Imágenes del cuerpo en tiempo real
En el campo de la tecnología de la salud personal, dispositivos ponibles como Fitbit y Apple Watch se han vuelto nombres comunes en los hogares. Estos dispositivos, pequeñas potencias de sensores y tecnología inteligente, pueden rastrear pasos, monitorear la frecuencia cardíaca e incluso realizar electrocardiogramas que antes requerían una visita al consultorio del médico. Presentan biometría en métricas ordenadas y digeribles, empujando a las personas hacia estilos de vida más saludables. Los monitores de glucosa ponibles también están liberando a las personas con diabetes de las frecuentes pinchazos de aguja, proporcionando lecturas continuas del azúcar en la sangre.
Sin embargo, los ponibles existentes generalmente recopilan datos solo desde milímetros debajo de la superficie de la piel. Otras tecnologías pueden ver mucho más allá de esta capa superficial: la resonancia magnética (IRM), los rayos X y el ultrasonido, por ejemplo, pueden imaginar órganos internos. De estos, el ultrasonido está emergiendo como el líder en la carrera hacia la adaptación ponible.
El ultrasonido opera en el principio del sonar, enviando ondas de sonido de alta frecuencia al cuerpo, que rebotan en estructuras internas para producir imágenes en tiempo real de procesos dinámicos como un corazón latiendo o sangre fluyendo. Los dispositivos convencionales de ultrasonido de atención médica en el punto de atención requieren que un especialista capacitado presione una sonda de ultrasonido portátil contra un paciente que está estático, lo que significa que estos dispositivos suelen estar confinados a hospitales y clínicas. Sin embargo, a diferencia de los rayos X, que requieren radiación ionizante compleja y potencialmente dañina, las ondas de ultrasonido son relativamente fáciles de producir, no invasivas y seguras. Estas características hacen que el ultrasonido sea especialmente adecuado para una forma ponible capaz de monitoreo continuo.
Nuestro equipo ha estado explorando la tecnología de ultrasonido ponible durante los últimos años, junto con otros grupos de investigadores que persiguen el mismo objetivo. El dispositivo que hemos desarrollado tiene solo unos pocos centímetros de longitud, se adhiere a la piel con un bioadhesivo y está conectado por cables a una batería del tamaño de un bolsillo y un sistema de transmisión de datos. Este sistema transmite de forma inalámbrica datos de nivel clínico a una tableta o teléfono inteligente. Nuestro prototipo, aunque aún está en pañales, puede proporcionar imágenes continuas y de alta calidad de tejidos profundos. La duración de la batería actualmente permite tomar videos breves intermitentemente: varias veces por hora durante varios días. Aún no hemos realizado ensayos clínicos, pero esperamos llegar a esa etapa en los próximos años.
Siete pasos hacia el mercado
La tecnología de ultrasonido ponible ya ha superado algunos desafíos técnicos clave, pero hay más por delante. Estos incluyen refinar la durabilidad, flexibilidad y precisión de estos dispositivos, así como hacerlos más cómodos de llevar y extender su vida útil.
Miniaturización. La empresa Butterfly Network en Burlington (Massachusetts) ha logrado avances importantes en la miniaturización de la tecnología de ultrasonido. La firma ha creado una plataforma compacta de ultrasonido en un chip para su dispositivo Butterfly iQ, una pequeña unidad de ultrasonido portátil para uso en clínicas que fue aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de EE. UU. en 2017. Aunque Butterfly iQ no es inalámbrica ni completamente ponible, demuestra que se puede lograr una imagen de alta calidad con un dispositivo de ultrasonido compacto.
Además, los avances recientes en la tecnología de ultrasonido-en-un-parche (USoP) han llevado al desarrollo de sistemas completamente integrados que combinan sondas de ultrasonido con electrónica de control inalámbrica miniaturizada en un formato suave y ponible.
Aunque la tecnología USoP no puede proporcionar imágenes de alta calidad, permite el seguimiento continuo de señales fisiológicas desde tejidos profundos y puede funcionar de forma inalámbrica. El siguiente paso para estas tecnologías es integrar la capacidad de imágenes de ultrasonido de calidad clínica con dispositivos de ultrasonido completamente integrados, inalámbricos y ponibles.
Conexión con la piel. Para transmitir y recibir ondas sonoras de manera eficiente, una sonda de ultrasonido necesita tener una buena conexión con la piel. En la clínica, los ecografistas suelen usar un gel líquido para llenar el espacio entre la sonda y la piel, pero el gel se aleja rápidamente en aplicaciones ponibles.
Algunos grupos de investigación han hecho que las sondas de ultrasonido sean estirables para adaptarse a la superficie curva de la piel sin la necesidad de gel líquido. Sin embargo, las sondas estirables enfrentan un desafío intrínseco: debido a que la imagen de alta calidad depende del conocimiento preciso de las posiciones del transductor en la sonda de ultrasonido, estirarla podría dañar notablemente su rendimiento de imagen.
