Diseño de Productos y Aplicaciones Médicas IoT: Desafíos y Consideraciones

Idealmente, cualquier tecnología va a afectar drásticamente a las personas y la capacidad de estas para realizar las tareas que necesiten. Sin embargo, cuando una nueva tecnología entra en el dominio médico, los riesgos siempre son un poco más altos: hay que ser consciente de que cualquier fallo, error o malfuncionamiento va a afectar inmediatamente la salud de alguien. Es cierto que no todos los dispositivos médicos van a ser de vida o muerte, pero aún así deben considerarse cuidadosamente.

Diseñar para IoT siempre es un desafío, pero las aplicaciones médicas de IoT tienen un nivel adicional de complejidad que requiere atención suplementaria. No solo el proceso de selección de componentes necesita ser más riguroso, sino que el diseño también debe tener en cuenta que el dispositivo estará sujeto a un desgaste intenso y a condiciones ambientales variadas. Además, la seguridad y la fiabilidad tienen que ser las máximas prioridades. ¿Por dónde empezar?

Tipos de Dispositivos y Wearables

Generalmente, puedes considerar los dispositivos de IoT para la salud desde una de dos perspectivas: ingeniería o médica. Desde una perspectiva de ingeniería, los dispositivos médicos de IoT se dividen principalmente en dos categorías: sensores y monitores implantados, o wearables.

• Sensores y monitores implantados: Desde una perspectiva de ingeniería, este tipo de dispositivos tendrán que ser fabricados prestando especial atención a la interacción de los materiales, componentes y cómo las señales se ven afectadas por los movimientos corporales. Además, si se diseñan sensores o monitores implantados, querrás asegurarte de planificar teniendo en cuenta las fuentes de alimentación, sabiendo que, lo más probable es que si una batería se agota, entonces habrá que realizar algún tipo de procedimiento invasivo para suministrar más energía al dispositivo.
• Dispositivos portátiles: Aunque estos dispositivos van a ser similares en naturaleza a los sensores y monitores implantados, tendrán diferentes necesidades ambientales - resistencia a la humedad y mayor flexibilidad - que los implantes. Y aunque tener energía de manera constante siempre es preferible, los dispositivos portátiles podrán adaptarse más fácilmente a las demandas de energía que los dispositivos implantados.

Desde la perspectiva médica, estos dispositivos se categorizan más basados en su efecto: Dispositivos críticos para la gestión de la vida, dispositivos no críticos para el seguimiento de la salud y la gestión de la vida, y rastreadores de salud o fitness.

• Seguimiento de Signos Vitales y Gestión de la Vida: Estos dispositivos electrónicos se utilizarán para rastrear elementos como marcapasos y ventiladores. Son responsables de transmitir datos recopilados sobre órganos y sistemas vitales para la vida. La atención prestada a estos dispositivos debe ser cautelosa de su papel en funciones corporales críticas.
• Gestión de la Vida No Vital: Una clasificación de la gestión de la vida no vital no pretende indicar que estos tipos de dispositivos sean menos importantes, sino diagnosticar que, esencialmente, el margen de tiempo en el que se necesita una respuesta si estos dispositivos fallan tiende a ser significativamente mayor. Estos tipos de dispositivos podrían ser cosas como monitores de presión arterial o de glucosa.
• Rastreadores de Salud o Fitness: Exactamente como suenan, los rastreadores de salud o fitness mantendrán un registro de datos sobre el conteo de pasos, la dieta, el consumo calórico para usar en el mantenimiento de la forma física y la salud personal.

No importa cómo prefieras clasificar los dispositivos, la electrónica médica IoT puede afectar drásticamente la relación de gestión de datos para pacientes y cuidado personal.

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Diseño y Requisitos de Sistemas

El IoT médico requiere hardware que sea muy robusto y capaz de sobrevivir a los duros y variados entornos que los pacientes someten a sus equipos. Podría ser una ducha, un evento deportivo o simplemente estar sentado durante el día a día. Siendo robusto, el hardware también necesita ser lo suficientemente sensible para proporcionar datos fiables mediante la recopilación de señales de alta calidad y filtrando cualquier ruido ambiental.

Además, las señales recogidas también necesitan procesamiento de señal, lo que requiere que el microprocesador tenga la velocidad y capacidad adecuadas para manejar cualquier procesamiento de datos necesario para un rendimiento fiable. Esto podría involucrar simplemente interpretar entradas analógicas o algo más complicado como eliminar artefactos de movimiento de la entrada. Entonces, ese procesador necesita tener requisitos de energía lo suficientemente bajos para funcionar con una batería adecuada para una aplicación portátil.

