La Próxima Ola en Wearables: Atención Médica Diagnóstica Más Inteligente con Parches de Ultrasonido

La tecnología portátil, o ‘wearables’, ha ganado mucha tracción, tanto en desarrollo como en uso. 

Estos dispositivos electrónicos están diseñados para llevarse como accesorios en el cuerpo del usuario. Incluso pueden implantarse o incorporarse en la ropa. De hecho, como compartimos, los investigadores recientemente lograron un avance en la tecnología portátil, lo que permite crear textiles que responden al movimiento y a la temperatura. ¡Qué emocionante!

¿Pero cómo logran eso los wearables? Bueno, están equipados con sensores para recopilar datos relacionados con la salud del usuario, el estado físico y las condiciones ambientales. Los procesadores, mientras tanto, les permiten manejar cálculos y realizar sus tareas previstas. 

Estos dispositivos también están diseñados para comunicarse con otros dispositivos mediante tecnologías inalámbricas, lo que les permite sincronizar datos y acceder a funciones adicionales a través de una aplicación.

La tecnología portátil tiene varios casos de uso, como navegación, juegos interactivos, mejora de la eficiencia y habilitación de pagos sin contacto, entre otros, para mejorar la experiencia general del usuario. 

Una aplicación crítica en la vida real de los wearables en la que nos enfocaremos hoy es la medicina y la atención sanitaria. Los dispositivos de salud portátiles se dividen en dos categorías amplias: wearables de grado de consumo y wearables de grado médico. 

Los wearables de grado de consumo, como relojes, ropa y anillos, permiten a los usuarios monitorear su salud y estado físico al registrar métricas como pasos dados, calorías quemadas, frecuencia cardíaca, niveles de oxígeno y patrones de sueño. Tener acceso en tiempo real a datos valiosos permite a los usuarios cuidarse mejor. 

Los wearables de grado médico, por su parte, incluyen monitores de presión arterial, monitores de ECG, biosensores y monitores de glucosa, que se están volviendo populares por proporcionar datos valiosos para gestionar enfermedades crónicas. Al dar a los pacientes la capacidad de recopilar y acceder a sus propios datos de salud y luego informarlos, esta tecnología elimina la necesidad de citas presenciales. 

Estos dispositivos también ofrecen a los profesionales de la salud información procesable en tiempo real, disponible de forma remota, y les ayuda a proporcionar tratamientos más personalizados. Curiosamente, pronto podríamos incluso usar nuestros simples teléfonos inteligentes como glucómetros.

Dado los enormes beneficios de la tecnología portátil, hay una demanda creciente de dispositivos de salud portátiles inteligentes, que se se proyecta que valgan $70 mil millones en los próximos cuatro años. 

Los wearables de grado de consumo representan la mayor parte del mercado debido a su mayor disponibilidad y accesibilidad y, por supuesto, a la amplia disponibilidad de smartphones que facilitan la gestión de datos. Los wearables de grado médico, por otro lado, deben pasar por investigación clínica y obtener la autorización de las agencias gubernamentales pertinentes para recopilar datos para la toma de decisiones clínicas. 

Innovación de Ultrasonido Portátil que Revoluciona la Atención Médica

En medio de toda esta emoción y desarrollo alrededor de los wearables, los investigadores han creado un dispositivo de ultrasonido portátil que realiza monitoreo inalámbrico de la actividad muscular. Esta nueva tecnología tiene aplicaciones potenciales en la atención sanitaria y en las interfaces humano‑máquina. 

Los dispositivos portátiles de electromiografía (EMG) ya pueden identificar la actividad muscular para monitorear la salud y rastrear el movimiento corporal. Sin embargo, este enfoque es bastante limitado debido a que las señales EMG tienen baja resolución espacial, estabilidad y relación señal‑ruido. 

Las señales EMG de múltiples fibras musculares también tienden a mezclarse, lo que dificulta aislar las contribuciones de una fibra muscular específica. 

