Este sensor inteligente puede detectar síntomas de salud sin computación en la nube

Investigadores en Japón han desarrollado un parche sensor flexible que podría transformar la atención médica al monitorear y analizar datos de salud vitales de 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 del control de la salud

El monitoreo de la salud mediante dispositivos portátiles ha avanzado enormemente: más de 500 millones de personas en todo el mundo usan dispositivos como relojes inteligentes o rastreadores de actividad física. Estos dispositivos portátiles rastrean aspectos como la frecuencia cardíaca, los pasos y los patrones de sueño. Pero, en 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 retrasada y posibles riesgos de privacidad. Además, los dispositivos portátiles convencionales a menudo se limitan a monitorear una gama limitada de métricas, a menudo con una precisión cuestionable.

El nuevo sensor adopta un enfoque diferente al utilizar informática de punta.

Edge Computing es un enfoque de procesamiento en el que los datos se analizan localmente, en o cerca del dispositivo donde se generan, en lugar de enviarlos a un servidor centralizado o a la nube para su procesamiento. En la tecnología sanitaria portátil, por ejemplo, la informática de punta 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 muy lejos, y mejora la privacidad al mantener la información confidencial más cerca del usuario.

«Nuestro objetivo en este estudio fue diseñar un parche de sensor multimodal que pueda procesar e interpretar datos utilizando computación de vanguardia y detectar etapas tempranas de enfermedades 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 han demostrado 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 amplias aplicaciones en el control de la salud personal, en particular para la detección temprana de enfermedades.

Diseño duradero con sensores avanzados

Crear un parche sensor portátil que pueda monitorear múltiples signos vitales sin comprometer la comodidad o la durabilidad es una impresionante hazaña de ingeniería.

El parche esencialmente integraba diferentes sensores, y cada sensor utiliza diferentes materiales, dice 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 flexible y portátil.

«Por eso, para integrar diferentes sensores, debemos considerar cuidadosamente el proceso de fabricación. Además, lo más importante es que el desarrollo de diferentes sensores en una película flexible es otro desafío», afirma el investigador.

El dispositivo se probó inicialmente en tres voluntarios que llevaban el parche en el pecho mientras los sensores monitorizaban sus signos vitales en diferentes condiciones. Incluso cuando se exponen a altas temperaturas (como estar en una ola de calor), los sensores pueden detectar cambios en los signos vitales. Este logro, aunque preliminar, muestra que el parche puede ayudar a identificar condiciones de salud en una etapa temprana que de otro modo pasarían desapercibidas.

«Al monitorear el cambio vital continuo, probablemente podamos encontrar pequeños cambios que corresponden al comienzo de una enfermedad, que a menudo no podemos sentir solos. Analizando este pequeño cambio, creemos que podemos detectar la enfermedad en una fase temprana. Esta monitorización vital continua y automática es muy importante para el futuro campo médico y sanitario», 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 ello, pueden identificar patrones y anomalías en las lecturas, cruciales para la detección de eventos de salud específicos como una arritmia o una caída repentina.

El dispositivo puede detectar incluso cambios sutiles que pueden 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 perfeccionar la precisión del dispositivo en estas detecciones tempranas. «Necesitamos pruebas fisiológicas con un grupo mucho mayor 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, destacando los esfuerzos de investigación y el desarrollo en curso.

El profesor asociado Kohei Nakajima de la Universidad de Tokio, coinvestigador, enfatizó el valor de la informática de punta.

Procesar los datos en el propio dispositivo en lugar de transferirlos a un servidor en la nube proporciona una doble ventaja. Minimiza el retraso de datos, hace que el conocimiento de los parches del sensor sea casi instantáneo y mejora la privacidad al mantener datos de salud confidenciales en el dispositivo del usuario. Sin embargo, el modelo de aprendizaje automático todavía requiere una formación inicial en una computadora. Esto se puede solucionar en versiones futuras con un modelo de procesamiento de datos más optimizado que permita completar todos los cálculos 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 e instituciones médicas, con el objetivo de diseñar el parche sensor para condiciones de salud específicas.

«Actualmente estamos trabajando con médicos y hospitales para explorar el seguimiento de una variedad de síntomas», explicó Takei. Si bien los detalles aún no son públicos, el equipo se centra en enfermedades que potencialmente pueden diagnosticarse tempranamente mediante un seguimiento vital continuo.

Otra posible actualización 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 puede simplificar aún más la experiencia, facilitando a los usuarios comprender sus datos de salud y responder a cualquier anomalía. Esto puede ser particularmente útil para usuarios mayores o menos expertos en tecnología que pueden beneficiarse más del monitoreo del estado de los parches en tiempo real.

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 en cuanto a que, con pruebas a mayor escala, el parche sensor eventualmente llegará al punto en que pueda usarse en entornos de atención médica de rutina o incluso como una herramienta de monitoreo de la salud personal en el hogar.

Referencia de la revista: Análisis de datos de atención médica personal en tiempo real utilizando computación de vanguardia para sensores portátiles multimodales. 10.1016/j.dispositivo.2024.100597