Creșterea costurilor medicale și îmbătrânirea populației stimulează inovarea în domeniul tehnologiei medicale. Soluțiile în rețea, combinate cu tehnologii wireless eficiente din punct de vedere energetic, permit aplicații mobile, sigure și orientate către pacient – de la dispozitive purtabile la telemedicină.
GaitQ Tempo utilizează capabilitățile Bluetooth LE ale SoC-ului nRF5340 de la Nordic pentru a conecta telecomanda și dispozitivele purtabile montate pe picior, în vederea transmiterii semnalelor de vibrație controlate de utilizator. (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)
Sistemele de sănătate din întreaga lume se confruntă cu o presiune tot mai mare: populația îmbătrânește, iar prevalența afecțiunilor cronice precum diabetul, bolile cardiace, obezitatea și cancerul este în creștere, ducând costurile asistenței medicale la niveluri fără precedent. Chiar dacă investițiile cresc, serviciile de sănătate întâmpină adesea dificultăți în a ține pasul. Asistența spitalicească rămâne o componentă esențială, însă peisajul îngrijirii medicale evoluează către prevenție, medicină personalizată și responsabilizarea pacienților în gestionarea propriei sănătăți – dincolo de recomandările personalului medical sau ale medicilor de familie.
Dispozitivele mobile pentru monitorizarea sănătății au devenit o parte integrantă a îngrijirii medicale cotidiene. De la brățări de fitness și inele inteligente până la senzori certificați medical, aceste dispozitive furnizează în mod continuu date vitale. Ele nu doar contribuie la detectarea precoce a bolilor și la gestionarea afecțiunilor cronice, ci și promovează un stil de viață activ și conștient de sănătate, prin motivație, feedback în timp real și recomandări personalizate. Pentru ca toate acestea să fie posibile, este esențială o comunicație fiabilă și eficientă din punct de vedere energetic.
Tehnologia wireless – coloana vertebrală a medicinei digitale
Soluțiile wireless cu consum redus de energie stau la baza sistemelor medicale conectate. Tehnologiile Bluetooth Low Energy (LE), Wi-Fi și IoT celular oferă conexiuni scalabile, cu latență redusă și securizate – fie în rețeaua de acasă, în deplasare sau în mediul clinic. În combinație cu inteligența dispozitivelor, diagnosticul și reacțiile sistemului pot fi accelerate la nivel local, fără a fi necesară o conexiune permanentă la cloud.
Nordic Semiconductor este un furnizor de top de soluții wireless cu consum redus de energie. Tehnologiile-cheie includ:
- Bluetooth Low Energy: baza rețelelor eficiente din punct de vedere energetic
- Wi-Fi: transferuri de date cu lățime de bandă ridicată
- IoT celular: aplicații mobile sau staționare care necesită rază de acțiune extinsă, de exemplu prin LTE-M, NB-IoT sau DECT NR+
- Edge AI/ML: evaluare locală pe dispozitiv, clasificare și recunoaștere de tipare
Aceste tehnologii constituie coloana vertebrală a soluțiilor moderne de îngrijire a sănătății conectate wireless. Totuși, cerințele pentru soluțiile medicale IoT sunt ridicate. Securitatea, protecția datelor și interoperabilitatea reprezintă aspecte esențiale. În plus, sunt necesare un consum redus de energie, un design compact, un nivel ridicat de securitate a datelor și compatibilitate între sisteme diferite. În același timp, utilizatorii se așteaptă la dispozitive confortabile, discrete și ușor de utilizat.
În acest context, platformele integrate devin esențiale – soluții hardware și software care combină funcții multiple într-un sistem coerent, de la module radio și mecanisme de securitate, până la actualizări de firmware și suport pentru procesele de certificare.
