Chronik der digitalen Gesundheit: Wearables für die Krankheitsdiagnose und Patientenüberwachung im Gesundheitswesen

Früherkennung von Krankheiten und medizinische Überwachung: tragbare Sensoren als Lösung im Gesundheitswesen

Diese tragbaren Sensoren gibt es in verschiedenen Formen: Beschleunigungsmesser, die die Geschwindigkeit messen, gyrometrische Sensoren, die die Flugbahn messen, optische Sensoren, die die Aufnahme von Bildern und die Erkennung bestimmter Elemente ermöglichen, thermometrische Sensoren, die die Temperatur messen, usw. Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Integration in verschiedene Träger, wie beispielsweise Stoffe, Gummibänder oder kleine Gegenstände. Kurz gesagt, sie können in unseren Alltagsgegenständen vorhanden sein, auf nicht-invasive Weise getragen werden und werden somit als „Wearables“ bezeichnet. Des Weiteren können physiologische Daten wie die Körpertemperatur, der Schweißausstoß, der Atem- oder Herzrhythmus durch die genannten Sensoren gemessen werden. In den meisten Fällen sind diese Sensoren über ein drahtloses Netzwerk mit einem Empfänger-Monitor oder Mobiltelefon verbunden, sodass eine Überwachung der Vitaldaten möglich ist. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts sind derartige Geräte fester Bestandteil unseres täglichen Lebens. Exemplarisch sei hier die Apple Watch genannt, welche die Herzfrequenz bei körperlicher Betätigung oder im Ruhezustand in Echtzeit aufzeichnet.

Gemäß einem im Jahr 2020 veröffentlichten Bericht der Unternehmensberatung Grand View Research wird der Markt für die genannten vernetzten Geräte, der im Jahr 2019 einen Wert von 32,63 Mrd. USD aufwies, zwischen den Jahren 2020 und 2027 voraussichtlich um 15,9 % pro Jahr wachsen. Dabei ist ein besonderes Wachstum im Gesundheitssektor zu verzeichnen. Neben der vernetzten Uhr, die im Jahr 2019 einen Marktanteil von etwas weniger als der Hälfte des Marktes für Wearables aufwies, werden eine Vielzahl von Gegenständen zu Sensorträgern, wie beispielsweise Ringe oder Schuhe.

Der Markt für Wearables expandierte zunächst durch Wellness- oder Fitnessprodukte und -dienstleistungen. In einem zunehmend digitalisierten Gesundheitswesen eröffnen Wearable-Sensoren neue Möglichkeiten der Fernüberwachung von Patienten. Dies kann letztlich dazu beitragen, Patienten mit Herzkrankheiten direkt zu überwachen oder sogar zu erkennen, ob eine ältere Person gestürzt ist, und so schnell wie möglich einzugreifen.

Sensoren in Zeiten von COVID-19: ein Gewinn für die Früherkennung von Krankheiten

Die wissenschaftliche Forschung zum Einsatz solcher Geräte zur Krankheitserkennung und Patientenüberwachung hat seit dem Jahr 2014 deutlich an Intensität gewonnen. Dies lässt sich anhand der jährlich auf Scopus veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten zu diesem Thema belegen. Während im Jahr 2014 lediglich 223 Veröffentlichungen zu verzeichnen waren, stieg die Zahl im Jahr 2020 auf 855 an. Die Coronapandemie hat zudem zu einer Intensivierung der Forschung im Bereich der Früherkennung durch „Wearables“ geführt. So wurde in der Fachzeitschrift Nature Medicine Ende Oktober eine Studie publiziert, welche die Nutzung von Daten aus tragbaren Sensoren zur Erkennung von SARS-Coronavirus (covid-19) thematisiert.

