Il futuro dell’assistenza sanitaria può risiedere negli abiti intelligenti

Quando la maggior parte delle persone pensano agli indossabili, il loro pensiero corre subito agli smart watches, ai monitor dello stato di forma e delle pulsazioni cardiache che sono tipicamente indossati al polso. Comunque, il mercato degli indossabili si estende ben al di là di questi dispositivi standard all'interno di mercati emergenti che attraversano differenti settori industriali.

Introduzione

Un mercato emergente è l'abbigliamento intelligente pensato per l'assistenza sanitaria - ovvero l'idea di tessere l'elettronica in una maglietta, una coperta, una fasciatura, un cappello a maglia o pantaloni per eseguire specifiche funzioni di cura del paziente. Abbigliamento intelligente, o e-textiles, nel suo complesso si trova ancora in fase infantile e le applicazioni pratiche che vengono utilizzate negli ospedali e negli altri centri di cura sono poche e distanti tra loro.

Tuttavia, l'interesse per il potenziale di questa tecnologia è elevato, a tal punto che molti fornitori di assistenza sanitaria e produttori di apparecchiature mediche attivamente monitorano progetti pilota sull'abbigliamento intelligente e ricerche nelle più recenti tecnologie per e-textiles. Infatti, le aspettative sull'abbigliamento intelligente pensato per l'assistenza sanitaria sono tali, da essere considerato una tra le principali forze sconquassatrici dell'industria nei prossimi cinque anni.

"La sanità in generale sta vivendo una crisi soprattutto negli Stati Uniti (anche nel Regno Unito)", ha dichiarato Aditya Kaul, direttore di ricerca per le ricerche di mercato dell'azienda Tractica. "Pertanto, l'attenzione oggi è più sulla consolidazione dell'assistenza sanitaria piuttosto che su tecnologie come l'abbigliamento intelligente. Vediamo una crescita lenta per questo mercato nei prossimi tre o quattro anni, ma dopo prevediamo un mercato vivace e in rapida crescita". Tractica prevede che gli indumenti intelligenti per la sanità cresceranno di soli 2,4 milioni di dollari oggi fino all'enorme cifra di 1,2 miliardi di dollari entro il 2021, con la maggior parte della crescita che arriverà negli anni 2019-2021.

Che cosa è un e-textile e come funziona?

L'abbigliamento intelligente è visto come un modo per rivoluzionare la pratica dell'assistenza sanitaria e si spera che un uso diffuso di indumenti utilizzati per monitorare la salute o aiutare con i trattamenti potrebbe ridurre la dipendenza da apparecchiature costose e da un sistema sanitario già fortemente gravato. L'abbigliamento che possa tenere traccia di malattie o condizioni croniche, aiutando con il crescente invecchiamento della popolazione, o rendendo più confortevole per i pazienti il  soggiorno in un ospedale o in un centro di trattamento è visto come un modo per creare valore, aumentare le conoscenze in materia di salute e ridurre i costi. Gli e-textiles sono progettati per risultare confortevoli sulla pelle ma allo stesso tempo essere funzionali. Questi tessuti intelligenti sono costituiti da tessuti tradizionali intrecciati con fibre conduttive e elementi elettronici come sensori biomedici, microcontrollori, fibre ottiche e antenne indossabili, come la linea Mouser di Internet of Things system-on-modules.

Un esempio di un sensore biomedico che potrebbe essere utilizzato nelle applicazioni e-textiles è il front end per monitorare la frequenza cardiaca AD8232/33 di Analog Devices. Si tratta di un blocco di condizionamento del segnale integrato per ECG e altre applicazioni di misura biopotenziali, progettato per estrarre, amplificare e filtrare piccoli segnali biopotenziali in presenza di condizioni rumorose. La piattaforma di sviluppo Intel® Edison è stata progettata per ridurre le barriere d'ingresso per tutti coloro tra inventori, imprenditori e progettisti di prodotti di consumo che vogliano prototipare e produrre rapidamente oggetti in ambito di "Internet delle cose" (IoT) e indossabili. Si tratta allo stesso tempo di una soluzione system-on-module e di un elemento che incorpora un'antenna indossabile.