Nuestro equipo ha desarrollado un ultrasonido bioadhesivo, que utiliza una sonda de ultrasonido delgada y rígida adherida a la piel con una capa de ‘acoplante’ especializada hecha de un híbrido hidrogel-elastómero suave pero resistente, antideshidratante y bioadhesivo. Esto proporciona una conexión robusta y flexible entre la sonda y la piel, manteniendo una buena interfaz acústica para una imagen de alta calidad.
Directionality. Otro desafío importante es asegurar que la sonda de ultrasonido siga apuntando al cuerpo en la dirección correcta incluso cuando el usuario se mueve. Hemos estado trabajando en hacer nuestro acoplante bioadhesivo ajustable para que la dirección de las ondas sonoras pueda ser ajustada adecuadamente. Actualmente, esto requiere un ajuste manual inicial por parte de los clínicos para asegurar que la sonda esté correctamente alineada.
En la práctica, los parches de ultrasonido bioadhesivos generalmente mantienen sus orientaciones bien durante actividades típicas, como correr y caminar. Sin embargo, pueden requerir reajustes cuando se someten a movimientos más extremos, como rodar durante el sueño o si se golpean.
Análisis de datos. La inteligencia artificial (IA) puede ayudar con el análisis de datos interpretando las imágenes producidas y luego alertando a un clínico, o incluso al usuario, sobre posibles problemas y preocupaciones de salud. El análisis de datos asistido por IA ya se utiliza en entornos clínicos para interpretar datos diagnósticos, incluidas imágenes de ultrasonido y rayos X. Sin embargo, estos sistemas enfrentan nuevos desafíos en el ultrasonido ponible, ya que los movimientos del usuario introducen ruido y variabilidad adicionales en los datos.
Estamos trabajando en redes neuronales y modelos de IA generativos que mejoran la claridad de la imagen y reducen las alarmas falsas. Estos algoritmos avanzados de IA se están desarrollando para filtrar artefactos de movimiento y mejorar la precisión del monitoreo continuo, asegurando que solo se señalen problemas de salud significativos para un examen más detenido.
Transmisión de datos. Garantizar la privacidad de los datos y desarrollar protocolos de comunicación inalámbrica robustos que puedan manejar los vastos flujos de datos de la imagen continua será decisivo. Aunque nuestro sistema actual puede manejar muestreos de datos intermitentes, la transmisión continua de datos sigue siendo un desafío.
Los principales desafíos incluyen el desarrollo de métodos de compresión de datos seguros y eficientes, y garantizar la transmisión en tiempo real sin comprometer la privacidad del paciente. Estamos progresando, pero esto requiere más investigación y desarrollo para mejorar la eficiencia del ancho de banda y garantizar métodos de cifrado sólidos para proteger los datos de los pacientes.
Traducción. La colaboración entre científicos, ingenieros, clínicos y organismos reguladores ya está ocurriendo y es esencial para lograr todo el potencial de la tecnología de ultrasonido ponible. Las asociaciones con innovadores tecnológicos están impulsando avances en componentes como baterías y sensores, y la colaboración con científicos de datos está perfeccionando los algoritmos necesarios para la guía operativa y el análisis de datos.
A medida que avanzamos en la tecnología de ultrasonido ponible, la investigación rigurosa continua, los ensayos clínicos y la retroalimentación de los pacientes serán cruciales. Estas colaboraciones están fomentando un entorno en el que se pueden desarrollar e implementar soluciones innovadoras, acercándonos más a realizar completamente el potencial de los sistemas de ultrasonido ponibles.
Regulación. Mientras que existen vías regulatorias claras para los dispositivos de ultrasonido convencionales, establecer vías regulatorias similares para los dispositivos de ultrasonido ponibles acelerará su integración segura y efectiva en la práctica clínica. Actualmente, la FDA y otros organismos reguladores trabajan para adaptar las regulaciones existentes para tener en cuenta los aspectos únicos de la tecnología ponible.
Los principales desafíos incluyen la creación de estándares para el monitoreo continuo, garantizar la privacidad de los datos y asegurar la transmisión inalámbrica para evitar el acceso no autorizado a información sensible. Abordar estas brechas regulatorias será crucial para garantizar la seguridad y eficacia de los dispositivos de ultrasonido ponibles en entornos clínicos.
Lograr estos objetivos será clave para hacer la transición del ultrasonido ponible de un prometedor prototipo a una herramienta indispensable en la medicina personalizada. En última instancia, la adopción generalizada de dispositivos de ultrasonido ponibles transformará no solo cómo monitoreamos afecciones crónicas, sino también cómo entendemos el cuerpo humano.