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Digitaler Zwilling im Gesundheitswesen

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Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines realen Objektes oder Prozesses, das Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI), Virtual Reality (VR), Sensoren, 3D-Druck und das Metaverse verknüpft. Mithilfe von KI und maschinellem Lernen erhalten die virtuellen Doppelgänger Daten zu den Eigenschaften ihrer realen Gegenparts, sodass Simulationen in Echtzeit durchgeführt werden können.

Das Konzept des digitalen Zwillings stammt ursprünglich aus der Fertigungsindustrie, wie Sie hier lesen können. Allerdings lässt sich der digitale Doppelgänger auch im medizinischem Bereich einsetzen.

Wie verbessert diese Digitalisierung die Gesundheitsversorgung?

Mit dem virtuellen Modell des Körpers, bzw. der einzelnen Organen, können Ärzte schon vor dem ersten Schnitt die Erfolgsaussichten eines chirurgischen Eingriffs einschätzen. Zudem kann anhand des digitalen Zwillings die Reaktion des Patienten auf ein Medikament oder eine Therapie simuliert werden. Gleichzeitig kann der digitale Zwilling auch für die Früherkennung von Krankheiten eingesetzt werden. All diese Anwendungen ermöglichen eine personalisiertere Medizin.

Die gespiegelte Welt wird es den Verantwortlichen im Gesundheitswesen ermöglichen, Daten und Informationen in noch nie dagewesenem Umfang zusammenzuführen, überlebenswichtige Fragen zu stellen und zu beantworten und die Art und Weise, wie sie arbeiten, zusammenarbeiten und innovieren, neu zu gestalten.

Accenture, Gespiegelte Welt

Personalisierte Medizin auf dem Vormarsch

Die personalisierte Medizin (auch Präzisionsmedizin oder individualisierte Medizin genannt) umfasst diagnostische, präventive und therapeutische Massnahmen, die speziell auf die biologische Ausstattung des Patienten zugeschnitten sind. Dadurch sollen weniger Nebenwirkungen und wirksamere Therapien erzielt werden. Digitale Zwillinge können dabei eine grosse Rolle spielen.

Virtuelle Organe

Mithilfe von digitalen Zwillingen der Organe eines Patienten können Krankheitsverläufe und die Reaktion des Organs auf Medikamente, Therapien oder chirurgische Eingriffen besser beurteilt werden. 

So können Kardiologen mit dem 3D-Tool Dynamic HeartModel von Philips verschiedene Herzfunktionen bewerten, die für die Diagnose und Behandlung von Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen wichtig sind. 

Der Erfolg von Herzoperationen, wie der kardialen Resynchronisationstherapie, hängt entscheidend von der individuellen Planung ab, da die Elektroden optimal am Patienten platziert werden müssen, um den Schrittmacher entsprechend zu programmieren. Deshalb haben Tommaso Mansi und seine Forschungsgruppe bei Siemens Healthineers ein Rechenmodell entwickelt, das das Herz eines Patienten am Computer darstellt. So können Ärzte sich künftig während eines Eingriffs von diesem Modell leiten lassen. 

Auch das belgische Unternehmen FEops hat mit Heartguide eine Technologie auf den Markt gebracht, die virtuelle Kopien des Herzens und seiner Unterstrukturen aus Herzscans erstellen kann. Ärzte können damit Patienten mit strukturellen Herzkrankheiten eine individualisiertere Behandlungsmöglichkeit bieten.

Körperscanning

Erinnern Sie sich an den Körperscanner aus Star Trek, der eine 3D-Computerdarstellung Ihres Körpers erstellen kann, um Ihre Gesundheit zu überwachen? Diese Idee ist jetzt Wirklichkeit geworden. Jeff Kaditz, CEO des amerikanischen Start-up-Unternehmens Q Bio, entwickelte mit Q Bio Gemini die erste digitale Zwillingsplattform, die den gesamten Körper scannt. Laut der Website des Unternehmens sind seine fortschrittlichen physikalischen Berechnungsmodelle bei vielen Krankheiten genauer als herkömmliche MRTs und ermöglichen einen Ganzkörperscan in 15 Minuten, ohne dass Strahlung angewendet werden oder der Patient die Luft anhalten muss. 

Patientendaten

Für ein möglichst genaues virtuelles Abbild des Patienten sind medizinische Daten, wie die Patientenakte, aber auch Daten, die von Wearables oder zum Beispiel von Gesundheits-Apps stammen, erforderlich.

Neben Apps, die dabei helfen, die gesundheitlichen Veränderungen einer Person im Laufe der Zeit zu verfolgen, gibt es auch Sensoren, die am Körper getragen werden − sogenannte Wearables. Diese geben Aufschluss über Herzfrequenz, körperliche Aktivität, Hauttemperatur und andere Gesundheitsdaten. Mithilfe von Wearables und hochmodernen Algorithmen kann Insulinresistenz und der Beginn einer Infektion oder einer Entzündung vorhergesagt werden. Hier können Sie mehr über Wearables lesen.

Simulationen 

An einem digitalen Zwilling können Simulationen in Echtzeit durchgeführt werden. Das ermöglicht dem medizinischen Personal die Erfolgsschancen einer Behandlung oder Therapie besser einschätzen zu können. Des Weiteren können die digitalen Doppelgänger auch für Übungszwecke angewendet werden.

Digitaler Zwilling in der Chirurgie

Die Idee hinter einem chirurgischen digitalen Zwilling ist, dass ein Patientenmodell erstellt wird und die Operation in einer multidisziplinären Teamkonferenz geplant, vorher in einem Simulator geübt und während der Operation herangezogen werden kann, um die Anatomie zu überprüfen und unbeabsichtigte strukturelle Schäden zu minimieren. Solche Methoden können dazu beitragen, Fehler zu vermeiden, die während einer Operation auftreten können, und ermöglichen es den Ärzten, sich besser auf das vorzubereiten, was passieren wird.

