Cure a distanza, la telemedicina cresce

Il trend è globale e consentirà di migliorare la qualità dell’assistenza sanitaria e la vita dei pazienti. Tra le sfide tecnologiche, lo sviluppo del wireless, l’interoperabilità dei dispositivi e il rischio cyber-security

Pubblicato il 18 luglio 2014

Prestare assistenza sanitaria ai pazienti non solo in ospedale, ma anche in modalità remota – attraverso specifici dispositivi e attrezzature medicali – quando ad esempio i malati si trovano a casa o in altre situazioni, sta diventando una pratica sempre più diffusa. È l’avanzamento tecnologico dei semiconduttori, dell’elettronica embedded e dell’ICT che sta alla base del miglioramento di queste apparecchiature e applicazioni, fra l’altro sempre più importanti nel settore, dove la spesa sanitaria per personale, beni e servizi sta esplodendo. E ciò per varie ragioni, fra cui anche il processo di invecchiamento della popolazione, in Italia particolarmente evidente.

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Fonte Intel

I sistemi di telemedicina che usano i dispositivi di telecomunicazioni per fornire informazioni a distanza continuano a migliorare, riducendo i difetti e gli inconvenienti che le applicazioni di cura in remoto e la lontananza dai pazienti hanno tradizionalmente manifestato. Oggi la telemedicina è uno strumento fondamentale per fornire cure mediche in situazioni fino a ieri impensabili, trasmettere e condividere in rete vari tipi d’informazioni (dati diagnostici, cartelle cliniche, esami di laboratorio, radiografie, immagini endoscopiche e così via), monitorare con continuità i parametri vitali dei pazienti, visualizzare immagini ad alta definizione, comunicare in sessioni video. Tutto ciò può contribuire a migliorare la qualità dell’assistenza sanitaria, espandendo la fruibilità delle cure e dei servizi di diagnosi e consulenza medica, e favorendo anche pratiche di prevenzione atte a ridurre i rischi di insorgenza di complicazioni, in pazienti con predisposizioni già note a determinate malattie, o affetti da patologie croniche.

L’interesse per i benefici ottenibili con la telemedicina sta facendo crescere il mercato di tali attrezzature: per quest’anno la previsione della società di ricerche Databeans è che a livello mondiale le apparecchiature di telemetria medicale supereranno i 25 miliardi di dollari. La stima è un CAGR del 17%, che entro il 2018 porterà il settore a raggiungere un valore di oltre 45 miliardi di dollari.

Telemonitoraggio e semiconduttori

In alcuni casi l’innovazione tecnologica aiuta a svincolare i pazienti dalla tradizionale dipendenza da certe aree del nosocomio. Come nel caso del Lexington Medical Center, in Usa, che realizzando un sistema di telemonitoraggio costante della salute dei pazienti con aritmie, dolori toracici, insufficienze cardiache o a rischio di malattie cardiache, ha potuto dar loro maggior libertà di movimento, anziché costringerli a permanere in una specifica zona della struttura.

Il servizio Doctor Plus

In Italia, un esempio di telemonitoraggio domiciliare dei pazienti è il servizio Doctor Plus. Il sistema serve a controllare in modalità remota lo stato di salute di persone con problemi cardiaci, diabete o altre patologie che richiedono un controllo continuo dei parametri vitali. Dal proprio domicilio, i pazienti, tramite dispositivi medicali certificati, sono in grado di inviare i dati e parametri clinici (valori glicemici, pressione arteriosa e così via) via Web a una centrale operativa, da dove lo staff di medici e operatori sanitari può monitorare tutta la situazione. Il servizio consente di migliorare la vita dei pazienti e, al contempo, i processi lavorativi all’interno delle strutture sanitarie, riducendo il numero delle visite negli ambulatori, gli accessi negli ospedali, e accrescendo le attività di prevenzione volte a evitare o ridurre il verificarsi di casi acuti.

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Il mercato mondiale della telemetria medicale (Fonte: Databeans)

