Tehnologii precum AI devin un instrument-cheie pentru furnizorii de servicii medicale (Sursă imagine: LALAKA/stock.adobe.com)
Introducere
Presiunea tot mai mare asupra furnizorilor de servicii medicale determină o nevoie urgentă de tehnologii emergente care să reducă timpii de așteptare și să îmbunătățească accesul pacienților la tratament. La nivel global, spitalele și clinicile caută soluții inovatoare pentru a face față cererii crescânde. Cu un deficit estimat de peste 10 milioane de lucrători în domeniul sănătății până în 2030 (conform OMS), digitalizarea și automatizarea devin strategii esențiale. Aceste tendințe tehnologice emergente pot remodela semnificativ serviciile medicale în următorii ani.[1]
Tehnologii care sporesc eficiența operațională și îngrijirea pacienților
În schimb, pe lângă campaniile de recrutare, mulți furnizori de asistență medicală adoptă tot mai mult noile tehnologii care pot spori eficiența operațională și îngrijirea pacienților, minimizând în același timp risipa, erorile și timpii de așteptare. Acest lucru a dat naștere unor tendințe inovatoare care au impact asupra tuturor aspectelor din domeniul serviciilor medicale, de la chirurgie la logistică și de la analiza “big data” la monitorizarea de la distanță a pacienților (RPM – Remote Patient Monitoring).
Inteligența artificială în domeniul sănătății
Inteligența artificială (AI), învățarea automată (ML) și rețelele neurale complexe devin rapid elemente decisive în practicile medicale moderne. Modelele mai mici de AI și ML își găsesc aplicații în dispozitivele portabile care generează tratamente personalizate, în timp ce rețelele neurale sofisticate au fost deja utilizate pentru a prezice rezultatul pentru sute de mii de pacienți cu COVID-19.[2]
Chiar și inteligența artificială generativă poate juca un rol în viitoarele soluții de asistență medicală. Modelele de AI bazate pe cloud, care își au rădăcinile în modelele lingvistice mari (LLM – Large Language Models), pot fi exploatate pentru a dezvolta soluții de asistență medicală mai inteligente. De exemplu, un dispozitiv inteligent aflat la patul unui pacient ar putea utiliza modele AI pentru a analiza solicitări complexe exprimate prin voce, înainte de a transmite informațiile către echipele medicale. Acest lucru ar spori eficiența și îngrijirea pacienților, furnizând personalului medical informații esențiale despre pacient înainte de a se ocupa de acesta.
Internetul medical al lucrurilor (MIoT)
În ultimii ani, internetul lucrurilor (IoT) s-a extins dincolo de casele noastre, creând orașe inteligente, locuri de muncă și aplicații de tip Industrie 4.0 și 5.0. Internetul medical al lucrurilor (MIoT) este o piață care se dezvoltă rapid. Potrivit estimărilor, aceasta a generat venituri în valoare de 83,81 miliarde USD în 2024, cu o rată de creștere anuală compusă (CAGR) de 9,91% între 2024 și 2029, ceea ce va atinge un volum al pieței de 134,40 miliarde USD.[3]
Figura 1: Modulul compact Murata Type 2EA măsoară doar 12,5 mm × 9,4 mm × 1,2 mm. (Sursă imagine: Mouser Electronics)
Progresele înregistrate în domeniul comunicațiilor și al inteligenței artificiale la margine au stimulat apariția MIoT. Dispozitive precum modulul Murata Type 2EA Wi-Fi® 6E+Bluetooth® 5.3 (figura 1) permit inginerilor să proiecteze soluții MIoT mai mici și mai eficiente, cu comunicații rapide, sigure și fiabile prin utilizarea unui radio cu trei benzi de frecvență și a celor mai recente protocoale de comunicație.
Combinația dintre o comunicație mai eficientă și o procesare mai inteligentă la margine revoluționează maniera în care profesioniștii din domeniul sănătății monitorizează și tratează pacienții prin îmbunătățirea percepției și a eficienței operaționale. Dispozitivele emergente includ soluții care pot monitoriza semnele vitale critice, administra medicamente și colecta date în permanență, permițând o înțelegere completă și în timp real a stării de sănătate a unei persoane.
Telemedicina și asistența medicală de la distanță
Dezvoltarea telemedicinei este un rezultat direct al eforturilor de a reduce presiunea asupra mediului clinic prin reducerea vizitelor pacienților în locații fizice. Această tendință a început atunci când cererea de soluții de îngrijire de la distanță a crescut în timpul pandemiei COVID-19, când serviciile de telemedicină au apărut ca o modalitate de a oferi consultații la distanță, diagnosticări și chiar tratament fără a exista contact direct între persoane.
Cu toate acestea, pentru ca serviciile de telemedicină să aibă succes, o conexiune securizată și precisă este esențială pentru a proteja confidențialitatea pacienților și pentru a pune la dispoziția profesioniștilor din domeniul sănătății informațiile necesare. Pentru inginerii care dezvoltă servicii de telemedicină, sunt esențiale tehnologiile de comunicație wireless securizate, hardware-ul fiabil și tehnologiile de percepție îmbunătățite, cum ar fi senzorii de imagine de înaltă rezoluție.
