L'Internet delle Tecnologie Mediche (IoMT) prevede la raccolta e l'analisi di dati provenienti da oggetti connessi a Internet, come dispositivi, apparecchiature e strutture, e il loro utilizzo per ottenere nuove informazioni sulla salute dei pazienti. Le potenziali applicazioni dell'IoMT includono la gestione diretta delle patologie dei pazienti attraverso la misurazione di fattori quali i livelli di attività, la pressione sanguigna e i ritmi del sonno. Oltre a migliorare direttamente la vita dei pazienti, l'utilizzo dell'IoMT può aiutare medici e ospedali a lavorare in modo più efficiente e a ottenere risultati migliori per i pazienti. Si prevede che l'IoMT contribuirà ad aumentare l'aspettativa di vita in buona salute, a ridurre la carenza di personale medico e a migliorare la qualità dell'assistenza medica e infermieristica.
Configurazione di dispositivi e sistemi IoMT
Figura 1 Servizi IoMT a tre livelli.
Un servizio IoMT è costituito da hardware, applicazioni e reti, come mostrato nella Figura 1.
I componenti principali possono includere
- Livello sensori:
- Dispositivi IoMT come sensori indossabili con connettività di rete.
- Livello di comunicazione:
- Gateway come dispositivi mobili e router LAN wireless (IEEE 802.11x/Wi-Fi®)
- Cloud di aggregazione dati
- Reti (rete pubblica o Internet) che collegano il gateway e il cloud
- Livello applicativo:
- Applicazioni (distribuite nel cloud o su dispositivi mobili) che forniscono servizi come la visualizzazione dei dati dei sensori
I telefoni cellulari rappresentano un'ottima base per i servizi IoMT, soprattutto perché sono molto diffusi. Inoltre, è facile connetterli a dispositivi IoMT come gli smartwatch tramite Wi-Fi e Bluetooth®, e possono anche connettersi al cloud attraverso reti pubbliche 4G (LTE) o 5G. Grazie alla loro capacità di eseguire applicazioni, i telefoni cellulari possono supportare una varietà di funzioni.
* Wi-Fi® è un marchio registrato di Wi-Fi Alliance®.
* I marchi e i loghi Bluetooth® sono di proprietà di Bluetooth SIG, Inc. e sono utilizzati da Anritsu su licenza.
Acquisizione dei dati:
dal dispositivo IoMT, i dati di rilevamento vengono inviati a telefoni cellulari o gateway tramite Wi-Fi o Bluetooth. Alcuni dispositivi IoMT integrano schede SIM e possono connettersi direttamente alle reti pubbliche. I dati acquisiti, come la frequenza respiratoria, la temperatura corporea, il polso e la pressione sanguigna, sono informazioni di base chiamate parametri vitali, che a volte includono la saturazione di ossigeno nel sangue (SpO2).
Uno dei principali vantaggi del rilevamento dei dati biometrici tramite dispositivi sanitari è la sua minima invasività, in quanto non richiede prelievi di sangue o impianti corporei. Una tecnologia fondamentale è la fotopletismografia (PPG), che rileva otticamente le variazioni del volume dei vasi sanguigni. Un LED sul retro dello smartwatch illumina (principalmente con luce verde) i vasi sanguigni del polso e la luce riflessa viene ricevuta da un fotorivelatore. Lo smartwatch utilizza l'elaborazione del segnale per estrarre le fluttuazioni regolari dalle varie componenti di rumore e ottenere così la frequenza cardiaca. Quando i LED verdi e rossi vengono utilizzati insieme, la saturazione di ossigeno nel sangue arterioso transcutaneo (SpO2) può essere stimata dal grado di legame dell'emoglobina.
La frequenza respiratoria può essere stimata a partire dalla frequenza cardiaca, sfruttando l'aritmia sinusale respiratoria, per cui la frequenza cardiaca aumenta leggermente durante l'inspirazione e diminuisce leggermente durante l'espirazione. La pressione sanguigna viene calcolata a partire dal flusso sanguigno in base alla frequenza cardiaca. Inoltre, lo stato del sonno viene determinato dai movimenti del corpo rilevati dall'accelerometro dello smartwatch.
Sfide nell'utilizzo dei dispositivi IoMT
Esistono numerose sfide per il successo delle applicazioni IoMT, principalmente legate a servizi, hardware e comunicazioni.
Per quanto riguarda i servizi, la gestione dell'accuratezza delle misurazioni dei dati fisici acquisiti e la garanzia della sicurezza dei dati personali aggregati nel cloud sono aspetti importanti da considerare. Altre sfide includono la conformità alle leggi e ai regolamenti nazionali e regionali in materia di radiocomunicazioni e l'ottenimento delle certificazioni.
