تكنولوجيا الصحة
الموجة التالية في الأجهزة القابلة للارتداء: رعاية صحية تشخيصية أذكى باستخدام رقع الموجات فوق الصوتية
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
تقنية الأجهزة القابلة للارتداء، أو ‘الأجهزة القابلة للارتداء’، حظيت باهتمام كبير، سواء من حيث التطوير أو الاستخدام.
هذه الأجهزة الإلكترونية مصممة لتُلبس كملحقات على جسم المستخدم. يمكن حتى زرعها أو دمجها في الملابس. في الواقع، كما شاركنا، مؤخرًا حققوا اختراقًا في تقنية الأجهزة القابلة للارتداء، مما أتاح إنشاء أقمشة تستجيب للحركة والحرارة. ما أروع ذلك!
لكن كيف تحقق الأجهزة القابلة للارتداء ذلك؟ حسنًا، فهي مزودة بأجهزة استشعار لجمع البيانات المتعلقة بصحة المستخدم، لياقته، والظروف البيئية. وفي الوقت نفسه، تسمح المعالجات لها بإجراء الحسابات وأداء المهام المقصودة.
تم تصميم هذه الأجهزة أيضًا للتواصل مع أجهزة أخرى عبر تقنيات لاسلكية، مما يتيح لها مزامنة البيانات والوصول إلى ميزات إضافية من خلال تطبيق.
للتقنية القابلة للارتداء عدة حالات استخدام، مثل الملاحة، الألعاب التفاعلية، تحسين الكفاءة، وتمكين المدفوعات غير التلامسية، وغيرها، لتعزيز تجربة المستخدم بشكل عام.
أحد التطبيقات الحيوية في الحياة الواقعية للأجهزة القابلة للارتداء التي سنركز عليها اليوم هو الطب والرعاية الصحية. أجهزة الرعاية الصحية القابلة للارتداء تنقسم فعليًا إلى فئتين واسعتين: الأجهزة القابلة للارتداء للمستهلكين والأجهزة القابلة للارتداء الطبية.
الأجهزة القابلة للارتداء للمستهلكين مثل الساعات، الملابس، والخواتم تمكّن المستخدمين من مراقبة صحتهم ولياقتهم من خلال تتبع مؤشرات مثل عدد الخطوات، السعرات الحرارية المحروقة، معدل ضربات القلب، مستويات الأكسجين، وأنماط النوم. يتيح الوصول الفوري إلى هذه البيانات القيمة للمستخدمين العناية بأنفسهم بشكل أفضل.
الأجهزة القابلة للارتداء الطبية، من ناحية أخرى، تشمل أجهزة قياس ضغط الدم، أجهزة تخطيط القلب (ECG)، المستشعرات الحيوية، وأجهزة قياس الجلوكوز، والتي تزداد شعبية لتزويد المستخدمين ببيانات قيمة لإدارة الأمراض المزمنة. من خلال منح المرضى القدرة على جمع بياناتهم الصحية الخاصة والوصول إليها ثم الإبلاغ عنها، تلغي هذه التقنية الحاجة إلى مواعيد حضورية.
هذه الأجهزة أيضًا تقدم للمحترفين في الرعاية الصحية رؤى قابلة للتنفيذ في الوقت الحقيقي، وهي متاحة عن بُعد، وتساعدهم على تقديم علاجات أكثر تخصيصًا. ومن المثير للاهتمام، قد نتمكن قريبًا من استخدام هواتفنا الذكية العادية كجهاز قياس سكر الدم.
نظرًا للفوائد الواسعة لتقنية الأجهزة القابلة للارتداء، هناك طلب متزايد على أجهزة الصحة القابلة للارتداء الذكية، والتي من المتوقع أن تبلغ قيمتها 70 مليار دولار خلال السنوات الأربع القادمة.
تستحوذ الأجهزة القابلة للارتداء للمستهلكين على أكبر حصة من السوق بسبب توافرها وسهولة الوصول إليها، وبالطبع، الانتشار الواسع للهواتف الذكية التي تسهّل إدارة البيانات. أما الأجهزة القابلة للارتداء الطبية، فتلزمها الخضوع لأبحاث سريرية والحصول على موافقات الجهات الحكومية ذات الصلة لجمع البيانات لاتخاذ قرارات سريرية.
