La prochaine vague de produits portables : Des diagnostics plus intelligents grâce aux patchs à ultrasons

La technologie portable, ou "wearable", connaît un grand succès, tant en termes de développement que d'utilisation. 

Ces dispositifs électroniques sont conçus pour être portés comme accessoires sur le corps de l'utilisateur. Ils peuvent même être implantés ou intégrés dans les vêtements. En fait, comme nous l'avons dit, les chercheurs a récemment réalisé une percée dans le domaine de la technologie portableIl permet de créer des textiles qui réagissent au mouvement et à la température. C'est passionnant !

Mais comment les "wearables" y parviennent-ils ? Eh bien, ils sont équipés avec des capteurs pour collecter des données relatives à la santé de l'utilisateur, à sa condition physique et aux conditions environnementales. Les processeurs, quant à eux, leur permettent d'effectuer des calculs et de réaliser les tâches prévues. 

Ces dispositifs sont conçues de manière plus approfondie de communiquer avec d'autres appareils par le biais de technologies sans fil, ce qui leur permet de synchroniser des données et d'accéder à des fonctions supplémentaires par le biais d'une application.

La technologie portable a plusieurs applications, telles que la navigation, les jeux interactifs, l'amélioration de l'efficacité et les paiements sans contact, entre autres, afin d'améliorer l'expérience globale de l'utilisateur. 

La médecine et les soins de santé constituent l'une des principales applications des dispositifs portables dans la vie réelle sur laquelle nous allons nous concentrer aujourd'hui. Dispositifs de santé portables se répartissent en fait en deux grandes catégories : les wearables grand public et les wearables médicaux. 

Les produits portables grand public, tels que les montres, les vêtements et les bagues, permettent aux utilisateurs de surveiller leur santé et leur forme physique en suivant des paramètres tels que les pas effectués, les calories brûlées, la fréquence cardiaque, les niveaux d'oxygène et les habitudes de sommeil. L'accès en temps réel à des données précieuses permet aux utilisateurs de mieux prendre soin d'eux-mêmes. 

Les wearables de qualité médicale, quant à eux, comprennent les tensiomètres, les ECG, les biocapteurs et les glucomètres, qui sont de plus en plus populaires parce qu'ils fournissent aux utilisateurs des données précieuses pour gérer les maladies chroniques. En donnant aux patients la possibilité de collecter et d'accéder à leurs données personnelles, les dispositifs portés sur soi deviennent de plus en plus populaires. propre Cette technologie élimine le besoin de rendez-vous en personne. 

Ces dispositifs offrent également aux professionnels de la santé des informations exploitables en temps réel, qui sont également disponibles à distance, et les aident à fournir des traitements plus personnalisés. Il est intéressant de noter que nous pourrions même bientôt être en mesure de utiliser nos smartphones en verre ordinaire comme glucomètres.

Compte tenu des nombreux avantages de la technologie portable, la demande de dispositifs de santé portables intelligents est en plein essor. devrait s'élever à $70 milliards d'euros au cours des quatre prochaines années. 

Les dispositifs portables grand public représentent la plus grande part des dispositifs portables en raison de leur disponibilité et de leur accessibilité accrues et, bien sûr, de la grande disponibilité des smartphones qui permettent une gestion aisée des données. Les wearables de qualité médicale, quant à eux, doivent faire l'objet d'une recherche clinique et recevoir l'autorisation des organismes gouvernementaux compétents pour collecter des données en vue d'une prise de décision clinique. 

L'innovation en matière d'échographie portable révolutionne les soins de santé

Au milieu de toute cette effervescence et de ce développement autour des "wearables", des chercheurs ont mis au point une méthode d'évaluation de l'efficacité de ces produits. appareil à ultrasons portable qui permet de surveiller sans fil l'activité musculaire. Cette nouvelle technologie a des applications potentielles dans le domaine des soins de santé et des interfaces homme-machine. 

Les appareils portables d'électromyographie (EMG) sont déjà capables d'identifier l'activité musculaire pour surveiller la santé et suivre les mouvements du corps. Toutefois, cette approche est plutôt limitée en raison de la faible résolution spatiale, de la stabilité et du rapport signal/bruit des signaux EMG. 

Les signaux EMG provenant de plusieurs fibres musculaires ont également tendance à se mélanger, ce qui rend difficile l'isolement des contributions de la fibre musculaire spécifique. 

