Intelligente Technologien treiben die Gesundheitsversorgung voran. Patientendaten werden schneller und einfacher erfasst, übermittelt und analysiert. Was bei der sicheren Übertragung von Daten zwischen Geräten und verschiedenen Anwendungen beachtet werden muss, erläutert Robert Thompson, Director Edge Processing Ecosystems bei NXP Semiconductors, in einem Gastbeitrag.

Wenn es darum geht, gesund zu bleiben, sind Sie es wahrscheinlich gewohnt, bis zu Ihrem nächsten regulären Kontrolltermin oder bis zum Termin bei einem Spezialisten zu warten, um Informationen über Ihren Gesundheitszustand zu erhalten. In der Arztpraxis werden diese Informationen in Ihre Krankenakte eingetragen, nachdem Sie mit verschiedenen Geräten wie Waagen, Thermometern, Blutdruckmessgeräten, Stethoskopen usw. untersucht wurden. Doch schon in naher Zukunft könnten Sie all diese Daten erhalten, ohne zum Arzt gehen zu müssen.

Von tragbaren medizinischen Geräten bis hin zu Klinik- und Krankenhausausrüstung – neue, intelligente Technologien verbessern die Art und Weise, wie wir Patientendaten erfassen, übermitteln und analysieren. Vor allem mit der Zunahme geriatrischer und medizinisch unterversorgter Bevölkerungsgruppen steigt die Nachfrage nach dem Einsatz von Technologie im Gesundheitswesen. Die Covid-19-Pandemie hat diesen Trend verstärkt. Wie ein von der Mercy Medical Group in Zusammenarbeit mit Dignity Health und Medtronic aufgelegtes Programm gezeigt hat, verbesserte die Fernüberwachung von Covid-positiven Patienten die Versorgung, senkte die Kosten und reduzierte die Zahl der Krankenhausaufenthalte um 76 Prozent. Die vernetzte Gesundheitsversorgung kann zu besseren Ergebnissen für Patienten führen. Dabei sind intelligente und sichere Geräte der Schlüssel, um die Gesundheitsversorgung für alle zugänglicher zu machen.

Eifrige Nutzer intelligenter Geräte kennen vielleicht die neuesten Wearables, Tracker und Apps ihrer Lieblingsmarken, die versprechen, alles zu überwachen: von der allgemeinen Fitness über die Herzfrequenz bis hin zum Schlaf. Aber intelligente Fitness-Tracker sind Gesundheitsgeräte, keine medizinischen Geräte. Medizinische Geräte müssen im Vergleich zu gewöhnlichen Fitness-Trackern genauer und zuverlässiger sein und wiederholbare Messungen gewährleisten. Intelligente Gesundheitstechnologien haben viel ungenutztes Potenzial um unseren Lebensstil und den Gesundheitssektor zu verändern. Drahtlose Konnektivität an der Edge wird diese Revolution vorantreiben.

Derzeit stellen viele intelligente Geräte eine Verbindung zu einer Cloud her, um Daten zu speichern und zu verarbeiten. Die Übertragung dieser Daten führt zu längeren Latenzzeiten und birgt ein erhöhtes Sicherheitsrisiko gegenüber Geräten, deren Intelligenz an der Edge sitzt. Bei medizinischen Geräten, die in lebensrettenden Szenarien eingesetzt werden, zählt jede Sekunde Reaktionszeit, wodurch deren Bedeutung und Nutzen für den Gesundheits- und Medizinsektor noch einmal erhöht wird. Um die Reaktionszeit kurz zu halten, kommt die Edge-Verarbeitung zum Einsatz. Dabei werden die Daten dort gespeichert und analysiert, wo sie erzeugt werden – auf dem physischen Gerät und nicht in der Cloud. Neben der Verarbeitung direkt auf dem Gerät können Funktionen basierend auf künstlicher Intelligenz bzw. Machine Learning (KI/ML) zusätzlich dazu beitragen, dass Geräte schnellere Ergebnisse liefern.

Die Verarbeitung von Daten auf dem physischen Gerät bietet auch viele Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Datenschutz. Dies ist von besonderer Bedeutung, um den Anforderungen der Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) und des 2020 verabschiedeten PDSG (Patientendaten-Schutz-Gesetz), das die elektronische Patientenakte im Detail regelt und sensible Patientendaten schützt, zu entsprechen. Patienten sind mehr denn je daran interessiert, wer auf ihre Daten zugreifen kann und wer ein berechtigtes Interesse an ihnen hat. In den meisten Fällen ermöglicht die Edge-Verarbeitung den Verbleib von Rohdaten, personenbezogenen und identifizierenden Daten auf dem lokalen Gerät. Nur die relevantesten, aggregierte oder spezifizierten Daten werden, falls erforderlich, an zugelassene Dritte gesendet.

Die Verbesserung des Gesundheitssystems als Ganzes hat zum Ziel, dass Menschen gesund bleiben und gar nicht erst erkranken. Vor allem nach der Pandemie konzentrieren sich Mediziner zunehmend auf Vorbeugung und auf ein effektiveres Krankheitsmanagement, das in vielen Fällen im Verbund mit virtueller Pflege zu Hause und tragbaren medizinischen Geräten einhergeht.