In alcuni casi, gli e-textiles vengono creati, in parte, su una tipica macchina per cucire da tavolo che ricama il filo in tessuto seguendo un modello tramite un programma di computer. Invece del filo, comunque, vengono utilizzate fibre metalliche composte da materiali come l'argento, il nichel, il carbonio, il rame, l'alluminio e l'acciaio inossidabile, come nelle piattaforme elettroniche Adafruit's wearable offerte da Mouser, che risultano identiche al tatto rispetto al tradizionale filato. Questi prodotti consentono di realizzare qualsiasi progetto indossabile. Essi sono dispositivi pienamente caratterizzati, definiti, cucibili e compatibili con Arduino. Sono abbastanza piccoli da adattarsi in qualsiasi progetto e abbastanza economici da essere utilizzati senza esitazione. A seconda di come le fibre conduttive sono intrecciate e l'elettronica inclusa nell'abbigliamento intelligente, il tessuto è resistente e può essere lavato similmente a quello normale. Mentre la durabilità resta ancora un problema in corso in molti progetti, esso risulta un fattore su cui la maggior parte dei ricercatori e delle aziende stanno lavorando come ultimo passo fondamentale verso la commercializzazione di massa dell'abbigliamento intelligente per la sanità.

Traini di mercato e le sfide per l'abbigliamento intelligente

Finora, sono stati relativamente pochi i successi commerciali degli e-textile. Una delle ragioni che giustificano ciò, è stata la mancanza di volontà delle aziende del settore sanitario di investire in progetti di ricerca o accademici, invece di stare a guardare la naturale evoluzione del settore. Al posto del settore sanitario, alcuni produttori si sono rivolti al mercato del benessere/sportivo dove le conseguenze per un errato approccio non sono cosi penalizzanti. Tuttavia, con un aumento costante in molte parti del mondo delle malattie croniche - come il diabete, le malattie cardiache, i disturbi respiratori o di natura tumorale - la popolazione anziana che vive più a lungo e un aumento del numero di interventi effettuati in mercati chiave come i settori sanitari di Europa e Stati Uniti, gli sviluppi nell'e-textiles sono in crescita per fare uso dell'elettronica emergente e della tecnologia medica. In alcuni studi clinici, abiti intelligenti hanno dimostrato di poter fornire protezione contro le malattie infettive, monitorare la salute del portatore e aiutare a prevenire, curare e gestire la salute.

"Ci sono un sacco di opportunità nello sviluppo per il settore sanitario, in particolare in ambito tessile", ha affermato Luciano Boesel, leader del gruppo per tessuti adattivi e idrogel presso la casa di ricerca svizzera Empa (Figura 1). " La necessità di un monitoraggio discreto a lungo termine a domicilio, dei pazienti a rischio  stimolerà un rapido sviluppo. In cinque anni, credo che vedremo molte soluzioni innovative in ambito tessile nel settore sanitario ".

Figura 1: fibre ottiche integrate in una coperta o in una camicia per monitorare la circolazione della pelle e prevenire piaghe da decubito o per monitorare la frequenza cardiaca, è ciò su cui i ricercatori ad EMPA stanno lavorando. (Fonte: EMPA)

Boesel ammette che gli e-textiles affronteranno sfide da superare, compresi un ulteriore sviluppo nell'affidabilità, nella responsabilità e nella certificazione. Le approvazioni regolamentari presentano anche una sfida per i produttori di apparecchi e per i ricercatori in quanto il consenso della FDA può richiedere molti anni. Allora occorrerà ottenere l'approvazione e la certificazione da parte delle compagnie di assicurazione, e questo risulterà un ulteriore ostacolo. Tanti progetti di abbigliamento intelligente che sono stati già introdotti richiederanno tra i tre e i cinque anni per essere fruiti. Molti esperti ritengono che questo punto di inflessione si verificherà intorno all'anno 2020.

