A Internet das Coisas Médicas (IoMT) envolve a recolha e análise de dados de objetos ligados à internet, como dispositivos, equipamentos e instalações, e a utilização desses dados para obter novas informações sobre a saúde dos pacientes. As potenciais aplicações da IoMT incluem a gestão direta das doenças dos doentes através da medição de fatores como os níveis de atividade, a pressão arterial e os padrões de sono. Além de melhorar diretamente a vida dos doentes, a utilização da IoMT pode ajudar os médicos e os hospitais a trabalhar de forma mais eficiente e a alcançar melhores resultados para os doentes. Espera-se que a IoMT contribua para o aumento da esperança de vida saudável, para a redução da escassez de profissionais de saúde e para a melhoria da qualidade dos cuidados médicos e de enfermagem.
Configuração de dispositivos e sistemas IoMT
Figura 1: Serviços IoMT de três camadas.
Um serviço IoMT é construído a partir de hardware, aplicações e redes, como se pode ver na Figura 1.
Os principais componentes podem incluir
- Camada de sensores:
- Dispositivos IoMT, como sensores wearable com conectividade de rede.
- Camada de comunicação:
- Gateways, como dispositivos móveis e routers LAN sem fios (IEEE 802.11x/Wi-Fi®).
- Nuvem de agregação de dados.
- Redes (rede pública ou Internet) que ligam o gateway à cloud.
- Camada de aplicação:
- Aplicações (implementadas na cloud ou em dispositivos móveis) que fornecem serviços como a visualização de dados de sensores.
Os telemóveis são uma base sólida para os serviços de IoMT, principalmente porque são amplamente utilizados. Além disso, os telemóveis são fáceis de ligar a dispositivos IoMT, como smartwatches, via Wi-Fi e Bluetooth®, e também podem ligar-se à cloud através de redes públicas 4G (LTE) ou 5G. Graças à sua capacidade de executar aplicações, os telemóveis podem suportar uma variedade de funções.
* Wi-Fi® é uma marca comercial da Wi-Fi Alliance®.
* As marcas e logótipos Bluetooth® são propriedade da Bluetooth SIG, Inc. e são utilizados pela Anritsu sob licença.
Captura de Dados:
Os dados de deteção do dispositivo IoMT são enviados para telemóveis ou gateways através de Wi-Fi ou Bluetooth. Alguns dispositivos IoMT incorporam cartões SIM e podem ligar-se diretamente a redes públicas. Os dados adquiridos, como a frequência respiratória, a temperatura corporal, o pulso e a pressão arterial, são informações básicas denominadas sinais vitais, que por vezes incluem a saturação de oxigénio no sangue (SpO2).
Uma das principais vantagens da deteção de dados biométricos através de dispositivos de saúde é que é minimamente invasiva, uma vez que não requer colheita de sangue ou implantes corporais. Uma tecnologia fundamental é a fotopletismografia (PPG), que deteta opticamente as alterações do volume dos vasos sanguíneos. Um LED na parte traseira do smartwatch emite luz (principalmente verde) sobre os vasos sanguíneos do pulso, e a luz refletida é recebida por um fotodetetor. O smartwatch utiliza o processamento de sinal para extrair flutuações regulares dos vários componentes de ruído e, assim, obter o ritmo cardíaco. Quando os LEDs verde e vermelho são utilizados em conjunto, a saturação transcutânea de oxigénio no sangue arterial (SpO2) pode ser estimada a partir do grau de ligação da hemoglobina.
A frequência respiratória pode ser estimada a partir da frequência cardíaca, utilizando a arritmia sinusal respiratória, em que a frequência cardíaca aumenta ligeiramente durante a inspiração e diminui ligeiramente durante a expiração. A pressão arterial é calculada a partir do fluxo sanguíneo com base na frequência cardíaca. Além disso, o estado de sono é determinado a partir dos movimentos corporais detetados pelo acelerómetro do smartwatch.
Desafios da Utilização de Dispositivos IoMT
Existem muitos desafios para o sucesso das aplicações IoMT, principalmente relacionados com serviços, hardware e comunicações.
Em relação aos serviços, gerir a precisão das medições dos dados físicos adquiridos e garantir a segurança dos dados pessoais agregados na nuvem são considerações importantes. Outros desafios incluem a conformidade com as leis e regulamentos nacionais e regionais de radiocomunicações e a obtenção de certificações.
