Weltweit stehen Gesundheitsdienstleister vor der gleichen Herausforderung: Wie können Wartezeiten verkürzt und die wachsende Nachfrage bewältigt werden? Mehr Personal scheint die logische Antwort zu sein, aber da die Weltgesundheitsorganisation (WHO) bis 2030 ein Defizit von 10 Millionen Gesundheitsfachkräften prognostiziert, ist diese Lösung auf globaler Ebene nicht umsetzbar.
Stattdessen setzen viele Gesundheitsdienstleister neben Personalbeschaffungsmaßnahmen verstärkt auf neue Technologien, die die betriebliche Effizienz und die Patientenversorgung verbessern und gleichzeitig Abfall, Fehler und Wartezeiten minimieren können. Dies hat zu einer Reihe innovativer Trends geführt, die sich auf alle Bereiche des Gesundheitswesens auswirken, von der Chirurgie über die Logistik und die Big-Data-Analytik bis hin zur Patientenfernüberwachung.
1. Künstliche Intelligenz im Gesundheitswesen
Künstliche Intelligenz (KI), Machine Learning (ML) und komplexe neuronale Netzwerke werden in der modernen Medizin immer wichtiger. Kleinere KI- und ML-Modelle finden Anwendung in tragbaren Geräten, die personalisierte Behandlungen ermöglichen, während ausgeklügelte neuronale Netze bereits zur Vorhersage der Ergebnisse von Hunderttausenden COVID-19-Patienten eingesetzt wurden.
Selbst die generative KI könnte bei künftigen Gesundheitslösungen eine Rolle spielen. Cloudbasierte KI-Modelle, die auf Large Language Models (LLMs) beruhen, können für die Entwicklung intelligenterer medizinischer Assistenzlösungen genutzt werden. Ein smartes Gerät am Patientenbett könnte beispielsweise KI-Modelle nutzen, um komplexe Sprachanfragen zu analysieren, bevor die Informationen an die Gesundheitsteams weitergeleitet werden. Dies würde die Effizienz und die Patientenversorgung verbessern, da das Gesundheitspersonal wichtige Patienteninformationen erhält, bevor es sich um den Patienten kümmert.
2. Das medizinische Internet der Dinge (MIoT)
In den letzten Jahren hat sich das Internet der Dinge (IoT) über unser Zuhause hinaus ausgebreitet und zu Smart Cities, Arbeitsplätzen und Industrie 4.0 und 5.0 geführt. Und auch das medizinische Internet der Dinge (MIoT) entwickelt sich schnell. Bis 2024 wird ein Umsatz von 83,81 Milliarden US-Dollar prognostiziert, mit einer erwarteten durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 9,91 Prozent von 2024 bis 2029, was zu einem Marktvolumen von 134,40 Milliarden US-Dollar führt.
Fortschritte bei Kommunikation und KI haben das Aufkommen von MIoT vorangetrieben. Bauteile wie das Typ-2EA Wi-Fi 6E- + Bluetooth 5.3-Modul von Murata ermöglichen es Ingenieuren, kleinere und effizientere MIoT-Lösungen mit schneller, sicherer und zuverlässiger Kommunikation zu entwickeln, indem sie Tri-Band-Funk und die neuesten Kommunikationsprotokolle nutzen.
Die Kombination aus effektiverer Kommunikation und intelligenter Edge-Verarbeitung revolutioniert die Art und Weise, wie medizinisches Fachpersonal Patienten überwacht und behandelt, indem es ihre Wahrnehmung und die Betriebseffizienz verbessert. Zu den Innovationen gehören Lösungen, die kritische Vitalzeichen überwachen, Medikamente verabreichen und kontinuierlich Daten sammeln können, die in Echtzeit einen umfassenden Einblick in den Gesundheitszustand einer Person ermöglichen.
3. Telemedizin & medizinische Fernversorgung
Die zunehmende Verbreitung der Telemedizin hängt unmittelbar mit dem Bestreben zusammen, die Belastung der Kliniken zu verringern, indem die Zahl der Patientenbesuche auf ein Minimum reduziert wird. Dieser Trend begann, als die Nachfrage nach medizinischer Fernversorgung während der COVID-19-Pandemie stieg, als telemedizinische Dienste als eine Möglichkeit aufkamen, Fernkonsultationen, Diagnosen und sogar Behandlungen ohne direkten persönlichen Kontakt anzubieten.
Damit telemedizinische Dienste erfolgreich sein können, ist jedoch eine sichere und genaue Verbindung unerlässlich, um die Privatsphäre der Patienten zu schützen und das medizinische Personal mit den notwendigen Informationen zu versorgen. Für Ingenieure, die telemedizinische Lösungen entwickeln, sind eine sichere drahtlose Kommunikation, zuverlässige Hardware und verbesserte Wahrnehmungstechnologien wie hochauflösende Bildsensoren unerlässlich.
