Sensorlösungen für das Internet der Dinge in der Medizin

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Entwicklung von IoMT-Lösungen mit Sensoren

Ein Interview mit Bala Kashi, Medical Sensor Application Engineer bei TE Connectivity (TE).

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Inhalt wurde ursprünglich in Medical Product Outsourcing veröffentlicht.

Welche Faktoren sind bei der Entwicklung kundenspezifischer elektronischer Komponenten für Medizinprodukte zu berücksichtigen?

Bei der Entwicklung von kundenspezifischen elektronischen Komponenten für medizinische Geräte sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehören neben der Ermittlung von Aspekten wie dem Verständnis der Anwendung, Validierungen, Parameter, Materialauswahl, zu erfüllende Standards, Sauberkeit und Kostenziele noch weitere Überlegungen. wie die Robustheit, Größe, Genauigkeit und Skalierbarkeit der Sensoren, da medizinische Komponenten unterschiedlichen rauen Bedingungen und Medien ausgesetzt sein können. Wenn der Sensor beispielsweise für eine Implantatanwendung eingesetzt wird, ist seine Biokompatibilität besonders wichtig, da er langfristigen Kontakt mit Körperteilen hat. Darüber hinaus muss der Sensor über lange Zeit funktionieren und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls sollte gleich Null sein.

Anwendung im Internet der Dinge in der Medizin (IoMT)

Sensoren ermöglichen die Erfassung von Daten in verschiedenen medizinischen Anwendungen, um die Art und Weise, wie Patienten behandelt und überwacht werden, zu verändern. Erfahren Sie, wie TE Connectivity (TE) Sensortechnologie im IoMT einsetzt, um eine gesündere Zukunft gestalten zu können.

Sensoren für IoMT-Anwendungen

Erläutern Sie uns doch bitte einige der Herausforderungen bei der Entwicklung und Fertigung von kundenspezifischen elektronischen Komponenten für medizinische Geräte.

Die Entwicklung und Fertigung von elektronischen Komponenten für die Medizin, einschließlich Sensoren, bringt viele Herausforderungen mit sich. In diesen Phasen erfolgen die Materialauswahl, Validierungsprüfungen, Qualitätssysteme, Skalierung und benutzerdefinierte parametrische Tests. Da die Sterilisation in der Medizinindustrie eine hohe Priorität hat, besteht eine weitere Herausforderung in der Anforderung, wie Komponenten hergestellt werden sollen – d.h. der Raum, in dem sie innerhalb entwickelt werden, muss spezifische Richtlinien erfüllen, um ein bestimmtes Maß an Sauberkeit sicherzustellen, das von der Medizinindustrie gefordert wird.

Was fordern oder erwarten Kunden von ihren kundenspezifischen elektronischen Komponenten?

In der Medizinbranche werden elektronische Komponentenoptionen für viele verschiedene medizinische Anwendungen benötigt. Es gibt allerdings auch gleichbleibende Kundenanforderungen, da manche Sensorkomponenten in Anwendungen im Zusammenhang mit dem menschlichen Leben für die Messung eingesetzt werden. So ist beispielsweise ist die Genauigkeit und Funktionalität medizinischer elektronischer Komponenten in lebenserhaltenden Geräte von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus müssen medizinische Sensorkomponenten zuverlässig sein und alle medizinischen Standards erfüllen.

Wie beeinflusst das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) die Entwicklung benutzerdefinierter elektronischer Komponenten?

Es besteht eine große Nachfrage nach der Entwicklung von Sensorkomponenten, die für Anwendungen des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) geeignet sind, da die Erfassung der Daten für eine erfolgreiche Bereitstellung dieser IoT-Anwendungen über Sensoren erfolgt. Die von Sensoren erfassten Daten können dem medizinischen Fachpersonal dabei helfen, kritische Situationen schneller und genauer zu überblicken, und liefern den Patienten mehr Informationen über ihren Zustand und Genesungsfortschritt. Wenn ein Sensor beispielsweise in einer Anwendung in der häuslichen Pflege eingesetzt wird, verfügt er möglicherweise über einen drahtlosen Geber, um die Daten an die Cloud zu senden. Ärzte oder Patienten können die Daten zur Analyse herunterladen. Darüber hinaus müssen die Sensorgeräte präzise und zuverlässig sein, um das fälschliche Auslösen eines Ereignisses zu vermeiden. Vom Blutdruckmessen bis hin zur Überwachung von Dialyseanlagen liefern invasive und nicht-invasive Sensoren lokalisierte Daten und Informationen an die Cloud, um Patienten und die Medizinbranche besser zu bedienen.

