Wearables

Kleine Helfer – große Wirkung

Rechts vorn im Bild sieht man eine Smartwatch, im Bildhintergrund die Silhouette eines Läufers. Er joggt offenbar übe reine Strandpromenade, über sich einen rot eingefärbten Abendhimmel. Ziffern laufen über das Bild.

Wearables haben ihren Siegeszug in der Fitnessindustrie bereits hinter sich. Nun erobern sie die Medizin.

Quelle: jdjuanci / Fotolia

Wearables könnten die Medizin revolutionieren, meinen die einen. Skeptiker hingegen verweisen auf mangelnde Datensicherheit und -qualität. Sicher ist: Die tragbaren Mini-Computersysteme sind im Trend. Die Entwicklung zielgruppenspezifischer Anwendungen, die unauffällig in den alltäglichen Gebrauch integriert werden können, dürfte in den kommenden Jahren noch an Fahrt aufnehmen. von Anja Huber

Innovative Elektronik, zunehmende Miniaturisierung und kabellose Kommunikation machen es möglich, Wearables in nahezu jeden Gegenstand einzuarbeiten.

„Wearable“ heißt so viel wie „tragbare Technologie“. „Nach unserer Definition ist jede elektronische Komponente, die am Körper, in Körpernähe oder im Körper getragen wird, ein Wearable-Produkt“, erklärt Christian Stammel, Gründer und Geschäftsführer der WT Wearable Technologies Group. Demnach gehören Smartphones, „schlaue“ Uhren (Smartwatches) und Fitnesstracker ebenso zu den Wearables wie Hörgeräte, Herzschrittmacher oder Insulinpumpen.

Stark im Kommen sind Wearables, die in Brillen, Armbändern, Schmuck, Kopfhörern, Pflastern oder Kleidung stecken und diskret per Sensortechnik Vitaldaten erfassen und protokollieren

Trend zum mobilen Datensammeln hat die Medizin erfasst

Der Hype um Wearables spiegelt sich aktuell vor allem im Bereich Lifestyle: Aus einer Befragung des Bundesministeriums der Justiz und für Verbraucherschutz von 2015 geht hervor, dass 14 Prozent der Deutschen Wearables benutzen: 70 Prozent protokollieren damit ihre körperliche Aktivität, 39 Prozent überwachen mit Wearables ihren Gesundheitszustand. Im gleichen Zeitraum ermittelte der Digitalverband Bitkom, dass ein Drittel der Deutschen ein Gerät mit Gesundheitssensoren nutzt. In einer weiteren Befragung von Bitkom und der Unternehmensberatung Deloitte in 2017 gaben 90 Prozent der Befragten an, sie hätten keine Hemmungen, ihre Gesundheitsdaten ihrem Arzt mitzuteilen

Markt für Wearables wächst rasant

2014 erzielten Hersteller in Deutschland mit dem Verkauf von Wearables einen Umsatz von 88 Millionen Euro. 2015 waren es nach Angaben von Statista schon 166 Millionen. Das französische Beratungsunternehmen Yole Développement geht davon aus, dass die Anzahl der Wearables im Gesundheitsbereich von 27 Millionen im Jahr 2016 auf 94 Millionen im Jahr 2022 steigen wird. „Wearables sind einer der wesentlichen Enabler für die Digitalisierung im Gesundheitswesen“, ist Christian Stammel überzeugt.

Besonders spannend für Wearable-Hersteller sei der zweite Gesundheitsmarkt. Der Schritt vom Wearable als Datenproduzent hin zum Medizinprodukt, das bei Diagnosen hilft und Therapievorschläge macht, ist an regulatorische Voraussetzungen geknüpft, die langwierig werden können. Bis ein Wearable CE-zertifiziert sei, sagt Stammel, könnte die verbaute Technik bereits veraltet sein.

Die Einsatzmöglichkeiten der kleinen mobilen Systeme sind nahezu unerschöpflich: Von der Prävention über Diagnose, stationäre und ambulante Behandlung bis zur Rehabilitation könnten Wearables neue Versorgungspfade eröffnen.

