Medizinelektronik hilft bei der Lösung der globalen Probleme - Leistungshalbleiter der nächsten Generation treiben die technologische Revolution an

Die General Electric Company (GE) aus den USA, der größte Konzern der Welt, hat unter dem Motto "Mehr Gesundheit – für mehr Menschen!" die Initiative "Healthymagination" gestartet. Kazuya Hoshino, Chief Technology Officer, Science and Technology Organization Japan bei GE Healthcare Japan, einem Unternehmen der GE Gruppe, das im Segment Medizinelektronik tätig ist, diskutiert mit Kazuhide Ino, General Manager, SiC Power Device Production Division, Discrete Production Headquarters, Rohm Co., Ltd. in Japan, der mit am neuen SiC-Werkstoff (Silikonkarbid) arbeitet, über den potenziellen Beitrag der Halbleiterkomponenten zur Revolutionierung der Medizinelektronik.

Kazuya Hoshino

Chief Technology Officer
Science and Technology Organization Japan
GE Healthcare Japan

Ino: 　Viele soziale Probleme sind zu spät aufgekommen, vor allem in den Industriestaaten, und neue Unternehmen erforschen in vielen Bereichen deshalb neue medizinische Technologien. GE ist bereits lange in der Medizin tätig und hat jetzt eine neue Initiative unter dem Titel "Healthymagination" ins Leben gerufen.

Hoshino: Die Initiative Healthymagination wurde im Mai 2009 bekanntgegeben. Sie ist Teil der Wachstumsstrategie von GE. Sie fordert Investitionen in Höhe von sechs Milliarden US-Dollar über sechs Jahre, von 2009 bis 2015. Diese Investitionen sind erforderlich, um eine Reihe medizinischer Probleme durch technische Innovation zu lösen. Ziel ist die Wachstumsförderung der gesamten GE-Gruppe.
Wir investierten drei Milliarden US-Dollar in Schlüsselbereiche von F&E mit dem Ziel, mindestens 100 Innovationen auf den Weg zu bringen. Das Projekt beinhaltet drei Schwerpunktbereiche. Erstens geht es um die Eliminierung der Unterschiede in der Qualität der Gesundheitsversorgung in den Ländern und Regionen rund um die Welt. Der zweite Schwerpunkt sind die Kosten, insbesondere die explodierenden Kosten im Gesundheitswesen in den entwickelten Industrienationen, die gesenkt werden müssen. Wir wollen dieses Ziel mithilfe der Entwicklung preiswerter Medizinelektronik, Rationalisierung der medizinischen Prozesse und andere Herangehensweisen lösen. Der dritte Schwerpunkt ist die Qualität der medizinischen Versorgung an sich, z. B. die Verbesserung der Leistung der Medizinelektronik und die Entwicklung von Technologien, die Behandlungsfehler minimieren.

Ino: 　GE Healthcare ist auf dem Gebiet der Medizin tätig und ich denke, das Unternehmen spielt eine zentrale Rolle bei der Initiative Healthymagination. "Medizinelektronik" umfasst viele Bereiche und Kerntechnologien. Könnten Sie etwas ausführlicher erklären, welche Art Technik GE Healthcare herstellt?

Hoshino: Wir verarbeiten eine ganze Reihe bildgebender Diagnosesysteme, einschließlich Röntgen, Kernspintomographie (MRI), Computertomographie (CT), Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Ultraschall ebenso wie medizintechnische Geräte, einschließlich Narkosegaszufuhr und Patientenüberwachungssysteme, Informationstechnologiesysteme (IT) für medizinische Einrichtungen, nuklearmedizinische Bildgebungsagenzien und Ausrüstung für F&E in der fortschrittlichen Biowissenschaft und Pharmakologie (Abb. 1).