Risolvere i problemi di corrente

James Hayward, analista tecnologico per la società di ricerche di mercato, IDTechEx, ritiene che se sarà possibile ottenere un guadagno finanziario o economico immediato dalla tecnologia, allora sarà anche più probabile che l'abbigliamento intelligente possa essere adottato dai fornitori. Gli e-textiles come un lenzuolo o un materasso integrati con sensori di pressione per gestire e prevenire le piaghe da decubito, assicurandosi che il paziente si muova sufficientemente sulla superficie è qualcosa che sta raccogliendo un grande interesse per le aziende, dice Hayward. Condizioni quali le piaghe da decubito e l'incontinenza  degli anziani negli ospedali costano, ai centri di cura e agli ospedali, tempo e soldi. I sensori di umidità integrati nell'abbigliamento intelligente per mappare l'incontinenza nei pazienti potrebbero rivelarsi un investimento molto conveniente nel lungo periodo.

"Se gli e-textile vorranno  dimostrare di avere successo, allora inizieranno come una caratteristica di fascia alta prima di essere adottati in massa", ha detto Hayward. "Queste cose richiedono tempo e mentre i tempi di consegna dei tradizionali dispositivi medici  stanno diminuendo leggermente, possiamo aspettarci di vedere i primi esempi in cinque anni, se non in 10 anni. Ma in questo caso c'è un valore duraturo, quindi penso che arriveranno nel servizio di assistenza sanitaria in maniera graduale".

Clothing + sta lavorando con Jabil per produrre sensori integrati nei tessili che soddisfino i requisiti FDA necessari per le soluzioni a livello medico. Alcune delle idee per l'e-textile includono una veste di bioimpedenze, in grado di misurare l'accumulo di acqua nei polmoni per indicare le condizioni del cuore, che possono essere indossate a casa per un'analisi statistica prima dell'ospedalizzazione, risparmiando tempo e denaro. Altre idee in fase di sviluppo sono una cintura toracica per fornire una performance del polmone attraverso un quadro topografico dei polmoni e una coperta fototerapica per i bambini con ittero che permette loro di essere rimossi dalle culle fototerapiche per essere tenuti dai genitori o dai loro cari.

Edema ApS sta sviluppando una calza lavabile per misurare e monitorare i cambiamenti nel volume delle gambe nei pazienti affetti da edema (accumulo di fluido o gonfiamento ) negli arti inferiori (Figura 2). Pur non ancora disponibile per i pazienti, la calza viene preparata per prove cliniche e convalidazione. L'uso futuro della calza potrebbe essere quello di monitorare l'insufficienza cardiaca congestizia o la pre-eclampsia, che si verifica durante la gravidanza e comporta l'ipertensione, l'edema e le proteine nelle urine.

Figura 2: una calza lavabile ed indossabile in casa usata per monitorare l'edema nelle gambe dei pazienti si sta muovendo nella fase di validazione e di test clinici. (Fonte: Edema Aps)

"La calza sarà lavabile e abbastanza resistente per l'uso domestico, che è la principale idea alla base del progetto. Essere in grado di monitorare le persone quando sono a casa ed evitare lunghi e problematici viaggi solo per avere una valutazione ad occhio dell'incremento o della diminuzione" ha detto Klaus Østergaard, CEO di Edema. La calza può essere monitorata tramite un'applicazione per smartphone in cui l'utente può auto-regolarsi durante l'esercizio, identificare la necessità di elevare o riposizionare le gambe o chiamare il medico per la regolazione medica, dice Østergaard.

Hexoskin, venditore di misuratori indossabili per il corpo, è attivo nello sviluppo di abbigliamento intelligente per il mercato sportivo / fitness, ma sta lavorando anche su e-textiles per la sanità in settori quali cardiologia, pneumologia, neurologia, disturbi mentali e pediatria. Attualmente, Hexoskin sta conducendo prove per il monitoraggio remoto a lungo termine di sensori di qualità clinica intessuti in una maglia intelligente per un preciso monitoraggio cardiaco tramite elettrocardiografia (ECG) con funzione polmonare e monitoraggio dell'attività.