Früher mussten beispielsweise Diabetiker regelmäßig einen Arzt aufsuchen, um ihren Blutzuckerwert messen zu lassen. Vor etwa 20 Jahren wurden tragbare, kontinuierlich arbeitende Blutzuckermessgeräte von der amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA (Food and Drug Administration) zugelassen, damit Patienten ihre Werte selbst überwachen können. In jüngster Zeit sind diese Geräte kompakter, erschwinglicher und intelligenter geworden. Das erste Langzeit-Glukosemesssystem, bei dem der Sensor unter die Haut gesetzt wird und dort bis zu 180 Tage verbleibt, kam in Deutschland 2018 auf den Markt. Die Geräte liefern zunehmend schnellere und genauere Messwerte.

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Die Erweiterung von Blutzuckermessgeräten um Edge-Funktionen ist ein weiterer Schritt, um die Lücke zwischen Zustandsüberwachung und Therapie zu schließen. Ein Blutzuckermessgerät mit technisch fortschrittlichen Sensoren kann beispielsweise personalisierte Echtzeitdaten erfassen, aus Veränderungen im Körper einer Person lernen und Daten direkt an Insulinpumpen senden, um bei Bedarf Insulin, in auf den Anwender abgestimmten Dosen, zu verabreichen.

Aber auch traditionellere Blutzuckermessgeräte für Punktmessungen und Injektionsgeräte können von smarter, passiver NFC(Near Field Communication)-Technologie profitieren. Das Gerät ist mit einem NFC-Lesegerät ausgestattet, welches automatisiert und kontaktlos ein mit einem NFC-Tag ausgestattetes Verbrauchsgut ausliest. Mit den auf dem NFC-Tag-Chip hinterlegten Daten wird sichergestellt, dass nur Originalprodukte verwendet werden. Solch eine Interaktion zwischen Verbrauchsgut und Gerät verhindert zudem den Einsatz von abgelaufenen und falschen Medikamenten, erhöht den Anwenderkomfort und hilft auch, Anwendungsfehler zu vermeiden. Fortschrittliche NFC-Technologie mit Sensorik kann sogar helfen, den Füllstand oder die Temperatur von Medikamenten in Primärverpackungen zu überprüfen. Selbst Einweg-Auto-Injektoren werden heute vielfach mit NFC-Tags ausgestattet, um eine direkte interaktive Patientenunterstützung zu ermöglichen. Hier kann der Patient mit einem Smartphone dann schnell und einfach eine Produktauthentifizierung durchführen, sowie hinterlegte Produktinformationen, Demovideos etc. auslesen.

All das wird durch Edge Computing erst möglich. Die Fortschritte der Technologie schließen die Lücke zwischen tragbaren, im Internet of Things vernetzten Gesundheitsgeräten und dem Gesundheitswesen. Die sichere Übertragung von Daten zwischen Geräten und verschiedenen Anwendungen ist von entscheidender Bedeutung, und diese Sicherheit wird dazu führen, dass mehr Edge-Geräte von der medizinischen Gemeinschaft angenommen werden.

Durch die Einführung neuer Technologien im Bereich der Blutzuckermessung ist der Markt rasch gewachsen. Mehr Geräte wurden für mehr Menschen zugänglich, zumal die Kosten für diese Geräte mit der Zeit sanken. Wir beobachten, dass auch andere Arten von Medizintechnik-Unternehmen versuchen, die Nachfrage der Verbraucher nach benutzerfreundlichen, kostengünstigen, einfach einzurichtenden und flexiblen Gesundheitstechnologien zu erfüllen. Früher spielte ein hoher Zeitdruck bei der Markteinführung für sie keine Rolle, doch heute ähneln die Entwicklungszyklen bei medizinischen Geräten eher denen ihrer Verwandten aus dem Verbrauchermarkt: Die Time-to-Market-Zyklen, die auf dem medizinischen Markt einst zwei bis drei Jahre betrugen, werden nun auf sechs bis neun Monate verkürzt, ähnlich wie in der Unterhaltungselektronik. Bei medizinischen Geräten müssen unter Umständen noch bestimmte Zertifizierungen erlangt werden, bevor sie in die Regale kommen, was den Zeitplan noch enger macht.

Als Lieferant stellt NXP Entwicklern die Bausteine für die Entwicklung innovativer, sicherer und zuverlässiger medizinischer IoT-Anwendungen zur Verfügung. Das umfassende Portfolio an Mikrocontroller-Einheiten (MCUs) und Prozessoren von NXP wird weltweit vertrieben und bietet eine langfristige Teileverfügbarkeit von 10 bis 15 Jahren. NXP gewährleistet ein Höchstmaß an Sicherheit für jede Komponente, um die sich entwickelnden Kundenbedürfnisse zu erfüllen und zu ermöglichen, dass medizinische Geräte für den persönlichen Gebrauch und professionelle Geräte eine hervorragende Pflegequalität unterstützen und den Schutz persönlicher Daten gewährleisten.

