Erweiterte SoCs bringen grundlegende Veränderungen in medizinische IoT-Designs

Im medizinischen und pharmazeutischen Bereich hat das Internet der Dinge (IoT) das Potenzial, die Art und Weise, wie medizinische Geräte Ärzten, Pflegepersonal und Krankenhäusern dienen, radikal zu verändern und die Lebensqualität und medizinische Versorgung von Patienten zu verbessern. Und erst vor kurzem haben Fortschritte bei System-on-Chip (SoC)-Designs Ingenieuren und Designern ermöglicht, endlich den Code auf vernetzten medizinischen Geräten zu knacken.

Einige dieser Fortschritte im SoC-Design umfassen neue integrierte Schaltkreise, die gleichzeitig den Stromverbrauch reduzieren, den für Komponenten benötigten Platinenplatz verkleinern und die Komponentenkosten senken. Die Hinzufügung von Einwegbatterien zu medizinischen IoT-Geräten war ein weiterer großer Schritt nach vorne, der aus Gründen der Komponentenintegration und des Platzbedarfs sowie der sicheren Entsorgung der medizinischen Geräte selbst erforderlich ist. Beide Entwicklungen haben die vernetzte Medizingerätetechnik in Bezug auf Stückliste (BOM), Stromverbrauch und Fertigungslogistik praktikabler gemacht.

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Wie vernetzte medizinische Geräte die Patientenergebnisse verbessern

Das IoT schafft bereits neue Möglichkeiten für Medizinprodukte, Ärzte und Patienten besser zu unterstützen, indem es herkömmliche Offline-Geräte um Konnektivität erweitert.

Sehen Sie sich die angeschlossenen Blutzuckermessgeräte an. Patienten tragen diese wie ein Pflaster, wobei die Nadel unter der Haut den Blutzucker misst und diese Informationen dann an eine App auf dem Smartphone des Benutzers übermittelt. Dies ist nicht nur eine schmerzfreie, länger anhaltende Alternative für Diabetiker, die sich nicht mehr ständig in die Finger stechen müssen, um Blut zu bekommen, sondern bietet auch eine neue Möglichkeit, Daten über den Glukosespiegel von Patienten in Echtzeit bequem zu sammeln und zu speichern auf ihren Telefonen zum späteren Nachschlagen zugänglich.

Intelligente Inhalatoren sind eine weitere innovative Anwendung der Konnektivität in medizinischen Geräten. Bei herkömmlichen Inhalatoren werden Asthmapatienten angewiesen, zwischen den Zügen etwa 30-60 Sekunden zu warten, bis das Medikament am wirksamsten ist. Aber eine Studie, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurde fanden heraus, dass 84 % der Patienten zwischen den Inhalationen keine 30 Sekunden (die empfohlene Mindestzeit) warteten.

Tatsächlich haben 54 % nicht einmal 15 Sekunden gewartet. Wenn Patienten den Inhalator nicht richtig verwenden, erhalten sie nicht die richtige Dosierung des Arzneimittels. Folglich sind die Geräte nicht so effektiv, wie sie sein könnten und sein müssen. Und natürlich hat der Patient keine Ahnung, dass er den Inhalator nicht richtig verwendet, weil ein Arzt nicht vor Ort ist, um dieses Feedback zu geben.

Das Hinzufügen von Konnektivität zum Inhalator behebt dieses Problem direkt. Intelligente Inhalatoren messen die Nutzung des Geräts in Echtzeit und geben den Patienten sofortiges Feedback über die Wirksamkeit ihrer Inhalationen, die Dosierung, die sie erhalten, wie oft sie sie erhalten, und so weiter. Das sind nützliche Informationen für Patienten, denn sie erinnern sie sofort daran, wann und wie sie ihre Inhalatoren verwenden müssen, um die volle Wirkung zu erzielen. Aber es ist auch nützlich für die Pharmaunternehmen. Anstatt zu messen, wie effektiv ihre Geräte sind, indem sie sich auf Benutzerfragebögen verlassen (die von den Patienten oft aufgrund ihrer Meinung zur Verwendung des Inhalators und nicht anhand ihres tatsächlichen Verhaltens ausgefüllt werden), erhalten die Unternehmen sofortige und genaue Daten zum Benutzerverhalten und kann nach Bedarf angepasst werden.