Inteligente și precise: dispozitive purtabile conectate în rețea
Gama de soluții este în continuă extindere. Există deja pompe de insulină, monitoare de tensiune arterială, senzori de glucoză și inhalatoare conectate în rețea, dotate cu funcții de notificare. Acestea îmbunătățesc calitatea îngrijirii medicale, asigură o documentare completă și se integrează fără dificultăți cu sisteme de nivel superior, precum platformele de telemedicină. Împreună cu gateway-uri securizate sau prin conectivitate directă la cloud, aceste soluții deschid calea către noi modele de îngrijire medicală.
Exemple de aplicații medicale purtabile conectate
Sistemul de administrare a insulinei Kaleido este un exemplu de produs medical modern, portabil și conectat digital. Acesta combină o pompă compactă de insulină cu control wireless, permițând administrarea flexibilă și continuă. Sistemul utilizează SoC-ul nRF52840 de la Nordic Semiconductor, care asigură o comunicație Bluetooth Low Energy stabilă și eficientă din punct de vedere energetic pentru conectarea la aplicația mobilă.
nRF5340 (Sursă imagine: Nordic Semiconductor)
O altă aplicație importantă este reprezentată de sistemele portabile care îmbunătățesc mobilitatea pacienților cu boala Parkinson. Aceste dispozitive transmit semnale tactile menite să susțină secvențele de mișcare și documentează automat momentul și modul în care sunt utilizate. Studiile arată că această abordare poate îmbunătăți semnificativ mobilitatea pacienților. Produsul medical portabil gaitQ Tempo utilizează SoC-ul nRF5340 de la Nordic Semiconductor, eficient din punct de vedere energetic, pentru conectivitate Bluetooth Low Energy (Figura 1). Dispozitivul înregistrează mișcările, transmite datele către o aplicație și permite ajustări terapeutice bine direcționate. Datorită consumului redus de energie, sistemul poate funcționa perioade îndelungate folosind o baterie de dimensiuni reduse.
Considerații de proiectare pentru dispozitive medicale wireless
Proiectarea unui dispozitiv medical inteligent, wireless, bazat pe Bluetooth Low Energy nu este o sarcină simplă. Totuși, datorită sistemelor pe cip (SoC) moderne, puternice și înalt integrate, precum și disponibilității unor instrumente software și hardware mature, implementarea acestor inovații este astăzi mai accesibilă ca oricând.
Noua serie nRF54 de la Nordic Semiconductor a fost creată pentru aplicații IoT cu cerințe ridicate în ceea ce privește puterea de procesare, eficiența energetică și securitatea. Aceasta combină o soluție wireless multiprotocol, eficientă din punct de vedere energetic, în banda de 2,4 GHz, cu un microcontroler multinucleu bazat pe Arm Cortex-M33, tactat la 128 MHz. Comparativ cu seria anterioară nRF52, seria nRF54 oferă performanță dublă și o eficiență energetică de până la trei ori mai mare.
Provocările pătrunderii pe piață
Dincolo de fezabilitatea tehnică, acceptarea de către utilizatori și protecția datelor sunt esențiale pentru succesul pe piață. Dispozitivele trebuie să fie intuitive, confortabile la purtare și fiabile în exploatare. În același timp, dezvoltatorii se confruntă cu provocarea de a realiza proiecte eficiente din punct de vedere al costurilor, respectând cerințele legale și de reglementare.
Un aspect cheie în acest context este asigurarea unei conexiuni sigure și scalabile a dispozitivelor la infrastructurile digitale. Nordic Semiconductor adoptă o abordare holistică în ceea ce privește securitatea dispozitivelor și conectivitatea directă la cloud. Aceasta include utilizarea unor funcții de securitate precum Secure Boot, comunicații criptate și un management al cheilor bazat pe hardware, combinate cu opțiuni flexibile de conectare la cloud. Astfel, devine posibilă implementarea eficientă și sigură a aplicațiilor cu volum mare de date, întreținerea de la distanță și actualizările software, chiar și în scenarii cu conectivitate limitată.