Das Internet der Dinge verändert alles – und zwar überall. Der Verlauf und der Umfang dieser Änderungen scheinen noch offen. Das gilt insbesondere für Entwicklungsingenieure, welche die Veränderungen nicht nur kennen und übernehmen müssen, sondern auch wissen müssen, wie diese in ihren neuen Designs am besten genutzt werden können.

In diesem Zusammenhang hat TE Connectivity (TE) eine Studie für Ingenieure zu verschiedenen Themen entwickelt, die in Verbindung mit dem Design für das Internet der Dinge stehen. Wir haben Antworten von 180 Ingenieuren erhalten. Dabei handelt es sich hauptsächlich um leitende Ingenieure, die ihr Interesse am Internet der Dinge im Konsumgüter-, Industrie- und Automobilsektor bekundet haben. In unserer Studie wurden Anwendungen und Designmethoden für das Internet der Dinge untersucht und anschließend allgemeine Herausforderungen in diesem Bereich ermittelt.

Wo also stehen wir? Ist das Internet der Dinge nur ein Hype?

Unserer Ansicht nach beurteilt unsere Studie die Möglichkeiten und trennt den Hype von der Realität. Das sind unsere Erkenntnisse:

Erstens wird 5G die Verbreitung des Internets der Dinge weiter fördern.

Alle möglichen Geräte können 5G-Netzwerkgeräte sein. Aufgrund der Möglichkeit, gleichzeitig Verbindungen zu Tausenden von Geräten mit äußerst hohen Geschwindigkeiten und niedriger End-to-End-Latenz herzustellen, gehen die Ingenieure davon aus, dass 5G sich erheblich auf die Anwendungen für das Internet der Dinge auswirken wird. Fast 60 Prozent der Teilnehmer meinen, dass die Einführung von 5G gleichbedeutend mit schnellerem Zugang zu Daten sei und dass daraus wiederum neue Anwendungen aller Art für das Internet der Dinge entstünden.

Zweitens erkennen die Ingenieure mehrere Bereiche, die das Internet der Dinge erwartungsgemäß deutlich prägen werden.

Das haben wir herausgefunden:

29 % geben an, dass die Möglichkeit zur Erfassung unterschiedlicher Arten von Daten entscheidend sei.
26 % sind der Ansicht, die schnellere Erfassung größerer Datenmengen aus Anwendungen sei maßgeblich.
25 % denken, dass ein niedrigerer Stromverbrauch der Geräte im Internet der Dinge den Stromverbrauch in Netzwerken insgesamt senke und somit auch die Belastung der Datenübertragung mindere.
19 % weisen auf die Bedeutung kleiner, miniaturisierter Komponenten hin.

Drittens glauben die Ingenieure, dass die Anforderungen des Internets der Dinge in vielen Bereichen nicht vollständig erfüllt werden. Sie stufen die folgenden Bereiche als die wichtigsten ein:

Hardwarebelastbarkeit: 57 %
Messgenauigkeit verbunden mit Messstabilität: 52 %
Sensorintelligenz: 46 %
Verarbeitungsgeschwindigkeit: 31 %
Cloud-Analyse: 16 %

Die letzten beiden Bereiche – Verarbeitungsgeschwindigkeit und Cloud – werden als weniger bedeutend angesehen.

Viertens fragten wir nach der Zustimmung zu der These, dass die Miniaturisierung allgemein als wesentlich für die Entwicklung des Internets der Dinge zu betrachten sei.

85 % der Studienteilnehmer stimmen überwiegend zu. 47 % meinen, dass dies zutreffend sei.
Weitere 38 % sind der Ansicht, dass dies ziemlich bedeutend für die weitere Verbreitung des Internets der Dinge sei.
Gleichzeitig glauben 15 %, dass die Sensorminiaturisierung bereits auf dem erforderlichen Stand sei.

Fünftens haben wir darüber gesprochen, ob sich das Internet der Dinge erwartungsgemäß zu dem entwickelt, was die Experten als ein allgegenwärtiges Netzwerk ansehen, das praktisch alle Lebensbereiche vernetzt.

Die Studienteilnehmer erkennen drei allgemeine Hauptherausforderungen bei der Entwicklung für das Internet der Dinge.