ابتكار الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء يثوّر الرعاية الصحية
وسط كل هذا الحماس والتطور حول الأجهزة القابلة للارتداء، توصل الباحثون إلى جهاز الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء الذي يقوم بمراقبة نشاط العضلات لاسلكيًا. لهذه التقنية تطبيقات محتملة في الرعاية الصحية وتفاعلات الإنسان-الآلة.
أجهزة تخطيط العضلات الكهربائية (EMG) القابلة للارتداء قادرة بالفعل على تحديد النشاط العضلي لمراقبة الصحة وتتبع حركة الجسم. ومع ذلك، فإن هذا النهج محدود إلى حد ما بسبب انخفاض الدقة المكانية لإشارات EMG، والاستقرار، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.
إشارات EMG من ألياف عضلية متعددة تميل أيضًا إلى الاختلاط، مما يصعّب عزل مساهمات ألياف العضلة المحددة.
وبالإضافة إلى ذلك، تكون هذه الإشارات ضعيفة بطبيعتها أثناء النشاط العضلي العادي. للتعويض عن ذلك، يجب وضع أقطاب كهربائية كبيرة على الجلد لتسجيل النشاط الكهربائي للعضلة، مما يقلل من الدقة المكانية.
بديل واعد لهذا المعيار السريري هو الإيكوميوغرافي (EcMG)، الذي يمكنه اكتشاف حركة العضلة باستخدام موجات الموجات فوق الصوتية. فالموجات فوق الصوتية، بطبيعتها، تخترق الأنسجة العميقة لتوفير تصوير عالي الدقة، مما يقدم رؤى مفصلة حول وظيفة العضلة.
على الرغم من أنها آمنة ومتعددة الاستخدامات ومتاحة، فإن مشكلة EcMG تكمن في اعتمادها على مصفوفات محولات ضخمة ومعقدة. هذه لا تقتصر فقط على الحد من حركة المستخدم بل تستهلك طاقة عالية.
لذلك، طور مهندسون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو، بدعم من المعاهد الوطنية للصحة، نظام إيكوميوغرافي قابل للارتداء ومتكامل بالكامل.
شينغ شو، أستاذ وعالم منحة جاكوبس في قسم الهندسة الكيميائية والنانوية عائلة أييسو يوفينغ لي بجامعة UC سان دييغو، الذي قاد هذه الدراسة، سبق أن نشر عن مثل هذه الرقع فوق الصوتية.
العام الماضي، الفريق أفاد بتحقيق القدرة اللاسلكية في هذه الرقعة. العنصر الرئيسي في تلك الدراسة كان تصميم دائرة الموجات فوق الصوتية.
في هذا الجهاز السابق، استبدل الفريق الكابل المرن المتصل بمستشعر الموجات فوق الصوتية واستخدمه لنقل البيانات والطاقة.
“(هذه الدائرة) يمكنها ما قبل المعالجة وإرسال بيانات الموجات فوق الصوتية لاسلكيًا إلى محطة خلفية للتحليل المتعمق.”
– شينغ شو قال في ذلك الوقت
كان تركيز الدراسة السابقة على صحة القلب والأوعية الدموية، حيث عالج خوارزمية التعلم الآلي الإشارات تلقائيًا وتتبعت الشريان السباتي باستمرار، مما مكن الفريق من الحصول على معلومات الموجات فوق الصوتية حتى عندما يتحرك مرتدي الرقعة.
“توفر خوارزمية التتبع التلقائي فرصًا غير مسبوقة لتصوير الموجات فوق الصوتية الطبية وفسيولوجيا التمارين.”
