Geavanceerde SoC's brengen ommekeer in medische IoT-ontwerpen

In de medische en farmaceutische ruimte heeft het Internet of Things (IoT) het potentieel om de manier waarop medische apparaten artsen, verpleegkundigen en ziekenhuizen dienen radicaal te veranderen en de kwaliteit van leven en medische zorg voor patiënten te verbeteren. En het is pas recent dat de vooruitgang in systeem-op-chip (SoC)-ontwerpen ingenieurs en ontwerpers in staat heeft gesteld om eindelijk de code op aangesloten medische apparaten te kraken.

Sommige van die verbeteringen in SoC-ontwerp omvatten nieuwe geïntegreerde schakelingen die tegelijkertijd de vermogensvoetafdruk verkleinen, de hoeveelheid bordruimte die nodig is voor componenten verkleinen en de componentkosten verlagen. De toevoeging van wegwerpbatterijen aan medische apparaten van het IoT is een nieuwe grote stap voorwaarts, die noodzakelijk is vanwege de integratie van componenten en de voetafdruk, en om de veilige wegwerpbaarheid van de medische apparaten zelf aan te pakken. Door beide ontwikkelingen is de engineering van verbonden medische apparatuur haalbaarder geworden in termen van stuklijst (BOM), energieverbruik en productielogistiek.

Afbeelding:Pixabay

Hoe verbonden medische apparaten de resultaten voor patiënten verbeteren

Het IoT creëert nu al nieuwe mogelijkheden voor medische apparaten om artsen en patiënten beter van dienst te zijn door connectiviteit toe te voegen aan traditioneel offline apparaten.

Kijk naar aangesloten glucosemeters. Patiënten dragen deze als een pleister, waarbij de naald onder de huid de bloedsuikerspiegel meet en die informatie vervolgens doorstuurt naar een app op de smartphone van de gebruiker. Dit is niet alleen een pijnloos, langduriger alternatief voor diabetici die niet langer constant in hun vingers hoeven te prikken om bloed te prikken, maar het biedt ook een nieuwe manier om gegevens over de glucosespiegels van patiënten in realtime te verzamelen en op te slaan, gemakkelijk gemaakt toegankelijk op hun telefoons zodat ze later gemakkelijk kunnen worden geraadpleegd.

Slimme inhalatoren zijn een andere innovatieve toepassing van connectiviteit in medische apparaten. Bij traditionele inhalatoren worden astmapatiënten geïnstrueerd om ongeveer 30-60 seconden te wachten tussen de pufjes om de medicatie het meest effectief te laten zijn. Maar een eerder dit jaar gepubliceerde studie ontdekte dat 84% van de patiënten geen 30 seconden wachtte (de absoluut aanbevolen minimumtijd) tussen inhalaties.

Sterker nog, 54% wachtte niet eens 15 seconden. Wanneer patiënten de inhalator niet correct gebruiken, krijgen ze niet de juiste dosering van het geneesmiddel. Bijgevolg zijn de apparaten niet zo effectief als ze zouden kunnen en moeten zijn. En natuurlijk heeft de patiënt geen idee dat hij de inhalator niet correct gebruikt, omdat er geen arts is die die feedback geeft.

Het toevoegen van connectiviteit aan de inhalator lost dit probleem direct op. Slimme inhalatoren meten het gebruik van het apparaat in realtime en geven patiënten onmiddellijk feedback over de effectiviteit van hun inhalaties, de dosering die ze krijgen, hoe vaak ze het krijgen, enzovoort. Dat is nuttige informatie voor patiënten omdat het hen op het juiste moment herinneringen geeft over wanneer en hoe ze hun inhalatoren moeten gebruiken om het volledige effect te krijgen. Maar het is ook handig voor de farmaceutische bedrijven. In plaats van te meten hoe effectief hun apparaten zijn door te vertrouwen op gebruikersvragenlijsten (die vaak door patiënten worden ingevuld op basis van hoe ze denken dat ze de inhalator gebruiken in plaats van hun daadwerkelijke gedrag), krijgen de bedrijven onmiddellijke en nauwkeurige gegevens over gebruikersgedrag en kan indien nodig aanpassen.

