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Sensor‑gestützte Lösungen

Mit intelligenter Sensorik zur Präzisionsmedizin

Sensorik ist das unsichtbare Fundament für Präzision im Gesundheitswesen. Jedes Bild, jede KI-gestützte Entscheidung, jede robotergesteuerte Bewegung beginnt mit präzisen Daten – und diese Daten stammen aus Sensoren. Siemens Healthineers treibt sensorbasierte Lösungen voran, die hochwertige Diagnostik, sichere medizinische Eingriffe und nahtlose Automatisierung auf Basis digitaler Zwillinge ermöglichen.

Was ist ein Sensor?

Ein Sensor ist eine technische Komponente, die physikalische, chemische oder biologische Größen erfasst und in elektrische Signale umwandelt. Diese Signale können anschließend analysiert und in nutzbare Daten überführt werden. In medizinischen Systemen fungieren Sensoren als „Sinnesorgane“, indem sie Signale wie Licht, Schall, Druck oder Magnetfelder erfassen. Für Siemens Healthineers geht es bei Sensorik in erster Linie um die präzise, multimodale Erfassung von Patient*innendaten sowie von Umgebungs‑ und Kontextinformationen. Sensorik bildet die Grundlage für intelligente Diagnostik und Therapie.

Wie ergänzen sich KI, Robotik und Sensorik?

Wir sind überzeugt, dass echter Fortschritt im Gesundheitswesen aus dem Zusammenspiel dreier zentraler Technologiefelder entsteht: künstliche Intelligenz, Robotik und Sensorik. Jedes von ihnen spielt eine einzigartige Rolle bei der Gestaltung der Medizintechnik der Zukunft.

  • Sensorik fungiert als die „Sinnesorgane“ der intelligenten Gesundheitsversorgung, indem sie multimodale Patient*innendaten sowie Kontextinformationen präzise erfasst.  

  • KI dient als „Gehirn“, das große  – oft durch Sensoren erhobene  –  Datenmengen analysiert, um Erkenntnisse zu generieren, Entscheidungen zu unterstützen und Ergebniswahrscheinlichkeiten zu ermitteln.

  • Robotik stellt die „Füße“ oder „Transportmittel“ bereit, um zum Einsatzort zu gelangen. Als „Hände“ ermöglicht sie präzise, automatisierte Eingriffe und unterstützt medizinisches Fachpersonal bei komplexen Prozeduren.  

Nur wenn diese drei Bereiche nahtlos miteinander interagieren, sind Durchbrüche wie vollautomatisierte Bildgebung, Patient*innen-Selbstscans, multimodale Entscheidungsunterstützung und robotergestützte Interventionen möglich. Gemeinsam bilden diese Fortschritte die Grundlage für personalisierte Medizin und intelligentere Workflows:  Sie beschleunigen die Diagnostik, verbessern die Therapiepräzision und entlasten das medizinische Personal. Und letztendlich tragen sie auch dazu bei, globale Versorgungslücken im Gesundheitswesen zu schließen.

Wie funktioniert ein Sensor?

Ein Sensor erkennt Veränderungen in seiner Umgebung und wandelt diese in messbare Signale um. Der Prozess umfasst typischerweise drei Schritte:

Welche Arten von Sensoren werden in der Medizintechnik verwendet?

Moderne Medizintechnik basiert auf einer Vielzahl von Sensoren. Einige Sensoren sind für das Funktionieren der medizinischen Geräte unverzichtbar. So brauchen medizinische Roboter beispielsweise Informationen über ihre Umgebung, bevor sie handeln können – und diese Informationen werden von Sensoren bereitgestellt. Andere Sensoren dienen in erster Linie dazu, Patient*innendaten präzise und in Echtzeit zu erfassen. Unabhängig vom Anwendungszweck unterscheiden wir fünf Arten von Sensoren – basierend auf ihren Messprinzipien: 

Optische Sensoren für Bildgebung und Spektralanalyse, akustische Sensoren für die Ultraschalldiagnostik, elektromagnetische Sensoren für die Magnetresonanztomografie und Röntgenbildgebung, mechanische Sensoren für Druck und Bewegung sowie chemische/ biologische Sensoren für die Labordiagnostik. Gemeinsam fungieren diese Sensoren als die „Sinnesorgane“ der intelligenten Gesundheitsversorgung.

