I dispositivi indossabili medici sono dispositivi non invasivi che misurano i biomarcatori fisiologici. Sono strumenti potenti per il monitoraggio della salute su larga scala. In questo articolo, descriveremo le esperienze nella progettazione e implementazione dei dispositivi indossabili nei pazienti vulnerabili.
Introduzione
I centri sanitari per il controllo e la prevenzione delle malattie definiscono l’uguaglianza sociale nella salute come lo stato in cui ogni persona ha un’opportunità giusta ed equa di raggiungere il massimo livello di salute. Gli ostacoli al raggiungimento dell’uguaglianza sanitaria includono la povertà, il razzismo istituzionalizzato, i fattori ambientali e il territorio. I progressi tecnologici incentivati dalla pandemia COVID-19 hanno aumentato l’interesse per la salute digitale, come la telemedicina, le cartelle cliniche elettroniche e l’Intelligenza Artificiale come strumento per affrontare le disparità sanitarie. In questo contesto, meno attenzione è stata data ai dispositivi indossabili, una componente più ristretta, ma fondamentale, del panorama in evoluzione della sanità digitale. I dispositivi indossabili medici sono collegati in modo non invasivo al corpo e misurano, memorizzano e in alcuni casi interpretano il significato clinico dei biomarcatori. I dispositivi indossabili medici non si limitano agli ambienti ospedalieri e, idealmente, coesistono senza soluzione di continuità in ambienti clinici e non clinici, interfacciandosi da remoto con il più ampio ecosistema di dispositivi sanitari. I primi dispositivi indossabili hanno guadagnato terreno come dispositivi per il fitness personale, sfruttando design familiari come orologi, braccialetti o anelli. Lo sviluppo di design alternativi e più discreti, come ad esempio i cerotti, posizioni di montaggio variabili (ad esempio, torace) e ulteriori capacità di rilevamento biofisico e biochimico (ad esempio, elettrocardiogramma, misurazione dei livelli di glucosio nel sangue), ha ampliato le potenziali applicazioni nel settore sanitario.
Le innovazioni future in questa classe di dispositivi sono estese e includono farmaci terapeutici o sistemi di somministrazione tattile, miniaturizzazione, tecnologie transitorie, rilevamento di malattie mediante monitoraggio remoto a livello di popolazione, e integrazione dell’Intelligenza Artificiale. I dispositivi indossabili economicamente accessibili, sono particolarmente adatti a promuovere l'uguaglianza sociale nella salute su larga scala, poiché questi dispositivi interagiscono fisicamente con un singolo paziente, spesso nell'ambiente vissuto, ma collegano virtualmente questo individuo alle famiglie, agli operatori sanitari e, più in generale, alle reti sanitarie dei servizi sociali. Con intenzione e impegno, la comunità dell’ingegneria biomedica può orientare il campo dei dispositivi indossabili avanzati e della bioelettronica flessibile verso strumenti inclusivi, accessibili e fortemente dirompenti per promuovere la riduzione delle disparità.
In questo articolo, vengono descritte alcune esperienze di applicazioni e test di sensori indossabili in base alle esigenze dei pazienti probabilmente più vulnerabili, bambini e donne incinte, in un ampio spettro di ambienti dotati di risorse, per evidenziare le potenzialità della tecnologia indossabile. L'ingegneria incentrata sul paziente e la progettazione inclusiva dei dispositivi convalidano e incentivano un'ampia varietà di casi d'uso. L’impiego di sensori a basso profilo capaci di un monitoraggio completo può incoraggiarne l’uso in varie popolazioni di pazienti vulnerabili. I sensori possono monitorare un singolo paziente, producendo biomarcatori fisiologici per la revisione personale in ambienti clinici e domestici. I sensori a basso costo e riutilizzabili facilitano la scalabilità.
Le esperienze di progettazione
Istituti e startup specialisti bioelettronici hanno sviluppato un sistema di sensori indossabili wireless che fornisce il monitoraggio dei segni vitali per affrontare la sfida ancora irrisolta della cura dei neonati, evidenziata da un tasso di mortalità persistentemente elevato, con un milione di neonati che muoiono nel primo giorno di vita e altri due milioni muoiono entro la prima settimana di vita a livello globale. Vale la pena ricordare che gli esiti neonatali variano profondamente, con un carico sproporzionato di morbilità e mortalità a carico dei paesi a basso e medio reddito. Indipendentemente dal contesto clinico, i segni vitali neonatali vengono tradizionalmente raccolti con dispositivi cablati ingombranti. Tali dispositivi sono spesso adattati da quelli originariamente destinati all'uso da parte degli adulti e possono causare lesioni, cicatrici e interruzione del contatto terapeutico pelle a pelle da parte di un operatore sanitario. I dispositivi indossabili medici avanzati, in formati morbidi e simili alla pelle con modalità di funzionamento wireless continuo, sono particolarmente adatti a soddisfare le loro esigenze.
Le innovazioni principali nel sistema di sensori indossabili wireless includono un design ingegneristico wireless, ultrasottile, flessibile, simile alla pelle con un ingombro fisico miniaturizzato, che non compromette né la precisione della misurazione né la completezza. L'analisi dei dati nel sensore e lo streaming continuo di dati in tempo reale forniscono l'accesso a biomarcatori pertinenti tra cui frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, ossigenazione e temperatura cutanea. Inoltre, la pelle neonatale è fragile e richiede particolare attenzione ai meccanismi di aderenza cutanea. Sono stati sviluppati adesivi e meccanismi di accoppiamento alternativi per dare priorità alla sicurezza della pelle, garantendo al contempo funzionalità e un robusto accoppiamento con la pelle. Le versioni avanzate di questi meccanismi migliorano la tolleranza cutanea attraverso strutture perforate che aumentano la conformità meccanica e l'elasticità, allontanando al tempo stesso l'umidità dall'interfaccia pelle-dispositivo e riducendo le sollecitazioni dell'interfaccia e l'irritazione della pelle con l'uso e la rimozione di routine. Infine, i progetti tecnici che prolungano la durata della batteria, consentono una modalità di funzionamento riutilizzabile e ricaricabile in modalità wireless senza porte o prese esterne, con materiali di consumo a basso costo, di fondamentale importanza per adattare le soluzioni hardware dai banchi agli ospedali, soprattutto in ambienti sanitari difficili.
I test neonatali
I test sul campo su neonati di pochi mesi sono basati su strutture di assistenza dotate di adeguate risorse ospedaliere. Inoltre, sono implementati dispositivi per ulteriori test di validazione e usabilità effettuati in una struttura sanitaria terziaria. Innovazioni in questo mercato emergente dei dispositivi indossabili medici includono lo sviluppo di un dispositivo montato sulla fronte che misura i segni vitali neonatali. Un altro interessante dispositivo è un dispositivo riutilizzabile e privo di materiali di consumo che viene posizionato sull'addome per misurare la frequenza cardiaca del neonato. Questi dispositivi sono funzionali sulla pelle umida e possono facilitare la rapida rianimazione neonatale e la mitigazione del rischio. Oltre al monitoraggio fisiologico generale, altri innovatori hanno segnalato un dispositivo indossabile specializzato ed a basso costo posizionato sulla fronte per rilevare in modo non invasivo l'ittero e personalizzare il trattamento di fototerapia attraverso un bilirubinometro transcutaneo. La Figura 1 mostra alcuni sensori wireless montati sulla pelle di un neonato per monitorare i parametri vitali. [...]
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