4. Medizinische Wearables
Tragbare medizinische Geräte, die die Fernversorgung ergänzen, sind kein neuer Trend, aber die jüngsten technologischen Fortschritte haben ihren Wert für Gesundheitsdienstleister erheblich gesteigert. Dank der Fortschritte bei der Herstellung konnten zahlreiche wichtige Wahrnehmungstechnologien miniaturisiert werden, sodass neue Sensoren in Smartwatches und Fitness-Tracker integriert werden können, ohne dass die Größe des Geräts oder die Akkulaufzeit eingeschränkt werden.
Dieser Trend zu immer kleineren medizinischen Geräten hat auch zu speziellen medizinischen Wearables wie kontinuierlichen Glukosemessgeräten (Continuous Glucose Monitors, CGMs) geführt. Produkte wie das Analog-Frontend (AFE) CEM102 von Onsemi wurden speziell für CGMs mit sehr geringem Stromverbrauch entwickelt. Das CEM102 hat einen kompakten Formfaktor und einen hochauflösenden Analog-Digital-Wandler (ADC), der eine genaue Überwachung bei minimalem Stromverbrauch gewährleistet. Da Ingenieure immer kleinere Geräte entwickeln, werden die Anwendungsfälle für Wearables weiter zunehmen und dazu beitragen, Gesundheitsdienstleister besser zu unterstützen.
5. Intelligente Implantate
Intelligente Implantate basieren im Wesentlichen auf der Wearable-Technologie und bieten einen innovativen Ansatz für die Patientenüberwachung, indem sie die Übertragung von Daten aus dem Körper heraus in Echtzeit ermöglichen. Solche Implantate werden in wichtigen Bereichen wie der Herzmedizin, der Neurostimulation und der Behandlung chronischer Schmerzen eingesetzt. So ermöglichen beispielsweise intelligente Herzschrittmacher einen besseren Einblick in die Funktionsweise des Geräts, indem sie mithilfe von einstellbaren Algorithmen an die Herzrhythmusstörungen des Patienten angepasst werden.
Ingenieure, die diese Geräte entwickeln, stehen vor großen Herausforderungen in Bezug auf Miniaturisierung, Zuverlässigkeit, Biokompatibilität und Akkulaufzeit. Jedoch werden Innovationen im Bereich Energy Harvesting neue Geräte ermöglichen, die ohne Batterien auskommen, indem sie die Kraft der menschlichen Bewegung nutzen. Weitere Durchbrüche bei Leiterplattensubstraten werden die Entwicklung neuer flexibler elektronischer Implantate vorantreiben, die in neue Bereiche des menschlichen Körpers eingesetzt werden können.
6. Medizinroboter
Roboter werden sowohl in der Chirurgie als auch in der Rehabilitation immer wichtiger, und es entstehen ständig neue Applikationen und Lösungen. 2017 waren nur 826 OP-Roboter im Einsatz, doch diese Zahl wird bis Ende 2025 voraussichtlich auf 2.112 steigen. Ebenso wird prognostiziert, dass der Markt für Rehabilitationsrobotik, wie zum Beispiel. Exoskelette, von 239,1 Millionen Dollar im Jahr 2022 auf über eine Milliarde Dollar im Jahr 2030 ansteigen wird.
Moderne Bewegungssteuerungssysteme, die hochpräzise Sensoren und Aktuatoren integrieren, tragen dazu bei, die Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Robotern zu verbessern. Mit zunehmender Marktreife sinken zudem die Kosten und der Energieverbrauch. In den nächsten zehn Jahren wird die zunehmende Präsenz von Robotern im Gesundheitswesen nicht nur die Fehlerquote senken, sondern auch mehr Operationen an entfernten Orten ermöglichen, da Chirurgen mehr Zeit haben, weil sie nicht mehr zu Patienten in anderen Krankenhäusern reisen müssen.
7. Digitale Zwillinge
Ein weiteres neues Konzept in der Medizin sind digitale Zwillinge – virtuelle Replikas von physischen Objekten, Systemen oder Prozessen, die mithilfe von Echtzeitdaten und Simulationen erstellt werden. Die Auswirkungen digitaler Zwillinge sind bereits in Bereichen wie Fertigung, Vertrieb und Umweltüberwachung zu spüren, wo sie eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von Fehlern und Entwicklungszeiten spielen und ein besseres Verständnis ermöglichen.
Mit dem wachsenden Potenzial digitaler Zwillinge werden immer mehr medizinische Applikationen von dieser revolutionären Technologie profitieren, und es werden komplexe virtuelle Modelle von Patienten, Krankenhäusern und medizinischen Geräten entstehen.