Edge-Geräte tragen auch zu mehr Nachhaltigkeit bei, denn sie können so konstruiert werden, dass sie wenig Strom verbrauchen und gleichzeitig ihre Lebensdauer verlängert wird, da Batterien seltener getauscht werden müssen. Energieverbrauch und Lebensdauer lassen sich zusätzlich mit Hilfe stromsparender Konnektivitätslösungen optimieren, darunter Bluetooth Smart/Bluetooth Low Energy SoCs und die NXP NTAG- und ICODE-Familien vernetzter NFC-Tags. Sie bieten Tap-and-Go-Konnektivität und können dank ihrer Energy-Harvesting-Funktionen problemlos ohne externe Stromquelle mit der Cloud verbunden werden.

Wir stehen erst am Anfang der Möglichkeiten der Edge-Verarbeitung im Bereich medizinischer Geräte. Sie werden den Alltag für Patienten vereinfachen und verbessern. So können z. B. Waagen mehr als nur wiegen, sie können unsere gesamte Körperzusammensetzung, das Verhältnis von Wasser und Muskelmasse, bewerten und wichtige Trends im Lauf der Zeit erkennen. Dadurch können sie uns helfen, unseren Lebenswandel anzupassen und informierte Entscheidungen für ein gesünderes und längeres Leben zu treffen. Intelligente Inhalatoren können Benachrichtigungen an unsere Telefone senden, um uns daran zu erinnern, dass wir unsere Medikamente noch nicht eingenommen haben. Intelligente Blister oder Medikamentenverpackungen mit Sensoren an jeder einzelnen Tablette können uns sogar über einen NFC-Tag, der eine Erinnerung an ein Smartphone sendet, darauf aufmerksam machen, ob ein Dritter – beispielsweise ein geliebter Mensch, der sich an einem anderen Ort befindet – seine Einnahmevorschriften einhält. In Hautpflaster eingebettete NFC- Tags können die Temperatur messen und bereits beginnendes Fieber feststellen, was ein Indikator für Krankheiten wie Grippe oder Covid-19 sein könnte, und ein Smartphone kann diese Informationen, sofern erwünscht, an die zuständigen Stellen weiterleiten.

Vom Wearable wie einer Uhr oder einem Ring, bis hin zum intelligenten Pflaster: Geräte und andere Hilfsmittel zur Überwachung werden immer kompakter und erhalten zugleich mehr Funktionen. Vor allem, da sich Hersteller von Medizinprodukten zunehmend Gedanken über das Design und die Komponenten der lokalen Umgebung machen, werden wir eine weitere Miniaturisierung von integrierten Edge-Processing Geräten erleben. So werden Monitore zur Überwachung von Zuständen (wie beispielsweise Herzmonitore) immer kleiner und ihre Implementierung dadurch einfacher, weniger invasiv und häufiger. So erhalten mehr Patienten als je zuvor die Chance einer kontinuierlichen Datenerfassung, auf deren Basis Veränderungen sofort erkannt und an Fachleute übermittelt werden können. Das ermöglicht eine schnellere Diagnose, eine fundiertere Entscheidungsfindung und eine bessere Prävention. Gleichzeitig sinken sowohl die Belastung von Patienten durch invasivere Eingriffe als auch die Kosten und der Aufwand für diese oft lebensrettenden Maßnahmen.

Die Vorteile der vernetzten Gesundheit können sich auf jede Generation einer Familie erstrecken, und die intelligente Gesundheitstechnologie macht das Konzept des „Alterns an Ort und Stelle“ realistischer. Laut einer Ipsos-Umfrage möchten gut 70 Prozent der heute 50- bis 64-Jährigen in ihrer jetzigen Wohnung bleiben – und zwar auch dann, wenn sie dort allein leben müssen oder pflegebedürftig werden sollten. Geräte, die den Gesundheitszustand älterer Menschen genau verfolgen können, hoch automatisiert, einfach zu bedienen und für eine Fernüberwachung geeignet sind, unterstützen die Unabhängigkeit älterer Menschen in ihrem eigenen Zuhause.

Es besteht kein Zweifel daran, dass neue Technologien es einfacher machen werden, gesundheitsbewusst zu leben. Patienten und Anbieter werden diese Technologien eher annehmen, wenn sie wissen, dass die Geräte so konzipiert sind, dass sie ihre Privatsphäre schützen. Die Ausstattung medizinischer IoT-Geräte mit Edge-Processing als Ergänzung zum Cloud-Computing gibt uns allen die Möglichkeit, die Kontrolle über unsere Gesundheitsdaten zu übernehmen und eine gesündere Gesellschaft zu schaffen.

Weitere Artikel zu Themen wie E-Health und Telemedizin finden Sie in unserem Themenkanal E-Health.

* Robert Thompson ist Director Edge Processing Ecosystems bei NXP Semiconductors.

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