Door NASA gesteunde smartwatch biedt monitoring van medische kwaliteit voor astronauten en patiënten

De EmbracePlus is ontwikkeld met financiering van een door NASA gesteund consortium en combineert mogelijkheden en precisie van medische kwaliteit met het uiterlijk, het gevoel en het comfort van een consumentenproduct. (Afbeelding:Empatica Inc.)

Het leven voor astronauten op het Internationale Ruimtestation is voor het grootste deel minder belastend geweest dan in de tijd van de space shuttles, toen missies vaak veel doelen en mijlpalen omvatten, gecomprimeerd in een korte tijdsperiode. Dat zal echter niet het geval zijn voor de eerste astronauten die tijdens het Artemis-programma naar het oppervlak van de maan reizen, zegt Alexandra Whitmire, een NASA-wetenschapper wiens werk het welzijn en de prestaties van astronauten betreft.

“Artemis-missies zullen zeer ambitieus zijn, waarbij bemanningen veel taken moeten uitvoeren, soms tijdens langere werkuren of nachtdiensten”, zei ze. “Hun schema’s zullen waarschijnlijk het slaappatroon verstoren, vergelijkbaar met wat we hebben meegemaakt tijdens de shuttle-dagen.”

Als Science Manager voor het Human Factors and Behavioral Performance-element van het Human Research Program van NASA zoekt Whitmire naar de beste manieren om de slaap van astronauten te monitoren en te ondersteunen om hun veiligheid en prestaties te garanderen. En dat van haar is slechts een van de vijf elementen in het Human Research Program van het Johnson Space Center van NASA in Houston. Anderen maken zich zorgen over de oefening en de medische behoeften van astronauten en het beschermen van hun gezondheid tegen de gevaren van de ruimteomgeving, zoals straling.

De meeste inspanningen van het programma zouden kunnen profiteren van een draagbaar apparaat dat op verschillende manieren de fysiologie van astronauten kan meten en feedback kan geven. Daarom kreeg Whitmire in 2020 het nieuwste werk te zien van het medische, draagbare technologiebedrijf Empatica Inc. uit Cambridge, MA.

Met hulp van NASA en met het oog op de behoeften van het bureau had het bedrijf een smartwatch ontwikkeld die vijf sensoren verpakte in een klein, comfortabel en aantrekkelijk ontwerp, dat nu in de handel verkrijgbaar is als de EmbracePlus.

De ontwikkeling van het prototype van het apparaat werd gedeeltelijk gefinancierd door een subsidie van het Translational Research Institute for Space Health (TRISH), een onderzoeksconsortium dat zoekt naar manieren om de risico's voor astronauten tijdens lange missies te verminderen. TRISH wordt gefinancierd door Johnson en Baylor College of Medicine.

Empatica had eerder een smartwatch van wetenschappelijke kwaliteit op de markt gebracht, bekend als de E4, voornamelijk voor gebruik in academisch onderzoek en klinische studies, evenals een smartwatch voor het detecteren van epileptische aanvallen om zorgverleners te waarschuwen, de Embrace2 genaamd, die ontworpen was om aantrekkelijk en comfortabel te zijn voor dagelijks gebruik.

Voor de EmbracePlus wilde het bedrijf de aangename look en feel van de Embrace2 combineren met de mogelijkheden van de E4. Deze omvatten een versnellingsmeter om beweging te detecteren, een temperatuursensor, een infraroodsensor die de hart- en ademhalingsactiviteit bewaakt, en een andere die elektrische activiteit in de huid detecteert, die correleert met de activiteit van het zenuwstelsel. De EmbracePlus voegt ook een gyroscoop toe voor een verfijndere bewegingsdetectie.

“EmbracePlus combineert het prachtige ontwerp van Embrace2 met de mogelijkheden voor gegevensverzameling van de E4, dus het is een medisch apparaat met een consumentenlook en feel, dat gemakkelijk in het dagelijks leven kan worden gedragen”, aldus Simone Tognetti, Chief Technology Officer bij Empatica.

De ontwikkeling die werd uitgevoerd met behulp van TRISH-financiering omvatte onder meer het evalueren van verschillende sensoren voor het detecteren van de hartslag en de zuurstofstroom, het uitvoeren van tests op cruciale functies, het integreren van alle componenten en ontwerpelementen, het bepalen van de meest comfortabele vormfactor en het kiezen van een beeldscherm.

“Dankzij de financiering konden we belangrijke technische kenmerken implementeren, zoals het plaatsen van de elektrodermale activiteitssensoren op een comfortabele, afneembare band”, zegt Tognetti, verwijzend naar de sensoren voor elektrische activiteit in de huid. “Dit was het resultaat van veel onderzoek en ontwikkeling naar de productie, de elektrische aansluiting en de implicaties voor de signaalkwaliteit van verschillende constructies.”