Abb. 1 Wichtigste Produkte von GE Healthcare Japan

GE Healthcare Japan ist weltweit an der Entwicklung und Herstellung von CT, MRI und Sonden für Ultraschalldiagnosesysteme beteiligt und beliefert Kunden auf der ganzen Welt. Die meisten Produkte sind Mittelklassesysteme, für die es eine große Nachfrage gibt. Hochwertige Designs mit herausragender Leistung auch bei bereits vorhandenen Systemen sowie relativ preiswerte Designs werden von anderen Tochtergruppen außerhalb Japans hergestellt.
Wir sind das einzige private ausländische Unternehmen in Japan, das den gesamten Prozess selbst abwickelt, von der Entwicklung der bildgebenden Systeme bis zur Herstellung und zum Verkauf. Die japanische Bevölkerung altert schneller als die Bevölkerung in anderen Ländern und die Entwicklung von Produkten und Technologien für die damit verbundenen medizinischen Probleme wird von GE Healthcare Japan in besonderer Weise berücksichtigt.

Die Entwicklung von Komponenten für die Medizinelektronik beschleunigen

Kazuhide Ino

SiC Power Device Production Division
Deputy General Manager
Rohm Co., Ltd.

Ino: 　Auch Rohm intensiviert die Anstrengungen im Bereich Medizin. Obwohl ROHM 1958 als Hersteller von Widerständen gegründet wurde, stammen heute achtzig Prozent des Umsatzes aus der Herstellung von Halbleiterkomponenten. Außerdem fertigen wir auch eine Reihe passiver Komponenten wie Widerstände, Tantalkondensatoren und Module. Bis vor Kurzem richtete das Unternehmen seine Anstrengungen vor allem auf die Informations- und Kommunikationsbranchen, aber wir sind auch in anderen Wachstumssegmenten Pioniere. Im Rahmen dieser Strategie kombinieren wir die in der Halbleiterindustrie gewonnene Fachkompetenz mit Bereichen, die für uns neu sind wie die Biotechnologie, um innovative Komponenten und Lösungen zu kreieren. Eines der zentralen Ziele ist die Medizin.
Erstes Resultat dieses Programms ist B-Analyst, ein Blutanalysesystem, das mit einem Tropfen Blut auskommt. Wir haben es 2008 auf den Markt gebracht. Der Blutstropfen kann an der Fingerspitze entnommen und für den schnellen Gesundheitscheck in den B-Analyst geladen werden. Die Analyse dauert nur ca. sieben Minuten. Das Gerät hat ein Desktop-Design und kann auch in kleinen Einrichtungen verwendet werden. Wir glauben, dass es zur dezentralen Schnelldiagnose (Point of Care Testing, POCT) am Krankenbett und in lokalen Kliniken beiträgt. Der Testchip wird mithilfe einer Anwendung der Mikrofabrikationstechnologie für Halbleiter von Rohm gefertigt.

Abb. 2 SiC-Leistungshalbleiter von Rohm

Wir haben auch eine Reihe von Sensortechnologien entwickelt. Sie umfassen das gesamte Spektrum, von Infrarot über Ultraviolett. Viele davon werden in medizinischen Anwendungen eingesetzt.
Die SiC-Leistungshalbleiter, mit denen ich arbeite, haben für die Medizin viele Vorteile (Abb. 2). Diese elektronischen Komponenten sind Teil elektronischer Schaltkreise und verarbeiten hohe Leistungen wie in Netzteilen oder bei Antriebssystemen elektrischer Fahrzeuge. Im Vergleich zu herkömmlichen Si-Leistungshalbleitern (Silikon) bieten die SiC weniger Verlust und geringeren Stromverbrauch. Das bedeutet, dass weniger Kühlkomponenten wie Kühler und Heizkörper benötigt werden. Diese Vorteile können genutzt werden, um die Systeme kompakter zu gestalten und mit weniger Strom zu betreiben.

Niedriger Stromverbrauch und kompakte Größe: Schlüsselthemen der Entwicklung der Medizinelektronik

