Medizin Wearables

Wearables in der Medizin

Mit der Entwicklung des IoT können Wearables bei einem Patienten physiologische Daten, wie z. B. Blutsauerstoff, Herzfrequenz, Sättigung, Atemfrequenz und Temperatur überwachen.

Anfangs waren sie vor allem im Fitnessbereich beliebt, doch während der Pandemie wurden Wearables zu einem wichtigen Mittel im Kampf gegen Covid-19. Daher interessiert sich die Medizin zunehmend für die Wearable Technologie, die es Ärzten ermöglicht, Patienten für eine bestimmte Zeit auch außerhalb des Krankenhauses auf verschiedene Krankheiten hin zu überwachen. Sie spielen heute eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung und Kontrolle vieler Krankheiten, darunter Diabetes, Bluthochdruck und Schlafapnoe, sowie bei neurokognitiven Störungen wie Parkinson und Alzheimer.

Wearables verbessern die Kommunikation zwischen dem Patienten und dem Arzt, der sich bei der Analyse des Patienten bisher nur auf die Krankenakte und die Krankengeschichte stützen musste. Ärzte und andere Gesundheitsdienstleister können die umfangreichen Gesundheitsdaten nutzen, um frühzeitige Diagnosen zu stellen, Patienten aus der Ferne zu überwachen und die Einhaltung von Medikamenten zu gewährleisten.

Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen: Die Technologie hinter Wearables

Die neuesten Wearables werden von SoCs (System-on-a-Chip), SiPs (System-in-a-Package) und den Algorithmen des maschinellen Lernens (ML) angetrieben, die bei der Konstruktion der komplexesten medizinischen Wearables helfen. Dank der Datenverarbeitung in Edge-Geräten können Wearables auf zugrundeliegende Gesundheitsprobleme hinweisen und Ärzten die Informationen liefern, die sie für schnelle klinische Entscheidungen benötigen.

Komponenten in der Wearable-Technologie

Intelligente Wearables nutzen eine Vielzahl von Technologien, wie z. B. Sensortechnologie, Displaytechnologie, Chiptechnologie, drahtlose Kommunikationstechnologie, Datenberechnungs- und -verarbeitungstechnologie, Stromverbrauchstechnologie, Dateninteraktionstechnologie, usw.

Da Wearables am Körper getragen werden, müssen die Systeme so robust und anpassungsfähig sein, dass sie entweder abgelegt oder notfalls auch in Kleidung und Accessoires mitgewaschen werden können.

Daher ist die Sensorintegration, Miniaturisierung und Multifunktionalität sehr wichtig. Einige der häufig verwendeten Komponenten im Design von Wearables sind:

Sensoren

Sensoren befinden sich vor allem in Wearables, die Daten über die Aktivität und physiologische Verfassung geben. Durch die Messung von Vitalwerten wie Blutsauerstoffgehalt, Körpertemperatur und Herzfrequenz erhält der Nutzer einen klaren Überblick über seine allgemeine Gesundheit und Fitnessleistung.

Es werden verschiedene Sensorarten in Wearables verwendet, wie:

• Drucksensoren
• Feuchtigkeitssensoren
• Positionssensoren
• Temperatursensoren
• Piezosensoren
• Kraftsensoren

Mit der zunehmenden Verbreitung der Wearable-Technologie steigt auch die Nachfrage nach genaueren, kompakteren und zuverlässigeren Sensortechnologien. Deshalb entwickeln die Hersteller fortschrittlichere technische Lösungen.

Das polnische Medizin-Startup Warmie hat beispielsweise einen Sensor entwickelt, der mit dem nRF52810-SoC von Nordic Semiconductor betrieben wird und der es dem Gerät ermöglicht, mehrere Bereiche des Körpers zu untersuchen und Benutzer oder Ärzte über mögliche Gesundheitsprobleme zu informieren.