De behoefte van het Human Research Program aan een apparaat dat door astronauten in de ruimte en zelfs in onderzoeken op de grond kan worden gebruikt, heeft ook de horloges bepaald. Whitmire merkte op dat een klein, lichtgewicht en comfortabel ontwerp essentieel is voor het ruimtevaartprogramma. "Je hebt echt een apparaat nodig dat niet opdringerig is, dat niet belastend is en dus op zichzelf geen stressfactor veroorzaakt", zei ze.

Tognetti zei dat NASA ook vereiste dat de technologie energiezuinig, gebruiksvriendelijk en robuust genoeg was om in de barre ruimteomgeving te werken. “We hebben aanpasbare hardwaremodi om de gegevensverzameling te optimaliseren met een batterijlevensduur, een ingebouwd geheugen dat tot 55 dagen aan gegevens kan opslaan in het geval van een slechte connectiviteit, en een energiezuinig display dat ook helpt bij het oplossen van problemen”, zei hij.

Ondertussen verzamelt het apparaat automatisch en continu gegevens en streamt deze via Bluetooth naar de bijbehorende app, die deze naar de cloud stuurt. “Het enige wat de gebruiker hoeft te doen is ervoor te zorgen dat het apparaat is opgeladen en verbonden”, zei hij, waarbij hij opmerkte dat de app gebruikers zelfs aan deze stappen zal herinneren.

EmbracePlus ging in 2021 in massaproductie. Het is al door de Amerikaanse Food and Drug Administration goedgekeurd als een belangrijk onderdeel van het Empatica Health Monitoring Platform. Tognetti beschreef het als een platform waar machine learning-algoritmen gelijktijdige datastromen van verschillende soorten sensoren kunnen analyseren om verschillende aspecten van de gezondheid te detecteren en te monitoren. EmbracePlus-sensorgegevens kunnen op nieuwe manieren worden gecombineerd om verschillende omstandigheden te identificeren. Tijdens de COVID-19-pandemie ontwikkelde het bedrijf bijvoorbeeld een algoritme om een luchtweginfectie te detecteren voordat de symptomen zich manifesteerden.

“De wearable wordt al gebruikt in grootschalige klinische onderzoeken en in academisch onderzoek”, zegt Tognetti, waarbij hij opmerkt dat tot de klanten behoren enkele van de grootste farmaceutische bedrijven en grote onderzoeksprojecten over de hele wereld. Tot deze laatste behoren twee door de Europese Unie gefinancierde initiatieven:het Sleep Revolution-project, dat machine learning wil gebruiken om slaapapneu te diagnosticeren en te behandelen, en het TIMESPAN-project, dat kijkt naar het snijvlak van aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit en aandoeningen zoals diabetes en hart- en vaatziekten, in de hoop behandelingen te optimaliseren en te personaliseren.

Voor onderzoek en klinische onderzoeken, zo zei hij, “betekent het kunnen verkrijgen van gouden standaardmetingen vanuit de huizen of kantoren van deelnemers zonder 100 procent te vertrouwen op zelfrapportage, of op wekelijkse locatiebezoeken die alleen maar momentopnames opleveren, meer gegevens van hoge kwaliteit en een veel lagere last voor de deelnemers.”

In de toekomst, zegt Tognetti, wil het bedrijf ook dat het Empatica Health Monitoring Platform, inclusief de EmbracePlus, “de go-to tool” wordt voor het monitoren van de gezondheid van patiënten buiten klinieken.

Terug in het Johnson Space Center zei Whitmire dat de EmbracePlus een van de apparaten is die worden overwogen voor het meten van vitale functies en slaap-waakactiviteit in ruimtevluchten en grondonderzoek. Het is de versnellingsmeter van het apparaat, die kan worden gebruikt om slaap-waakcycli te identificeren, die haar groep vooral interesseert, maar ze merkte op dat sommige van de andere sensoren van belang zouden kunnen zijn voor andere elementen van het Human Research Program.

Het om de pols gedragen apparaat dat astronauten gebruikten om gegevens te verzamelen, gaat uit productie, en ze zei dat de EmbracePlus een aantal van de beperkingen van het vorige apparaat zou kunnen wegnemen, waaronder comfort en connectiviteit, vooral gezien het feit dat het andere apparaat geen gegevens in realtime streamt.

Voor het monitoren van de slaap denkt Whitmire dat een apparaat als de EmbracePlus ook toepassingen buiten de medische wereld zou kunnen vinden. Ze merkte op dat de vrachtwagen-, spoorweg- en andere industrieën systemen voor vermoeidheidsbeheersing hebben die grotendeels afhankelijk zijn van zelfrapportage. “Er is vastgesteld onderzoek dat aantoont dat we de effecten van slaapgebrek op onze prestaties onderschatten,” zei ze. “Ik zie dit soort apparaten en ja, ze zijn belangrijk voor onderzoek, maar in een toegepaste omgeving heeft hun vermogen om objectieve feedback te geven het potentieel om de veiligheid in veel sectoren te verbeteren en de zorg voor mensen die langere uren of nachtdiensten draaien te bevorderen.”

Kijk hier voor meer informatie  .

Transcriptie

Er is geen transcript beschikbaar voor deze video.