Derartige digitale Modelle können komplexe Simulationen steuern, die Versuch und Irrtum in der virtuellen Welt ermöglichen, was die Forschung beschleunigt und unerwünschte Ergebnisse in der realen Welt reduziert. Kontinuierliche Fortschritte bei KI-Modellen und Datenzentren werden digitale Zwillinge weiter vorantreiben und Gesundheitsdienstleistern dabei helfen, Patientenergebnisse vorherzusagen, Behandlungen zu optimieren und belastbarere Arbeitsabläufe zu schaffen, die sich besser an eine plötzliche Nachfrage aufgrund von Naturkatastrophen oder Pandemien anpassen können.
8. Edge-Computing
Edge-Computing ist ein Tech-Trend, der sich auf eine Vielzahl von Märkten gleichzeitig auswirkt. Es ist bereits ein integraler Bestandteil des Gesundheitswesens, insbesondere bei MIoT- und Wearable-Applikationen. Durch die lokale Verarbeitung von Daten kann Edge-Computing dazu beitragen, die Latenzzeit in lebensrettenden Situationen im Vergleich zu Cloud-gestützten Alternativen zu verringern.
Edge-KI- oder ML-Modelle können die Gerätekommunikation durch die lokale Datenverarbeitung potenziell reduzieren, was zu einer geringeren Menge übertragener Daten führt, oder durch intelligente lokale Verarbeitung, um die Anforderungen an die Datenübertragung zu bestimmen. Anstatt kontinuierlich Daten zu senden, könnte ein Gerät beispielsweise nur dann Informationen übermitteln, wenn die Vitalwerte einer Person auffällig sind.
Da etwa 30 Prozent des weltweiten Datenvolumens im Gesundheitswesen erzeugt werden, könnte Edge-Computing dazu beitragen, die Kosten und den Energieverbrauch im Zusammenhang mit Gesundheitsdaten erheblich zu senken.
9. VR, AR und MR
Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) finden neue Einsatzmöglichkeiten im Gesundheitswesen, von der chirurgischen Ausbildung bis hin zur Patientenaufklärung. Durch die Kombination digitaler Bilder oder sogar komplexer digitaler Zwillinge bieten diese Technologien eine virtuelle Welt für Simulationen, in der Fehler den Patienten nicht schaden können.
Fortschritte in der Tracking- und Bildtechnologie ermöglichen es neueren VR/AR-Systemen, Bewegungen genauer zu verfolgen und somit reale Situationen abzubilden. Das programmierbare IMU-Smart-Sensorsystem BHI360 von Bosch ist eine kompakte Lösung mit extrem niedrigem Stromverbrauch, die AR/VR/MR-Brillen und -Steuerungen mit hochpräziser und latenzarmer Bewegungsverfolgung ausstattet. Es kann fließendere und genauere VR-Erlebnisse ermöglichen, den Wert chirurgischer Ausbildungen erhöhen oder die Erfahrung des Endnutzers in Szenarien der Patientenaufklärung verbessern.
10. 3D-Druck
Der Einsatz von 3D-Druck und additiver Fertigung ist in medizinischen Einrichtungen auf dem Vormarsch, insbesondere nach bemerkenswerten Erfolgen in den letzten Jahren. Während der COVID-19-Pandemie beispielsweise erkannte die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) die entscheidende Rolle an, die die unkonventionelle Herstellung durch 3D-Druck bei der Überwindung von Versorgungsengpässen spielte.
3D-Drucker treiben auch den Fortschritt bei individuellen Prothesen voran und werden diesem Bereich in den kommenden Jahren weitere Impulse verleihen. Der 3D-Druck verändert die Art und Weise, wie medizinische Geräte hergestellt werden, und ermöglicht die schnelle Produktion kostengünstigerer, aber individuellerer Prothesen, sowohl in traditionellen klinischen Einrichtungen als auch darüber hinaus. Wohltätigkeitsorganisationen auf der ganzen Welt setzen inzwischen 3D-Druck ein, um die Zugänglichkeit von Prothesen zu verbessern, insbesondere in Konflikt- oder Notfallsituationen, da sie benutzerfreundlich ist und schnell eingesetzt werden kann.
Zusammenfassung
Wie wir sehen können, wird die Zukunft der Medizintechnik durch eine Reihe von Trends geprägt. Da sich diese Trends weiterentwickeln, werden Designingenieure nach robusten und zuverlässigen Technologien suchen, die die komplexen Anforderungen moderner Gesundheitssysteme erfüllen. Distributoren wie Mouser Electronics bieten eine große Auswahl an Bauteilen an, die Ingenieure bei der Entwicklung von medizinischen Geräten der nächsten Generation unterstützen, die nicht nur die Ergebnisse für die Patienten verbessern, sondern auch effizientere, individuellere und leichter zugängliche Gesundheitslösungen ermöglichen.