– مويانغ لين، المؤلف الرئيسي وطالب دكتوراه في مختبر شو
قامت الفريق بالتحقق المتقاطع من نموذج الذكاء الاصطناعي لديهم بين عشرة أشخاص أصحاء من ثلاث مجموعات عرقية مختلفة، وكانت الخطوة التالية هي اختبار الرقعة على مجموعة سكانية أكبر. وفقًا للين:
“مع هذا النوع من الأجهزة، نأمل في طمس الحدود بين الرعاية المنزلية والتشخيص داخل المستشفى. نتوقع مستقبلًا يمكن فيه إجراء التشخيص في أي وقت وأي مكان، بفضل الأجهزة اللاسلكية مثل هذه.”
بينما تم تقييم الرقعة لمراقبة وظائف القلب والأوعية الدموية، يمكن أيضًا تطبيقها على البطن والأطراف لمراقبة الحجاب الحاجز والشرايين الطرفية على التوالي، والتي تم استهدافها في الدراسة الأخيرة. قبل بضعة أشهر، أظهرت شين يانغ من مختبر شو أن الرقعة القابلة للارتداء يمكن ارتداؤها بسهولة على الصدغ لتوفير بيانات ثلاثية الأبعاد عن تدفق الدم الدماغي.
فتح إمكانات التفاعل بين الإنسان والآلة
الابتكار الرئيسي في البحث الأخير كان استخدام محول واحد للموجات فوق الصوتية لاستشعار القضايا العميقة بشكل أكثر فعالية.
الرقعة الناعمة للموجات فوق الصوتية هنا مغلفة في غلاف من سيليكون مرن وتشتمل على ثلاثة عناصر رئيسية—محول واحد لإرسال واستقبال موجات الموجات فوق الصوتية، دائرة لاسلكية مخصصة لمعالجة البيانات والتحكم في المحول، وبطارية ليثيوم بوليمر مدمجة لتشغيل النظام لمدة لا تقل عن ثلاث ساعات.
المحول الواحد للموجات فوق الصوتية، وهو الابتكار الرئيسي، يصدر موجات فوق صوتية بشدة محكومة ويلتقط إشارات تردد راديو تحمل معلومات. هذا يسمح بتطبيقات سريرية مثل قياس سمك الحجاب الحاجز.
يستخدم الجهاز هذه الإشارات لتحقيق دقة مكانية عالية، وهو أمر مهم لعزل حركات العضلات المحددة. في الوقت نفسه، ساعد خوارزمية التعلم العميق المخصصة الباحثين على استخراج رؤى إضافية من هذه الإشارات.
تقوم خوارزمية الذكاء الاصطناعي بربط الإشارات بتوزيعات العضلات المقابلة، مما يتيح اكتشافًا دقيقًا للحركات الخاصة من الإشارات المجمعة.
يمكن تثبيت الجهاز الذي يعمل بالبطارية على الجلد بطبقة لاصقة لمراقبة العضلات لاسلكيًا على المدى الطويل بدقة.
“يمكن لهذه التقنية أن تُرتدى من قبل الأفراد خلال روتينهم اليومي للمراقبة المستمرة وطويلة الأمد.”
– المؤلف المشارك شيانغجون تشن، طالب دكتوراه في برنامج علوم وهندسة المواد بجامعة UC سان دييغو
لإظهار ما يمكنه تحقيقه، استخدم الفريق جهازه لاكتشاف نشاط الحجاب الحاجز، مما يسمح بالتعرف على أوضاع التنفس المختلفة. وجدوا أن نظام الإيكوميوغرافي القابل للارتداء ذو المحول الواحد يمكنه تتبع واكتشاف أنماط تنفس مختلفة عبر تتبع نشاط الحجاب الحاجز بدقة دون المليمتر.
أثناء اختبار الجهاز، تم ارتداؤه فوق القفص الصدري لمراقبة سمك وحركة الحجاب الحاجز، مما يساعد في تقييم صحة الجهاز التنفسي.
يُستخدم السمك لتقييم خلل الحجاب الحاجز وتوقع النتائج لدى المرضى الذين يتنفسون صناعياً. من خلال تحليل حركة العضلة، يمكن اكتشاف أنماط تنفس مختلفة، مما يساعد في تشخيص حالات تتعلق باضطرابات التنفس مثل الالتهاب الرئوي، الربو، ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD).