De plus, ils sont intrinsèquement faibles lors d'une activité musculaire normale. Pour compenser cela, de grandes électrodes doivent être appliquées sur la peau afin d'enregistrer l'activité musculaire électrique, ce qui réduit la résolution spatiale.

Une alternative prometteuse à cette norme clinique est l'échomyographie (EcMG), qui permet de détecter les mouvements musculaires à l'aide d'ondes ultrasonores. Les ultrasons pénètrent en effet les tissus profonds pour fournir une imagerie à haute résolution, offrant un aperçu détaillé de la fonction musculaire. 

Bien qu'il soit sûr, polyvalent et accessible, le problème de l'EcMG est qu'il repose sur des réseaux de transducteurs encombrants et complexes. Non seulement ils limitent la mobilité de l'utilisateur, mais ils consomment également beaucoup d'énergie.

C'est pourquoi des ingénieurs de l'université de Californie à San Diego, avec le soutien des National Institutes of Health, ont mis au point un système d'échomyographie portable entièrement intégré. 

Sheng Xu, professeur et Jacobs Faculty Scholar au Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and NanoEngineering de l'UC San Diego, qui a dirigé cette étude, avait déjà signalé l'existence de tels patchs à ultrasons.

L'année dernière, l'équipe rapporté de réaliser une capacité sans fil dans ce patch. L'élément clé de cette étude était la conception du circuit à ultrasons. 

Dans ce dispositif précédent, l'équipe a remplacé le câble flexible connecté à la sonde à ultrasons et l'a utilisé pour la transmission des données et l'alimentation électrique.

"Ce circuit peut prétraiter et transmettre sans fil les données ultrasonores à une station dorsale en vue d'une analyse plus approfondie.

- Xu a déclaré à la temps

L'algorithme d'apprentissage automatique a traité automatiquement les signaux et suivi en continu l'artère carotide, ce qui a permis à l'équipe d'obtenir des informations échographiques même lorsque le porteur du patch se déplaçait. 

"Cet algorithme de suivi automatique offre des possibilités sans précédent pour l'échographie médicale et la physiologie de l'exercice.

- Muyang Lin, auteur principal et candidat au doctorat au sein du laboratoire Xu

L'équipe a procédé à une validation croisée de son modèle d'IA auprès de dix sujets en bonne santé issus de trois groupes raciaux différents, et l'étape suivante a consisté à valider le patch auprès d'une population plus large. Selon Lin :

"Avec ce type d'appareil, nous espérons estomper la frontière entre les soins à domicile et le diagnostic à l'hôpital. Nous prévoyons un avenir où les diagnostics pourront être effectués à tout moment et en tout lieu, grâce à des dispositifs sans fil tels que ceux-ci".

Tandis que le patch a été évalué pour la surveillance des fonctions cardiovasculaires, il pourrait également être appliqué à l'abdomen et aux membres pour la surveillance du diaphragme et de l'artère périphérique, respectivement, ce qui permettrait d'améliorer la qualité de vie des patients. ont été ciblés dans la dernière étude. Il y a quelques mois, Xinyi Yang du laboratoire de Xu démontrée que le patch ultrasonore portable peut en outre être porté confortablement sur la tempe pour fournir des données en 3D sur le flux sanguin cérébral.

Libérer le potentiel de l'interaction homme-machine

La principale innovation de la dernière recherche a été l'utilisation d'un seul transducteur à ultrasons pour détecter plus efficacement les problèmes profonds.

Le patch à ultrasons est ici enfermé dans une enveloppe souple en élastomère de silicone. et implique trois éléments principaux : un transducteur unique pour envoyer et recevoir des ondes ultrasonores, un circuit sans fil personnalisé pour le traitement des données et le contrôle du transducteur, et une batterie lithium-polymère embarquée pour alimenter le système pendant au moins trois heures.

Le transducteur à ultrasons unique, qui constitue la principale innovation, émet des ondes ultrasonores d'intensité contrôlée et capte des signaux radiofréquences porteurs d'informations. Le présent permet des applications cliniques telles que la mesure de l'épaisseur du diaphragme. 

L'appareil utilise ces signaux pour atteindre une haute résolution spatiale, ce qui est important pour isoler des mouvements musculaires spécifiques. Un algorithme d'apprentissage profond personnalisé a permis aux chercheurs d'extraire des informations supplémentaires de ces signaux.