Os dispositivos IoMT podem ligar-se sem fios a telemóveis e gateways IoT, e manter esta conectividade de comunicação é essencial para que recolham dados médicos precisos. Dispositivos como smartwatches e sapatos inteligentes utilizam o Bluetooth para facilitar o emparelhamento com telemóveis e outros dispositivos e para um baixo consumo de energia: na banda de frequência de 2,4 GHz, o Bluetooth é alocado como uma estação de rádio de baixa potência não licenciada. O Wi-Fi (IEEE 802.11x) é utilizado para dispositivos IoMT em locais fixos, como balanças inteligentes, camas e outros sensores de atividade, e câmaras de vigilância.
Em relação ao hardware, um dos principais desafios para os dispositivos IoT é a redução de tamanho. Por exemplo, um smartwatch, que tem um tamanho semelhante ao de um relógio de pulso padrão, necessita de conter uma bateria, um circuito de carregamento, um microcontrolador, uma função de comunicação, um visor e outros componentes, bem como vários sensores. As limitações de duração da bateria também exigem um design de baixo consumo de energia.
Outros componentes importantes são um circuito de entrada analógico para amplificar os sinais elétricos fracos emitidos pelos fotodetetores e acelerómetros, e um processo de filtragem para separar as componentes de ruído da informação necessária.
Testes de Ruído de Alta Frequência e Conformidade com as Normas de Equipamentos de Rádio:
A comercialização de dispositivos IoMT exige a conformidade com diversas normas de teste de ruído de alta frequência. É utilizado um teste de emissão para verificar se o ruído do campo eletromagnético de alta frequência emitido pelo dispositivo IoMT não afeta outros equipamentos, juntamente com um teste de imunidade (interferência) para verificar se o dispositivo IoMT não é afetado por este ruído. O ruído do campo eletromagnético emitido pelos circuitos eletrónicos pode interferir e distorcer os sinais fracos dos sensores integrados e pode causar erros de comunicação Wi-Fi e Bluetooth.
Uma fonte típica de ruído eletromagnético em dispositivos IoMT são as fontes de alimentação comutada (conversores CC/CC) que geram ruído harmónico. Os shocks e as memórias de microcomputadores são também fontes de ruído.
As contramedidas de ruído incluem a separação física dos circuitos eletrónicos e das antenas, a incorporação de filtros EMI, a configuração dos projetos e das camadas da placa e a utilização de blindagem física.
Os testes aplicáveis aos dispositivos IoMT de consumo são o CISPR 32 Classe B, definido pelo Comité Internacional Especial sobre Interferência Rádio (CISPR), para testes de emissões, e o CISPR 35 para testes de imunidade. Além disso, os dispositivos IoMT com Wi-Fi e Bluetooth devem estar em conformidade com a legislação de cada país que regula a utilização de rádio.
Figura 2. O ruído eletromagnético no sistema pode interferir e afetar outros circuitos.
Segurança e Dados Pessoais:
As medidas de cibersegurança representam outro desafio. Por exemplo, em março de 2023, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA publicou novas diretrizes [2] para fornecedores de dispositivos médicos. Ao desenvolver novos dispositivos médicos, as diretrizes recomendam ou exigem projetos com foco na cibersegurança, a criação de listas de materiais de software (SBOMs) e avaliações de vulnerabilidades. Espera-se também o fornecimento imediato de atualizações de segurança ao longo do ciclo de vida do produto, sendo que os produtos que não cumpram estas diretrizes perderão a sua autorização de introdução no mercado.
Outra questão é a conformidade com as leis de privacidade. Os dados recolhidos por dispositivos IoT e analisados por aplicações na nuvem ou móveis que podem identificar indivíduos podem ser classificados como informações pessoais e requerem proteção especial.
Perspetivas da IoMT:
A saúde e a medicina estão a convergir no mercado da IoMT, que deverá apresentar um crescimento significativo no futuro. Os serviços de IoMT devem contribuir para o aumento da esperança de vida saudável e para a melhoria da qualidade de vida, bem como incentivar as pessoas a trabalhar o maior tempo possível. Com uma população mais saudável e custos de segurança social reduzidos, o encargo financeiro sobre os contribuintes do Estado poderá ser significativamente reduzido.
A telemedicina via IoMT deverá tornar-se uma realidade em breve, fornecendo serviços médicos a muitas pessoas, incluindo as que vivem em áreas remotas, e os programadores terão de produzir dispositivos e serviços IoMT avançados para corresponder a estas expectativas.
AUTOR: Tomohide Yamazaki, Diretor Adjunto da Anritsu Corporation
Referências:
[1] "Previsão do Mercado Global de Saúde Digital (2021–2028)", Global Information, Inc.
[2] Cibersegurança em dispositivos médicos: Recuse a política de aceitação para dispositivos cibernéticos e sistemas relacionados ao abrigo da Secção 524B da Lei FD&C.