Hoshino: Kompaktere Systeme und niedriger Strombedarf sind Schlüsselprobleme der Entwicklung von Medizinelektronik. Im Allgemeinen sind Hochleistungssysteme oder Systeme mit Hochleistungsfunktionen größer und verbrauchen mehr Strom. Viele medizinische Einrichtungen haben nicht genug Platz, um diese großen Geräte aufzustellen oder die vorhandene Stromversorgung ist nicht ausreichend. Der Bau kleinerer Systeme mit weniger Strombedarf hilft bei der Lösung dieser Probleme und fördert den Einsatz von Hochleistungsmedizinelektronik in mehr Einrichtungen.
Ein niedriger Stromverbrauch ist auch bei der Verbesserung der Ausfallsicherheit von Bedeutung. Im Katastrophenfall kann die gewerbliche Stromversorgung zum Erliegen kommen. Die meisten Krankenhäuser sind dagegen mit internen Notstromaggregaten ausgerüstet. Sie haben nur eine begrenzte Kapazität und die stromhungrige Medizinelektronik kann oft nicht verwendet werden. Wenn es gelingt, medizintechnische Geräte mit einem niedrigen Stromverbrauch zu entwickeln, wird es möglich sein, sie mithilfe der Notstromaggregate zu versorgen.

Erweiterung der Palette an Leistungskomponenten

Ino: 　Die momentan von uns verkauften SiC-Leistungskomponenten sind mit Schottky-Dioden, MOSFETs und Leistungsmodulen ausgestattet. Unsere Modelle reichen bis 1200 V und 180 mA. Zu den hauptsächlichen Anwendungsbereichen zählen Energieerzeugungsanlagen und Netzteile. 2013 wurden sie erstmals in Fahrzeugen auf den Markt gebracht. Ab 2016 werden die Antriebssysteme zum überwiegenden Grundsystem der Autos und wir glauben, dass der Markt der SiC-Leistungskomponenten um 2020 stark expandieren wird, vor allem in Anwendungen der Automobilbranche.

Abb. 3 Roadmap der Entwicklung der SiC-Leistungskomponenten

Wir planen die Entwicklung neuer Komponenten mit höheren Nennspannungen und Nennströmen und die Entwicklung neuer Anwendungen für den vielfachen Bedarf. Wir entwickeln derzeit komplette SiC-Leistungsmodule mit Nennspannungen von 1200 V und 1700 V und einem Nennstrom von 600 A, deren Serienfertigung und Auslieferung für 2014 geplant sind (Abb. 3).

Abb.. 4 Vscan Ultraschallgerät im Taschenformat

Hoshino: Für die verbreitete Übernahme der SiC-Leistungskomponenten ist die Kostensenkung entscheidend. Der Markt der Medizinelektronik der Mittelklasse, wie wir sie herstellen, ist von einem intensiven Wettbewerb geprägt und die Kosten sind immer ein Thema. Es ist schwierig, die Übernahme neuer Komponenten zu rechtfertigen, wenn dadurch höhere Kosten entstehen.

Wenn die Übernahme in die Automobilbranche expandiert, werden die Kosten für die SiC-Leistungshalbleiter sehr wahrscheinlich stark sinken. Ich denke, die in der Automobilindustrie ausschlaggebenden Nennparameter unterscheiden sich kaum von denen in der Medizinelektronik. Die Entwicklung der Komponenten für Autos, wo hohe Zuverlässigkeit wichtig ist, bedeutet, dass diese Komponenten auch in der Medizinelektronik eingesetzt werden können.

Es gibt viele Beispiele dafür, wie Technologie, die in einem Bereich entwickelt wurde, zur Evolution der Geräte in einem anderen Bereich beiträgt. Das Vscan Ultraschallgerät im Taschenformat, das wir 2010 auf den Markt gebracht haben, hat in der Branche für viel Aufregung gesorgt, denn es kombiniert einfache Bedienung mit leistungsstarken Funktionen in einem extrem kleinen Gehäuse von nur 135 mm x 73 mm x 28 mm (Abb. 4). Das Produkt verwendet einen Mikroprozessor mit niedrigem Stromverbrauch, der ursprünglich für Mobilgeräte wie Mobiltelefone entwickelt wurde. Der Vscan vereint unsere Kerntechnologie mit der Technologie aus anderen Bereichen.

Ino: 　Die Kombination der Technologien aus zwei völlig unterschiedlichen Bereichen ermöglicht potenziell völlig neue Produkte und Technologien. Viele Probleme, vor denen wir heute stehen, können durch die Expansion vorhandener Technologien nicht gelöst werden, sondern verlangen meiner Meinung nach ein Herangehen, das den herkömmlichen Rahmen von F&E sprengt.

Vielen Dank, dass Sie sich heute Zeit genommen haben.