L'algorithme d'IA établit une correspondance entre les signaux et les distributions musculaires correspondantes, ce qui permet de détecter avec précision des mouvements particuliers à partir des signaux recueillis.

L'appareil alimenté par une batterie peut être fixé à la peau par une couche d'adhésif pour une surveillance sans fil précise et à long terme des muscles.

"Cette technologie pourrait potentiellement être portée par les individus au cours de leurs activités quotidiennes pour une surveillance continue et à long terme.

- Le co-auteur Xiangjun Chen, candidat au doctorat dans le programme de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Californie à San Diego.

Pour démontrer ses capacités, l'équipe a utilisé son appareil pour détecter l'activité du diaphragme, ce qui permet de reconnaître les différents modes de respiration. Ils ont constaté que leur Le système d'échomyographie portable à transducteur unique peut en fait suivre et détecter différents schémas respiratoires en suivant l'activité du diaphragme avec une résolution inférieure au millimètre.

Pendant le test de l'appareil, il a été porté sur la cage thoracique pour mesurer l'épaisseur et le mouvement du diaphragme, ce qui permet d'évaluer la santé respiratoire.

L'épaisseur est utilisée pour évaluer le dysfonctionnement du diaphragme et prédire les résultats chez les patients ventilés. L'analyse des mouvements musculaires permet de détecter différents schémas respiratoires, ce qui peut aider à diagnostiquer des pathologies liées à des irrégularités respiratoires, telles que la pneumonie, l'asthme et la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO).  

Lors d'un essai en petit groupe, l'appareil a réussi à distinguer les schémas respiratoires des personnes en bonne santé de ceux des personnes atteintes de BPCO, démontrant ainsi le potentiel de l'appareil dans le domaine des soins respiratoires.

"En suivant l'activité du diaphragme, la technologie pourrait potentiellement aider les patients souffrant de troubles respiratoires et ceux qui dépendent d'une ventilation mécanique.

- Le co-auteur de l'étude, Joseph Wang, professeur au département d'ingénierie chimique et nanotechnologique de la famille Aiiso Yufeng Li, a déclaré que l'étude avait été réalisée en collaboration avec l'Institut de recherche sur les maladies infectieuses (IRM).

Le dispositif a ensuite été utilisé sur l'avant-bras pour détecter l'activité musculaire de la main et du poignet. Il s'est avéré qu'il reconnaissait avec succès les gestes de la main à partir des signaux ultrasoniques de radiofréquence à canal unique qui ont été détectés par l'appareil. sont détectés des muscles de l'avant-bras. 

L'algorithme d'apprentissage en profondeur personnalisé a permis à l'équipe de détecter avec plus de précision les différents gestes de la main à partir des seuls signaux ultrasonores. Au total, 13 articulations de la main ont été signalés à être reconnu avec une erreur moyenne de seulement 7,9°.

Cette détection de mouvement a porté sur dix articulations des doigts et trois angles de rotation du poignet, ce qui montre que le système peut capturer même de légers mouvements des doigts et du poignet avec une grande sensibilité. Ce test particulier démontre le potentiel d'utilisation du dispositif en tant qu'interface homme-machine pour jouer à un jeu virtuel ou contrôler un bras robotisé.

Selon Wentong Yue, co-auteur de l'étude et candidat au doctorat dans le même département de l'UC San Diego :

"Ces démonstrations soulignent le potentiel de la technologie pour les prothèses, les jeux et d'autres applications d'interface homme-machine".

Dans les prochaines étapes, les chercheurs viseront à afin d'améliorer encore l'efficacité de l'action de l'Union européenne. l'efficacité énergétique, la portabilité, la précision et les capacités de calcul de la technologie.

L'essor des ultrasons portables : l'avenir de la médecine en marche

L'échographie portable est une avancée médicale qui peut révolutionner les soins de santé. Toutefois, ces progrès sont en cours depuis un certain temps déjà. Au fil des ans, les scientifiques ont relevé divers défis et mis au point différents ultrasons portables pour une meilleure surveillance à distance des fonctions physiologiques critiques d'un patient.

Source : Wiley Online Library Wiley Online Library

Au début de cette année, des chercheurs découvert un métal liquide pour surmonter le problème de l'impédance acoustique avec les systèmes à ultrasons qui reposent sur des transducteurs. Habituellement, ce problème est abordée à l'aide de couches correspondantes, mais la plupart des matériaux utilisés à cet effet sont trop rigides pour les dispositifs portables.