Factor de Forma

El diseño de su dispositivo está fuertemente determinado por el factor de forma del producto final. ¿Tendrá un monitor en un soporte portátil? ¿Lo llevará un paciente en el cuerpo? ¿Está diseñado para estar solo en el entorno de un paciente?

El factor de forma de un producto IoT médico o de fitness afectará cómo los pacientes y doctores lo usan.

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Las aplicaciones para llevar en el cuerpo suelen estar disponibles en forma de pulsera o reloj. Dado que los pacientes están acostumbrados a llevar algo en su muñeca, es mucho más fácil asegurar que el monitor se use de manera constante. Para una opción más estética, la joyería es otra alternativa, con dispositivos integrados en collares o broches. La ropa es otra opción popular, con antenas o sensores integrados en la tela. Sin embargo, usar ropa generalmente requiere una pieza de hardware de procesamiento conectado, lo que reduce el atractivo de usar ropa. No obstante, es probable que las mejoras en los textiles electrónicos disminuyan la necesidad de electrónica integrada.

Algunos productos no necesitan monitorear a un paciente constantemente y pueden tomar la forma de un dispositivo portátil u objeto doméstico. La mayoría de los ejemplos domésticos se centran en la aptitud física, en lugar de aplicaciones médicas, pero se pueden aplicar principios similares. Algunos ejemplos son básculas que se vinculan a una aplicación de seguimiento y te dan retroalimentación a largo plazo sobre tu progreso en el manejo de tu peso y BMI. Otro enfoque es adjuntar un sensor a un colchón para recibir información detallada sobre la calidad del sueño.

Integridad de la Señal

Las consideraciones de diseño de PCB para gestionar la integridad de la señal son vitales para los dispositivos IoT. Querrás confiar en que cualquier dispositivo conectado sea capaz de transmitir la señal correcta dentro de los plazos esperados. Los dispositivos IoT que trabajan mediante conectividad dependerán de principios de diseño de placa como el enrutamiento de trazas y la gestión del ancho de traza, EMI y reducción de ruido, y teniendo en cuenta las fuerzas de señal de salida necesarias.

La energía y el consumo de energía también son facetas de una placa de circuito que contenderán con la integridad de la señal de tu diseño. Los dispositivos IoT tienen historiales notorios con demandas de consumo de energía difíciles. El software de diseño de layout de placa que utiliza herramientas de enrutamiento fuertes e incorpora la verificación de reglas de diseño directamente en su interfaz sería de inmensa ayuda para diseñar placas que estén seguras en su gestión de la integridad de la señal.

Desafíos y Consideraciones de Diseño: Sistemas, Integridad de Señales y Manejo de Datos

No importa la forma que tome su producto, los datos médicos y de fitness son muy personales y necesitan estar adecuadamente protegidos por razones éticas y legales. Por supuesto, usted quiere que sus usuarios tengan privacidad y control sobre sus propios datos; sin embargo, dependiendo del país en el que se encuentre, los datos médicos están protegidos por diversas leyes, como la HIPAA en EE. UU. Esto significa que la seguridad de los datos en el dispositivo, durante la transmisión y en cualquier lugar donde se agregue la información, debe ser considerada tanto desde las mentalidades de software como de hardware.

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Los datos necesitan estar seguros en cada nivel durante la transmisión y el procesamiento.

También querrá planificar la interoperabilidad de su producto. La compatibilidad de datos puede no caer bajo su responsabilidad como hardware, pero si se deja sin abordar, entonces todo su trabajo de diseño se desperdicia en un producto que no puede funcionar como se espera. Tampoco está exento de responsabilidad en cuanto al hardware. Para ser completamente fiable y utilizable, su sistema puede necesitar interactuar con múltiples espectros inalámbricos o interactuar con otros dispositivos médicos sin complicaciones.

Aunque el IoT médico puede parecer abrumador, es una excelente oportunidad para servir a los pacientes y salvar vidas. Con apuestas tan altas, ayuda utilizar herramientas confiables que estén a la altura de la tarea, como Altium Designer^®  para diseño de PCB.

Para aprender más sobre cómo superar los desafíos del diseño de PCB para diseñar aplicaciones de IoT médicas fiables y robustas, hable con un experto en Altium.

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