Auch TE Connectivity, ein weltweit führender Anbieter innovativer Sensortechnologie, stellt Sensoren für Wearables und Smartwatches her, die bereits in beliebten Armbändern, Uhren und Smartwear zu finden sind.

Schalter

Schalter steuern, wie viel elektrischer Strom durch einen Stromkreis fließt und sind daher ein wesentlicher Bestandteil in der Wearable- Technologie. Zwar können sie auch als Eingabegeräte verwendet werden, um die Funktionen eines Geräts zu steuern, jedoch werden sie häufiger zum Einschalten von Geräten verwendet.

Es ist wichtig, in der Entwurfsphase den richtigen Schalter auszuwählen, da Wearables nur eine begrenzte Fläche zur Verfügung haben. Die meisten Schalter sind taktil, können aber je nach Designanforderung auch vertikal oder schräg angebracht werden.

RND bietet kleine, tragbare Kurzhubtaster, die für Tastaturen und Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsgeräte geeignet sind. Wenn Sie nach Seitenschaltern suchen, bietet Omron DIP -Schalter an, die abwaschbar sind und sich für kleine Computer und Handheld-Geräte eignen.

Passive Komponente

Ein passives Bauteil ist ein elektronisches Gerät, das zum Betrieb elektrische Energie benötigt. Je nachdem, wie es in einem Stromkreis verwendet wird, kann das Bauteil dann die Energie abgeben, aufnehmen oder zurückhalten. Die gebräuchlichsten Arten von passiven Komponenten sind Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten.

Vishay bietet professionelle Dünnfilm-Chipfestwiderständen, die sich ideal für die meisten Bereiche der modernen Präzisionselektronik eignen, in denen Stabilität und Zuverlässigkeit wichtig sind. Sie eignen sich für Anwendungen bei Präzisionsprüf- und Messgeräten, z. B. für unkritische medizinische Geräte wie Wearables.

Halbleiter

Halbleiter sind das Gehirn von Wearables; sie interpretieren Daten von Sensoren oder anderen Eingaben und liefern ein nützliches Ergebnis. Daher ist der Wearable-Boom größtenteils auf technische Entwicklungen im Halbleitersektor zurückzuführen. Geräte wie Mikrocontroller, Dioden, Transistoren oder Zeitgeber/Zähler sind entscheidend für das ordnungsgemäße Funktionieren eingebetteter Systeme.

Die Verwendung hochempfindlicher Dioden ermöglicht zum Beispiel die biometrische Überwachung des Sauerstoffgehalts im Blut und der Herzfrequenz. Die PIN-Photodiode von Vishay ist ein flacher oberflächenmontierter Baustein (SMD) mit einem Chip, der Nahinfrarot- und sichtbares Licht mit einer Empfindlichkeitsfläche von 5,4 mm² erfassen kann.

Die Clock-Oszillatoren von IQD (Teil der Würth Elektronik eiSos Group) arbeiten mit niedrigen Spannungen und ermöglichen es Systementwicklern, Systeme mit einer gemeinsamen Versorgungsschiene zu entwickeln. Da die neuen Designs immer kleiner werden, können sie für Wearables verwendet werden.

Die Oszillatoren der Serie IQXO-691 eignen sich beispielsweise perfekt für den Einsatz in Designs, bei denen eine längere Batterielebensdauer wichtig ist, wie z. B. bei tragbaren Testgeräten, USB-Schnittstellen, WLAN und tragbaren Anwendungen.

Steckverbinder

In der Wearable-Technologie können Steckverbinder für Antennen, Sensoren, Netzgeräte, Batterieanschlüsse, Board-to-Board, Wire-to-Board und Wechselspeichergeräte verwendet werden. Sie verbinden Peripheriegeräte mit dem Hauptgerät und ermöglichen einfache Reparaturen, falls eine Komponente ausfällt.