Il mondo accademico guida la strada

Tra coloro che sviluppano e-textiles per il mercato sanitario, il lavoro svolto a livello universitario offre molte soluzioni per il futuro della tecnologia pensata per la cura dei pazienti. Un interessante progetto è stato sviluppato dal VTT Centro di Ricerca Tecnica della Finlandia, dove i ricercatori hanno creato un tessuto intelligente che può essere utilizzato nell'abbigliamento o nelle coperte che calcola se un paziente deve essere raffreddato o riscaldato sulla base dei dati iniziali misurati sulla persona e nell'ambiente. Questi indumenti potrebbero anche essere usati da chirurghi che si riscaldano durante un'operazione con l'abbigliamento che si adegua alla temperatura del corpo durante l'intervento chirurgico.

"Ai pazienti ospedalieri è stato chiesto quale fosse stata la sensazione più spiacevole della degenza e tra le risposte più comuni quella del dolore dovuto al freddo è risultata la seconda", ha dichiarato Pekka Tuomaalalo scienziato principale presso la VTT. Il laboratorio di elettro scienze dell'Università di Stato dell'Ohio sta lavorando su e-textiles funzionali che raccolgono, memorizzano o trasmettono informazioni digitali mediante antenne intessute - come la piattaforma di sviluppo Intel® Edison - in qualcosa di simile a un cappello che rileva l'attività nel cervello per aiutare a trattare condizioni come l'epilessia o la dipendenza (Figura 3). I ricercatori stanno lavorando anche su una fasciatura intelligente che dica ad un medico quanto bene il tessuto al sotto della benda stia guarendo senza rimuovere la stessa.

Figura 3: Ohio State University sta lavorando nell'integrare antenne e circuiti negli indumenti per il futuro monitoraggio e trattamento sanitario. (Fonte: Ohio State University)

"Il nostro obiettivo è quello di capire come noi pensiamo. Immaginate se noi potessimo riuscire a rendere il nostro cervello rigenerativo. Per farlo dobbiamo capire il cervello e quanti neuroni stanno lavorando insieme", afferma John Volakis, direttore del laboratorio di elettro scienze presso Ohio State University. "Questi abiti intelligenti potrebbero dire a una persona epilettica di sedersi prima di avere un attacco o come attivare o disattivare le cellule in pazienti con Parkinson".

Nel frattempo, l'Università di Bristol sta lavorando su morbidi abiti robotici che potrebbero aiutare le persone vulnerabili a evitare cadute, sostenendole mentre camminano e dare ad altri la forza bionica per muoversi tra posizioni seduta e in piedi o salire le scale (Figura 4). L'abbigliamento intelligente coinvolge nanoscienze, fabbricazione 3D, stimolazione elettrica e tecnologie per il monitoraggio completo del corpo. I ricercatori ritengono che questa tecnologia potrebbe in ultimo portare potenzialmente a liberare le persone dipendenti da sedia a rotelle dal dover utilizzare tale mezzo.

Figura 4: Ricercatori all'Università di Bristol stanno lavorando sulla robotica morbida integrata negli abiti per supportare coloro che sono vulnerabili alle cadute o che hanno problemi nel salire le scale. (Fonte: Università di Bristol)

"Molti dispositivi esistenti utilizzati da persone con problemi di mobilità possono causare o aggravare condizioni quali la scarsa circolazione, i danni dovuti alla pressione cutanea o la sensibilità alle cadute, ognuna delle quali va a drenare le risorse sanitarie", ha dichiarato il dottor Jonathan Rossiter, professore di robotica nel Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Bristol. "La robotica morbida e indossabile ha il potenziale per migliorare molti di questi problemi e ridurre contemporaneamente i costi sanitari". Il centro di ricerca Empa in Svizzera sta integrando fibre ottiche in e-textiles per monitorare la circolazione della pelle e prevenire le piaghe da decubito ed ha creato un cappello per misurare la frequenza cardiaca. Gli indumenti vengono realizzati per sopportare un ciclo di lavaggio disinfettante, che lo renderebbe ideale per usi ospedalieri.