Blutdruckmessgeräte (BP) sind ein weiteres Beispiel für medizinische Geräte, die verbessert wurden, indem sie intelligenter gemacht wurden. Wenn Sie Ihren Blutdruck messen lassen möchten, lassen Sie dies normalerweise in der Arztpraxis machen. Doch für viele Patienten ist ein Arztbesuch eine stressige Zeit. Allein der Aufenthalt in einer Arztpraxis oder einem Krankenhaus kann den Blutdruck einer Person höher als üblich erhöhen, was zu einer ungenauen Zahl führt. Die Verwendung eines angeschlossenen Blutdruckmessgeräts zu Hause kann dazu beitragen, einen typischeren Blutdruckwert in Ruhe zu erhalten, der dann an die Cloud übertragen wird, damit die Arztpraxis darauf zugreifen kann. Das sind qualitativ hochwertigere Informationen sowohl für den Arzt als auch für den Patienten, die zu genaueren Diagnosen und Verschreibungen führen.

Wenn diese und andere vernetzte Medizinprodukte-Anwendungen wie Dauerthermometer oder intelligente Injektionsgeräte einen gemeinsamen Nenner haben, dann dieser:Mehr und bessere Daten verbessern die Patientenversorgung. Intelligente Medizinprodukte ermöglichen es Pharma- und Medizinunternehmen, riesige Datenbanken aufzubauen, die qualitativ hochwertiges Patientenfeedback in Echtzeit zu allem, von der Wirksamkeit der Medikamente bis hin zur disziplinierten Patientennutzung, sammeln. Diese Datenbank wird durch Echtzeitinformationen zum Benutzerverhalten von verbundenen Geräten gespeist, die wiederum Ärzten genauere Einblicke in die Behandlung ihrer Patienten geben und diese Patienten befähigen, ihre eigenen Behandlungspläne anzupassen (z. B. sie zu informieren, wenn sie nehmen nicht genug von der vorgesehenen Dosis aus einem Inhalator oder nehmen es nicht regelmäßig genug ein).

Designherausforderungen meistern

Konnektivität und intelligente medizinische Geräte sind zwar bahnbrechend für Patienten und Ärzte, aber ein relativ neuer Trend. Seit Jahren werden Medizintechnik-Ingenieure durch eine Reihe unerschwinglicher Faktoren eingeschränkt.

Die Kosten sind wie immer eine der großen Herausforderungen. Die Stückliste sowohl für das SoC als auch für externe Komponenten, die für die Entwicklung eines intelligenten Blutdruckmessgeräts oder intelligenten Inhalators erforderlich sind, war ein großes Hindernis für Ingenieure, die versuchten, für diese Anwendungen eine sinnvolle Konnektivität bereitzustellen.

Stromverbrauch und Haltbarkeit waren auch große Designhürden. Medizinprodukte haben oft eine lange Haltbarkeit von 18 Monaten bis zu vier Jahren. Das ist eine lange Nutzungsdauer, und wenn der SoC nicht effizient Strom verbraucht, kann er einfach nicht mit den Benutzeranforderungen Schritt halten. Was nützt ein intelligentes Blutzuckermessgerät jemandem mit Diabetes, wenn die Batterie nicht länger als ein paar Monate hält, bevor sie leer ist?

Nur wenn sowohl die Kosten- als auch die Platzbedarfsprobleme angegangen werden, können Ingenieure die Reichweite und Verfügbarkeit vernetzter medizinischer Geräte erweitern. Die Integration von Silberoxidbatterien als Teil des Chipdesigns ist ein Weg nach vorn. Ihre kleine, dünne Bauform erleichtert die Integration auf dem Chip. Ihre geringe Kapazität reduziert in Verbindung mit einem DC/DC-Wandler die Spannung und stellt sicher, dass die Batteriekapazität für das Zeitfenster von 18 Monaten bis vier Jahren mit Saftreserven betrieben werden kann. Da sie wegwerfbar sind, können Patienten ihre Inhalatoren oder Injektoren, einschließlich der Batterie, nach Gebrauch sicher entsorgen. Und ihre Erschwinglichkeit trägt auch dazu bei, die Gesamtstücklistenkosten für das Gerät zu senken.

Eine grundlegende Wende für Medizinprodukte und das IoT

Auch wenn die Medizingeräteindustrie nicht für ihre schnellen Überprüfungszyklen bekannt ist, ist es schwer zu erkennen, wie schnell sich der Boden unter den Füßen dieser Ingenieure verschiebt. Wir stehen noch am Anfang für intelligente, vernetzte Medizingeräte, aber die Roadmap ist klar:Neue SoC-Lösungen, die die Komponentenintegration optimieren, die Stücklistenkosten senken und den Stromverbrauch halbieren – verbunden mit der Explosion von Cloud-Speicher und Big Data — haben einen fruchtbareren Markt denn je für intelligente Medizinprodukte geschaffen, die durchstarten und den Patienten Echtzeit-Feedback über die Wirksamkeit von Medikamenten geben und zur Verbesserung der allgemeinen Lebensqualität beitragen.

—Adrie Van Meijeren ist Product Marketing Group Manager für Low-Power-Konnektivität bei Dialog Semiconductor.