Sin mencionar que son intrínsecamente débiles durante la actividad muscular normal. Para compensar esto, se necesitan electrodos grandes aplicados a la piel para registrar la actividad eléctrica del músculo, lo que reduce la resolución espacial.

Una alternativa prometedora a este estándar clínico es la ecomiografía (EcMG), que puede detectar el movimiento muscular usando ondas de ultrasonido. El ultrasonido, después de todo, penetra tejidos profundos para proporcionar imágenes de alta resolución, ofreciendo información detallada sobre la función muscular. 

Aunque es seguro, versátil y accesible, el problema de la EcMG es que depende de matrices de transductores voluminosas y complejas. No solo limitan la movilidad del usuario, sino que también consumen mucha energía.

Así que, ingenieros de la Universidad de California San Diego, con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, desarrollaron un sistema de ecomiografía portátil totalmente integrado. 

Sheng Xu, profesor y Jacobs Faculty Scholar en el Departamento de Ingeniería Química y Nanoingeniería Aiiso Yufeng Li Family de UC San Diego, que lideró este estudio, había informado previamente sobre dichos parches de ultrasonido.

El año pasado, el equipo informó que había logrado capacidad inalámbrica en este parche. El elemento clave de ese estudio fue su diseño de circuito de ultrasonido. 

En este dispositivo anterior, el equipo reemplazó el cable flexible conectado a la sonda de ultrasonido y lo utilizó para la transmisión de datos y la alimentación.

“(Este circuito) puede pre‑procesar y transmitir de forma inalámbrica los datos de ultrasonido a una estación de respaldo para su análisis posterior.”

– Xu dijo en ese momento

El enfoque del estudio anterior estaba en la salud cardiovascular, y el algoritmo de aprendizaje automático procesó automáticamente las señales y rastreó continuamente la arteria carótida, lo que permitió al equipo obtener información de ultrasonido incluso cuando el usuario del parche se movía. 

“Este algoritmo de rastreo automático brinda oportunidades sin precedentes para la ultrasonografía médica y la fisiología del ejercicio.”

– Muyang Lin, autor principal y candidato a doctorado en el Laboratorio Xu

El equipo validó cruzadamente su modelo de IA entre diez sujetos sanos de tres grupos raciales diferentes, y el siguiente paso involucró validar el parche en una población más amplia. Según Lin:

“Con este tipo de dispositivo, esperamos difuminar la frontera entre la atención en casa y el diagnóstico hospitalario. Prevemos un futuro donde los diagnósticos puedan ocurrir en cualquier momento y lugar, habilitados por dispositivos inalámbricos como este.”

Aunque el parche se evaluó para monitorear funciones cardiovasculares, también podría aplicarse al abdomen y a las extremidades para el monitoreo del diafragma y de arterias periféricas, respectivamente, lo que se abordó en el último estudio. Hace unos meses, Xinyi Yang del laboratorio de Xu demostró que el parche de ultrasonido portátil también puede usarse cómodamente en la sien para proporcionar datos 3D del flujo sanguíneo cerebral.

Desbloqueando el Potencial de la Interacción Humano‑Máquina

Ahora, la principal innovación de la investigación más reciente fue usar el único transductor de ultrasonido para detectar problemas profundos de manera más eficaz.

El parche de ultrasonido blando aquí está encerrado en una carcasa de elastómero de silicona flexible y comprende tres elementos principales: un único transductor para enviar y recibir ondas de ultrasonido, un circuito inalámbrico personalizado para el procesamiento de datos y el control del transductor, y una batería de polímero de litio a bordo que alimenta el sistema durante al menos tres horas.

El único transductor de ultrasonido, que es la innovación principal, emite ondas de ultrasonido de intensidad controlada y captura señales de radiofrecuencia que transportan información. Esto permite aplicaciones clínicas como la medición del grosor del diafragma. 

