Die Medizintechnik zählt zu den wachstumsstärksten Branchen weltweit. Neben demografischen Gründen, einem allgemein gestiegenen Gesundheitsbewusstsein und einem zunehmenden Wohlstand in Schwellenländern erweist sich insbesondere die Innovationskraft der medizintechnischen Industrie als Wachstumstreiber“, so lässt sich der Geschäftsführer der Messe Düsseldorf Joachim Schäfer im Vorfeld der Messe Compamed vernehmen, die vom 16. bis 18. November in der nordrheinwestfälischen Landeshauptstadt stattfindet. In Bezug auf diese Aussage ist es auch nicht verwunderlich, dass immer mehr Unternehmen, die eigentlich in ganz anderen Wirtschaftsbereichen zu Hause sind, „ihr fachliches Know-how in den Markt der Medizintechnik“ einbringen. Zu einem solchen Bereich – mit viel Innovationspotenzial – zählt zum Beispiel die Elektronikbranche – und ein Elektronikbauteilehersteller, der emsig für den Medizinsektor entwickelt, ist Analog Devices (ADI). So bietet das Unternehmen ein umfangreiches Portfolio an linearen, Mixed-Signal-, MEMS- und DSP-Technologien für die Bereiche Bildgebende Medizintechnik, Medizinische Messtechnik, Gesundheit für den Privatgebrauch und Patientenüberwachung. Für Entwicklungen für den letztgenannten Bereich kooperiert Analog Devices auch mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT). An MITs neuem Medical Electronic Devices Realization Center arbeiten ADI-Ingenieure und Wissenschaftler des MIT gemeinsam an der Entwicklung neuer Technologien für tragbare Geräte, die Vitalparameter wie Herzfrequenz, Blutdruck, Sauerstoffgehalt im Blut und Atemfrequenz vor Ort im Haus des Patienten messen und überwachen.
* Analog Devices/OrthAlign
Knochen für Knieprothese genau positionieren
Auch auf dem innovativen Feld der computergestützten Operationen tummelt sich der Elektronikhersteller – und zwar im KneeAlign-2-System des in Kalifornien ansässigen Medizingerätespezialisten OrthAlign. Es handelt sich dabei um ein handtellergroßes Navigationsgerät, mit dem sich die Oberschenkel- und Schienbeinknochen während der Implantation eines künstlichen Kniegelenks im Operationssaal genau positionieren lassen. Anstelle einer kameragestützten Navigation, die hohe Kosten verursacht und zusätzlichen Platz benötigt, setzt das Entwicklerteam von OrthAlign auf eine iSensor-Inertialmesseinheit (IMU, Inertial Measurement Unit) von Analog Devices. Mit deren Hilfe kann der Operateur innerhalb weniger Sekunden das Rotationszentrum des Oberschenkelknochens bestimmen und somit die genauen Schnittwinkel zum Durchtrennen des Knochens berechnen. Während das Knie des Patienten einem kompletten Bewegungsablauf unterzogen wird, verlässt sich der Operateur auf die von der IMU aufgenommenen Positionierung und Dynamik, um schnell die genaue Lage des zu durchtrennenden Oberschenkelknochens zu bestimmen. „Durch den Einsatz einer iSensor-IMU bietet das KneeAlign-2-System eine Ausrichtungsgenauigkeit, die mit der Genauigkeit der größeren und wesentlich teureren kamerabasierten Navigationssysteme vergleichbar ist. In der Praxis erreichen diese eine Ausrichtungsgenauigkeit von 91 Prozent. Bei herkömmlichen mechanischen Operationen wird eine Genauigkeit von 68 Prozent erzielt“, erläutert Patrick O’Doherty, Vice President Healthcare Group von Analog Devices die Vorzüge des mit ADI-Technik ausgestatteten Navigationsgerätes. Die in dem OrthAlign-System integrierte iSensor-IMU ermöglicht Messungen in sechs Freiheitsgraden. Dazu hat man drei Beschleunigungssensoren für Linearbewegungen und drei Gyroskope zur Erfassung von Drehbewegungen miteinander verbunden. Die IMU kann nach Angaben des Unternehmens den Bewegungen eines Instruments auch unter schwierigen Operationsbedingungen in allen Achsen genau folgen. Die IMU bietet über eine SPI-Schnittstelle Zugang zu kalibrierten und dynamisch kompensierten Sensordaten. Sensorfilterung und Verarbeitung lassen sich digital abstimmen und an unterschiedliche Anwendungsszenarien anpassen, so der Hersteller. Für den Sektor Bildgebende Medizintechnik hat Analog Devices unter anderem den 20-Bit-D/A-Wandler (DAC) AD5791 im Portfolio. Als dessen Merkmale gibt das Unternehmen Folgendes an: eine Auflösung und Genauigkeit von 1 ppm (parts per million), ein geringes Rauschen von 0,025 ppm, kurze Auffrischraten von 1 μsund eine niedrige Ausgangsdrift von 0,05 ppm/°C. Außerdem lasse sich sein Ausgang für unipolare (+5 oder +10 V) oder bipolare Ausgangsspannungsbereiche (±5 oder ±10V) konfigurieren. Ferner verfüge der Baustein über eine universell nutzbare, serielle 3-Draht-Schnittstelle für Frequenzen bis 50 MHz. In Kernspintomographen sollen sich beim Einsatz des DAC die Magnetgradienten in Anwendungen mit hoher Feldstärke präzise steuern lassen. Auf diese Art werde eine ausgezeichnete Bildqualität sowie ein hoher Kontrastumfang erzielt. Ergebnis: Selbst kleinste anatomische Strukturen und Abnormitäten wie Brustkrebszellen seien so deutlich wie nie zuvor zu sehen. Das niedrige Rauschen, die geringe Drift und die hohe Linearität des Wandlers würden zudem die mögliche Betriebszeit maximieren, weil die Geräte nicht mehr wie bisher aufwändig kalibriert und somit lange abgeschaltet werden müssten. Schließlich reduziere der Baustein auch die Notwendigkeit für komplexe Kalibrierungsalgorithmen, woraus niedrigere Engineering- und Wartungskosten resultierten.
Ganzes EKG-System in einem Gehäuse
Den Analog-Front-End(AFE)-Chip ADAS1000 hat Analog Devices für das Design leistungsfähiger EKG-Systeme wie Mehrkanal-EKG-Geräte, Patientenüberwachungssysteme, Holter-EKG-Geräte und Defibrillatoren entwickelt. „Beim ADAS1000 handelt es sich im Prinzip um ein komplettes EKG-System in einem Gehäuse. Das Bauteil bietet wichtige EKG-Funktionen wie Schrittmachererkennung und Atmungsmessungen sowie EKG-Messungen mit mehreren Elektroden und Unterstützungsfunktionen wie Erkennung offener Anschlüsse und Ansteuerung des Körpers des Patienten mit einem phasenverschobenen Gleichtaktsignal, welches in das rechte Bein eingeleitet wird”, so Patrick O’Doherty. Der AFE-Chip biete eine optimale Skalierbarkeit für Systeme mit vielen Anschlüssen, komme mit einer minimalen Zahl externer Bauteile aus und verfüge ausgangsseitig über mehrere digitale Schnittstellenoptionen. Zudem zeichnet er sich nach Unternehmensangaben unter anderem durch geringes Rauschen (10 µVss über 0,05 bis 150 Hz), um behördliche Vorschriften für Endgeräte zu erfüllen, sowie durch die Wahl verschiedener Daten-Frame-Raten (2, 16, 128 kHz) für einfache Datenerfassung aus.
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