في تجربة مجموعة صغيرة، نجح الجهاز في التمييز بين أنماط تنفس الأفراد الأصحاء وأولئك الذين يعانون من COPD، مظهرًا إمكاناته في رعاية الجهاز التنفسي.
“من خلال تتبع نشاط الحجاب الحاجز، قد تدعم التقنية المرضى الذين يعانون من أمراض تنفسية والذين يعتمدون على التهوية الميكانيكية.”
– المؤلف المشارك جوزيف وانغ، أستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والنانوية عائلة أييسو يوفينغ لي
ثم استُخدم الجهاز على الساعد لاكتشاف نشاط عضلات اليد والمعصم. وُجد أنه يتعرف بنجاح على إيماءات اليد من إشارات الموجات فوق الصوتية ذات القناة الواحدة التي تُكتشف من عضلات الساعد.
سمحت خوارزمية التعلم العميق المخصصة للفريق باكتشاف إيماءات يد مختلفة بدقة أعلى فقط من إشارات الموجات فوق الصوتية. تم الإبلاغ عن التعرف على 13 مفصلًا يدويًا بمتوسط خطأ قدره 7.9° فقط.
شمل اكتشاف الحركة عشرة مفاصل أصابع وثلاث زوايا دوران للمعصم، مما يُظهر أن النظام يمكنه التقاط حتى الحركات الدقيقة للأصابع والمعصم بحساسية عالية. وتُظهر هذه التجربة إمكانات استخدام الجهاز كواجهة إنسان-آلة للعب لعبة افتراضية أو التحكم في ذراع روبوتية.
وفقًا للمؤلف المشارك وينتونغ يوي، طالب دكتوراه في نفس قسم جامعة UC سان دييغو:
“تُبرز هذه العروض إمكانات التقنية في الأطراف الاصطناعية، الألعاب، وتطبيقات واجهة الإنسان-آلة الأخرى.”
الآن، في الخطوات التالية، سيهدف الباحثون إلى تحسين كفاءة الطاقة، القابلية للنقل، الدقة، والقدرات الحاسوبية للتقنية.
صعود الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء يفتح مستقبل الطب
الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء هي اختراق طبي يمكنه إحداث ثورة في الرعاية الصحية. ومع ذلك، فإن هذا التقدم مستمر منذ فترة. على مر السنين، عالج العلماء تحديات مختلفة وطوّروا موجات فوق صوتية قابلة للارتداء مختلفة لمراقبة وظائف المريض الفسيولوجية الحرجة عن بُعد بشكل أفضل.
المصدر: Wiley Online Library
في وقت سابق من هذا العام، اكتشف الباحثون معدنًا سائلًا لتجاوز مشكلة مقاومة الصوت في أنظمة الموجات فوق الصوتية التي تعتمد على المحولات. عادةً ما يتم معالجة هذه المشكلة بمساعدة طبقات مطابقة، لكن معظم المواد المستخدمة كانت صلبة جدًا للأجهزة القابلة للارتداء.
لتصميم طبقة مطابقة أكثر توافقًا ولكنها وظيفية، استخدم الباحثون قطرات من غاليوم بأحجام وحجوم مختلفة في سيليكون ناعم. من خلال تشبع السيليكون بحوالي 70% من القطرات، حسّنت كثافة طبقة المطابقة مقاومتها الصوتية بأكثر من 400%. عند الشد، كما قد تتعرض طبقة المطابقة كجزء من جهاز قابل للارتداء، انخفضت المقاومة بنسبة 13% فقط.
ثم دمج الفريق طبقة المطابقة القابلة للتمدد في نموذج أولي للموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء، والذي سجل الحركة المحاكاة بنجاح، مظهرًا إمكاناته كجهاز تشخيصي.
قبل بضع سنوات، طوّر فريق بحثي ممول من NIH بقيادة الدكتور شوانهي تشاو في MIT رقعة موجات فوق صوتية قابلة للارتداء، بحجم طابع بريد سميك، تلتصق بالجلد في البيئات الجافة والرطبة.