Es wird erwartet, dass Wearables vor allem das Management chronischer Krankheiten erleichtern werden. Hat der Arzt bislang nur punktuellen Zugriff auf die Vitalparameter seiner Patienten, vermitteln Wearables ihm einen allumfassenden Einblick in die Lebenswelt seiner Patienten und liefern so die Basis für eine optimale Therapie.

Beispiel Diabetes: Neben den etablierten Insulinpumpen reicht die Palette an Wearables für Diabetiker von intelligenten Sensor-Pflastern über smarte Kontaktlinsen bis hin zu Patches, die nicht nur den Blutzucker messen, sondern auch Medikamente in der individuell benötigten Menge abgeben. Es gibt auch intelligente Einlegesohlen, die Druck- und Temperaturverteilungen am Fuß überwachen, um so die Entstehung eines diabetisches Fußsyndrom frühzeitig zu erkennen und zu verhindern.

Rückenansicht eines jungen Mannes. Auf Schulterhöhe trägt er einen schwarzen, enganliegenden Bolero.

Die Bolero-artige West übermittelt kardiologische und Bewegungs-Parameter.

Quelle: Uni Potsdam

Sensorgestütztes Herz-Kreislauf-Monitoring

Für kardiopulmonale Erkrankungen entwickelt das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme (Fokus) in Berlin gemeinsam mit mehreren Partnern ein mobiles System namens RehaQuantified, das wie ein Bolero getragen wird. „Kardiologische und Bewegungs-Parameter werden durch vier Sensoren erfasst“, erklärt Dr. Michael John, stellvertretender Leiter am Innovationszentrum Telehealth Technologies bei Fokus. Auf der Basis ermittelter physiologischer Defizite werden individuelle Therapiepläne zusammengestellt. Ärzte und Therapeuten können anhand der tagesaktuellen Auswertungen Entscheidungen für den weiteren Therapieverlauf treffen.

Brille analysiert Essverhalten

Einen Weg, das Ernährungsverhalten übergewichtiger Menschen zu erfassen, um ihnen mit einer individualisierten Ernährungsberatung beim Abnehmen zu helfen, sucht Professor Oliver Amft vom Lehrstuhl für E-Health/M-Health der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). „Ein Ernährungstagebuch zu führen ist sehr aufwändig – zudem man weiß, dass es drei bis fünf Jahre braucht, bis man seinen Lebenswandel wirklich umgestellt hat“, erklärt Amft. Den komplexen Prozess der Ernährung könne man nur durch die Kombination verschiedener Sensor-Systeme erfassen. Amft und seine Mitstreiter haben Elektromyographie- und Vibrationssensoren in ein Brillengestell integriert. Damit können sie Hand- und Atembewegungen sowie das Kaugeräusch der Speisen analysieren, wodurch auf deren Textur und Kaloriengehalt geschlossen werden kann. „So bekommen wir Informationen zum zeitlichen Ablauf der Nahrungsaufnahme, können Mengen schätzen, Speisetypen bestimmen und diese in eine Ernährungspyramide einordnen“, erklärt Amft. „Unsere Daten decken jetzt schon so viel ab, dass sie für eine fundierte Ernährungsberatung ausreichen.“ Rund 50 Probanden haben die Brille im Alltag schon getragen. „Wir wollen jetzt eine größere Studie angehen und die Technologie zusammen mit Brillenherstellern verfeinern.“ In drei bis fünf Jahren könnte die „Diätbrille“ dann marktreif sein.

