Negli ultimi anni, l’integrazione sempre più spinta tra ingegneria e medicina ha dato vita a una serie di innovazioni rivoluzionarie che stanno trasformando il panorama dell’healtcare (assistenza sanitaria): dai sistemi di diagnostica per immagini al monitoraggio continuativo dei parametri vitali, dalla manipolazione genetica ai sistemi per la riabilitazione fisica e neurologica fino ai sistemi di chirurgia robotica remota, sono solo alcune delle innovazioni in questo settore.
I continui progressi nei campi dell’ingegneria biomedica e della microelettronica hanno il potenziale abilitante per migliorare le tecnologie esistenti e favorire lo sviluppo di dispositivi innovativi.
In questo articolo, focalizzeremo la nostra attenzione sui cinque trend innovativi che stanno avendo un impatto significativo nell’industria del MedTech, e che saranno alla base della ridefinizione del panorama sanitario nel prossimo futuro.
Dispositivi indossabili e Internet of Medical Things
Il continuo sviluppo dei processi produttivi nel mondo dei semiconduttori porta ad una progressiva miniaturizzazione dei circuiti integrati rendendo possibile, in particolare, lo sviluppo di Analog Front End (AFE) completamente integrati e di circuiti di Power Management (PMIC) ad altissima efficienza energetica e sempre più piccoli. Questo ha permesso alle aziende del settore medicale di sviluppare una varietà di dispositivi indossabili per il monitoraggio dei parametri fisiologici come sistemi di acquisizione elettrocardiografica (ECG) singola e multi-derivazione, patch toraciche multi-parametriche che integrano misure di bio-potenziale, bio-impedenza e ottiche, dispositivi indossabili da polso per la stima della frequenza cardiaca e della saturazione di ossigeno nel sangue (SpO2), così come sensori per analisi del movimento e sistemi per la misura della temperatura corporea. Tutti questi dispositivi si basano principalmente sull’acquisizione di cinque grandezze fisiche: ottica, bio-potenziale, bio-impedenza, temperatura e movimento. Questi dispositivi indossabili svolgono un ruolo cruciale nella raccolta dei dati legati ai parametri vitali degli utenti, consentendo ai medici di somministrare trattamenti a distanza e di monitorare costantemente la salute del paziente.
Quando più dispositivi indossabili sono interconnessi tra loro o con altri dispositivi medici, formando una rete per la trasmissione e l’analisi dei dati medici, si parla di Internet of Medical Things (IoMT). Vi sono diversi casi d’uso per questa tipologia di reti che possono essere limitate al singolo utente, pensiamo ad una rete di sensori indossabili che dialogano tra loro e si interfacciano con uno smartphone, così come possiamo avere reti IoMT più articolate che si trovano a casa del paziente così come in ambiente ospedaliero. Tutti questi scenari applicativi contribuiranno a migliorare la gestione della salute del paziente rendendola più accurata, veloce ed economica.
Medical robot e Nanorobot
Gli approcci chirurgici convenzionali stanno sperimentando una progressiva ma inesorabile transizione verso la robotica. L’impiego della chirurgia robotica consente generalmente una migliore precisione e una maggiore sicurezza per il paziente, uno degli esempi più calzanti è l’utilizzo dei robot in interventi di laparoscopia, che garantiscono ai pazienti incisioni di dimensioni ridotte, una minore perdita di sangue e un recupero più rapido. Inoltre, il settore della medicina di precisione è stato rivoluzionato dall’avvento dei microrobot e dei nanorobot. A differenza dei classici surgical-robot, i nanorobot hanno la capacità di navigare all’interno del corpo umano, accedendo a luoghi anatomicamente difficili per affrontare problemi di salute specifici. Questi micro/nano-robot sono in grado di operare autonomamente senza bisogno di collegamenti esterni, spesso alimentati mediante energy harvesting. Inoltre, con l’avvento della connettività 5G, i robot medici consentono di effettuare interventi chirurgici a distanza, aprendo scenari che porteranno ad una democraticizzazione delle prestazioni sanitarie.
