Lo smartphone entra in corsia

ELETTROMEDICALE –

Sta nascendo un grande interesse verso l’impiego degli smartphone nel settore sanitario e verso lo sviluppo di una sensoristica particolarmente avanzata per ricavare le informazioni relative ai parametri biologici rilevanti.

I dati di settore confermano che il medicale è stato il comparto che meglio ha retto alle sfide imposte dalla crisi. Lo dimostrano i risultati di due colossi del controllo del ritmo cardiaco: Medtronic e St. Jude Medical. Il primo ha registrato per il 2010 un fatturato di 15,8 miliardi di dollari, incrementando dell'8% quello dell'anno precedente; il secondo lo segue con un fatturato di 5,165 miliardi di dollari, il 10% in più del 2009. Che la sanità sia una delle maggiori voci di spesa dei paesi industrializzati è fuor di dubbio, ed è quindi ovvio che in periodi di crisi le Amministrazioni siano più propense ad investire su progetti che in una prospettiva a medio o lungo termine possano contribuire a ridurne i costi. Un uso sempre più ottimizzato delle strutture sanitarie è l'obiettivo che sta alla base del fermento che caratterizza l'industria del medicale, indirizzandone la ricerca. Verso sofisticate metodiche di chirurgia minimamente invasiva, per la conseguente riduzione dei tempi di degenza postoperatoria, e verso applicazioni di sorveglianza domiciliare delle condizioni dei pazienti, allo scopo di ridurre al minimo indispensabile il ricorso alla struttura ospedaliera per i controlli periodici. Quest'ultimo scenario ha trovato nella grande diffusione dei telefoni cellulari di ultima generazione e nel progresso tecnologico che di questo vero e proprio boom è stato allo stesso tempo artefice e prodotto, degli impensabili alleati. Il risultato è un’incredibile proliferazione di applicazioni destinate all'uso del cellulare per scopi diagnostici o di controllo, a volte da solo, altre volte in simbiosi con sofisticati sensori per la rilevazione di parametri fisiologici.

Dica trentatre
La risposta a questo invito, dato dal medico con l'orecchio appoggiato al torace o alla schiena del paziente, può essere oggi sostituita da un colpo di tosse nel microfono del cellulare. Grazie ad una applicazione software sviluppata da Star Analytical Services con il supporto di un finanziamento di 100.000 dollari dalla fondazione Bill & Melinda Gates, viene analizzata la struttura del colpo di tosse, esaminando i suoni e gli echi che lo accompagnano e che sono correlati alla presenza di batteri e particelle estranee. La vera e propria analisi spettrale così eseguita è in grado di fornire preziose informazioni sullo stato di salute, permettendo di distinguere tra infezioni virali o batteriche. Questo lavoro è uno dei 76 progetti nell'ambito della terza edizione dell'iniziativa Grand Challenges Explorations, a sostegno di soluzioni innovative a favore della salute nei paesi in via di sviluppo. Nell'immaginario collettivo attuale lo stetoscopio è il simbolo del medico: ma può darsi ancora per poco. Peter Bentley, dell’University College London, ha realizzato una applicazione per iPhone che trasforma questo tipico rappresentante della moderna elettronica di consumo in uno stetoscopio intelligente. E, come se non bastasse, il telefonino potrà anche essere utilizzato per scoprire il cancro. Al Massachusetts General Hospital di Boston è stato messo a punto un dispositivo miniaturizzato per risonanza magnetica nucleare che, collegato ad uno smartphone, è in grado di analizzare un minuscolo campione di tessuto biologico arrivando a determinare nel breve spazio di un'ora se il tumore è maligno e se ha iniziato a diffondersi. La tecnologia è solo all'inizio, ma le sperimentazioni condotte su 50 pazienti hanno dato esiti confortanti circa la precisione della diagnosi di malignità, confermata in 48 casi e riscontrando un grado di affidabilità del 96% contro l'84% delle metodiche tradizionali, mentre un secondo test compiuto su 20 pazienti ha avuto un coefficiente di accuratezza pari al 100%. Ovviamente risultati così entusiasmanti in fase sperimentale devono essere confermati sui grandi numeri prima di essere trasferiti nella pratica quotidiana. In ogni caso, il dato che scaturisce in maniera inequivocabile è il grande interesse che si sta creando attorno all'impiego degli smartphone nel settore sanitario e allo sviluppo di una sensoristica particolarmente avanzata per ricavare le informazioni relative ai parametri biologici rilevanti. Ad esempio, nel caso del sistema appena descritto, la diagnosi di malignità è resa possibile analizzando la combinazione di specifici marcatori ottenuti bombardando le proteine con nanoparticelle magnetiche all'interno di uno speciale dispositivo progettato appositamente, in grado di individuare particolari composti chimici a seconda della reazione dei loro nuclei al campo magnetico.

