Investigadores japoneses han desarrollado un parche sensor flexible que podría transformar la atención médica al monitorear y analizar datos vitales de salud directamente desde la superficie de la piel. Desarrollado por un equipo de la Universidad de Hokkaido, el parche utiliza un tipo de procesamiento conocido como “computación de borde”, que elimina la necesidad de procesamiento de datos basado en la nube. Este dispositivo compacto y flexible puede detectar signos tempranos de problemas de salud como arritmia, tos, caídas e incluso estrés por calor.
La era moderna de la monitorización de la salud
La monitorización de la salud mediante dispositivos portátiles ha avanzado enormemente, con más de 500 millones de personas en todo el mundo que usan dispositivos como relojes inteligentes o rastreadores de actividad física. Estos dispositivos portátiles rastrean cosas como la frecuencia cardíaca, los pasos y los patrones de sueño. Pero, por lo general, dependen en gran medida de la computación en la nube, donde los datos deben enviarse a servidores remotos para su procesamiento. Esto da como resultado una respuesta tardía y posibles riesgos para la privacidad. Además, los dispositivos portátiles convencionales a menudo se limitan a monitorear un rango limitado de métricas, a menudo con una precisión cuestionable. El nuevo sensor adopta un enfoque diferente al utilizar la computación de borde.
La computación de borde es un enfoque de procesamiento en el que los datos se analizan localmente, en el dispositivo donde se generan o cerca de él, en lugar de enviarse a un servidor centralizado o a la nube para su procesamiento. En la tecnología sanitaria portátil, por ejemplo, la computación de borde permite que dispositivos como parches o relojes inteligentes analicen datos de salud directamente en el dispositivo o en un teléfono inteligente cercano. Este procesamiento local reduce el tiempo de respuesta, ya que los datos no tienen que viajar lejos, y mejora la privacidad al mantener la información confidencial más cerca del usuario.
“Nuestro objetivo en este estudio era diseñar un parche de sensor multimodal que pudiera procesar e interpretar datos mediante computación de borde y detectar las primeras etapas de la enfermedad durante la vida diaria”, explica el autor del estudio, el profesor Kuniharu Takei de la Universidad de Hokkaido.
Los datos del sensor se transmiten a través de Bluetooth a un teléfono inteligente donde se procesan en tiempo real. Los ensayos iniciales demostraron su capacidad para detectar ritmos cardíacos anormales, tos e incluso caídas, indicadores clave que pueden señalar problemas de salud subyacentes. El éxito de este dispositivo abre la puerta a una amplia gama de aplicaciones en el control de la salud personal, en particular para la detección temprana de enfermedades.
Diseño duradero con sensores avanzados
Crear un parche con sensor portátil que pueda monitorear varios signos vitales sin comprometer la comodidad o la durabilidad es una hazaña de ingeniería impresionante. El parche básicamente integra diferentes sensores, y cada sensor usa materiales diferentes, explica Takei a ZME Science. Esto significa que hay que lidiar con las diferentes temperaturas y entornos químicos en los que funcionan los sensores, y luego hacer que se pueda integrar en un parche portátil y flexible.
“Por eso, para integrar diferentes sensores, necesitamos considerar cuidadosamente el proceso de fabricación. Además, y esto es importante, desarrollar diferentes sensores en una película flexible es otro desafío”, dice el investigador.
El dispositivo se probó inicialmente en tres voluntarios que usaron el parche en el pecho mientras los sensores monitoreaban sus signos vitales en diferentes condiciones. Incluso cuando se exponían a altas temperaturas (como en una ola de calor), los sensores podían detectar cambios en los signos vitales. Este logro, aunque preliminar, muestra que el parche puede ayudar a identificar afecciones de salud en etapa temprana que de otra manera podrían pasar desapercibidas.
“Al monitorear los cambios vitales continuos, es muy probable que podamos encontrar pequeños cambios que corresponden al comienzo de una enfermedad, que a menudo no podemos sentir por nosotros mismos. Al analizar este pequeño cambio, creemos que podemos encontrar la enfermedad en etapa temprana. Este monitoreo vital continuo y automático es muy importante para los futuros campos médicos y de atención médica”, explicó el investigador en un correo electrónico.
Hardware y software
Además de diseñar los sensores físicos, el equipo desarrolló un algoritmo de aprendizaje automático para procesar los datos registrados. Con esto, pudieron identificar patrones y anomalías en las lecturas, cruciales para detectar eventos de salud específicos como arritmia o una caída repentina. El dispositivo puede detectar incluso cambios sutiles que podrían permitir que el parche identifique enfermedades como infecciones respiratorias, problemas cardiovasculares tempranos o incluso niveles de estrés antes de que se vuelvan sintomáticos.
Con más pruebas, los investigadores esperan identificar más enfermedades y refinar la precisión del dispositivo en estas detecciones tempranas. “Necesitamos pruebas fisiológicas con un grupo mucho más grande de voluntarios —más de 100— para confirmar que podemos identificar de manera confiable enfermedades en etapa temprana u otras anomalías”, dijo Takei a ZME Science, subrayando los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso.
El profesor asociado Kohei Nakajima de la Universidad de Tokio, coinvestigador, destacó el valor de la computación de borde. Procesar datos en el propio dispositivo en lugar de transferirlos a un servidor en la nube ofrece una doble ventaja. Minimiza el retraso de los datos, lo que hace que la información del parche del sensor sea casi instantánea, y mejora la privacidad al mantener los datos de salud confidenciales en el dispositivo del usuario. Sin embargo, el modelo de aprendizaje automático aún requiere un entrenamiento inicial en una computadora. Esto podría resolverse en futuras versiones con un modelo de procesamiento de datos más optimizado que permita que todos los cálculos se completen directamente en el teléfono inteligente.
Trabajando con hospitales
El equipo de investigación tiene objetivos ambiciosos para esta tecnología. Planean ampliar sus capacidades de detección para monitorear otras enfermedades y mejorar la precisión general del dispositivo. Para ello, están colaborando con profesionales médicos e instituciones, con el objetivo de adaptar el parche del sensor a condiciones de salud específicas.
“Actualmente estamos trabajando con médicos y hospitales para explorar el monitoreo de una variedad de síntomas”, explicó Takei. Aunque los detalles aún no son públicos, el equipo se centra en enfermedades que podrían diagnosticarse de forma temprana mediante un control continuo de las funciones vitales.
Otra posible mejora del dispositivo es una interfaz y un sistema más fáciles de usar. Dado que el parche depende de un teléfono inteligente para el procesamiento de datos y las alertas, una interfaz de aplicación bien diseñada podría agilizar aún más la experiencia, facilitando a los usuarios la comprensión de sus datos de salud y la respuesta a cualquier anomalía. Esto podría ser especialmente útil para los usuarios mayores o menos expertos en tecnología, que pueden beneficiarse más del control de salud en tiempo real del parche.
Por ahora, los investigadores se centran en ampliar sus conjuntos de datos, probar el parche en varios entornos del mundo real y perfeccionar sus modelos de aprendizaje automático. Son optimistas de que, con pruebas a mayor escala, el parche sensor llegará finalmente al punto en que pueda utilizarse en entornos de atención médica de rutina o incluso como una herramienta de control de salud personal en el hogar.
Referencia de la revista: Análisis de datos de atención médica personal en tiempo real mediante informática de borde para sensores portátiles multimodales. 10.1016/j.device.2024.100597.
Fuente: ZME Science.