Die ersten beiden Herausforderungen bestehen darin, geeignete Hardware und Verbindungen zu ermitteln. Etwa 49 % – also fast die Hälfte der Teilnehmer – erwähnen diese zwei Herausforderungen. Das ist unserer Ansicht nach keine Überraschung, denn heutzutage gibt es mehrere verdrahtete und drahtlose Optionen für die Verbindung von Geräten im Internet der Dinge. All diese Verbindungsstandards und -technologien dienen einem wertvollen Zweck, doch ihre Umsetzung – von Wi-Fi über Bluetooth bis hin zu Ethernet – ist ein komplexes Vorhaben.

Die dritte Herausforderung ist die Sicherheit – das geben 44 % an. Andere erwähnen die Entwicklung der richtigen Software (43 %) und – mit 14 % an letzter Stelle – Probleme mit dem Cloud-Computing.

Sechstens haben wir gefragt, wie viele Ingenieure wirklich mit dem Design ihrer Lösung für das Internet der Dinge begonnen haben. Daraufhin haben wir festgestellt, dass die meisten anscheinend am selben Punkt beginnen.

Die überwiegende Mehrheit der Ingenieure (78 %) beginnt mit der Auswahl von Hardware, während nur 22 % mit der Spezifikation von Software beginnen.

Wir bei TE Connectivity sind der Ansicht, dass all diese Erkenntnisse heutzutage außerordentlich relevant sind. Unserer Meinung nach befinden wir uns mitten in der vierten industriellen Revolution, wie wir es nennen: der Annäherung der physischen Dinge an das Internet der Dinge. Das ist der Grund, warum wir diese Daten und unsere Analyse als so wichtig ansehen.

Unsere Daten zeigen offensichtlich, dass das Internet der Dinge bestehen bleibt, wächst und die Arbeit von Entwicklungsingenieuren weiterhin beeinflussen wird. Mit Ingenieuren weltweit besitzt TE Connectivity umfangreiche Erfahrungen. Wir rechnen innerhalb der nächsten fünf bis zehn Jahre mit einer sehr erheblichen Zunahme der vernetzten Dinge und möchten mit unseren Produkten dabei eine wesentliche Rolle spielen. Lassen Sie uns die Chancen, die das Internet der Dinge bietet, gemeinsam nutzen.

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Wie wird die Entwicklung individueller elektronischer Komponenten durch Big Data beeinflusst?

Die Entwicklung individueller elektronischer Komponenten wird durch Big Data positiv beeinflusst. Das Feedback, das mittels Big Data gesammelt wird, kann sich auf die Funktionalität und die überwachten Parameter auswirken. Da z. B. die Patientendaten remote gespeichert werden, ist es möglich, diese Big Data zu analysieren, um die Vorhersagbarkeit eines Ereignisses vor seinem Auftreten zu ermitteln. Mit einer Big-Data-Analyse kann die Wirksamkeit einer Behandlung nach Alter, Geschlecht, ethnischer Zugehörigkeit, Standort und Patientengewohnheiten überprüft werden. Daher können die Behandlungen anhand dieser Informationen besser an bestimmte Patienten angepasst werden. Zudem rücken intelligente Sensoren zunehmend in den Fokus: Sie nutzen integrierte Sensorfunktionen, um Daten zu analysieren und anstelle großer Datenmengen nur die entscheidenden Daten zu übertragen.

Wie beeinflusst KI die Entwicklung benutzerdefinierter elektronischer Komponenten?

Ähnlich wie Big Data ermöglicht auch die künstliche Intelligenz (KI) es, Patientenereignisse vorherzusehen. Basierend auf Patientenmustern ermöglicht KI es nicht nur, ein Patientenereignis vorherzusagen, sondern auch auf dieses Ereignis zu reagieren. Beispielsweise können Sanitäter oder der Arzt über KI benachrichtigt werden, wenn ein medizinisches Gerät ausfällt oder der Patient bestimmte Symptome zeigt. Darüber hinaus kann KI mit anderen Geräten interagieren, die an den Patienten angeschlossen sind.

Erhöht der Trend zur Miniaturisierung von Medizinprodukten den Bedarf an flexiblen kundenspezifischen elektronischen Komponenten?

Tragbare Technologien erfordern kleinere, leichtere Geräte mit geringerem Stromverbrauch, die mehr Sensorfunktionen in einem Gerät ermöglichen. Für die Entwicklung solcher Geräte sind mehr Ressourcen nötig und die Kosten für die Fertigung sind höher. Daher müssen während der Designphase verschiedene potenzielle Anwendungen berücksichtigt und durchdacht werden.