Dispozitive medicale purtabile
În completarea asistenței medicale la distanță, dispozitivele medicale purtabile nu reprezintă o tendință nouă, însă progresele tehnologice recente au crescut considerabil valoarea acestora pentru furnizorii de servicii medicale. Progresul înregistrat în procesele de fabricație a permis miniaturizarea a numeroase tehnologii-cheie de percepție, permițând integrarea de noi senzori în ceasurile inteligente și în dispozitivele de fitness fără a compromite dimensiunea dispozitivului sau durata de viață a bateriei.
Această tendință de micșorare a dimensiunilor dispozitivelor medicale a dat naștere, de asemenea, unor dispozitive medicale purtabile dedicate, cum ar fi dispozitivele de monitorizare continuă a glicemiei (CGM – Continuous Glucose Monitors). Produse precum CEM102 Analog Front End (AFE) de la onsemi au fost create special pentru CGM-uri care necesită un consum foarte redus de putere. CEM102 are un factor de formă mic și beneficiază de un convertor analog-digital (ADC) de înaltă rezoluție pentru a asigura o monitorizare precisă cu un consum minim de curent. Pe măsură ce inginerii promovează miniaturizarea, aplicațiile pentru tehnologiile purtabile vor continua să crească, contribuind la un sprijin mai bun pentru furnizorii de servicii medicale.
Implanturi inteligente
Implanturile inteligente sunt construite pornind de la aplicațiile tehnologiei purtabile, oferind o abordare inovatoare a monitorizării pacienților prin facilitarea transmiterii de date în timp real din interiorul corpului. Aceste implanturi sunt utilizate în domenii critice precum sănătatea cardiacă, neurostimularea și gestionarea durerii cronice. De exemplu, stimulatoarele cardiace inteligente permit o mai bună înțelegere, cu algoritmi ajustabili care modifică funcționalitatea dispozitivului pentru a se potrivi mai bine aritmiei cardiace a pacientului.
Inginerii care proiectează astfel de dispozitive se confruntă cu provocări majore legate de miniaturizare, fiabilitate, biocompatibilitate și durata de viață a bateriei. Cu toate acestea, inovațiile în domeniul tehnologiilor de captare a energiei vor permite noilor dispozitive să opereze fără baterii, prin captarea energiei generate de mișcarea unei persoane. Descoperirile ulterioare în domeniul substraturilor PCB vor alimenta, de asemenea, dezvoltarea de noi implanturi electronice flexibile care pot fi introduse în zone noi ale corpului unei persoane.
Robotica medicală
Roboții devin parte integrantă atât a chirurgiei, cât și a terapiei recuperatorii, cu noi aplicații și soluții care apar continuu. În 2017, erau în funcțiune doar 826 de roboți chirurgicali,[4] dar se preconizează că acest număr va ajunge la 2112 până la sfârșitul anului 2025.[5] De asemenea, se estimează că piața roboticii destinate recuperării, cum ar fi exoscheletele (figura 2), va crește de la 239,1 milioane USD în 2022 la peste 1,026 miliarde USD până în 2030.[6]
Figura 2: Exoscheletele robotice sunt din ce în ce mai utilizate în cadrul terapiei recuperatorii. (Sursă imagine: unai/stock.adobe.com)
Sistemele sofisticate de control al mișcării, care integrează senzori și actuatoare de înaltă acuratețe, contribuie la creșterea preciziei și a capacității roboților de a executa sarcini repetitive. În plus, costurile și consumul de energie scad pe măsură ce piața se maturizează. În următorul deceniu, prezența din ce în ce mai mare a roboților în mediile medicale nu numai că va reduce erorile, dar va facilita și mai multe intervenții chirurgicale la distanță, ceea ce va permite medicilor să reducă timpul pierdut cu deplasarea la pacienții din alte spitale.
Gemeni digitali în domeniul sănătății
Un alt concept în plină evoluție în industria medicală este cel al gemenilor digitali – replici virtuale ale obiectelor, sistemelor sau proceselor fizice create folosind date și simulări în timp real. Impactul gemenilor digitali este deja resimțit în sectoare precum producția, distribuția și monitorizarea mediului, unde joacă un rol esențial în reducerea erorilor și a timpului de dezvoltare, îmbunătățind în același timp gradul de înțelegere.
Pe măsură ce potențialul gemenilor digitali continuă să crească, un număr tot mai mare de aplicații medicale vor începe să beneficieze de această tehnologie transformatoare, odată cu apariția unor modele virtuale sofisticate de pacienți, spitale și dispozitive medicale.
Astfel de modele digitale pot genera simulări complexe care permit teste și erori în lumea virtuală, accelerând cercetarea și reducând rezultatele nedorite în lumea reală. Evoluția continuă a modelelor AI și a centrelor de date va continua să impulsioneze gemenii digitali pe măsură ce ne îndreptăm spre viitor, ajutând furnizorii de servicii medicale să anticipeze rezultatele pacienților, să optimizeze tratamentele și să creeze fluxuri de lucru mai reziliente, care se pot adapta mai bine la o cerere bruscă provocată de dezastre naturale sau pandemii.