Mit dem USB 3.1 Typ-C- Stecker von Molex profitieren Sie von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und gewährleisten dank des Mid-Plate-Steckerzungen-Designs eine hohe Haltbarkeit und vermeiden, dass der Stecker beschädigt wird. Der Stecker wurde entwickelt, um robuste und zuverlässige Leistung für Wearables, das Internet der Dinge und andere Hochgeschwindigkeits-Daten-E/A-Anwendungen zu bieten.

HF & Antennen

Die meisten modernen Wearables sind in das Internet der Dinge integriert und benötigen je nach HF-Technologie Antennen. Bei der Antenne kann es sich um eine SMD-Antenne, eine fest mit der Leiterplatte verdrahtete Antenne oder, in äußerst seltenen Fällen, um eine externe Antenne handeln.

Für jede Gerätekonfiguration gibt es verschiedene Antennen, HF- und Kommunikationsmodule, z. B. erhöhen die GPS/GNSS-Antennen die Zuverlässigkeit der drahtlosen Positionierungsverbindungen.

Stromversorgung

Außerdem benötigen die meisten Wearables einen Stromanschluss zum Aufladen des Akkus sowie einen Akkustecker, z. B. einen Knopfzellenhalter oder einen 2-Draht- oder 3-Draht-Anschluss für einen LiPo-Akku. Die meisten Wearables verwenden USB- Anschlüsse zum Aufladen, gelegentlich entwickeln die Hersteller aber auch einen eigenen, exklusiven Anschluss.

Entwicklungsboards

Aufgrund der geringen Größe gelten für Leiterplatten für Wearables Entwicklungsboards andere Standards als für herkömmliche Leiterplatten. Bei der Auswahl der richtigen Leiterplatte sind viele Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. das Material der Leiterplattenoberfläche, das HF-/Mikrowellen-Design und die HF-Übertragungsleitungen. Glücklicherweise gibt es einige Hersteller, die Platinen entwickeln, die für die Wearable-Technologie geeignet sind.

Der nRF5340 SoC von Nordic Semiconductor bietet Entwicklern von Wearables einen leistungsstarken Anwendungsprozessor sowie einen vollständig programmierbaren Netzwerkprozessor mit extrem niedrigem Stromverbrauch. Das duale Design des Prozessors macht ihn ideal für komplizierte IoT-Anwendungen wie Geräte im Gesundheitswesen. Mit Sicherheitsfunktionen, ML und künstlicher Intelligenz (KI) ist es einfacher, den konstanten Datenstrom moderner Wearables zu verwalten.

Neben Nordic Semiconductor gibt es noch andere Hersteller, die Lösungen für Wearables anbieten. Diese finden Sie unten in unserer Produktempfehlung.

Produktempfehlungen

nRF52840 Mini Bluetooth Entwicklungsboard, SparkFun

Das SparkFun Pro nRF52840 Mini Bluetooth Entwicklungsboard wurde mit dem nRF52840 HF System-on-Chip (SoC) von Nordic Semiconductor entwickelt und bietet eine leistungsstarke Kombination aus einer ARM Cortex-M4 CPU und einem 2,4 GHz Bluetooth-Funkgerät.

Tragbare elektronische Plattform, Adafruit

GEMMA, ist eine voll funktionsfähige Plattform für tragbare Elektronik. Sie besteht aus einem kreisförmigen, Mikrocontroller, der vernäht werden kann, Arduino-kompatibel und für unglaubliche Wearable-Projekte geeignet ist.

Tactigon Wireless Wearable Development Board mit Bewegungssensor, Next Industries

Die TACTIGON ONE ist eine programmierbare Platine für hochpräzise 3D-Gestensteuerung, Bewegungserfassung, GPS-Tracking und Schwingungsmessungen. Sie ermöglicht eine schnelle Programmierung und Implementierung mit dem Arduino SDK und ist damit perfekt für IoT-Anwendungen, Wearables und KI-Projekte.

LilyPads, SparkFun

LilyPads von SparkFun sind ein E-Textil, das getragen werden kann und mit großen Verbindungspads versehen ist, so dass es in Kleidung eingenäht werden kann.