Lo sviluppo della telemedicina, sottolinea Databeans in una ricerca del 2013 sui semiconduttori per uso medicale, ha fornito un’incredibile opportunità al mondo dei chip, che sono componenti vitali nella costruzione di dispositivi medicali minuscoli e di costo contenuto. L’innovazione di queste apparecchiature dipende fortemente dai progressi compiuti in aree come la gestione dell’alimentazione dei chip, i sistemi RF (radio frequenza) e le tecniche di elaborazione dati. Mondi in cui emergono nomi come Texas Instruments, soprattutto quando si parla di microcontrollori, blocchi RF, power management e altri prodotti usati nella progettazione delle attrezzature di telemetria; e anche società come Freescale. Databeans indica Bosch Healthcare, Honeywell, e Cardiocom, come alcuni tra i maggior player nel mercato mondiale delle attrezzature, un comparto dove peraltro stanno muovendosi anche fornitori di apparecchiature medicali come Philips Healthcare e Siemens Healthcare. Sempre restando nel merito delle dinamiche di business che stanno avvenendo in questo ambito, vi sono poi le partnership tra aziende di semiconduttori e fornitori di attrezzature medicali. Come l’accordo che Zarlink Semiconductor, ora parte di Microsemi Corporation, ha siglato nel 2011 con Medtronic, produttore e distributore di sistemi biomedicali, per la fornitura di chip radio ultra-low-power e moduli, destinati a migliorare le prestazioni di telemetria wireless e comunicazione remota fra alcuni dispositivi impiantati nei pazienti e la strumentazione esterna, mantenendo al contempo consumi di energia molto bassi. Un altro accordo dello stesso genere, risalente a qualche anno fa, è stato quello fra Intel Corporation e General Electric, in cui il Digital Health Group di Intel e la Home Health division di GE Healthcare hanno collaborato per la messa a disposizione di tecnologie e servizi in grado di aiutare le persone a curare le proprie malattie croniche direttamente da casa, vivendo il più possibile in modo indipendente dalle cure delle strutture ospedaliere.

Non poche le sfide tecnologiche

Il ritmo dell’avanzamento tecnologico nell’elettronica embedded sta di certo stimolando l’innovazione su piani differenti, anche se questo non significa che manchino problemi tecnici da superare. In termini di miniaturizzazione dei dispositivi, la tendenza è, in certe applicazioni, al passaggio dagli apparecchi portatili ai device ‘wearable’, come nel caso degli elettrocardiografi indossabili. Esiste comunque una pletora di dispositivi miniaturizzati per uso medicale, portatili o wearable: termometri digitali, sfigmomanometri, pulsossimetri, glucometri, pompe e microinfusori per insulina, solo per citarne alcuni.

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Schema dei blocchi e componenti di una soluzione per il monitoraggio della pressione sanguigna (Fonte: TI)

E, sempre più, la tecnologia wireless – soprattutto attraverso la diffusione di tecnologie di comunicazione senza fili come Bluetooth e ZigBee, ed ora anche tramite l’emergente popolarità del protocollo di comunicazione NFC (near-field communications) – fornisce in molti di questi dispositivi funzionalità che permettono di semplificare e automatizzare il funzionamento. Ad esempio, in alcune moderne pompe per insulina, utilizzate per la cura del diabete e indossabili dai pazienti, è integrata una funzionalità wireless che consente alla pompa di comunicare senza fili con un comando manuale. Quest’ultimo consente al paziente, attraverso un misuratore della glicemia, di regolare, sempre in modalità wireless, il corretto dosaggio di insulina a seconda degli scenari d’uso.

Nelle diverse applicazioni, le sfide progettuali e ingegneristiche che gli sviluppatori embedded devono affrontare per arrivare sul mercato con attrezzature funzionanti e sicure continuano a essere non da poco. Non si tratta soltanto di miniaturizzare, e di eliminare quanto più possibile cavi e fili, per dare maggior libertà di movimento al paziente. Le organizzazioni del mondo della Sanità desiderano dispositivi in grado di fornire tempi di risposta rapidi, pratici da usare e in grado di acquisire i dati meglio e più velocemente. Inoltre, gli utenti professionali stanno migrando verso l’utilizzo di contenuti con grafica di alta qualità, ampio uso di video e immagini ad alta definizione. Le applicazioni che gli sviluppatori devono implementare sono quindi sempre più compute-intensive e con funzionalità evolute, ma senza compromessi in termini di consumi energetici. Nella progettazione dei dispositivi portatili con alimentazione basata su batterie e controllati attraverso MCU (microcontroller unit) – ad esempio i sistemi di monitoraggio della glicemia e della pressione sanguigna – la topologia di implementazione dei blocchi di sistema si differenzia in funzione delle specifiche capacità di rilevamento, della qualità di elaborazione del segnale e delle tipologie di algoritmi.

Interoperabilità, lavori in corso

Lo scenario ideale di un settore della Sanità completamente interconnesso e coadiuvato dal supporto di una molteplicità di dispositivi mobile e apparecchiature distribuiti sul territorio, in grado di consentire un completo monitoraggio e controllo dei pazienti in modalità remota, è ancora parzialmente ostacolato dai possibili problemi di interoperabilità esistenti tra i diversi dispositivi. In prospettiva, diventa dunque sempre più importante la capacità dei diversi device, anche se molto diversi fra loro in termini di tipologie e funzionalità, di riuscire a operare insieme in rete, in maniera affidabile. Un obiettivo che un organismo consortile come la Continua Health Alliance sta puntando a perseguire. L’organizzazione non-profit accoglie aziende del settore e di tecnologia (oltre 200 membri nel mondo), e sta lavorando con la missione di creare un ecosistema di dispositivi medicali personali interconnessi e servizi, in grado di fornire alle persone nuove soluzioni per gestire meglio la propria salute, forma fisica e benessere.