Edge Computing în domeniul asistenței medicale
Tehnologia de calcul la margine este o tendință avansată care are un impact asupra unui număr mare de piețe. Aceasta este deja o parte integrantă a peisajului asistenței medicale, în special în aplicațiile MIoT și purtabile. Prin prelucrarea datelor la nivel local, edge computing-ul poate contribui la reducerea latenței în situații care salvează vieți, comparativ cu alternativele bazate pe cloud.
Modelele Edge AI sau ML pot reduce volumul comunicațiilor între dispozitive prin prelucrarea locală a datelor, ducând la scăderea volumului de date transmise, sau printr-o prelucrare locală inteligentă pentru a determina cerințele de transmitere a datelor. De exemplu, în loc să transmită continuu date, un dispozitiv ar putea transmite informații doar atunci când semnele vitale ale unei persoane sunt anormale.
Având în vedere că aproximativ 30% din volumul mondial de date este generat de sectorul medical,[7] procesarea la margine (edge processing) ar putea contribui la reducerea semnificativă a costurilor și a consumului de energie asociate cu prelucrarea datelor medicale.
VR, AR și MR în domeniul sănătății
Tehnologiile de realitate virtuală (VR), realitate augmentată (AR) și realitate mixtă (MR) își găsesc noi aplicații în domeniul asistenței medicale, de la instruire chirurgicală (figura 3) la informarea pacienților. Prin combinarea imaginilor digitale sau chiar a gemenilor digitali complecși, aceste tehnologii oferă o lume virtuală pentru simulare în care greșelile nu pot afecta pacienții.
Figura 3: Căștile VR pot ajuta personalul medical atât în instruire (antrenare), cât și în aplicații de diagnosticare la distanță. (Sursă imagine: Gorodenkoff/stock.adobe.com)
Descoperirile în domeniul tehnologiei de urmărire și imagistică permit noilor sisteme VR/AR să urmărească mișcările cu mai multă precizie și, prin urmare, să reflecte situațiile din lumea reală. Sistemul inteligent de senzori BHI360 de la Bosch cu unitate de măsurare inerțială (IMU) programabilă este o soluție compactă, cu consum redus de putere, creată pentru a facilita urmărirea mișcărilor cu mare precizie și latență redusă prin intermediul căștilor și controlerelor AR/VR/MR. Acesta poate permite experiențe VR mai fluide și mai precise, sporind valoarea instruirii chirurgicale sau crescând experiența utilizatorului final în scenariile de informare a pacienților.
Imprimare 3D utilizată în dispozitive medicale
Utilizarea tehnologiei de producție aditivă 3D este în creștere în unitățile medicale, în special după succesul remarcabil din ultimii ani. De exemplu, în timpul pandemiei COVID-19, Food and Drug Administration (FDA) din Statele Unite a recunoscut rolul esențial jucat de tehnologia neconvențională de imprimare 3D în acoperirea deficitului de aprovizionare.[8]
Imprimantele 3D conduc, totodată, la progrese semnificative în domeniul protezelor personalizate și vor continua să impulsioneze acest domeniu în următorii ani. Imprimarea 3D transformă modul de fabricare a dispozitivelor medicale, permițând o producție rapidă de proteze mai puțin costisitoare, dar mai personalizate, atât în mediul clinic tradițional, cât și în afara acestuia. Organizațiile caritabile din întreaga lume adoptă acum tehnologia de imprimare 3D pentru a îmbunătăți nivelul de accesibilitate al protezelor, în special în perioade de conflict sau de urgență, datorită ușurinței în utilizare și capabilităților de prelucrare rapidă.
Concluzie
După cum se observă, o serie de tendințe transformatoare modelează viitorul tehnologiei medicale. Pe măsură ce aceste tendințe continuă să evolueze, inginerii proiectanți vor căuta tehnologii robuste și fiabile care să răspundă cerințelor complexe ale sistemelor moderne de asistență medicală. Mouser Electronics oferă o gamă largă de componente proiectate să susțină inginerii în procesul de creare a următoarei generații de dispozitive medicale, pentru a îmbunătăți tratementul pacienților și pentru a oferi soluții de asistență medicală mai eficiente, personalizate și accesibile.
Autor:
Mark Patrick
Mouser Electronics
Authorised Distributor
www.mouser.com
Urmărește-ne pe Twitter
[1] https://www.who.int/health-topics/health-workforce
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35466079/
[3] https://www.statista.com/outlook/tmo/internet-of-things/healthcare-iot/worldwide
[4] https://www.statista.com/forecasts/1321270/worldwide-medical-robotics-market-size
[5] https://www.statista.com/statistics/877731/surgical-robots-unit-number-worldwide/
[6] https://www.rehacare.com/en/business/global-market-for-robotics-in-rehabilitation
[7] https://www.rbccm.com/en/gib/healthcare/episode/the_healthcare_data_explosion
[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9572282/