Tehnologia medicală a viitorului: AI, TinyML și eficiență energetică
IoT permite sectorului medical să facă mai mult consumând mai puțină energie. Drept urmare, domeniul sănătății este pe cale să devină unul dintre cei mai mari utilizatori de inteligență artificială (AI) și învățare automată (ML). Odată cu achiziția Neuton.AI, specialist în soluții TinyML automatizate pentru dispozitive edge, Nordic Semiconductor și-a consolidat expertiza în domeniul inteligenței artificiale la marginea rețelei. Combinația dintre seria nRF54 și framework-ul Neuton permite implementarea unei inteligențe artificiale scalabile chiar și pe dispozitive cu resurse limitate, marcând un progres important pentru tehnologia medicală modernă.
Microcontrolerele cu capabilități AI integrate pot evalua local semnale biologice – de exemplu pentru detectarea căderilor, analiza aritmiilor sau depistarea precoce a unor afecțiuni. Astfel, datele sunt procesate direct pe dispozitiv, se reduce latența, se îmbunătățește confidențialitatea și se maximizează eficiența energetică.
Managementul energiei – cheia dispozitivelor medicale autonome
O durată de viață lungă și fiabilă a bateriei este esențială, în special pentru dispozitivele medicale alimentate de la baterii, cum ar fi dispozitivele purtabile și trackerele de fitness. Nordic Semiconductor oferă o gamă de circuite integrate de management al energiei (PMIC) pentru o gestionare eficientă a consumului, inclusiv nPM2100 pentru aplicații cu baterii primare (baterii nereîncărcabile) și nPM1300 pentru dispozitive cu baterii reîncărcabile. Caracteristici precum un regulator de tensiune cu un curent de standby de doar 150 nA, un mod de transport (ship mode) extrem de eficient energetic, cu un consum de numai 35 nA, precum și funcții integrate de activare și temporizare permit o alimentare precisă, cu pierderi minime de energie. Astfel, PMIC-urile completează soluțiile wireless, contribuind la realizarea unor platforme compacte și eficiente din punct de vedere energetic pentru dispozitivele medicale finale.
Tehnologia wireless joacă, de asemenea, un rol din ce în ce mai important în telemedicină și în îngrijirea medicală la distanță a pacienților cu afecțiuni cronice, în special în regiunile cu acces limitat la servicii medicale. Combinația dintre IoT celular, integrarea în cloud și platformele interoperabile permite o nouă calitate a actului medical – bazată pe date, personalizată și accesibilă indiferent de locație.
Tehnologiile de comunicații wireless contribuie astfel la o îngrijire medicală mai inteligentă, mai accesibilă și mai eficientă, îmbunătățind calitatea vieții, reducând costurile și extinzând accesul la servicii medicale la nivel global. Obiectivul este o asistență medicală eficientă, durabilă și accesibilă tuturor.
Autor: Julian Clauß, Corporate Product Manager Wireless at Rutronik
Rutronik | https://www.rutronik.com
Glosar de termeni
- Bluetooth Low Energy (BLE) – standard wireless optimizat pentru consum redus de energie, utilizat frecvent în dispozitive medicale purtabile și IoT.
- Edge AI – procesarea algoritmilor de inteligență artificială direct pe dispozitiv, fără a trimite datele în cloud.
- TinyML – implementarea modelelor de învățare automată pe microcontrolere și dispozitive cu resurse limitate.
- SoC (System on Chip) – circuit integrat care combină procesorul, memoria, perifericele și funcțiile radio într-un singur cip.
- PMIC (Power Management Integrated Circuit) – circuit integrat pentru gestionarea alimentării și optimizarea consumului energetic.
- Baterii primare – baterii nereîncărcabile utilizate în aplicații cu durată lungă de funcționare și consum foarte redus.
- Ship mode – mod special de funcționare cu consum extrem de redus, utilizat pentru transportul și depozitarea acestora.
- IoT celular – conectivitate IoT bazată pe rețele mobile, precum LTE-M sau NB-IoT, pentru aplicații cu rază mare de acțiune.