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– Detección, actuación y cura. ¿Si pudiéramos combinar las capacidades de detección de signos vitales con algoritmos inteligentes y capacidades de acción para no solo diagnosticar, sino también «corregir» un problema en el cuerpo?
Minapim de Hernan Valenzuela: Al igual que lo hace un marcapasos hoy, varios sistemas (wearables) electrónicos vestibles y cuidables de circuito cerrado nos ayudarán en el futuro. El ejemplo más conocido de un dispositivo de terapia autónomo de circuito cerrado es un marcapasos. En segundo lugar, aunque aún no están disponibles comercialmente, están las bombas de insulina inteligentes.
Con inteligencia artificial, sensores y actuadores miniaturizados, los componentes están ahí para dar forma a un futuro con una multitud de sistemas de circuito cerrado para la salud remota, preventiva y curativa.
Piense en dispositivos electrónicos vestibles de grado médico que midan la presión arterial y lo ayuden a encontrar la dosis correcta de medicamentos que regulan la presión arterial.
Piense en pequeños implantes que estimulan nervios específicos basados en biomarcadores de jaqueca detectados en tiempo real. O piense en sensores integrados de forma invisible en los asientos (del automóvil) y las sillas de oficina para controlar la capacidad pulmonar de los pacientes pulmonares y asesorarlos sobre su programa de acondicionamiento físico.
El investigador principal Vojkan Mihajlović y Evelien Hermeling, científico principal de Imec, comparten sus puntos de vista sobre cómo los sistemas de circuito cerrado, que consisten en dispositivos electrónicos vestibles, implantables e invisibles y algoritmos inteligentes, transformarán la salud.
De marcapasos a anestesia
Miles de resultados sobre el páncreas artificial aparecen en Google, según Hermeling: “De hecho, la evolución del tratamiento de la diabetes es ideal para ilustrar lo que es un sistema de terapia de ciclo cerrado.
Los pacientes cambiaron de huellas dactilares y bolígrafos de insulina a monitores de glucosa en su abdomen o brazo que miden continuamente y envían alarmas a sus teléfonos celulares. «
“Los sistemas más avanzados de la actualidad como la bomba de insulina Minimized ™ 670G de Medtronic, van un paso más allá y agregan una pequeña computadora portátil al monitor continuo de glucosa.
La computadora captura los datos, calcula la cantidad de insulina necesaria y envía esa información a la bomba de insulina que también está conectada al abdomen del paciente. De esta forma, el azúcar en la sangre se mantiene estable día y noche, de forma automática.
El riñón artificial para pacientes en diálisis es otro ejemplo típico, aunque todavía está en un futuro lejano. También se predice que, para otras afecciones crónicas o agudas, los tratamientos de próxima generación ya no estarán restringidos a los productos químicos.
Pronto, los médicos podrán prescribir tratamientos farmacológicos en combinación con dispositivos electrónicos de circuito cerrado que se pueden llevar puestos y cuidar, que monitorean el efecto del medicamento o sugieren cambios en su dosis (conocido como proceso de titulación).
Según Mihajlović: “También para los médicos, existen sistemas de circuito cerrado para hacer la vida más fácil. Piense en un sistema de circuito cerrado para la anestesia: el anestesiólogo establece un objetivo de presión arterial y el sistema mantiene automáticamente ese objetivo al dosificar el medicamento apropiado. Esto permite a los especialistas centrarse en el paciente y los libera de tareas repetitivas y automatizadas. «
Preparando el futuro sistema de terapia de circuito cerrado
Sistemas de sensores y actuadores inalámbricos, fiables y con inteligencia artificial para interpretación de datos, nuevos sistemas más inteligentes y más autónomos para vigilar la salud del paciente. En opinión de Hermeling: “Un sistema típico de circuito cerrado se compone de diferentes partes, cada una con sus requisitos específicos.
El módulo sensor mide uno o más parámetros del cuerpo del paciente, como frecuencia cardíaca, ECG, presión arterial, etc. Los sensores deben ser precisos, pequeños y capaces de transmitir de forma inalámbrica sus datos a la nube o un dispositivo cercano al paciente. «
“A continuación, se necesita una pequeña unidad de procesamiento que ejecute algoritmos que puedan interpretar los datos de este sensor en información procesable. La personalización es clave.
Se deben considerar los parámetros contextuales y ambientales. Los medicamentos para bajar la presión arterial, idealmente titulados para una persona durante un día normal, pueden hacer que la presión arterial baje durante el clima cálido. Ésta puede ser una situación peligrosa que debe corregirse. Los algoritmos podrían ajustar las dosis, teniendo en cuenta tales parámetros contextuales y ambientales. «
“Un tercer bloque de construcción es el algoritmo de control, que traduce los conocimientos en una acción de control. Por ejemplo, la acumulación de demasiado líquido en el cuerpo puede resultar en un aumento de la dosis del medicamento para un paciente.
