La era de la atención sanitaria digital presagia IoMT

Con el uso cada vez mayor del IoT en aplicaciones médicas y de atención sanitaria, el Internet de los elementos médicos está surgiendo para operar junto con el IoT en la logística, la industria y los productos de consumo, afirma TomohideYamazaki.

Se espera que el mercado de Internet de los objetos médicos (IoMT) crezca significativamente en el futuro, pasando de 113.000 millones de dólares en 2021 a 341.170 millones de dólares en 2028, según el Pronóstico del mercado mundial de salud digital (2021-2028) de Global Informationa.

El IoMT implica recopilar y analizar datos de elementos conectados a Internet, como dispositivos, equipos e instalaciones, y utilizarlos para obtener nuevos conocimientos sobre las condiciones de los pacientes. Las posibles aplicaciones de IoMT incluyen la gestión directa de las condiciones de los pacientes mediante la medición de factores como el nivel de actividad, la presión arterial y el sueño. Además de mejorar sus vidas directamente, el uso de IoMT puede ayudar a los médicos y hospitales a trabajar de manera más eficiente y lograr mejores resultados para los pacientes. Se espera que el IoMT ayude a ampliar la esperanza de vida saludable, reducir la escasez de mano de obra médica y mejorar la calidad de la atención médica y de enfermería.

Configuración del sistema IoT

Figura 1: Servicios IoT de tres capas

Un servicio IoT se construye a partir de hardware, aplicaciones y redes, como se muestra en la Figura 1.

Los componentes principales pueden incluir:
* Capa de sensores (dispositivos IoT como sensores portátiles con conectividad de red)
* Capa de comunicación (puertas de enlace como dispositivos móviles y enrutadores LAN inalámbricos (IEEE 802.11x/Wi-Fi); datos y redes de agregación de nube (públicas) red o Internet) conexión entre la puerta de enlace y la nube
* Capa de aplicación (aplicaciones implementadas en la nube o en móviles que brindan servicios como visualización de datos de detección).

Los teléfonos móviles son una buena base para los servicios de IoT, principalmente porque mucha gente posee uno. Son fáciles de conectar a dispositivos IoMT, como relojes inteligentes, mediante Wi-Fi y Bluetooth y pueden conectarse a la nube a través de redes públicas 4G (LTE) o 5G.

Capturando datos

Desde el dispositivo IoMT, los datos de detección se envían a móviles o puertas de enlace a través de Wi-Fi o Bluetooth. Algunos dispositivos IoT tienen tarjetas SIM integradas y pueden conectarse directamente a redes públicas. Los datos adquiridos como la frecuencia respiratoria, la temperatura corporal, el pulso y la presión arterial son información básica llamada signos vitales. Entre estos se incluye a veces la saturación de oxígeno en sangre (SpO2).

Una de las principales ventajas de la detección de datos biométricos mediante dispositivos sanitarios es que es mínimamente invasiva y no requiere muestras de sangre ni implantes corporales. Una tecnología básica es la fotopletismografía, que detecta ópticamente cambios en el volumen de los vasos sanguíneos. Un LED en la parte posterior del reloj inteligente emite luz (principalmente verde) a los vasos sanguíneos de la muñeca, y la luz reflejada la recibe un fotodetector. El reloj inteligente utiliza procesamiento de señales para extraer fluctuaciones regulares de los distintos componentes del ruido para obtener la frecuencia del pulso. Cuando los LED verdes y rojos se utilizan juntos, la SpO2 arterial transcutánea se puede estimar a partir del grado de unión de la hemoglobina.

La frecuencia respiratoria se puede estimar a partir de la frecuencia del pulso utilizando la arritmia sinusal respiratoria del cuerpo, en la que la frecuencia del pulso aumenta ligeramente durante la inhalación y disminuye ligeramente durante la exhalación. La presión arterial se estima a partir del flujo sanguíneo según la frecuencia del pulso. Además, el estado del sueño se determina a partir de los movimientos corporales detectados por el acelerómetro del reloj inteligente.

Desafíos de hardware

Existen muchos desafíos para lograr aplicaciones IoT exitosas, principalmente relacionadas con servicios, hardware y comunicaciones.

En términos de servicios, gestionar la precisión de las mediciones de los datos físicos adquiridos y garantizar la seguridad de los datos personales agregados en la nube son consideraciones importantes. Otros desafíos son el cumplimiento de las leyes y regulaciones de radio nacionales y regionales y la obtención de certificaciones.