Frühwarnsysteme für Anfallpatienten

Im vom Bundesforschungsministerium geförderten Gemeinschaftsprojekt EPItect wird ein In-Ohr-Sensor entwickelt, der erkennt, wenn sich ein epileptischer Anfall anbahnt. Gleichzeitig soll er den Träger, Ärzte oder Angehörige davor warnen, damit sie rechtzeitig Sicherheitsvorkehrungen treffen können. Im Rahmen des EU-Projektes CuPiD wurde ein System für Parkinson-Patienten entwickelt, das frühzeitig erkennt, wenn ein FOG (Freezing of gait) einsetzt – ein Erstarren, das von einer auf die andere Sekunde weitere Bewegungen verhindert: „Kurz vorm Erstarren tritt ein typisches Zittern ein, das wir per Bewegungssensoren erfassen können“, erklärt Professor Gerhard Tröster, der als Leiter des Electronics Laboratory (IfE) an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich in die Entwicklung eingebunden war. „Versorgt man den Patienten dann sofort mit einem Takt über das Gehör oder per Klopfen auf die Haut, kann man das Erstarren vermeiden bzw. durchbrechen.“

Wearables liefern Daten auf Schritt und Tritt. Könnten damit Krankheiten bereits im Frühstadium entdeckt und behandelt werden?

Michael Snyder, Direktor des Zentrums für Genomik und personalisierte Medizin der Stanford University, wollte herausfinden, ob Fitness-Tracker auch etwas über künftige Krankheiten aussagen können. Dafür hat er seine Vitaldaten zwei Jahre lang mit sieben herkömmlichen Wearables, die nicht als Medizinprodukt zertifiziert sind, beobachtet. Tatsächlich stellte er auf diese Weise fest, dass er an einer Borreliose erkrankt war, noch bevor er Symptom hatte. Daraufhin stattete er 43 Freiwillige mit Wearables zur Selbstvermessung aus. Sie dokumentierten durchschnittlich fünf Monate lang ihre Herzfrequenz, Hauttemperatur und zurückgelegten Schritte.

„Die gesammelten Daten ließen Rückschlüsse auf den aktuellen Gesundheitszustand der Probanden zu“, berichtet Snyder. „Perioden erhöhter Herzfrequenz deckten sich mit Zeiten entzündlicher Erkrankungen. Dabei veränderte sich die Herzfrequenz in so frühen Krankheitsphasen, dass sie als Frühwarnsystem für die Erkrankungen hätte dienen können.“

Krankheiten in Zukunft vorhersehbar?

Die Hoffnung, anhand gesammelter Körperdaten Krankheitsmuster zu erkennen und präventiv gegenzusteuern, teilen jedoch nicht alle Experten: Die meisten verfügbaren Wearables liefern keine validen Daten, sind nicht als Medizinprodukt zertifiziert und werden vom Großteil der Mediziner nicht anerkannt. „Unser Gesundheitssystem ist auf standardisierte Verfahren und Daten fokussiert, daher passen die durch die meisten Wearables bislang gesammelten Informationen nicht ins System“, gibt ETH-Forscher Gerhard Tröster zu bedenken.

Oliver Amft pflichtet ihm bei: „Wir versuchen im Rahmen der Medizininformatik-Initiative gerade erst, Daten aus Forschung und Patientenversorgung den Unikliniken untereinander zugänglich zu machen. Die ganze Thematik rund um Wearables ist dabei noch gar nicht beachtet. Ich hoffe aber, dass es dazu eine Programmerweiterung geben wird, um auch diese Daten zu integrieren – denn sie werden kommen“, ist der Professor für E-Health / M-Health überzeugt.

Die Menge der erfassten Daten wiege deren Ungenauigkeit auf und Abweichungen von der individuellen Norm könnten erkannt werden, so ein häufiges Argument. „Die Kausalität der Daten fehlt jedoch meist noch“, warnt Soziologin Dr. Karolin Kappler von der FernUniversität Hagen. Im Big-Data-Projekt ABIDA untersucht sie die gesellschaftlichen Folgen von Big Data. „Man weiß zu wenig darüber, was wirklich mit den Geräten gemacht wird, und so besteht die Gefahr, dass die Daten unvollständig oder fehlerhaft sind und man daraus Dinge liest, die mit der eigentlichen Realität nichts zu tun haben.“