Sensorlösungen für tragbare Technologien

Sensoren für tragbare Technologien
Der Anspruch, immer und überall vernetzt zu sein, steigert den Bedarf an tragbaren Technologieprodukten. Sensorplattformen von TE machen Wearables-Technologie möglich und sorgen bei ihren Besitzern für mehr Sicherheit, Produktivität und Gesundheit. Erfahren Sie mehr über die Sensorlösungen für tragbare Technologien.

Was sind weitere Auswirkungen der Miniaturisierung auf die Entwicklung kundenspezifischer elektronischer Komponenten?

Die steigende Nachfrage nach der Entwicklung von miniaturisierten Komponenten hat Auswirkungen auf den Entwicklungsprozess. Der Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung hat sich erhöht, da mehr Ressourcen und zusätzliche Tests nötig sind, um zu überprüfen, dass Produkte effizient funktionieren. Zudem sollen die Geräte dieselbe Funktionalität wie bisher, aber in einem kleineren Gehäuse bieten. Die Verkleinerung von Sensorgeräten beispielsweise erfordert viel Ingenieursarbeit. Sie ist kostenaufwändig, da neben dem Einsatz von teurem Material und präzisen Komponenten auch neue Designs erstellt werden müssen. Um die Geräte extrem zu verkleinern sind hoch präzise Fertigungstechniken erforderlich. Damit die Leistung nicht beeinträchtigt wird, müssen neue Geräte möglicherweise umfassenden Validierungsprüfungen, Zertifizierungen durch Drittunternehmen etc. unterzogen werden.

Inwiefern wirken sich die Veränderungen im regulatorischen Umfeld auf die Entwicklung kundenangepasster elektronischer Komponenten aus?

Regulatorische Praktiken machen eine erhöhte Produkt- und Anwendungssicherheit notwendig. Die Veränderungen im regulatorischen Umfeld haben sich auf die Entwicklung und Herstellung elektronischer Bauteile ausgewirkt. Daher werden die Stückkosten von Produkten wahrscheinlich steigen, denn es müssen neue und inkrementelle Tests durchgeführt werden, um diese neuen Standards zu erfüllen. Darüber hinaus wird bei manchen kundenangepassten Teilen eine Modifikation oder Umgestaltung erforderlich sein.

Wie wirken sich Wünsche nach einem stromsparenden Design auf die Entwicklung kundenangepasster elektronischer Komponenten aus?

Der Bedarf an Designs mit geringem Stromverbrauch steigt mit den Weiterentwicklungen im Anwendungsbereich des Internets der Dinge. Daher werden heute Sensorkomponenten digitalisiert und so konstruiert, dass die Möglichkeit besteht, Daten nach Bedarf zu erfassen, anstatt kontinuierlich Messungen durchzuführen. Darüber hinaus erfolgt die Signalverarbeitung am Empfänger und nicht am Messgerät.

Erfahren Sie, wie TE Connectivity (TE) die Zukunft von 5G mit einer intelligenteren, schnelleren und dichteren Bereitstellung intelligenter Lösungen ermöglicht. Laden Sie unser Whitepaper „Die fünfte Generation der drahtlosen Netzwerkkommunikation“ herunter.

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Ist Ihr Unternehmen von grünen Initiativen von medizintechnischen Kunden in Europa oder den USA betroffen?

Mit der Verlagerung des Schwerpunkts auf die Berücksichtigung von Umweltvorschriften und die Einführung „grüner“ Ansätze hat TE Connectivity (TE) Schritte unternommen, um umweltfreundlichere Produkte bereitzustellen. So haben wir beispielsweise damit begonnen, einige Materialien zu ersetzen, die nicht den Umweltvorschriften entsprechen. TE ist auch dabei, alternative Materialien zu finden, die in bestehende und neue Produkte integriert werden können.

Bitte nennen Sie uns noch weitere Trends, die Sie bei der Entwicklung von kundenspezifischen elektronischen Komponenten für medizinische Geräte feststellen.

Viele Fortschritte sind inkrementell. Es wird weiterhin Fortschritte bei der Miniaturisierung, der Leistung, der künstlichen Intelligenz und den Preisen von digitalen und drahtlosen Sensoren geben. Im Zusammenhang mit den Entwicklungen im Internet der Dinge in der Medizin (IoMT) werden tragbare Geräte zur Überwachung von Patienten zunehmen, um so die Remote-Einsatzmöglichkeiten zu verbessern.