Sensortypen

Optische Sensoren nutzen Licht, um Informationen wie Intensität, Farbe, Oberflächenstruktur oder 3D-Tiefendaten zu erfassen. Sie vermitteln ein detailliertes Verständnis des Umgebungs- und Raumkontexts.
Akustische Sensoren arbeiten mit Schallwellen (meist Ultraschall), um Strukturen und Bewegungen zu visualisieren.
Elektromagnetische Sensoren messen elektrische oder magnetische Felder. Sie werden zum Beispiel in der Magnetresonanztomographie und Röntgenbildgebung eingesetzt.
Mechanische Sensoren erkennen physikalische Größen wie Druck, Kraft oder Bewegung.

Chemische und biologische Sensoren erkennen chemische oder biologische Substanzen. Sie sind für Diagnostik und medizinische Forschung unerlässlich.

Jedes unserer medizinischen Geräte enthält eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele wichtiger Sensoren, die in verschiedenen Systemen eingesetzt werden.

Optisch

Optische Sensoren ermöglichen eine präzise Ausrichtung und Echtzeitüberwachung in unseren CT-Scannern – für eine genaue Bildgebung bei jedem Scan.

Jedes Gerät ein Sensor – mit einem Netzwerk aus Sensoren im Inneren

Wenn wir fortschrittliche Bildgebungssysteme wie MRT-Geräte, CT-Scanner und C-Bögen betrachten, können wir jedes Gerät als einen großen, hochentwickelten Sensor zur Erfassung von Patient*innendaten sehen. Gleichzeitig besteht jedes System aus einer Vielzahl spezialisierter, zusammenwirkender Sensoren. 

Hier ist ein Überblick darüber, wie viele Sensoren ungefähr in unserem Photon‑Counting‑CT‑System NAEOTOM® Alpha verbaut sind:

Warum ist Sensorik der Schlüssel zu digitalen Zwillingen?

Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von Geräten, Prozessen oder sogar Patient*innen. Sie ermöglichen vorausschauende Erkenntnisse und automatisierte Planung entlang des gesamten Behandlungspfads. Um digitale Zwillinge zu erstellen, benötigen wir präzise Echtzeitdaten aus mehreren Quellen – und genau hier wird Sensorik unverzichtbar. Sensorik liefert die „Sinnesorgane“, die multimodale Informationen erfassen: physiologische Signale, Bildgebungsdaten, Umgebungs- und Kontextinformationen sowie den Gerätestatus. Das Ziel ist, Daten aus verschiedenen Quellen in Echtzeit zu sammeln. 

Was ist Smart Sensing?

Smart Sensing filtert die relevanten Informationen aus den Rohdaten heraus und macht sie für medizinische Entscheidungsprozesse nutzbar. Durch das Filtern und Strukturieren der Rohdaten wandelt Smart Sensing sie in verwertbaren Input für KI-gestützte Modelle. Mithilfe von Sensorik könnten wir sogar unserer Vision eines digitalen Patient*innen-Zwillings näherkommen.

Was ist ein digitaler Patient*innen-Zwilling? 

Der digitale Patient*innenzwilling ist eine digitale Repräsentation einzelner Patient*innen, basierend auf biophysiologischen Datenmodellen und Algorithmen. Es ist darauf ausgelegt, den Gesundheitszustand der Patient*innen zu simulieren, ihn kontinuierlich zu aktualisieren und zukünftige Entwicklungen vorherzusagen.
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Welche zukünftigen Trends gibt es in der Sensorik?