El dispositivo utiliza estas señales para lograr alta resolución espacial, lo cual es importante para aislar movimientos musculares específicos. Mientras tanto, un algoritmo de aprendizaje profundo personalizado ayudó a los investigadores a extraer información adicional de estas señales.

El algoritmo de IA asigna las señales a sus correspondientes distribuciones musculares, permitiendo así la detección precisa de movimientos particulares a partir de las señales recopiladas.

El dispositivo alimentado por batería puede adherirse a la piel con una capa adhesiva para un monitoreo inalámbrico preciso y a largo plazo de los músculos.

“Esta tecnología podría ser usada por individuos durante sus rutinas diarias para un monitoreo continuo y prolongado.”

– Co‑autor Xiangjun Chen, candidato a doctorado en el programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UC San Diego

Para demostrar lo que puede lograr, el equipo utilizó su dispositivo para detectar la actividad del diafragma, lo que permite reconocer diferentes modos de respiración. Descubrieron que su sistema de ecomiografía portátil de transductor único puede rastrear y detectar diferentes patrones de respiración al seguir la actividad del diafragma con una resolución submilimétrica.

Durante las pruebas del dispositivo, se colocó sobre la caja torácica para monitorear el grosor y el movimiento del diafragma, lo que ayuda a evaluar la salud respiratoria.

El grosor se usa para evaluar la disfunción diafragmática y predecir resultados en pacientes ventilados. Al analizar el movimiento muscular, se pueden detectar diferentes patrones de respiración, lo que puede ayudar a diagnosticar afecciones relacionadas con irregularidades respiratorias, como neumonía, asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).  

En un ensayo con un pequeño grupo, el dispositivo distinguió con éxito entre los patrones de respiración de individuos sanos y los de pacientes con EPOC, demostrando el potencial del dispositivo en la atención respiratoria.

“Al rastrear la actividad del diafragma, la tecnología podría apoyar potencialmente a pacientes con afecciones respiratorias y a quienes dependen de ventilación mecánica.”

– Co‑autor del estudio Joseph Wang, profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Nanoingeniería Aiiso Yufeng Li Family

El dispositivo se utilizó luego en el antebrazo para detectar la actividad muscular de la mano y la muñeca. Se encontró que reconoce con éxito gestos de la mano a partir de las señales de ultrasonido de radiofrecuencia de un solo canal que se detectan en los músculos del antebrazo. 

El algoritmo de aprendizaje profundo personalizado permitió al equipo detectar varios gestos de la mano con mayor precisión solo a partir de señales de ultrasonido. Un total de 13 articulaciones de la mano fueron reportadas como reconocidas con un error medio de solo 7,9°.

Esta detección de movimiento involucró diez articulaciones de los dedos y tres ángulos de rotación de la muñeca, lo que muestra que el sistema puede capturar incluso ligeros movimientos de dedos y muñeca con alta sensibilidad. Esta prueba en particular demuestra el potencial del dispositivo como interfaz humano‑máquina para jugar a un juego virtual o controlar un brazo robótico.

Según el co‑autor del estudio Wentong Yue, candidato a doctorado en el mismo departamento de UC San Diego:

“Estas demostraciones subrayan el potencial de la tecnología para prótesis, juegos y otras aplicaciones de interfaz humano‑máquina.”

Ahora, en los próximos pasos, los investigadores buscarán mejorar aún más la eficiencia energética, la portabilidad, la precisión y las capacidades computacionales de la tecnología.

El Auge de los Ultrasonidos Portátiles que Desbloquean el Futuro de la Medicina

El ultrasonido portátil es un avance médico que puede revolucionar la atención sanitaria. Sin embargo, este progreso lleva tiempo desarrollándose. A lo largo de los años, los científicos han abordado varios desafíos y han desarrollado diferentes ultrasonidos portátiles para mejorar el monitoreo remoto de funciones fisiológicas críticas de los pacientes.

