Medizintechnik Displays für Glukosemesser

Diabetes-Patienten müssen sorgfältig ihren Blutzuckerspiegel beobachten. Bisher haben sie dafür Blutzuckermessgeräte verwendet, auch Glukometer genannt. Diese Geräte überprüfen den Zuckerspiegel mit Blut, das durch einen Stich in die Fingerspitze entnommen wird. Zunächst wird das Blut auf einen Teststreifen aus Papier aufgetragen, der Glukose-Oxidase enthält, ein auf Glukose reagierendes Enzym. Im Gerät übersetzt eine Elektrode den Verlauf der Glukosereaktion in ein elektrisches Signal, das vom Glukometer zur Berechnung des Blutzuckerwerts genutzt wird. Diese Methode ermöglicht eine sehr exakte Blutzuckermessung. Nachteile: Die Teststreifen sind sehr kostspielig, und die unangenehmen Stiche in die Fingerspitzen sind mehrmals täglich notwendig. Die meisten traditionellen Blutzuckermessgeräte verwenden ein Sieben-Segment-LCD mit Hintergrundlicht.

Daneben gibt es jetzt aber auch Geräte zur permanenten Glukosemessung (Continuous Glucose Monitoring, CGM) rund um die Uhr. Statt eine Blutprobe zu nutzen, messen diese Geräte den Zuckerspiegel in der Interzellularflüssigkeit direkt unter der Haut.

Permanente Glukosemessung

Die Systeme bestehen aus drei Teilen: Das erste ist der Sensor, ein kleiner Draht, der unter die Haut geschoben wird. Ebenso wie die konventionellen Messgeräte setzen die CGM-Sensoren auf Glukose-Oxidase, um ein elektrisches Signal zu generieren. Der zweite Systembestandteil ist ein drahtloser Transmitter, der das Signal aus dem Sensor übernimmt und zur dritten Komponente, dem Empfänger, weiterleitet. Der Empfänger stellt die jeweilige Tendenz des Blutzuckerwertes und weitere Informationen grafisch auf seinem Bildschirm dar. Die meisten Empfängergeräte verwenden eine Hintergrundbeleuchtung, die ihre Batteriekapazität auf nur wenige Tage beschränkt. Die CGM-Sensoren müssen außerdem regelmäßig, mindestens alle zwei Wochen, gewechselt werden, da das Immunsystem des Körpers auf den Metalldraht unter der Haut reagiert. Die Kosten für den mehrmaligen Austausch der Sensoren pro Monat übersteigen sogar die aktuellen Kosten für die Teststreifen zur Glukosespiegelüberwachung. Darüber hinaus werden gelegentlich auch noch zusätzlich Teststreifen benötigt, um die CGM-Geräte zu kalibrieren, da diese nur als Ergänzung zur konventionellen Glukosemessung betrachtet werden. Somit sind die Kosten der Blutzuckerüberwachung zurzeit sogar noch höher, wenn die Patienten ein CGM-Gerät nutzen.

Die permanente Glukosemessung ermöglicht es den Patienten zu beobachten, in welche Richtung ihr Blutzuckerspiegel geht, und sie werden mit einem akustischen Alarmsignal rechtzeitig vor gefährlichen Situationen gewarnt. Displays mit hoher Auflösung können die Veränderungen des Blutzuckerspiegels über den Tag als Verlaufsdiagramm darstellen. Das Empfängerteil der meisten CGM-Systeme nutzt einen TFT-Monitor mit einer typischen Akkulaufzeit von drei Tagen.

Blutzuckerwerte grafisch darstellen

Die Sieben-Segment-Displays in den herkömmlichen Glukosemessgeräten entsprechen nicht mehr den Wünschen der Verbraucher. Deshalb sind kürzlich die ersten Messgeräte mit integriertem Insulinrechner auf dem Markt erschienen. Zusätzliche Funktionen benötigen jedoch ein grafisches Display, und für Patienten, die von ihren Glukosemessgeräten abhängig sind, ist eine lange Akkustandzeit wichtig.

Die Memory-in-Pixel-Displays (MiP) von Sharp entsprechen diesen Anforderungen, denn sie bieten eine hohe Auflösung bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch. Jedes Pixel auf einem MiP-LCD enthält 1 Bit Speicher und stellt damit einen internen Bildspeicher zur Verfügung. Prozessor und Datenbus müssen dadurch nicht permanent Daten übertragen, um die Displaydarstellung zu aktualisieren. Für Blutzuckermessgeräte bedeutet das, dass die letzten errechneten Glukosedaten ruck- und flackerfrei über einen längeren Zeitraum kontinuierlich dargestellt werden können – und das bei minimalem Stromverbrauch. Diese Displays bieten im Innen- und Außenbereich eine sehr gute Ablesbarkeit, und es ist keine oder nur eine sehr schwache Hintergrundbeleuchtung nötig. Selbst bei einem Stromverbrauch von nur 10 µW ist noch eine Bilddarstellung möglich. Ein 1,26-Inch-MiP-LCD benötigt beispielsweise circa 15 µW, während ein Standard-LCD für dieselbe Bilddarstellung etwa 2 mW verbraucht. Sharp will bald Memory-in-Pixel-Farbdisplays anbieten, die noch anwenderfreundlicher und gleichzeitig ebenso stromsparend wie die schwarz-weißen MiP-LCDs sein sollen. Ein CGM-Empfänger mit einem MiP-Display würde neben der längeren Akkustandzeit den Patienten vor allem mehr Unabhängigkeit, Ruhe und weniger Ärger mit dem häufigen Aufladen bieten. Die derzeit bestehenden CGM-Systeme könnten neu gestaltet und von drei Komponenten auf zwei verkleinert werden, indem man die Displaydarstellung schon in den Transmitter integriert und so auf den Empfänger verzichten kann.

Rosige Zukunft für Displays

Für CGM-Geräte erwarten Experten derzeit ein jährliches Wachstum von circa 13 Prozent, wovon auch die Hersteller der in diesen Geräten eingesetzten Displays profitieren. Für das individuelle Glukose-Monitoring werden aktuell aber auch noch andere Ansätze geprüft. Die vorgeschlagenen Technologien reichen von Kontaktlinsen mit Miniaturantennen bis hin zu Armbändern mit gas- und hochdruckbetriebenen Nadeln zur regelmäßigen automatischen Blutuntersuchung. Der Trend zu tragbaren Geräten könnte Impulse geben, effiziente Geräte mit reflektiven Displays zu entwickeln, die sich mit Smartphone-Apps verbinden lassen. Die so genannte künstliche Bauchspeicheldrüse ist zum Beispiel ein geschlossenes, umlaufendes System, in dem die Blutzuckerüberwachung mit der Insulingabe kombiniert wird – eine weitere neue Anwendung, die gut lesbare, energieeffiziente Displays benötigt, die am Körper getragen werden können.