Patientenüberwachung

Mithilfe der prädiktiven Analyse anhand des digitalen Zwillings können Krankheitssymptome frühzeitig erkannt werden. Das bedeutet in vielen Fällen bessere Heilungs- bzw. Überlebenschancen.

Wie wird sich der digitale Zwilling im Gesundheitswesen weiterentwickeln?

Die in diesem Artikel genannten Beispiele sind nur einige wenige, die zeigen, wie die Technologie des digitalen Zwillings bei der Diagnose und Behandlung von schweren Krankheiten hilft. Die Forschung im Bereich der digitalen Zwillinge konzentriert sich auf bestimmte Situationen oder Krankheiten, wie Krebs oder Herzprobleme und kritische Pflege, und hilft allgemein bei Patientenakten, Laborergebnissen, genetischen Daten, optimaler Entscheidungsfindung und der Simulation verschiedener Szenarien vor der Umsetzung in der realen Welt.

Technologien wie KI, maschinelles Lernen, 3D-Modellierung und prädiktive Analytik sind der Schlüssel zu effektiven digitalen Zwillingen und zur Erstellung präziser Datenmodelle. Mit dem Schutz von Patientendaten und der Integration sowie der Bewertung von IoT-fähigen Geräten und der verbesserten Überwachung von Gesundheitseinrichtungen sind digitale Zwillinge zu einem wichtigen Faktor in der Entwicklung geworden und werden sich im medizinischen Sektor mit dem Schwerpunkt auf Software-as-a-Medical-Services weiter entwickeln.

Produktempfehlungen

Zur Produktreihe

Das Gesundheitswesen profitiert in hohem Masse von der additiven Fertigung. Der 3D-Druck wird in der Gesundheitsbranche zur Herstellung externer Prothesen, kranialer oder orthopädischer Implantate und personalisierter Atemwegsstents eingesetzt. Es hat sich jedoch auch bei der chirurgischen Planung als nützlich erwiesen und wurde bei schwierigen Operationen am offenen Herzen oder sogar bei der Gesichtstransplantation eingesetzt. Lesen Sie mehr über die industriellen Anwendungen des 3D-Drucks und erfahren Sie, wie er die medizinische und zahnmedizinische Produktion verbessert. 

Servo-Steuerungen

Der TMCM-1636 ist ein einachsiger Servoantrieb für 3-Phasen-BLDC-Motoren und DC-Motoren mit einer Nennspannung von +24 V oder +48 V. Er verfügt über eine CAN- und UART-Schnittstelle und kann entweder über das TMCL- oder das CANopen-Protokoll kommunizieren. Servoantriebe werden nicht nur häufig in der Laborautomatisierung, der Robotik, der Fertigung, bei motorisierten Tischen und Stühlen eingesetzt, sondern auch in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen, wie z. B:

  • Behandlungstische
  • Beatmungsgeräte
  • Falsche tragbare Herzen
  • Knochensägen
  • Injektion von Kontrastmittel

Energiezähler

Die intelligente Zukunft des Gesundheitswesens kann ohne intelligente Zähler nicht stattfinden, und einige dieser Geräte sind Energiezähler, die bei der Ermittlung von Ineffizienzen helfen. Durch die Messung aller Geräte in der Einrichtung kann das Personal genau beobachten, wie viel Energie jede Komponente verbraucht. 

Anwendungen:

  • Überwachung des Stromverbrauchs für jede Etage, jeden Bürobereich oder jede Einheit
  • Umlage der Energiekosten zur Senkung der Betriebskosten, Optimierung der Energieeffizienz Ihres Gebäudes
  • Verbindung zur Energieverwaltungssoftware, um die Vorteile der digitalen IoT-Installation voll auszuschöpfen

Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS

Diese Maschinensteuerungen mit künstlicher Intelligenz ermöglichen maschinelles Lernen und Optimierungen im Grenzbereich mit schneller und präziser Steuerung durch die Synchronisierung aller EtherCAT-Geräte, wie z. B. Bildverarbeitungssensoren, Servoantriebe und Feldgeräte, sowie die Erkennung von Anomalien zur Visualisierung von Fehlerstellen. Da SPS-Systeme die Erfassung und Übermittlung von Betriebsdaten erleichtern, setzen Gesundheitssysteme SPS in zentralen Versorgungsanlagen zur Integration, Fernüberwachung und automatischen Steuerung mechanisch-elektrischer Systeme ein. Dadurch erreichen sie eine bessere betriebliche Effizienz und eine qualitativ hochwertige Patientenversorgung.

Zur Produktreihe

Die seriellen Geräteserver von Moxa (NPort 5410 Serie) sind medizinisch EN60601-1-2 und EN55011 zertifiziert, und unterstützen das Pflegepersonal bei der Verbindung mehrerer serieller Überwachungsgeräte am Bett. So kann das medizinische Personal den Zustand seiner Patienten elektronisch überwachen und die traditionelle Papieraufzeichnung durch eine elektronische Patientenakte ersetzen. Entdecken Sie weitere medizinische Anwendungsgeräte von Moxa.

Energiezähler

Die Stromüberwachungsgeräte überwachen und analysieren aktiv die Stromverteilungsinfrastruktur der jeweiligen Einrichtung, zu der Mittel- und Niederspannungsnetze, Operationssäle und Intensivstationen gehören.

Medizinischer Haftungsausschluss

Alle Inhalte und Informationen in diesem Artikel dienen nur zu Informations- und Bildungszwecken und stellen keine medizinische Beratung dar.

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