Wearable in der Medizin Bei Ultraschall-Wearables fehlen geeignete Entwicklungsplattformen

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TU Bergakademie Freiberg

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Ultraschall-Wearables können Informationen aus tieferliegenden Gewebestrukturen erfassen. Forscher der TU Bergakademie Freiberg sehen fehlende, offen zugängliche Entwicklungsplattformen als eine Hürde auf dem Weg von ersten Demonstratoren zu praktischen Anwendungen.

Wearables sind durchaus praktisch und sinnvoll. Mit ihnen lassen sich elektrische oder optische Signale an der Körperoberfläche erfassen, um beispielsweise Sauerstoffsättigung oder Herzfrequenz zu bestimmen. Einen wesentlichen Schritt weiter geht Ultraschall. Dann mit den Schallwellen lassen sich auch Informationen aus tieferliegenden Gewebeschichten erfassen. Damit ist unter anderem ein kontinuierliches medizinisches Monitoring möglich, unterstützt bei der Rehabilitation und der Mensch-Maschine-Interaktion.

Die technischen Voraussetzungen tragbarer Ultraschallsysteme sind grundsätzlich vorhanden, sagen die Experten der U Bergakademie Freiberg. Dazu gehören Fortschritte bei Ultraschallwandlern, der Elektronik sowie der Signalverarbeitung. Sie alle haben in den vergangenen Jahren neue Systemkonzepte ermöglicht.

Weiter nach dem Laborstatus

Dennoch würden viele Demonstratoren bislang nicht über den Laborstatus hinauskommen. Als eine Ursache nennen die Autoren fehlende, breit zugängliche Entwicklungsplattformen. Offene und rekonfigurierbare Hard- und Softwareplattformen könnten es ermöglichen, unterschiedliche Systemarchitekturen und Anwendungen mit einer gemeinsamen technischen Grundlage zu untersuchen. Forschungsergebnisse ließen sich dadurch besser vergleichen und reproduzieren.

„Offene und rekonfigurierbare, also für unterschiedliche Anwendungen anpassbare, Hard- und Softwareplattformen könnten eine deutlich größere Rolle bei der Entwicklung neuer Ultraschall-Wearables übernehmen“, sagt Sensor-Experte Professor Christian Kupsch von der TU Bergakademie Freiberg. Anwendungsteams müssten dann nicht für jede neue Fragestellung ein vollständiges Ultraschallsystem von Grund auf entwickeln.

Ultraschallsystem auf wenige Zentimeter begrenzen

Die technischen Anforderungen ergeben sich aus der notwendigen Miniaturisierung. Funktionen, die bei einem klinischen Ultraschallgerät in einem größeren System mit leistungsfähiger Elektronik untergebracht sind, müssen bei einem Wearable auf wenigen Zentimetern Bauraum integriert werden. Gleichzeitig soll das System über längere Zeit mit einer kleinen Batterie arbeiten.

Damit entsteht ein Zielkonflikt zwischen Leistungsaufnahme, Rechenleistung, Datenübertragungsrate, Signalqualität und Tragekomfort. Zu einer Wearable-Ultraschallplattform gehören nach Vorstellung der Autoren deshalb nicht nur die Wandler, sondern auch die Anregung und Datenerfassung, die Signalverarbeitung sowie die Kommunikation.

„Der entscheidende Schritt ist nicht nur, einzelne Komponenten immer weiter zu verbessern“, sagt Kupsch. Entscheidend sei vielmehr das Zusammenspiel von Wandlern, Elektronik, Signalverarbeitung, Kommunikation und Anwendung. Gemeinsame Plattformen könnten diesen Entwicklungsprozess vom ersten Anwendungsexperiment bis zu einem herstellbaren System unterstützen.

Die Forscher plädieren zudem für zusätzliche Investitionen in offene Forschungsinfrastrukturen, Open-Source-Projekte und gemeinsam nutzbare Plattformen. Auf dieser Grundlage könnten verschiedene Forschungsgruppen neue Anwendungen schneller erproben und ihre Ergebnisse besser miteinander vergleichen. (heh)

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