Medizin wird personalisiert

Die Integration der individuellen, durch Wearables gesammelten Daten in Klinik und Forschung sieht M-Health-Experte Amft dennoch als Treiber für die personalisierte Medizin: „Prädispositionen können wir schon genetisch entschlüsseln. Einfluss darauf, ob sich Krankheiten dann wirklich ausprägen, nehmen Verhalten und Umweltfaktoren – und genau das können Wearables erfassen.“ Amft prophezeit für die kommenden Jahre einen starken Entwicklungsschub in diese Richtung. „Betrachtet man solche individuellen Daten gleichzeitig anonymisiert als Big Data, könnten daraus epidemiologische Erkenntnisse für die Krankheitsentstehung gewonnen werden“, konstatiert Amft. Nach der SmartHealth-Studie 2016 der Techniker Krankenkasse (TK) sind 61 Prozent der Deutschen bereit, ihre anonymisierten Daten für Forschungszwecke bereitzustellen.

Eine Frau Mitte 30 mit langen braunen Haaren lächelt in die Kamera.

Untersucht die gesellschaftlichen Folgen von Big Data: Dr. Karolin Kappler, FernUni Hagen.

Quelle: Wolfgang Kraft

Gesellschaftliches Bild von Krankheit könnte sich ändern

Um von Wearables gesammelte Daten richtig einordnen und für die Prävention nutzen zu können, ist es wichtig zu wissen, in welchem Kontext sie erhoben wurden. Kann man beispielsweise epileptische Anfälle voraussagen, ließe sich über Zusatzdaten auch ergründen, in welchen Situationen der einzelne Patient zu Anfällen neigt. „Anhand solcher Daten könnten Epilepsie-Cluster gebildet werden, denen man dann Verhaltensänderungen vorschlägt, zum Beispiel keinen Kaffee mehr zu trinken, weil man darauf reagiert“, sagt Kappler. „Schafft der Patient es aber nicht, Empfehlungen umzusetzen, besteht die Gefahr, dass die Verantwortung für eine Erkrankung irgendwann ganz dem Betroffenen zugeschoben wird: Du bist willensschwach und selbst schuld, wenn du krank wirst. Solche ethischen Fragen wie die individuelle Freiheit des Individuums, auch mal krank oder traurig sein zu dürfen, müssen vor der Entwicklung dieser Technologien geklärt werden“, mahnt die Soziologin.

„Die Zukunft gehört maßgeschneiderten Lösungsansätzen, unterstützt durch Wearables.“

Professor Friedrich Köhler, Leiter des Zentrums für kardiovaskuläre Telemedizin an der Charité – Universitätsmedizin Berlin, gibt zu bedenken: „Das tragbare Messgerät ist nur der Anfang eines komplexen Betreuungskonzepts: Welche Konsequenzen ziehe ich aus den Informationen? Wie setze ich die Kette vom Gerät zu einer medizinischen Entscheidungsebene mit entsprechender Therapie um? Denn das ist es, was Patienten länger leben lässt und Krankenhausaufenthalte vermeidet. Die Zukunft gehört maßgeschneiderten Lösungsansätzen, unterstützt durch Wearables. Aber wenn Sie Bereiche wie Datenschutz, -sicherheit und -verfügbarkeit oder das Fernbehandlungsverbot bedenken, wissen Sie, welchen Herausforderungen wir uns noch annehmen müssen, um Wearables im medizinischen Alltag zu verankern."

Damit Wearables wirklich den Einzug ins Gesundheitssystem schaffen, müssen sie noch stärker in den Alltag von Patienten integriert, sozusagen unsichtbar werden.

Untersuchungen zeigen, dass Nutzer schnell das Interesse an Wearables wie Fitnessarmbändern verlieren – meist landen solche Gadgets nach drei Monaten in der Schublade. „Daher ist es wichtig, Sensor-Systeme in Gegenstände zu integrieren, die man sowieso mit sich trägt“, betont Amft.

Eine schwarze Radlerhose, davor sind ein Smartphone und ein Tablet angeordnet, auf denen Kreise und Zahlen zu erkennen sind.