Fuente: Wiley Online Library

A principios de este año, los investigadores descubrieron un metal líquido para superar el problema de la impedancia acústica en sistemas de ultrasonido que dependen de transductores. Normalmente, este problema se aborda con capas de adaptación, pero la mayoría de los materiales utilizados para ello han sido demasiado rígidos para dispositivos portátiles.

Para diseñar una capa de adaptación más conformable pero funcional, los investigadores usaron diversas tamaños y volúmenes de gotas basadas en galio en silicona blanda. Al saturar la silicona con aproximadamente un 70 % de las gotas, la densidad resultante de la capa de adaptación mejoró su impedancia acústica en más del 400 %. Cuando se estira, al igual que lo que la capa de adaptación podría experimentar como parte de un dispositivo portátil, la impedancia disminuyó solo un 13 %.

El equipo luego integró su capa de adaptación extensible en un prototipo de ultrasonido portátil, que registró con éxito el movimiento simulado, demostrando su potencial como dispositivo diagnóstico.

Hace un par de años, un equipo de investigación financiado por el NIH y dirigido por el Dr. Xuanhe Zhao del MIT también desarrolló un parche de ultrasonido portátil, del tamaño de un sello grueso, que se adhiere a la piel tanto en entornos secos como húmedos. 

Al probarlo, se descubrió que el parche podía usarse cómodamente durante al menos 48 horas y era capaz de proporcionar imágenes continuas del músculo, vasos sanguíneos, corazón, diafragma, pulmón o estómago. Sin embargo, el parche tenía que conectarse a sistemas informáticos para un procesamiento intensivo de datos. No obstante, como hemos visto, el último avance se ha centrado en eliminar estas limitaciones mientras se hace el sistema más eficaz.

“Imaginamos varios parches adheridos a diferentes ubicaciones del cuerpo, y los parches se comunicarían con su teléfono móvil, donde los algoritmos de IA analizarían las imágenes bajo demanda.”

– Zhao dijo en ese momento

Esto está empezando a convertirse en una realidad, con la empresa escocesa de tecnología sanitaria Novosound asegurando una patente para su ultrasonido portátil a principios de este año. El dispositivo, que monitorea constantemente el flujo sanguíneo y la presión del paciente, se sujeta al cuerpo para producir imágenes en dispositivos móviles.

“Esto nos permite integrar y licenciar la tecnología con socios de relojes inteligentes, mirando más profundo dentro del cuerpo y mejorando las mediciones que sus sensores ópticos y eléctricos proporcionan, abriendo el santo grial del monitoreo de presión arterial 24/7 en la muñeca.”

– CEO y cofundador de Novosound Dr. Dave Hughes

La patente no solo otorga a la empresa derechos exclusivos para vender la tecnología y proyectos piloto con instituciones importantes, sino que también la involucra en contratos de I+D para aplicaciones de salud digital de consumo. Novosound ya se ha asociado con el Texas Medical Center para desarrollar casos de uso para sus wearables de ultrasonido.

Empresas Relevantes en los Wearables de Salud

La tecnología portátil es un sector en crecimiento que ha captado el interés de gigantes tecnológicos como Apple (AAPL ), que ha estado explorando aplicaciones relacionadas con la salud a través de su wearable de consumo Apple Watch.

Sin embargo, nos centraremos en empresas que están activamente involucradas en el campo médico, así que aquí hay dos nombres prominentes que pueden beneficiarse potencialmente de innovaciones como el ultrasonido portátil.

1. Medtronic

Un líder global en dispositivos médicos, Medtronic Public Limited Company, ofrece soluciones tecnológicas de salud de amplio alcance y está explorando wearables para diagnóstico y monitoreo de salud, incluidas soluciones remotas.

En 2022, Medtronic se asoció con BioIntelliSense para su wearable BioButton que mide hasta 1.440 mediciones de signos vitales por día, incluyendo frecuencia cardíaca en reposo, temperatura de la piel y frecuencia respiratoria en reposo. Este año, la compañía se ha centrado en IA, pidiendo a cada departamento que proponga ideas para usar la tecnología y aumentar la productividad.