Medizinische Geräte – insbesondere fortschrittliche Bildgebungssysteme wie CT- und MRT-Scanner – werden zunehmend auf höhere Automatisierungsgrade setzen. Unsere Langzeitvision umfasst sogar Szenarien, in denen Patient*innen bestimmte Scans eigenständig durchführen. Während routinemäßige Aufgaben schrittweise automatisiert werden, können sich medizinische Fachkräfte stärker auf den Umgang mit Patient*innen und auf klinische Entscheidungen konzentrieren. Ein zentraler Treiber dieser Entwicklung ist die Sensorfusion: die intelligente Kombination mehrerer Sensormodalitäten, um ein robustes, umfassendes Verständnis der Umgebung, des Systems und der Patient*innen zu schaffen. 

Autonome Funktionen erfordern nicht nur mehr Sensoren, sondern auch integrierte, multimodale Sensorarchitekturen, die Daten von optischen, akustischen, elektromagnetischen und mechanischen Sensoren zusammenführen. Dies ermöglicht Funktionen wie Kollisionsvermeidung sowie das Monitoring, die präzise Positionierung und die Identifikation der Patient*innen. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über aktuelle Forschungstrends in der Sensortechnologie.

Was sind Vision-Language-Action-Modelle?

Vision‑Language‑Action‑Modelle (VLAMs) markieren ein neues Kapitel in der Verbindung von Sensorik und künstlicher Intelligenz. VLAMs verknüpfen Bilddaten aus Kameras und anderen Sensoren mit Sprachmodellen. Dadurch können medizinische Geräte ihre Umgebung nicht nur wahrnehmen, sondern auch komplexe Anweisungen verstehen und selbstständig Handlungen aus den Daten ableiten. Diese Technologie ist ein zentraler Baustein für die nächste Generation autonomer Systeme und Roboter im Gesundheitswesen. Siemens Healthineers beobachtet und testet VLAM‑Ansätze intensiv, um neue Möglichkeiten für mehr Sicherheit, Effizienz und Automatisierung in der Medizintechnik zu erschließen. Obwohl VLAM‑Technologie noch am Anfang steht, gilt sie als klarer Zukunftstrend und wird die Entwicklung smarter, selbstlernender Geräte maßgeblich prägen.

Was ist Quantensensorik?

Quantensensoren könnten ein vielversprechender Zukunftstrend in der Medizintechnik sein. Diese hochentwickelten Sensoren, darunter auch Quanten‑Magnetometer, haben das Potenzial, magnetische Felder und sogar Gravitationsfelder mit bislang unerreichter Präzision zu messen. Für Siemens Healthineers könnte die Quanten‑Sensorik künftig eine wertvolle ergänzende Technologie werden – beispielsweise zu bestehenden MRT‑Systemen – und neue Möglichkeiten in der Erfassung und Diagnose von Krankheiten eröffnen. Obwohl sich die Technologie noch in einer frühen Phase befindet und konkrete Anwendungen noch erforscht werden müssen, stehen unsere Teams bereits im Austausch mit Forschenden und Kooperationspartnern in diesem aufstrebenden Feld.

Lernen Sie einige unserer Forschungsprojekte im Bereich der Sensorik kennen:

Das Angiographie‑Labor der Zukunft

Angiographie macht Gefäße sichtbar, der C‑Bogen liefert dazu Röntgenbilder in Echtzeit. Das Projekt „Angiography Lab of the Future“ verbessert mit digitalen Zwillingen den Workflow und die Patient*innenversorgung.

  1. Die vorgestellten Informationen basieren auf Forschungsergebnissen und sind nicht kommerziell erhältlich. Die zukünftige Realisierung und Verfügbarkeit können nicht garantiert werden.    
  2. Die Produktnamen und/oder Marken, auf die verwiesen wird, sind Eigentum der jeweiligen Markeninhaber. Die hier erwähnten Produkte/Funktionen befinden sich in der Entwicklung und/oder sind nicht in allen Ländern kommerziell erhältlich. Ihre zukünftige Verfügbarkeit kann nicht garantiert werden.
  3. Patient Twinning: Personalisierung von Diagnostik, Therapieauswahl und ‑überwachung, Nachsorge sowie Gesundheitsmanagement.
  4. Patient Twinning befindet sich derzeit in der Entwicklung. Es ist nicht zum Verkauf vorgesehen. Eine zukünftige Verfügbarkeit kann nicht garantiert werden.