IZM/Volker Mai)

So soll etwa ein modulares Mess-Armband im Kleinformat eine individuelle Demenz-Therapie ermöglichen. Die Betreuung demenzkranker Menschen fordert Angehörige und Pflegepersonal enorm heraus, zumal wichtige Gesundheitsdaten meist unstrukturiert und nicht zum richtigen Zeitpunkt vorliegen. Künftig soll ein erweiterbares Mess- und Beratungssystem, das Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM gemeinsam mit Partnern entwickeln, die Gesundheits- und Pflegedaten des Demenzpatienten automatisiert mit unauffälligen Sensoren messen, darunter Herzfrequenz, Körpertemperatur, aber auch die Herzratenvariabilität und Hautwiderstand – die Grundlage für eine individuelle, tagesformbasierte Therapie.

Wearables brauchen flexible Akkus

Systeme, die wie das Mess-Armband am Körper getragen werden und mittels Sensoren hautnah Messdaten einsammeln, werden als Wearables bezeichnet. Eine wichtige Voraussetzung für ihre Entwicklung: flexible Batterien. Hier hat das Fraunhofer IZM den Prototyp eines intelligenten Armbands aus Silikon vorgestellt, das drei Batterien mit einer Kapazität von 300 mAh besitzt, die eine Energie von 1,1 Wh speichern und über eine Selbstentladung unter 3 % pro Jahr verfügen. Damit kann es auch anspruchsvolle tragbare Elektronik mit Energie versorgen.

Sensor fürs Auge

Ins Auge geht eine andere Innovation: Das neue Sensorsystem Eyemate, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg und dem Unternehmen Implandata Ophthalmic Products GmbH (IOP) aus Hannover, wird Patienten mit der Augenkrankheit Grüner Star direkt ins Auge implantiert. So können sie den Augeninnendruck sowie die Temperatur berührungslos messen. Die Werte werden mit einem Handlesegerät, das der Patient einfach vor sein Auge hält, erfasst, digitalisiert und wiedergegeben. Die behandelnden Ärzte erhalten dadurch eine um ein Vielfaches höhere Datenbasis zum Erstellen der richtigen Therapie.

Lyphknoten genau lokalisieren

Noch etwas fürs Auge: Das AR-System (Augmented Reality) 3D-Arile unterstützt Ärzte mit Hilfe einer Datenbrille dabei, bei Operationen die Position von Lymphknoten zu erkennen. Bösartige Tumore bilden oftmals Metastasen, die sich über das Lymphknotensystem im ganzen Körper ausbreiten. Die genaue Lage solcher Knoten bestimmen zu können, um sie anschließend komplett zu entfernen, verlangt von Ärzten viel operatives Geschick.

Die exakte Position eines Lymphknotens wird dem Arzt während der Operation über eine Augmented-Reality-Brille eingeblendet.
Die exakte Position eines Lymphknotens wird dem Arzt während der Operation über eine Augmented-Reality-Brille eingeblendet. (Bild: Fraunhofer IGD)

Die am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD entwickelte Navigationshilfe besteht aus einer Navigationssoftware, Nahinfrarotkameras (NIR) und dem Fluoreszenzfarbstoff Indocyaningrün (ICG). Das ICG wird dem Patienten gespritzt, wo es sich über die Lymphbahnen verteilt. Das Infrarotlicht regt das ICG zur Fluoreszenz an, was die NIR-Kameras erfassen. Die Software rekonstruiert dann die Lymphknoten in 3D und blendet deren Position in Echtzeit ortsgenau in der Datenbrille ein.

AR-Video aus dem OP: 3D-Informationen im direkten Blickfeld

Eine eher klebrige Angelegenheit: das intelligente Pflaster. Gemeinsam mit dem Schweizer Sensorhersteller Xsensio will das Fraunhofer IZM ein Pflaster entwickeln, das den Schweiß des Trägers ohne Zeitverzögerung messen und analysieren kann, was Aussagen über den Gesundheitszustand des Trägers geben soll. Das Fraunhofer IZM entwickelt dabei das Aufbaukonzept und die Energieversorgung der schweißmessenden Sensoren. Bei der Materialwahl wird berücksichtigt, dass die verwendeten Materialien günstig und leicht entsorgbar sein müssen – schließlich sind Pflaster Wegwerfprodukte.

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Dieser Artikel ist zuerst erschienen im Themenkanal Medizintechnik auf unserem Schwesterportal www.konstruktionspraxis.vogel.de.

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