Bloeddrukmeters (BP) zijn een ander voorbeeld van medische apparaten die zijn verbeterd door ze slimmer te maken. Als u uw bloeddruk moet laten meten, laat u dit meestal doen op het kantoor van de dokter. Maar voor veel patiënten is een reis naar de spreekkamer een stressvolle tijd. Alleen al door in een dokterspraktijk of ziekenhuis te zijn, kan iemands BP-waarde hoger zijn dan normaal, wat resulteert in een onnauwkeurig aantal. Het gebruik van een aangesloten bloeddrukmeter thuis kan helpen om een ​​meer typische bloeddrukmeting in rust te krijgen, die vervolgens naar de cloud wordt verzonden zodat de dokterspraktijk toegang heeft. Dat is informatie van hogere kwaliteit voor zowel de arts als de patiënt, wat leidt tot nauwkeurigere diagnoses en voorschriften.

Als er een rode draad is in deze en andere aangesloten medische apparaattoepassingen, zoals continue thermometerpleisters of slimme injectieapparaten, dan is het dit:meer en betere gegevens verbeteren de patiëntenzorg. Slimme medische apparaten stellen farmaceutische en medische bedrijven in staat enorme databases op te bouwen die hoogwaardige, realtime patiëntfeedback verzamelen over alles, van de effectiviteit van medicijnen tot hoe gedisciplineerd het gebruik van patiënten is. Die database wordt gevoed door realtime informatie over gebruikersgedrag die wordt geleverd door verbonden apparaten, wat op zijn beurt artsen nauwkeuriger inzicht geeft in hoe ze hun patiënten moeten behandelen en die patiënten in staat stelt hun eigen behandelplannen aan te passen (bijv. ze nemen niet genoeg van de beoogde dosering uit een inhalator of nemen deze niet regelmatig genoeg).

Ontwerpuitdagingen overwinnen

Hoewel connectiviteit en slimme medische apparaten een game-changer zijn voor patiënten en artsen, zijn ze een relatief recente trend. Ingenieurs van medische apparatuur worden al jaren beperkt door een aantal belemmerende factoren.

De kosten zijn, zoals gewoonlijk, een van de grote uitdagingen. De stuklijst, zowel voor de SoC als voor externe componenten die nodig zijn om een ​​slimme bloeddrukmeter of slimme inhalator te ontwerpen, is een grote wegversperring geweest voor ingenieurs die zinvolle connectiviteit voor deze toepassingen probeerden te leveren.

Stroomverbruik en houdbaarheid waren ook belangrijke ontwerphindernissen. Medische hulpmiddelen zijn vaak lang houdbaar, variërend van 18 maanden tot vier jaar. Dat is een lange tijd om in gebruik te zijn, en als de SoC niet efficiënt stroom verbruikt, kan deze eenvoudigweg niet voldoen aan de gebruikersbehoeften. Wat heb je aan een slimme glucosemeter voor iemand met diabetes als de batterij niet langer dan een paar maanden meegaat voordat hij leeg is?

Alleen door zowel de kosten als de voetafdruk aan te pakken, kunnen technici het bereik en de beschikbaarheid van aangesloten medische apparaten vergroten. Het integreren van zilveroxide-batterijen als onderdeel van het chipontwerp is een stap vooruit. Door hun kleine, dunne ontwerp zijn ze gemakkelijker te integreren op de chip. Hun lage capaciteit, in combinatie met een DC/DC-converter, vermindert de spanning en zorgt ervoor dat de batterijcapaciteit gedurende die periode van 18 maanden tot vier jaar kan worden gebruikt, met nog voldoende energie. Door hun wegwerpkarakter kunnen patiënten hun inhalatoren of injectoren, inclusief de batterij, na gebruik veilig weggooien. En hun betaalbaarheid helpt ook om de totale stuklijstkosten voor het apparaat te verlagen.

Een ommekeer voor medische apparaten en het internet der dingen

Hoewel de industrie voor medische apparatuur misschien niet bekend staat om zijn snelle beoordelingscycli, is het moeilijk om niet te zien hoe snel de grond onder de voeten van deze ingenieurs verschuift. We staan ​​nog in de kinderschoenen voor slimme, verbonden medische apparaten, maar de routekaart is duidelijk:nieuwe SoC-oplossingen die de integratie van componenten optimaliseren, de stuklijstkosten verlagen en het energieverbruik halveren - in combinatie met de explosie van cloudopslag en big data — hebben een meer vruchtbare markt dan ooit gecreëerd voor slimme medische apparaten om van de grond te komen en realtime feedback te geven aan patiënten over de effectiviteit van medicijnen en om de algehele kwaliteit van leven te helpen verbeteren.

—Adrie Van Meijeren is groepsmanager productmarketing voor connectiviteit met laag vermogen bij Dialog Semiconductor.