Das Forscherteam entwickelte eine Anwendung, um zwischen März und Juni 2020 Daten von 30.529 Teilnehmern aus vernetzten Uhren zu sammeln. Die Daten wurden mit den Selbstauskünften der Teilnehmer über mögliche Symptome sowie mit den Ergebnissen ihrer Covi-19-Tests abgeglichen. Die Ergebnisse der Studie legen nahe, dass die Aggregation von Daten zu Schlaf, sportlicher Aktivität und Ruheherzfrequenz sowie die Angabe bestimmter Symptome in hohem Maße mit der Diagnose von Covid-19 korrelieren. Dies ermöglicht eine Unterscheidung zwischen Teilnehmern, die Symptome aufweisen, aber nicht an Covid-19 erkrankt sind, und solchen, die tatsächlich von dem Virus betroffen waren. Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen das Potenzial physiologischer Daten, welche durch Sensoren in Gegenständen, die im Alltag getragen werden, gewonnen werden, um die Diagnose spezifischer Krankheiten zu unterstützen. Eine weit verbreitete Nutzung solcher Daten könnte zu einer beschleunigten Erkennung erkrankter Personen führen, sodass eine adäquate Behandlung zeitnah eingeleitet werden kann.

Am Körper tragbare Sensoren im Gesundheitswesen: Ambivalenz zwischen Nutzen und Grenzen

Die Vorteile tragbarer Sensoren im Kontext des Gesundheitsmanagements sind evident. Die kontinuierliche Überwachung vitaler Parameter erlaubt die Erstellung eines individuellen Bezugsrahmens für die betreffende Person, welcher als Grundlage für die Erkennung von Anomalien dient. Diesbezüglich sei das Beispiel der Herzfrequenz angeführt, welches für sich selbst spricht: Die gängige Annahme, dass die Ruheherzfrequenz zwischen 60 und 100 Schlägen pro Minute liegen sollte, muss relativiert werden, da die Spanne der „normalen“ Herzfrequenzen im wirklichen Leben wesentlich breiter ist. Bei einigen Personen liegt die Ruheherzfrequenz bei 40 Schlägen pro Minute, was als besorgniserregend eingestuft werden sollte, wenn gleichzeitig eine Frequenz von 90 Schlägen pro Minute erreicht wird, obwohl dieser Wert innerhalb des als „normal“ definierten Bereichs liegt. Somit kann eine Abweichung vom eigenen Normalbereich durch die Betrachtung der üblichen Vitalparameter einer Person zeitnah identifiziert und ein adäquates Handeln initiiert werden. Des Weiteren wäre bei Patienten mit bereits diagnostizierten Krankheiten eine Echtzeit- und Fernüberwachung bestimmter Vitalparameter durch den behandelnden Hausarzt denkbar. Dies hätte für den Patienten den Vorteil, dass unnötige Arztbesuche vermieden werden können, während der behandelnde Arzt in der Lage wäre, im Falle eines unerwarteten Problems schnell einzugreifen. Wie in der zuvor erwähnten Studie dargelegt, besteht die Möglichkeit einer raschen Erkennung und Behandlung ansteckender Krankheiten wie Grippe oder COVI-19.

In einer im April 2020 veröffentlichten Studie eines Forscherteams der Bina Nusantara University in Jakarta, Indonesien, wird jedoch darauf hingewiesen, dass tragbare Sensoren zwar ein wichtiges Potenzial für den Einsatz in medizinischen Kontexten darstellen, jedoch noch nicht hinreichend präzise sind, um als vollwertiger Ersatz für herkömmliche Diagnostikverfahren zu dienen. Ein Beispiel für die Defizite tragbarer Sensoren liefert eine Studie von Forschern der Stanford University. Diese untersuchten sieben Wearables, darunter die Apple Watch, Basis Peak, Fitbit Surge, Microsoft Band, Mio Alpha 2, PulseOn und Samsung Gear S2, hinsichtlich ihrer Fähigkeit, den tatsächlichen Energieverbrauch der Nutzer korrekt anzuzeigen. Das Ergebnis war, dass keines der Geräte diese Anforderung erfüllte. Das Gerät, das die Realität am besten widerspiegelte, wies dennoch eine Abweichung von 27 % auf.