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L’ecosistema del telemonitoraggio in ambito medicale (Fonte: Continua Health Alliance)

In tal senso l’ente ha rilasciato pubblicamente un insieme di linee guida utilizzabili dagli sviluppatori per la progettazione dei sistemi. Ciò dovrebbe portare alla realizzazione di sistemi di dispositivi personali capaci di garantire una fluida interoperabilità a livello end-to-end, e ad applicazioni in grado di raccogliere con maggior efficienza dati e informazioni, e caratterizzate da minori costi di gestione. L’alleanza sta anche stabilendo un programma di test e certificazione riconoscibile attraverso il logo “Continua certified”, indirizzato a realizzare la promessa dell’interoperabilità con altri prodotti certificati. Secondo alcuni dati presentati dalla stessa organizzazione, il valore del supporto fornito dal monitoraggio remoto dei pazienti in condizioni croniche tramite i dispositivi di ‘personal connected healthcare’ potrebbe portare a una riduzione del 35-56% della mortalità, a un diminuzione del 47% dei rischi di ospedalizzazione e, fra gli altri benefici, a una riduzione del 63% nei costi di trasporto.

Un’altra sfida è fornire agli sviluppatori embedded di dispositivi medicali soluzioni progettuali da implementare e integrare velocemente, anche per rispettare gli attuali criteri di time-to-market. Al momento della scelta dei componenti e delle soluzioni da utilizzare, i progettisti si aspettano in maniera crescente di ricevere dai fornitori di semiconduttori un supporto sempre migliore, apprezzando l’opportunità di trovare sul mercato piattaforme application-ready. In quest’ottica, può facilitare il compito la disponibilità, ad esempio, di una soluzione single-chip a basso consumo già semi-pronta, con microcontroller e driver LCD integrato, magari corredata di reference design degli schemi circuitali, layout della scheda PCB ed elenco BOM (bill of material) delle parti e dei componenti necessari, che lo sviluppatore può rapidamente implementare, apportando solo le modifiche necessarie per l’adattamento all’applicazione specifica.

Infine, ma non certo in ordine di priorità, le differenti categorie di dispositivi devono anche soddisfare i requisiti e i principi di safety e security indicati dalle specifiche e normative di settore. Con la differenza che, parlando ad esempio dei sistemi di alimentazione, rispetto ai dispositivi elettronici usati in altri settori, nelle attrezzature elettroniche medicali questi componenti giocano un ruolo ancora più critico, specie nelle applicazioni in cui la vita delle persone dispende strettamente dal loro affidabile funzionamento. Qui gli alimentatori non solo devono fornire determinate prestazioni elettriche, ma anche rispettare le stringenti specifiche di isolamento, che servono a proteggere i pazienti e lo staff medico dai rischi di shock elettrico. Un altro aspetto chiave è costituito dalle problematiche di conformità alle specifiche di compatibilità elettromagnetica (EMC – electromagnetic compatibility).

In ogni caso, la sicurezza fisica dei pazienti non è messa in pericolo solo dai difetti di progettazione dei sistemi di alimentazione dei dispositivi medicali. Ormai è la natura stessa di questi device elettronici, sempre più connessi alla IoT (Internet of Things) e in grado di comunicare in modalità remota tramite le tecnologie wireless, che li espone maggiormente ad attacchi e tentativi di violazione e manipolazione del loro normale funzionamento. Ad, esempio, qualche mese fa, in un’intervista alla tv americana CBS, l’ex vicepresidente degli Stati Uniti Dick Cheney, ora settantaduenne e con una lunga storia di problemi cardiaci alle spalle, ha rivelato che in passato, il proprio medico – per scongiurare il rischio di un attentato terroristico alla sua vita – aveva preso la decisione di disattivare la funzionalità Wi-Fi del defibrillatore che egli portava impiantato nel petto. La vulnerabilità insita nel dispositivo avrebbe infatti potuto permettere a qualcuno di sfruttare quella funzionalità di comunicazione wireless per inviare un segnale in grado di provocare uno shock elettrico mortale al cuore dell’ex vicepresidente. Qualcun’altro ha dimostrato la possibilità di sfruttare i difetti di progettazione di altri dispositivi. Ad esempio, la capacità di violare via wireless il normale funzionamento delle pompe per insulina, alterando in maniera pericolosa i corretti dosaggi della sostanza nel sangue, per provocare effetti da ‘overdose’.

Giorgio Fusari



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