Medicina e smartphone: sempre più uniti
Già oggi il 72% dei medici americani possiede uno smartphone, e in un paio d'anni questo numero arriverà all'80%; di pari passo è in crescita non solo il download di applicazioni mediche quali Medscape ed Epocrates, ma anche il loro numero, tanto che si prevede che il mercato del wireless medicale raggiungerà i 9,6 miliardi di dollari nel 2012. Se si considera il ruolo sempre più determinante che l'imaging ha raggiunto nelle attuali metodiche di diagnostica, si può facilmente capire quale rivoluzione possa rappresentare un uso massiccio ed intensivo degli smartphone in termini di prevenzione e di uso più efficiente delle strutture. Molti test, almeno in prima battuta, potranno essere infatti eseguiti direttamente dai medici nel proprio studio o addirittura al domicilio del paziente, senza ricorrere a laboratori specializzati con i relativi tempi d'attesa per il responso. Ma l'aspetto ancora più rilevante è rappresentato da quanto ciò può rappresentare per le aree marginali del mondo e per i paesi in via di sviluppo, in cui la medicina potrà finalmente raggiungere anche le zone più isolate e poco dotate di presidii sanitari. E dove lo smartphone non può arrivare dal punto di vista della capacità computazionale, può comunque avere un ruolo determinante nell'inviare a un centro specializzato, non importa quanto distante, i dati relativi a un particolare test raccolti da un accessorio ad esso collegato.

Punture di spillo, ultrasuoni e cellulari
A breve sarà possibile fare esami del sangue con lo smartphone. Un team di ricercatori dell'Università del Rhode Island ha sviluppato un sensore in grado di effettuare in mezz'ora una vera e propria analisi su un campione di sangue prelevato con una puntura di spillo. Il sensore, collegato a uno smartphone di cui sfrutta le capacità di elaborazione e di trasmissione dei dati a distanza, si avvale di una cartuccia di polimeri in cui il campione di sangue viene a contatto con un reagente specifico per la patologia sotto indagine. Attualmente è disponibile il test per la proteina C-reattiva, mentre è allo studio quello per la beta-amiloide, responsabile del morbo di Alzheimer; ora il lavoro è focalizzato ad allargare il più possibile la gamma di patologie individuabili. E come se non bastasse, anche l'indagine ecografica sta per essere scossa da questa rivoluzione: solitamente eseguita da apparecchiature che per dimensioni e necessità energetiche sono state fino ad oggi relegate all'interno di ambienti medici, viene ora resa mobile grazie alla realizzazione di un probe collegato via Usb a uno smartphone. Questo successo è frutto del lavoro di due ricercatori della Washington University di St. Luis che, con il supporto di una sovvenzione di Microsoft vinta nel 2008, hanno implementato un probe ad ultrasuoni di caratteristiche tali da poter lavorare in simbiosi con uno smartphone Windows-based, sia dal punto di vista del basso consumo che degli algoritmi di formazione delle immagini. Il risultato è che oggi è diventato possibile, con una piattaforma di questo tipo, effettuare praticamente ogni indagine ecografica in modo del tutto autonomo e ovunque. Certo questi sistemi non sostituiranno mai i laboratori di analisi né le sofisticate apparecchiature elettromedicali dedicate, ma potranno sicuramente dimostrare la loro utilità in situazioni di emergenza, come a bordo di ambulanze o in strutture di pronto soccorso dove l'immediatezza di un responso può salvare una vita.