Con una capitalización de mercado de $115.56 mil millones, las acciones de Medtronic cotizan actualmente a $90.11, un aumento del 9.38 % este año. Con ello, la compañía tiene un EPS (TTM) de 2.97 y un P/E (TTM) de 30.31, mientras paga un rendimiento de dividendo del 3.11 %.

Para su primer trimestre del año fiscal 2025, que finalizó el 26 de julio de 2024, Medtronic informó unos ingresos de $7.9 mil millones, un aumento del 2.8 %. “Nuestros mercados subyacentes son saludables, estamos impulsando la rigurosidad operativa y la innovación de nuevos productos está impulsando un crecimiento diversificado en los principales mercados de tecnología sanitaria”, dijo el CEO Geoff Martha.

Durante este trimestre, los ingresos de su Cartera Cardiovascular aumentaron un 5.5 % a $3 mil millones, los ingresos de la Cartera de Neurociencia crecieron un 4.4 % a $2.3 mil millones, y el segmento de diabetes se disparó un 11.8 % a $647 millones, mientras que los ingresos de la Cartera Médico‑Quirúrgica disminuyeron un 0.4 % a $1.996 mil millones.

2. GE HealthCare Technologies

Esta es una empresa de tecnología médica que ofrece soluciones innovadoras de ultrasonido además de imágenes, Diagnósticos Farmacéuticos (PDx) y Soluciones de Cuidado al Paciente (PCS). Dado su enfoque en soluciones de ultrasonido, GE HealthCare podría integrar avances portátiles para la imaginería diagnóstica.

Este año, la compañía está colaborando con Biofourmis para ampliar el alcance de la tecnología de monitoreo de pacientes a sus hogares. Biofourmis es una plataforma de atención especializada virtual que combina algoritmos de IA para ofrecer herramientas que ayuden a monitorear a pacientes agudos y post‑agudos de forma remota.

Hace un par de años, GE HealthCare también lanzó sensores inalámbricos y portátiles para que los pacientes los usaran durante su estancia hospitalaria, permitiendo a los clínicos seguir sus signos vitales sin necesidad de revisiones regulares.

Con una capitalización de mercado de $39.64 mil millones, las acciones de GE HealthCare cotizan actualmente a $86.78.11, un aumento del 12.23 % este año. Con ello, la compañía tiene un EPS (TTM) de 3.65 y un P/E (TTM) de 23.77, mientras paga un rendimiento de dividendo del 0.14 %.

Para el tercer trimestre de 2024, GE HealthCare informó unos ingresos de $4.9 mil millones, un aumento del 1 % interanual, mientras señalaba que su crecimiento positivo de ingresos en EE. UU. se vio compensado por la continuidad de la debilidad del mercado en China. Su ingreso neto fue de $470 millones, y el flujo de efectivo de actividades operativas fue de $742 millones, mientras que el flujo de efectivo libre fue de $651 millones.

“Las iniciativas de eficiencia en toda la organización están ofreciendo mayor valor a pacientes y clientes y han resultado en una robusta expansión de márgenes.”

– CEO Peter Arduini

Conclusión 

En la atención sanitaria, el ultrasonido desempeña un papel clave, permitiendo a los clínicos ver dentro de nuestros cuerpos para diagnosticar enfermedades y monitorear la salud. Por ello, los investigadores están interesados en incorporar esta técnica no invasiva en dispositivos portátiles.

Como vimos con la investigación más reciente, el versátil parche de ultrasonido portátil puede ofrecer imágenes de alta resolución de tejidos internos sobre la marcha para diversas aplicaciones clínicas y diagnósticas, inaugurando una nueva era de atención sanitaria personalizada. 

En general, los wearables son el futuro de la atención sanitaria, aunque deben abordarse las preocupaciones sobre la precisión y fiabilidad de los sensores y la duración de la batería, y debe proporcionarse un mejor acceso a herramientas analíticas para cosechar todos los beneficios de la tecnología.

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