I ricercatori ritengono che questa tecnologia possa essere utilizzata per misurare la saturazione dell'ossigeno o per misurare la pressione sul tessuto o il tasso di respirazione. Gli e-textiles potrebbero anche essere trasformati in biosensori o chimici, come quelli offerti da Maxim Integrated per l'analisi di fluidi o vapori corporei. Le schede di sviluppo di sicurezza a bassissimo consumo di potenza di Maxim sono basate sulla serie Maxim di microcontrollori ARM® Cortex®-M ultra-low power. Queste MCU Cortex-M4F a 32 bit di ARM  sono ideali per la categoria emergente di applicazioni medicali e per il fitness, perché la loro architettura combina funzionalità ad alta efficienza per l'elaborazione del segnale, bassissimi consumi,  e facilità d'uso. Il Maxim MAX30102 Pulse Oximeter & Heart-Rate Sensor è un ossimetro a impulsi integrato e un modulo per monitorare la frequenza cardiaca, e comprende LED interni, fotorivelatori, elementi ottici ed elettronica a basso rumore con reiezione della luce ambientale.

"La duttilità delle fibre deve corrispondere a quella del filato tessile per fornire lo stesso comfort e integrità", ha affermato il dottor Maike Quandt, ricercatore post-dottorato di Empa. "Gli e-textiles beneficiano di fibre ottiche poiché le fibre possono essere utilizzate per una moltitudine di sensori. Allo stesso tempo, le fibre ottiche non costituiscono un rischio per ciò che riguarda le scosse elettriche".

Il futuro dell'abbigliamento intelligente

Mentre molti di questi sforzi accademici stanno avanzando e ci si sta muovendo verso la commercializzazione, le innovazioni nei tessuti ad alta tecnologia e i progressi della microelettronica stanno aprendo ulteriori possibilità per gli e-textiles all'interno del settore sanitario. Alcune di queste idee e di primi progetti pilota coinvolgono magliette per alleviare il dolore cronico, camicie con sensori di allungamento per il monitoraggio dei tassi respiratori nei pazienti con malattie croniche polmonari, fasce morbide addominali da tenere tutto il giorno per controllare le contrazioni uterine e la frequenza cardiaca fetale nelle donne in gravidanza, calze per il monitoraggio della pressione per l'uso da parte di pazienti diabetici o anche camicie per provocare shock a pazienti che presentano gravi problemi cardiaci. Alcuni esperti vedono l'abbigliamento intelligente sostituire completamente il controllo a letto negli ospedali con camicie che tracciano la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, l'ossigeno e altro ancora.

Recentemente, l'idea di integrare il riconoscimento gestuale nell'abbigliamento intelligente ha guadagnato una certa attenzione grazie alla giacca per ciclisti del progetto Google-Levi Project Jacquard. Mentre molti esperti ritengono che il riconoscimento dei gesti possa trovare la sua strada negli indumenti per l'assistenza sanitaria - magari per l'uso da parte di paraplegici o di anziani che hanno avuto infarti o attacchi di cuore o anziani in casa che cadono - attualmente ci sono tecnologie molto meno costose e consolidate che saranno difficili da sorpassare nei prossimi cinque anni.

Gli Haptic feedback, ovvero l'uso del touch nel design dell'interfaccia utente, sono molto promettenti negli e-textiles perché possono essere facilmente miniaturizzati e non richiedono parti meccaniche in movimento. La tecnologia Haptic feedback potrebbe essere usata nella stimolazione muscolare elettrica (EMS) variando da un piccolo formicolio ad una elevata forza di feedback per attivare i muscoli del paziente. Gli abiti intelligenti con tecnologia Haptic feedback potrebbero essere utilizzati in qualsiasi momento durante il giorno e indossati su qualsiasi parte del corpo per stimolare i movimenti muscolari o la riabilitazione. Progetti che coinvolgono Haptic feedback, come quelli di Novasentis, sono attualmente in fase di sviluppo per l'utilizzo in indumenti per l'assistenza sanitaria con prototipi di cui si prevede l'arrivo entro la fine dell'anno.

A cura di Peter Brown, Mouser Electronics

 

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 22 giugno 2017

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