عند اختبارها، وُجد أن الرقعة تُرتدى بشكل مريح لمدة لا تقل عن 48 ساعة وكانت قادرة على توفير تصوير مستمر للعضلات، الأوعية الدموية، القلب، الحجاب الحاجز، الرئة، أو المعدة. ومع ذلك، كان على الرقعة أن تُربط بأنظمة حاسوبية لمعالجة البيانات المكثفة. ومع ذلك، كما رأينا، ركز التقدم الأخير على إزالة هذه القيود مع جعل النظام أكثر فاعلية.
“نتخيل عدة رقعات ملصقة في مواقع مختلفة على الجسم، وستتواصل الرقعات مع هاتفك، حيث تحلل خوارزميات الذكاء الاصطناعي الصور عند الطلب.”
– تشاو قال في ذلك الوقت
هذا الآن يبدأ في أن يصبح حقيقة، مع شركة التكنولوجيا الصحية الاسكتلندية Novosound تأمين براءة اختراع لتقنيتها القابلة للارتداء للموجات فوق الصوتية في وقت سابق من هذا العام. الجهاز، الذي يراقب باستمرار تدفق الدم وضغط المريض، يُربط بالجسم لإنتاج صور على الأجهزة المحمولة.
“هذا يتيح لنا دمج وترخيص التقنية مع شركاء الساعات الذكية، لاستكشاف أعماق الجسم وتعزيز القياسات التي توفرها مستشعراتهم البصرية والكهربائية، مفتتحًا الغاية المقدسة لمراقبة ضغط الدم على مدار 24/7 على المعصم.”
– ديف هيوز، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Novosound
لا تمنح البراءة الشركة فقط حقوقًا حصرية لبيع التقنية ومشاريع تجريبية مع مؤسسات كبرى، بل تشارك أيضًا في عقود البحث والتطوير لتطبيقات الصحة الرقمية للمستهلكين. وقد تعاونت Novosound بالفعل مع مركز تكساس الطبي لتطوير حالات استخدام لموجاتها فوق الصوتية القابلة للارتداء.
الشركات ذات الصلة في الأجهزة القابلة للارتداء في الرعاية الصحية
تقنية الأجهزة القابلة للارتداء هي قطاع متنامٍ جذب اهتمام عمالقة التقنية مثل Apple (AAPL )، التي تستكشف تطبيقات صحية من خلال ساعتها القابلة للارتداء Apple Watch.
سوف نركز، مع ذلك، على الشركات التي تشارك بنشاط في المجال الطبي، لذا إليكم اسمين بارزين قد يستفيدان من ابتكارات مثل الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء.
1. Medtronic
قائد عالمي في الأجهزة الطبية، شركة Medtronic Public Limited Company، تقدم حلول تكنولوجيا رعاية صحية واسعة النطاق وتستكشف الأجهزة القابلة للارتداء للتشخيص ومراقبة الصحة، بما في ذلك الحلول عن بُعد.
في عام 2022، تعاونت Medtronic مع BioIntelliSense لتصنيع جهاز BioButton القابل للارتداء الذي يقيس ما يصل إلى 1,440 قياسًا للعلامات الحيوية يوميًا، بما في ذلك معدل ضربات القلب أثناء الراحة، درجة حرارة الجلد، ومعدل التنفس أثناء الراحة. هذا العام، تركز الشركة على الذكاء الاصطناعي، مطالبة كل قسم بتقديم أفكار لاستخدام التقنية لتعزيز الإنتاجية.
بقيمة سوقية تبلغ 115.56 مليار دولار، تُتداول أسهم Medtronic حاليًا عند 90.11 دولار، بارتفاع 9.38٪ هذا العام. ومع ذلك، تمتلك الشركة ربحية السهم (TTM) قدرها 2.97 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) 30.31 مع عائد توزيعات بنسبة 3.11٪.
MDT مخطط السعر
لربعها الأول من السنة المالية 2025، المنتهي في 26 يوليو 2024، أبلغت Medtronic عن إيرادات قدرها 7.9 مليار دولار، بزيادة 2.8٪. وقال الرئيس التنفيذي جيف مارثا: “أسواقنا الأساسية قوية، نحن ندفع الصرامة التشغيلية، والابتكار في المنتجات الجديدة يغذي النمو المتنوع عبر أسواق التكنولوجيا الصحية الرئيسية.”