Realtà Virtuale ed Immersiva
Anche se comunemente associata al mondo del “gaming”, la realtà virtuale (VR) è una tecnologia all’avanguardia in grado di trasformare diversi settori: industria, retail, difesa, logistica sono solo alcuni esempi. Nel settore sanitario, i professionisti stanno studiando attivamente modi innovativi in cui la VR può aiutare i pazienti e gli operatori sanitari a ottenere trattamenti e risultati migliori. Ciò include applicazioni nel settore della chirurgia, della riabilitazione fisica, cognitiva e cerebrale, fino alla gestione del dolore ed alla salute mentale. La realtà aumentata (AR) e la realtà estesa (XR) possono essere utilizzate anche per l’imaging di nuova generazione così come per la diagnostica e l’apprendimento attivo di studenti e professionisti.
Dispositivi impiantabili e Stampa 3D
La stampa 3D offre l’opportunità unica di integrare in maniera estremamente accurata e fine le strutture anatomiche e patologiche nella progettazione dei dispositivi medici. Questa possibilità può portare a migliorare la precisione dell’adattamento degli impianti alle varie parti del corpo. Inoltre, con l’additive manufacturing è possibile creare scaffold di strutture anatomiche per la pianificazione e l’addestramento pre-chirurgico, migliorando complessivamente l’efficacia di interventi chirurgici anche complessi. Oltre ai vantaggi della precisione, la stampa 3D facilita la produzione di dispositivi medici specifici per il paziente e a costi contenuti. Questa personalizzazione garantisce che i dispositivi siano perfettamente in linea con le esigenze del singolo paziente, contribuendo a migliorare i risultati del trattamento. Inoltre, le capacità di prototipazione rapida della stampa 3D consentono di sviluppare dispositivi medici a un ritmo notevolmente accelerato, affrontando e colmando efficacemente il divario tra domanda e offerta nel settore sanitario.
Intelligenza artificiale
L’intelligenza artificiale (AI) consente di elaborare e analizzare le grandi quantità di dati che i dispositivi medici sono in grado di rilevare e raccogliere. Sfruttando i dati raccolti sul singolo paziente, gli algoritmi di machine-learning possono essere impiegati per identificare autonomamente pattern significativi di una particolare malattia o per supportare la diagnosi del medico nell’ottica di ridurre il tasso di errore. L’integrazione di algoritmi di intelligenza artificiale e sensori, nei robot per la chirurgia robotica così come nei sistemi di diagnostica per immagini, permette di migliorare la precisione attraverso la predizione di determinati scenari ed il rilevamento precoce di possibili anomalie della macchina ed accelerare la diagnosi riducendo allo stesso tempo l’esposizione alle radiazioni durante l’acquisizione delle immagini. Lo sviluppo di microcontrollori ultra-low power che integrano porzioni di hardware dedicate all’accelerazione delle reti neurali, facilita l’integrazione dell’”intelligenza” direttamente nel dispositivo abilitando quella che viene definita: “AI on the edge”. Ciò consente l’elaborazione dei segnali acquisiti direttamente sul dispositivo, eliminando la necessità di trasmettere continuamente grandi volumi di dati al cloud. Questo approccio accelera i processi decisionali elevando i livelli di sicurezza e protezione dei dati stessi.
Conclusioni
In conclusione, tutti i trend tecnologici descritti in questo articolo stanno ridefinendo il settore sanitario, proiettandolo verso un futuro di soluzioni mediche personalizzate ed efficienti orientate al paziente. Tuttavia, i progettisti di medical device, si trovano di fronte a sfide sempre più complesse a causa dell’integrazione avanzata della tecnologia, che richiede una maggiore miniaturizzazione, un consumo energetico estremamente ridotto e l’implementazione di concetti come la cybersecurity, anche all’interno dei dispositivi indossabili e dei macchinari biomedicali. Trovare un equilibrio tra innovazione tecnologica e prestazioni ottimali è fondamentale per garantire che i dispositivi siano sicuri, efficienti e conformi alle normative. L’incessante convergenza tra tecnologia e medicina sta aprendo possibilità e scenari senza precedenti, contribuendo in maniera significativa a modellare la sanità del futuro.
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Articolo di Matteo Baldini – Technology Field Application Engineer – Analog at Arrow Electronics
