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Wearable Technology: Die Zukunft der Krankenhäuser

Wissensdatenbank Technologie Datenmanagement & Digitalisierung Mensch Patient*innenzentrierung B.1: Wearable-basiertes kontinuierliches PatientInnen-Monitoring

Die Gesundheitsbranche befindet sich in einem Umbruch hin zu einer effizienteren und patientenorientierten Versorgung. Eine wichtige Entwicklung ist die Integration des Internets der Dinge (IoT) in Krankenhäusern, die den Weg für das Konzept der „Smart Hospitals“ ebnet. Diese innovativen Gesundheitseinrichtungen nutzen das IoT, um das Patientenerlebnis zu verbessern, die Abläufe zu rationalisieren und die Ergebnisse der Gesundheitsversorgung insgesamt zu verbessern. Wearables, eine Schlüsselkomponente des IoT, stehen bei diesem Wandel an vorderster Front und spielen eine entscheidende Rolle bei der Überwachung und Verbesserung der Patientenversorgung.

Was sind Wearables?

Unter Wearable Technology versteht man elektronische Geräte, die am Körper getragen werden können und oft dazu dienen, Daten (in der Regel Vitaldaten) über die Gesundheit des Benutzers zu sammeln und zu analysieren. Diese Geräte reichen von Fitness-Trackern und Smartwatches bis hin zu anspruchsvolleren medizinischen Geräten, die die Vitaldaten kontinuierlich überwachen. Im Gegensatz zu punktuellen Messungen, die eine Momentaufnahme der Vitalparameter eines Patienten zu einem bestimmten Zeitpunkt liefern, bieten Wearables eine kontinuierliche Überwachung, die einen dynamischen und umfassenden Überblick über den Gesundheitszustand des Patienten bietet. Die Geräte sind so konzipiert, dass sie alle paar Minuten (geräteabhängig) eine Reihe von physiologischen Parametern erfassen und die Daten dann automatisch an ein cloudbasiertes Webplattform-Repository senden.

Verwendung von Wearables zur Schätzung von NEWS in Echtzeit

Normalerweise werden Frühwarnwerte routinemäßig durch manuelle Stichprobenmessungen im Laufe des Tages erfasst. Diese Messungen sind zwar nützlich, haben aber ihre Grenzen. Sie können subtile, aber signifikante Veränderungen im Zustand eines Patienten übersehen, die zwischen den Messungen auftreten. Durch den Einsatz von Wearables hingegen kann ein neuer Risikowert für den Patienten ermittelt werden, der auf häufigeren Messungen der physiologischen Parameter des Patienten beruht und bei dem der Zeitfaktor in die Bewertung einfließt.  Das Potenzial von Wearables in diesem Zusammenhang liegt auf der Hand, denn sie bieten die Möglichkeit einer kontinuierlichen und automatischen Datenaggregation und ermöglichen die Erkennung von Trends, die auf eine Verschlechterung des Zustands des Patienten im Frühstadium hinweisen könnten. In Kombination mit fortschrittlichen Algorithmen kann die Wearable-Technologie Erkenntnisse liefern, die den Gesundheitsdienstleistern helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen, das Risiko unerwünschter Ereignisse zu verringern und die Ergebnisse für die Patienten zu verbessern.

How Do Wearable Sensors Measure Vital Signs?

Photoplethysmographie

Die Photoplethysmographie (PPG) ist eine gängige Methode, die von tragbaren Geräten zur Messung der Vitalparameter verwendet wird. Die PPG ist ein optisches Verfahren, bei dem Leuchtdioden (LED) verwendet werden, um Veränderungen des Blutvolumens im mikrovaskulären Bett des Gewebes festzustellen. Dabei wird Licht in die Haut eingestrahlt und die Lichtmenge gemessen, die von den Blutgefäßen entweder absorbiert oder reflektiert wird.  Die Lichtmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt absorbiert wird, hängt von der Hämoglobinkonzentration im Blut ab, die wiederum von der Veränderung des Blutvolumens in den Gefäßen während jedes Herzzyklus abhängt. Für die Analyse wird infrarotes oder grünes Licht verwendet, da die Farbe die Unterschiede in den Wellenlängen widerspiegelt, die das Gewebe in verschiedenen Tiefen durchdringen. Der Sensor wird üblicherweise an stark durchbluteten Stellen wie Fingerspitzen, Ohrläppchen oder Stirn angebracht und dann an ein Überwachungsgerät mit einer Schnittstelle angeschlossen, die die Datenübertragung und -synchronisation ermöglicht.

PPG-Anwendung zur Überwachung der Herzfrequenz

Die zuverlässigste Messung mittels PPG ist die Herzfrequenz, da das vom Puls erzeugte Signal stark und gleichmäßig ist. Das tragbare Gerät erfasst diese Schwankungen in der Lichtabsorption, wobei das sich ändernde Blutvolumen mit dem Herzschlag die empfangene Lichtmenge streut und sich die vom Licht zurückgelegte Strecke ändert. Die höchsten Absorptionskoeffizienten liegen bei Wellenlängen um 540 nm und 570 nm. Bei diesen Wellenlängen ist die Absorptionsänderung aufgrund der Änderung des Blutvolumens am größten, und die Fotodiode misst das stärkste pulsierende Signal.