I dispositivi IoMT possono connettersi in modalità wireless a telefoni cellulari e gateway IoT, e il mantenimento di questa connettività di comunicazione è essenziale per la raccolta di dati medici accurati. Dispositivi come smartwatch e scarpe intelligenti utilizzano il Bluetooth per un facile abbinamento con telefoni cellulari e altri dispositivi e per un basso consumo energetico: nella banda di frequenza a 2,4 GHz, il Bluetooth è allocato come stazione radio a bassa potenza senza licenza. Il Wi-Fi (IEEE 802.11x) viene utilizzato per i dispositivi IoMT in postazioni fisse, come bilance intelligenti, letti e altri sensori per il monitoraggio del sonno e telecamere di sorveglianza.
Per quanto riguarda l'hardware, una delle principali sfide per i dispositivi IoT è la riduzione delle dimensioni. Ad esempio, uno smartwatch, che ha dimensioni simili a un orologio da polso standard, deve contenere una batteria, un circuito di ricarica, un microcontrollore, una funzione di comunicazione, un display e altri componenti, oltre a vari sensori. Anche i vincoli di durata della batteria impongono una progettazione a basso consumo energetico.
Altri componenti importanti sono un front-end analogico per amplificare i deboli segnali elettrici emessi da fotorivelatori e accelerometri, e un processo di filtraggio per separare le componenti di rumore dalle informazioni necessarie.
Test del rumore ad alta frequenza e conformità agli standard per le apparecchiature radio:
la commercializzazione dei dispositivi IoMT richiede la conformità a diversi standard di test del rumore ad alta frequenza. Un test di emissione viene utilizzato per verificare che il rumore del campo elettromagnetico ad alta frequenza del dispositivo IoMT non influisca su altre apparecchiature, insieme a un test di immunità (interferenza) per verificare che il dispositivo IoMT non sia influenzato da tale rumore. Il rumore del campo elettromagnetico emesso dai circuiti elettronici può interferire con i segnali deboli dei sensori integrati e distorcerli, causando errori di comunicazione Wi-Fi e Bluetooth.
Una tipica fonte di rumore elettromagnetico nei dispositivi IoMT sono gli alimentatori switching (convertitori CC/CC) che generano rumore armonico. Anche i clock e la memoria dei microcomputer sono fonti di rumore.
Le contromisure al rumore includono la separazione fisica dei circuiti elettronici e delle antenne, l'integrazione di filtri EMI, la configurazione dei progetti e degli strati delle schede e l'uso di schermature fisiche.
I test applicabili ai dispositivi IoMT di consumo sono il CISPR 32 Classe B, definito dal Comitato Internazionale Speciale sulle Interferenze Radio (CISPR), per i test sulle emissioni, e il CISPR 35 per i test di immunità. Inoltre, i dispositivi IoMT con Wi-Fi e Bluetooth devono essere conformi alla legislazione di ciascun paese in materia di utilizzo delle radiofrequenze.
Figura 2 Il rumore elettromagnetico nel sistema può interferire con altri circuiti e influenzarli.
Sicurezza e dati personali:
le misure di sicurezza informatica rappresentano un'altra sfida. Ad esempio, nel marzo 2023, la Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha pubblicato nuove linee guida [2] per i fornitori di dispositivi medici. Nello sviluppo di nuovi dispositivi medici, le linee guida raccomandano o impongono progetti ad alta intensità di sicurezza informatica, la creazione di distinte base software (SBOM) e valutazioni delle vulnerabilità. È inoltre prevista la tempestiva fornitura di aggiornamenti di sicurezza durante tutto il ciclo di vita del prodotto, mentre i prodotti non conformi perderanno l'autorizzazione alla commercializzazione.
Un altro problema è la conformità alle leggi sulla privacy. I dati raccolti dai dispositivi IoT e analizzati da applicazioni cloud o mobili che possono identificare gli individui potrebbero essere classificati come informazioni personali e richiedere una protezione speciale.
Prospettive IoMT:
l'assistenza sanitaria e la medicina stanno convergendo nel mercato dell'IoMT, che si prevede registrerà una crescita significativa in futuro. I servizi IoMT dovrebbero contribuire ad aumentare l'aspettativa di vita in buona salute e a migliorare la qualità della vita, incoraggiando al contempo le persone a lavorare il più a lungo possibile. Con una popolazione più sana e una riduzione dei costi della previdenza sociale, l'onere finanziario per i contribuenti statali potrebbe diminuire in modo significativo.
La telemedicina tramite IoMT dovrebbe presto diventare una realtà, fornendo servizi medici a molte persone, comprese quelle che vivono in aree remote, e gli sviluppatori dovranno produrre dispositivi e servizi IoMT avanzati per soddisfare queste aspettative.
AUTORE: Tomohide Yamazaki, Vicedirettore, Anritsu Corporation
Riferimenti:
[1] "Previsioni del mercato globale della salute digitale (2021-2028)", Global Information, Inc.
[2] Sicurezza informatica nei dispositivi medici: rifiuto di accettare la politica per i dispositivi informatici e i sistemi correlati ai sensi della Sezione 524B del FD&C Act.