“Y la última parte es el hardware del actuador, por ejemplo, el microbomba distribuir un medicamento en el torrente sanguíneo, según las instrucciones que recibió del algoritmo de control. Un factor de forma pequeño y un funcionamiento preciso y oportuno son las características más importantes de este bloque de construcción. «
Los sistemas de terapia de circuito cerrado pueden tener muchos factores diferentes: electrónicos vestibles, implantables, invisibles, para Mihajlović, los invisibles son sensores que están perfectamente integrados en el entorno del paciente. Piense en sensores en un asiento (de automóvil), el tablero de un automóvil, un colchón o incluso el asiento de un inodoro.
Mientras que los dispositivos electrónicos vestibles e implantables miden continuamente, los dispositivos electrónicos invisibles miden solo ocasionalmente, lo que es suficiente para ciertos tipos de mediciones. Control diario de la presión arterial, composición de la orina o capacidad pulmonar. «
Imec es conocido por su trabajo de miniaturización electrónica, que se investiga en salas blancas de última generación.
Hace 15 años se empezó a trabajar con sistemas de detección para el seguimiento de signos vitales.
Las colaboraciones con la industria, como Samsung y Biotelemetry, se produjeron en un gran estudio sobre el monitoreo del estrés en condiciones de la vida real y en diferentes dispositivos prototipo para medir ondas cerebrales, movimientos oculares, marcha, patrones de sueño, respiración, dolor y estrés. y parámetros generales de salud. «
“El foco ha estado en hacer sistemas de sensores inalámbricos, de bajo consumo y muy compactos, con adquisición de datos eficiente, utilizando diferentes modalidades, como actividades cardíacas, pulmonares, musculares o nerviosas e integrándolas en diferentes dispositivos como un reloj , parche, auricular. Imec trabaja para expandir la parte de adquisición eficiente, con algoritmos inteligentes para proporcionar conocimientos prácticos y principios operativos para cerrar el ciclo. «
Es necesario desarrollar algoritmos para una buena interpretación de los datos recolectados del sensor y garantizar la calidad de los datos confiables en condiciones de vida real y en entornos no controlados. Para Mihajlović, Imec actúa en el campo del rendimiento y la estimulación, explorando las posibilidades de la estimulación cerebral no invasiva y la estimulación eléctrica de los nervios con pequeños nódulos implantables.
Se está desarrollando una estructura de software que facilita la adquisición de datos multimodales, la interpretación de señales y la especificación de las reglas de control necesarias para un rendimiento óptimo. Esta estructura conecta todos estos componentes en un verdadero sistema de circuito cerrado, para cumplir con los requisitos de tiempo y las modalidades de retroalimentación / desempeño.
Ejemplos de trabajo en Imec
- Un auricular que combate la depresión y las jaquecas
- Pequeños nódulos implantables que estimulan los nervios
- Uso del entorno del paciente para controlar los signos vitales
Las aplicaciones de tCS son numerosas, que van desde el tratamiento de la depresión y la jaqueca hasta la epilepsia y los trastornos de ansiedad. En un sistema de circuito cerrado, es importante medir las ondas cerebrales durante y después de la aplicación de estímulos, de modo que los estímulos se puedan adaptar para facilitar un tratamiento personalizado.
«Tradicionalmente, el método involucraba dos grandes electrodos colocados en diferentes lugares del cuero cabelludo con corriente que iba de un electrodo a otro. Los electrodos estaban hechos de polímero conductor envuelto en una cubierta esponjosa, empapada en solución salina».
“Los enfoques más recientes de tCS dependen de un mayor número de electrodos más pequeños (1 cm²). Imec desarrolló auriculares de monitorización de EEG con pequeños electrodos secos, junto con Datwyler. Son muy fáciles de usar y proporcionan mediciones de alta calidad.
Los electrodos secos se están adaptando para tCS. Para esta aplicación, planeamos ampliar las capacidades de los auriculares con electrodos activos digitales, con recursos eléctricos y ópticos. Esto hace posible medir y estimular simultáneamente sin interferencias. (por ejemplo, estimulación eléctrica, detección óptica y viceversa).
Imec desarrolló una cabeza fantasma para facilitar la exploración de los aspectos de seguridad y el impacto de tCS en el tejido de la cabeza. Además, permite optimizar el seguimiento y estimulación del cerebro en circuito cerrado. Electrónicos vestibles
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Fuente: IMEC
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