خلال هذا الربع، ارتفعت إيرادات محفظة القلب والأوعية الدموية بنسبة 5.5٪ لتصل إلى 3 مليارات دولار، وزادت إيرادات محفظة علوم الأعصاب بنسبة 4.4٪ لتصل إلى 2.3 مليار دولار، وارتفعت فئة السكري بنسبة 11.8٪ لتصل إلى 647 مليون دولار، بينما انخفضت إيرادات محفظة الجراحة الطبية بنسبة 0.4٪ لتصل إلى 1.996 مليار دولار.
2. GE HealthCare Technologies
هذه شركة تكنولوجيا طبية تقدم حلولًا مبتكرة للموجات فوق الصوتية بالإضافة إلى التصوير، التشخيص الصيدلاني (PDx)، وحلول رعاية المرضى (PCS). نظرًا لتركيزها على حلول الموجات فوق الصوتية، يمكن لـ GE Healthcare دمج الابتكارات القابلة للارتداء لتصوير تشخيصي.
هذا العام، تتعاون الشركة مع Biofourmis لتوسيع نطاق تقنيات مراقبة المرضى إلى منازلهم. Biofourmis هي منصة رعاية تخصصية افتراضية تجمع خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتقديم أدوات تساعد في مراقبة المرضى الحادين وما بعدهم عن بُعد.
قبل بضع سنوات، أطلقت GE Healthcare أيضًا أجهزة استشعار لاسلكية محمولة للمرضى خلال إقامتهم بالمستشفى، مما يسمح للأطباء بمتابعة العلامات الحيوية دون الحاجة إلى فحوصات دورية.
GEHC مخطط السعر
بقيمة سوقية تبلغ 39.64 مليار دولار، تُتداول أسهم GE HealthCare حاليًا عند 86.78.11 دولار، بارتفاع 12.23٪ هذا العام. وتبلغ ربحية السهم (TTM) 3.65 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) 23.77 مع عائد توزيعات بنسبة 0.14٪.
لربع الثالث من عام 2024، أبلغت GE HealthCare عن إيرادات قدرها 4.9 مليار دولار، بزيادة 1٪ على أساس سنوي، مع الإشارة إلى أن نمو إيراداتها الإيجابي في الولايات المتحدة تُعَوِّض بضعف السوق في الصين. صافي الدخل كان 470 مليون دولار، وتدفق النقد من الأنشطة التشغيلية 742 مليون دولار، بينما كان التدفق النقدي الحر 651 مليون دولار.
“المبادرات المتواصلة للرشاقة عبر المنظمة تقدم قيمة أفضل للمرضى والعملاء وقد أدت إلى توسيع هوامش ربحية قوية.”
– الرئيس التنفيذي بيتر أرديني
الخلاصة
في مجال الرعاية الصحية، تلعب الموجات فوق الصوتية دورًا أساسيًا، حيث تسمح للأطباء برؤية داخل أجسامنا لتشخيص الأمراض ومراقبة الصحة. لذا، يهتم الباحثون بدمج هذه التقنية غير الغازية في الأجهزة القابلة للارتداء.
كما رأينا في أحدث الأبحاث، يمكن لرقعة الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء المتعددة الاستخدامات تقديم تصوير عالي الدقة للأنسجة الداخلية أثناء التنقل لتطبيقات سريرية وتشخيصية متنوعة، فاتحةً عصرًا جديدًا من الرعاية الصحية الشخصية.
بشكل عام، الأجهزة القابلة للارتداء هي مستقبل الرعاية الصحية، رغم أن المخاوف المتعلقة بدقة وموثوقية المستشعرات وعمر البطارية يجب معالجتها، ويجب توفير وصول أفضل إلى أدوات التحليل للاستفادة الكاملة من فوائد التقنية!
انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل شركات تتبع الصحة القابلة للارتداء