Die Präsenz von Sensoren in Alltagsgegenständen, welche die Überwachung oder Erkennung von Krankheiten ermöglichen, impliziert eine kontinuierliche Tragweise dieser Gegenstände, was sowohl eine Einschränkung als auch einen Angstfaktor darstellen kann. Im Rahmen einer Studie, die im Auftrag der Zeitung „The Conversation“ durchgeführt wurde, wurden 200 Frauen befragt, die das Fitbit-Armband zur Messung ihrer sportlichen Leistungen und zur Aufrechterhaltung eines gesunden und ausgewogenen Lebensstils verwenden. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass 89 % der Teilnehmerinnen das Armband nur abnehmen, um das Gerät aufzuladen, 79 % gaben an, dass sie sich unter Druck gesetzt fühlen, die von Fitbit vorgegebenen Tagesziele zu erreichen, und 59 % beklagten sogar den Eindruck, dass Fitbit ihr tägliches Leben kontrolliert.

Als weitere Problematik ist die Verwaltung der Datenmengen zu nennen, die in diesem Kontext eine besondere Herausforderung darstellt. Zudem besteht das Risiko, die Kontrolle über die eigenen Gesundheitsdaten zu verlieren. In einer im Jahr 2019 veröffentlichten Umfrage wies die New York Times auf die Tatsache hin, dass zahlreiche Unternehmen die Bewegungsdaten von Einzelpersonen nutzen, indem sie die GPS-Daten ihrer Mobiltelefone verwenden. Die Zunahme von Wearables und damit die Online-Übertragung von Informationen könnte zudem eine indirekte Folge sein, welche die Nutzung persönlicher Daten für nicht-medizinische Zwecke intensiviert und damit den Verlust der Kontrolle über diese Daten durch die Personen, die Wearables nutzen, zur Konsequenz hat.

Schließlich sei darauf verwiesen, dass Wearables derzeit noch mit hohen Kosten verbunden sind. Das am wenigsten ausgereifte Modell der Apple Watch ist gegenwärtig für mindestens 400 US-Dollar, entsprechend 336 Euro, erhältlich. Eine weitere Zunahme der Nutzung von Wearables für medizinische Zwecke könnte zu einer Vergrößerung der Kluft zwischen Bevölkerungsgruppen mit unterschiedlichen Einkommen beim Zugang zur Gesundheitsversorgung führen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Preise für Wearables derzeit noch sehr hoch sind und somit für Bevölkerungsgruppen unterhalb eines bestimmten Einkommens eine finanzielle Belastung darstellen.

Zusammenfassend lässt sich konstatieren, dass tragbare Sensoren im Gesundheitswesen eine steigende Relevanz erfahren und ein erweitertes Spektrum an Möglichkeiten eröffnen, Patienten zu begleiten und Krankheiten in einem frühen Stadium zu identifizieren. Dies könnte zu einer generellen Optimierung der medizinischen Versorgung beitragen, insbesondere in Zeiten von Gesundheitskrisen. Dennoch ist es empfehlenswert, den Rechtsrahmen für die Verarbeitung und Übermittlung personenbezogener Daten bereits jetzt zu stärken und Instrumente zu entwickeln, die für alle zugänglich sind. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass das psychologische Wohlbefinden der wachsenden Zahl von Nutzerinnen und Nutzern gewahrt bleibt. Andernfalls könnte der potenzielle gesundheitliche Nutzen dieser neuen Technologien durch neue Gesundheitsprobleme getrübt werden, die in direktem Zusammenhang mit der Verwendung von Wearables stehen.

Über die Autoren, 

Benjamin, Great Explorer Digital Health in Alcimeds Healthcare Team in Frankreich

Amélie, Consultant in Alcimeds Life Sciences Team in Frankreich