In diese Sporthose sind Sensoren eingebettet, die Muskelbelastung, Herz- und Schrittfrequenz überwachen.

Quelle: Myontec

So wird etwa versucht, die Technik in Kleidung einzubetten. Das bringt für die Elektronik jedoch einiges an Herausforderungen mit sich: Sie muss hautverträglich und flexibel sein, um Bewegungen aushalten zu können. Konventionelle Elektronik aus steifen Siliziumwafern eignet sich dafür nicht. „Neue Konzepte beschäftigen sich zum Beispiel mit organischer Elektronik, die gedruckt oder aus der Gasphase abgeschieden werden kann“, erklärt Dr. Thomas Dietrich, Geschäftsführer des IVAM Fachverbands für Mikrotechnik. Weil Kleidung waschbar sein muss, sind die Sensoreinheiten bislang meist abnehmbar. „Geforscht wird aber daran, wie man elektronische Bauteile wasserdicht verkapseln und stabil gegen Waschlaugen machen kann“, weiß Dietrich. Die Forschungsansätze reichen von besseren Batterien über sparsamere Energienutzung bis hin zu Energy Harvesting, also Energieerzeugung aus Bewegung oder Körpertemperatur.

Der Entwicklungsaufwand steht jedoch oft im Widerspruch zur Marktgröße: „Je stärker man die Systeme in Alltagsgegenstände integriert, desto aufwändiger wird die Entwicklung“, sagt Amft. „Zudem braucht es bei medizinischen Anwendungen eigene Umsetzungen für jeden Krankheitstyp. Das schränkt den Markt stark ein. Textilhersteller müssen aber in großen Volumina denken.“ Dennoch sieht der M-Health-Professor Sensorsysteme in der Kleidung als einen Zukunftstrend: „Die Materialentwicklung hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht.“

ETH-Professor Tröster hingegen sieht die Einbettung von Technik in Textilien als gescheitert an: „Der Aufwand ist groß, der Gewinn überschaubar und man kann es anders oft besser machen. Denn man darf auch nicht vergessen, dass Kleidung mit Sensoren oft unbequem ist, weil sie eng auf der Haut sitzen muss, um etwa den Herzschlag zu messen.“

Um sich einen Platz im jungen, dynamischen M-Health-Ökosystem zu sichern, sind Kooperationen zwischen Hardware-Anbietern, IT-Start-ups, Telekommunikationsunternehmen und Medizinern notwendig.

Die Entwicklung von Sensoren und Aktoren, die der Patient kaum spürt und die nahezu unbemerkt Langzeitmonitorings oder die Medikation erledigen, erfordern ein komplexes Zusammenspiel ganz verschiedener Expertisen. „Die Herausforderung besteht darin, dass sich Technologie-Unternehmen ganz neuer Dienstleistungsbereiche annehmen müssen: Die Software hinter der Hardware wird immer wichtiger. Dazu braucht es auch medizinisches Know-how in den Hightech-Unternehmen“, erläutert IVAM-Geschäftsführer Dietrich. „Wir versuchen, unsere Mitglieder mit IT-Start-ups zu vernetzen, um gemeinsam Produkte zu entwickeln“, sagt Dietrich. Hier prallen jedoch verschiedene Unternehmenskulturen aufeinander. „Die offene Kommunikation zwischen den verschiedenen Playern – ungewohnt für die etablierten Hightech-Firmen – wird normal werden müssen“, appelliert Dietrich. „Denn niemand wird die Anforderungen des M-Health-Markts alleine lösen können.“

Auch die Unternehmensberatung Deloitte und der Digitalverband Bitkom kommen in ihrer aktuellen Studie „Mobile Health“ zu dem Schluss, dass nur die richtigen Partnerschaften das große Potenzial von M-Health-Lösungen heben können. „Denn um nachhaltig im Markt für mobile Gesundheitslösungen erfolgreich zu sein, sind sehr unterschiedliche Kompetenzen unabdingbar.“

© Medizintechnologie.de

© Medizintechnologie.de