Los dispositivos IoT pueden conectarse de forma inalámbrica a móviles y puertas de enlace de IoT, y mantener esta conectividad de comunicación es fundamental para recopilar datos médicos precisos. Dispositivos como relojes inteligentes y zapatos inteligentes utilizan Bluetooth para emparejarse fácilmente con móviles y otros dispositivos.

Figura 2:
El ruido electromagnético en el sistema puede interferir y afectar a otros circuitos

En caso de bajo consumo de energía, es decir, en la banda de frecuencia de 2,4 GHz, se asigna Bluetooth como emisora ​​de radio de baja potencia y sin licencia. Wi-Fi (IEEE 802.11x) está implementado para dispositivos IoMT en ubicaciones estacionarias, como básculas inteligentes, camas y otros sensores para acostarse y levantarse, y cámaras de vigilancia.

En cuanto al hardware, uno de los desafíos clave para los dispositivos IoT es la reducción de tamaño. Por ejemplo, un reloj inteligente, cuyo tamaño es similar a un reloj de pulsera estándar, debe contener una batería, un circuito de carga, un microcontrolador, una función de comunicación, una pantalla y otros componentes, así como varios sensores. La energía limitada de la batería dicta el uso de un diseño con bajo consumo de energía. Otros componentes importantes incluyen una interfaz analógica para amplificar las señales eléctricas débiles emitidas por fotodetectores y acelerómetros, y un proceso de filtrado para separar los componentes de ruido de la información requerida.

Prueba de ruido HF

La comercialización de dispositivos IoMT requiere el cumplimiento de varios estándares de prueba para ruido de alta frecuencia (HF). Se utiliza una prueba de emisión para verificar que el ruido del campo electromagnético HF del dispositivo IoMT no afecte a otros equipos, junto con una prueba de inmunidad (perturbación) para verificar que el dispositivo IoMT no se vea afectado por dicho ruido. El ruido del campo electromagnético emitido por el circuito electrónico puede interferir y distorsionar las señales débiles de los sensores integrados y puede provocar errores de comunicación Wi-Fi y Bluetooth.

Una fuente típica de ruido electromagnético en los dispositivos IoMT son las fuentes de alimentación conmutadas (convertidores CC/CC) que generan ruido armónico. Los relojes de los microordenadores y las memorias también son fuentes de ruido.

Las medidas para contrarrestar el ruido incluyen la separación física de antenas y circuitos electrónicos, la adición de filtros EMI, la configuración de diseños y capas de placas y el uso de protectores físicos.

Las pruebas aplicables para dispositivos IoMT de consumo son CISPR 32 Clase B según lo define el Comité Especial Internacional sobre Interferencias de Radio (CISPR) para pruebas de emisiones y CISPR 35 para pruebas de inmunidad. Además, los dispositivos IoMT con Wi-Fi y Bluetooth deben cumplir con cada legislación nacional sobre regulación del uso de la radio.

Seguridad y datospersonales

Las medidas de seguridad cibernética son otro desafío. Por ejemplo, en marzo de 2023, la Administración Federal de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. emitió nuevas directrices para los proveedores de dispositivos médicos. Al desarrollar nuevos dispositivos médicos, las directrices recomiendan o exigen diseños que tengan en cuenta la seguridad cibernética, la creación de una lista de materiales de software y la evaluación de vulnerabilidades. También se espera el suministro rápido de actualizaciones de seguridad durante toda la vida útil del producto, mientras que se espera que los productos que no cumplan las normas pierdan su autorización de comercialización.

Otra cuestión es el cumplimiento de las leyes sobre protección de la privacidad de la información. Los datos recopilados por dispositivos IoT y analizados por aplicaciones móviles o en la nube que pueden identificar personas podrían clasificarse como información personal y requerir una protección especial.

Futuro IoMT

La atención sanitaria y la medicina están convergiendo en el mercado de IoMT, donde se espera un crecimiento futuro significativo. Los servicios de IoMT deberían ayudar a prolongar la esperanza de vida saludable y mejorar la calidad de vida, además de alentar a las personas a trabajar el mayor tiempo posible. Además, una población más sana reduce los costos de seguridad social.

Se espera que la telemedicina que utiliza IoMT se convierta pronto en realidad, ofreciendo servicios médicos a muchas personas, incluidas aquellas en áreas remotas, y los desarrolladores necesitarán producir dispositivos y servicios avanzados de IoMT para cumplir con estas expectativas.