Ma è tutto oro?
Indubbiamente lo smartphone, a tutti gli effetti una sorta di computer tascabile per lo più provvisto di una ricca dotazione di accessori quali fotocamera e display ad alta definizione, rappresenta uno strumento ineguagliabile per aumentare l'efficienza e la presenza del servizio sanitario sull'intero territorio. Le applicazioni destinate a trasformare radicalmente la pratica medica si contano ormai a migliaia e le quasi 6000 presenti nella Apple App Store che hanno a che fare con la salute ne sono un esempio. E il trend è in ascesa, di pari passo con la crescente diffusione degli smartphone, soprattutto tra i giovani medici, già abituati all'uso di strumenti informatici durante gli studi: addirittura in alcune Università statunitensi la pratica nell'uso dello smartphone è espressamente richiesta nei corsi di laurea. Il rovescio della medaglia è che gli enti normativi, che dovrebbero regolamentare questa esplosione di applicazioni e garantirne l'efficacia, non riescono a starvi al passo: in breve, oggi è più facile sviluppare tecnologia che ottenere le necessarie autorizzazioni per usarla. Gli apparati normativi, già di per sé lenti e farraginosi, producono delle direttive che devono poi essere recepite da burocrazie governative che non brillano certo per velocità ed efficienza. “Davanti a noi si apre un nuovo meraviglioso mondo” dice Ian Wells, capo della scientific computing section al Dipartimento di Medical Physics del Royal Surrey County hospital, “ma è indispensabile mettere chi ne ha la responsabilità in grado di emanare regole chiare a tutela di pazienti e medici, senza essere di impedimento alla ricerca e alla innovazione”. A questo proposito, la Medicines and Healthcare products Regulatory Agency, organismo governativo responsabile delle normative di sicurezza, qualità e prestazioni in ambito healthcare, ha istituito recentemente il Medical Device Technology Forum, un tavolo di lavoro aperto a rappresentanti di industrie, enti normativi, utenti e scienziati con lo scopo di individuare una modalità per regolamentare le nuove tecnologie. La posizione di Mhra è che ogni applicazione debba essere valutata caso per caso, senza preconcetti. L'unico obiettivo deve essere quello di assicurare una vera ed efficace regolamentazione delle nuove tecnologie, a esclusivo vantaggio della salute, ma allo stesso tempo rimuovendo ogni ostacolo per quelle aziende che vogliono sperimentare nuovi approcci per il benessere dei pazienti.

Non solo software
Come già detto, le applicazioni per così dire attive per smartphone dedicate alla diagnostica medica si basano sulla realizzazione di svariati sensori estremamente evoluti e miniaturizzati, a sua volta resa possibile dalla disponibilità di componenti ad altissima integrazione che racchiudono in un singolo package un intero sistema per la acquisizione di segnali biologici. Sono i cosiddetti System on Chip, che permettono di realizzare abbattendo costi e tempi di sviluppo sia apparecchiature elettromedicali standalone che unità di acquisizione da utilizzarsi con un personal computer o uno smartphone per le successive elaborazioni e la visualizzazione dei risultati. Significativo esponente di questa nutrita schiera di componenti è la famiglia ADS1294-1298 di Texas Instruments, un vero e proprio front end a 8 canali per la rilevazione di potenziali biologici, che comprende uno stadio di ingresso costituito da 8 PGA a basso rumore seguito da 8 convertitori AD ad alta risoluzione. Le applicazioni spaziano dalla strumentazione di tipo Ecg, Emg ed Eeg al monitoraggio del paziente sia Holter che in rianimazione, alla telemedicina e ai potenziali evocati. Ciò che rende estremamente interessanti questi dispositivi è la presenza a bordo di alcune funzionalità altamente specifiche per Ecg ed Eeg, quali derivazione del circuito di gamba destra e la generazione del terminale centrale di Wilson o di Goldberger, utili per realizzare le diverse connessioni standard al paziente. Diversamente, l’implementazione di queste funzionalità avrebbe richiesto una notevole quantità di componenti esterni con le conseguenti implicazioni in termini di complessità circuitale, dimensioni e costo. Queste specifiche funzionalità possono essere poste in condizione di power-off qualora il circuito fosse usato in applicazioni diverse; inoltre, la possibilità di programmare il guadagno dello stadio di ingresso, come pure la sua configurazione circuitale, accresce la flessibilità di questa famiglia di dispositivi. Per rendere più facile e veloce lo sviluppo di prodotti che utilizzano i SoC della famiglia ADS1294-1298, TI ha realizzato una evaluation board ottimizzata per applicazioni Ecg e da usarsi in collegamento con un Pcvia Usb. La board implementa, sebbene senza la permission per l'uso clinico, la funzionalità di un vero e proprio elettrocardiografo, con il circuito di ingresso provvisto di un connettore per collegare un set di elettrodi secondo le classiche derivazioni, e la possibilità di supportare una nutrita serie di prestazioni tra cui:
•    ingressi configurabili per le 12 derivazioni standard a 10 elettrodi;
•    possibilità di applicare i segnali direttamente agli ingressi; dell'ADS1298, in differenziale o in single ended;
•    accoppiamento d'ingresso in Ac o in Dc;
•    possibilità di alimentazione singola o bipolare;
•    vari strumenti di analisi tra cui Fft, oscilloscopio virtuale, Istogrammi, Ecg;
•    configurazione dei registri del SoC tramite una Gui di uso semplice e immediato.

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