PPG-Anwendung auf Atemfrequenz und Blutdruck

Diese werden aus den langsameren Änderungen des Herzfrequenzsignals und den Amplitudenänderungen der erzeugten Wellenform abgeleitet. Während des Einatmungszyklus bewirken die intrathorakalen Druckänderungen eine Verringerung des Schlagvolumens des linken Ventrikels, was zu einer kleineren PPG-Amplitude führt. Während der Exspiration vergrößert sich das Schlagvolumen des linken Ventrikels, was zu einer größeren Pulsamplitude führt. Es ist zu erwarten, dass sich die Zuverlässigkeit dieser Messungen mit der Weiterentwicklung der Technologie verbessern wird.

PPG-Anwendung zur Temperaturüberwachung: Die derzeit in der Entwicklung befindliche Temperaturmessung über Wearables wird mit Fortschritten in der Sensortechnologie voraussichtlich zuverlässiger werden.

 

Herausforderungen bei tragbaren Messgeräten

Tragbare Geräte stehen bei der genauen Messung von Vitaldaten vor mehreren Herausforderungen, insbesondere aufgrund von Rauschen, das durch Bewegung verursacht wird. Wenn sich ein Patient zum Beispiel bewegt, kann das PPG-Signal verzerrt werden, was zu ungenauen Messwerten führt. Daher ist es wichtig, Algorithmen zu entwickeln, die das Rauschen herausfiltern und sich auf die Daten konzentrieren, die gesammelt werden, wenn sich der Patient in Ruhe befindet, ähnlich wie bei der traditionellen Spotmessung in einer kontrollierten Umgebung.

Potenzial von Wearables im Krankenhausumfeld

Die Integration von Wearables im Krankenhaus steckt noch in den Kinderschuhen, aber sie können die Ergebnisse für die Patienten verbessern, indem sie eine häufigere Überwachung der Vitalparameter des Patienten ermöglichen. In herkömmlichen Krankenhäusern werden Frühwarnwerte aus punktuellen Messungen ermittelt und zu einem einzigen Parameter zusammengefasst, der zur Risikostratifizierung der Patienten und zur Festlegung spezifischer Behandlungen oder zur Vorhersage einer Verschlechterung des klinischen Zustands des Patienten verwendet werden kann. Subtile Veränderungen der Vitalparameter gehen oft einer Verschlechterung des Zustands des Patienten voraus und können zu schwerwiegenden Ereignissen wie der Einweisung auf die Intensivstation führen. Die Früherkennung ist von entscheidender Bedeutung, stellt aber aufgrund der Arbeitsbelastung des Gesundheitspersonals und der Komplexität der Überwachung mehrerer Patienten eine Herausforderung dar. Darüber hinaus sind solche manuellen Berechnungen von EWS fehleranfällig und zeitaufwändig, und das Gesundheitspersonal muss nach wie vor die Vitalparameter des Patienten in bestimmten Intervallen über den Tag verteilt messen, auch wenn der Patient schläft.  Die Integration von Wearable-Technologie mit KI verbessert die Effektivität von EWS durch kontinuierliche Überwachung und Datenanalyse nahezu in Echtzeit. Mit KI-basierten Tools können wir die gesammelten Daten analysieren, Trends erkennen und potenzielle Gesundheitsprobleme vorhersagen, bevor sie kritisch werden. Manuelle Frühwarnsysteme liefern relevante Daten über den Gesundheitszustand der Patienten, aber Intervallmessungen erfassen möglicherweise keine frühzeitige Verschlechterung der Vitalparameter, insbesondere nachts. Ungeplante Einweisungen auf die Intensivstation sind mit einer höheren Sterblichkeitsrate, längeren Krankenhausaufenthalten und höheren Krankenhauskosten verbunden. Tragbare Geräte können die Unannehmlichkeiten für den Patienten durch weniger Messungen verringern, die Mobilität des Patienten ermöglichen und die Arbeitsbelastung des Pflegepersonals reduzieren. Darüber hinaus versprechen diese Geräte einen sicheren Patiententransport zwischen den einzelnen Stationen des Krankenhauses, während sie die Vitalparameter des Patienten kontinuierlich überwachen.

Verbesserung des Vorhersagecharakters von Frühwarnwerten durch Wearables

Die Berechnung von Frühwarnwerten kann von tragbaren digitalen Technologien stark profitieren. Im Rahmen des B1-Projekts haben wir eine Pilotstudie durchgeführt, bei der ein am Handgelenk tragbares Gerät zur Bereitstellung von NEWS in einem Krankenhaus eingesetzt wurde. Diese Studie hat gezeigt, dass tragbare Geräte eine bequeme und zuverlässige Methode der Patientenüberwachung darstellen können. Im nächsten Artikel werden wir erörtern, wie wir die Infrastruktur im Krankenhaus aufbauen können, um eine erfolgreiche Implementierung von Wearables für die Patientenüberwachung zu unterstützen.

Zitierung des Beitrags

Leifke, M., Geissmann, L. & Wehrli, S. (2025). Wearable Technology: The Future of Hospitals. In Flagshipprojekt SHIFT. Wissensbeitrag B.1 (Nr. 3).