Pour concevoir une couche d'adaptation plus conforme mais fonctionnelle, les chercheurs ont utilisé des gouttelettes à base de gallium de tailles et de volumes différents dans du silicone souple. En saturant le silicone avec environ 70% de gouttelettes, la densité résultante de la couche d'adaptation a amélioré son impédance acoustique de plus de 400%. Lorsqu'elle est soumise à des contraintes, semblables à celles que la couche d'adaptation pourrait subir dans le cadre d'un dispositif portable, l'impédance n'a baissé que de 13%.

L'équipe a ensuite intégré sa couche d'adaptation extensible dans un prototype d'échographie portable, qui a enregistré avec succès le mouvement simulé, démontrant ainsi son potentiel en tant qu'appareil de diagnostic.

Il y a quelques années, une équipe de recherche financée par les NIH et dirigée par le Dr Xuanhe Zhao du MIT a également mis au point un patch à ultrasons portable, de la taille d'un timbre-poste épais, qui adhère à la peau dans des environnements secs et humides. 

Lors des tests, le patch a été porté confortablement pendant au moins 48 heures et a pu fournir une imagerie continue des muscles, des vaisseaux sanguins, du cœur, du diaphragme, des poumons ou de l'estomac. Cependant, le patch devait être accroché aux systèmes informatiques pour le traitement intensif des données. Cependant, comme nous l'avons vu, les dernières avancées se sont attachées à supprimer ces limitations tout en rendant le système plus efficace.

"Nous envisageons quelques patchs collés à différents endroits du corps, qui communiqueraient avec votre téléphone portable, où des algorithmes d'intelligence artificielle analyseraient les images à la demande.

- Zhao a déclaré à la temps

Le présent commence à devenir une réalité, avec l'entreprise écossaise Novosound, spécialisée dans les technologies de la santé. sécurisation a obtenu un brevet pour son échographe portable au début de l'année. L'appareil, qui surveille en permanence le flux sanguin et la pression du patient, est fixé sur le corps pour produire des images sur des appareils mobiles.

"Cela nous permet d'intégrer la technologie et d'en concéder la licence à des partenaires fabricants de smartwatches, de pénétrer plus profondément dans le corps et d'améliorer les mesures fournies par les capteurs optiques et électriques, ouvrant ainsi la voie au Saint-Graal de la surveillance de la tension artérielle 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, au poignet".

- Dave Hughes, PDG et cofondateur de Novosound

Le brevet ne donne pas seulement à l'entreprise les droits exclusifs de vendre la technologie et les projets pilotes avec de grandes institutions, mais il l'engage également dans des contrats de R&D pour des applications de santé numérique grand public. Novosound a déjà conclu un partenariat avec le Texas Medical Center pour développer des cas d'utilisation de ses wearables à ultrasons.

Entreprises pertinentes dans le secteur des produits de santé portables

La technologie portable est un secteur en pleine expansion qui a suscité l'intérêt de géants de la technologie tels que le Pomme (AAPL +0.04%)qui a exploré les applications liées à la santé par le biais de son produit portable grand public, l'Apple Watch.

Nous allonsToutefois, il n'y a pas de raison de s'inquiéter, se concentre sur les entreprises actives dans le domaine médical. Voici donc deux noms importants qui peuvent potentiellement bénéficier d'innovations telles que les ultrasons portables.

1. Medtronic (PCT -0.02%)

Medtronic Public Limited Company, leader mondial des dispositifs médicaux, propose une large gamme de solutions technologiques dans le domaine de la santé et étudie la possibilité d'utiliser des dispositifs portables pour le diagnostic et le suivi de la santé, y compris des solutions à distance.

En 2022, Medtronic en partenariat avec BioIntelliSense pour son vêtement BioButton qui permet de mesurer jusqu'à 1 440 signes vitaux par jour, notamment la fréquence cardiaque au repos, la température de la peau et la fréquence respiratoire au repos. Cette année, la société ciblée sur l'IA, en demandant à chaque service de proposer des idées pour utiliser la technologie afin d'accroître la productivité.

Avec une capitalisation boursière de $115,56 milliards, les actions Medtronic se négocient actuellement à $90,11, en hausse de 9,38% cette année. La société affiche un bénéfice par action (TTM) de 2,97 et un ratio cours/bénéfice (TTM) de 30,31, tout en offrant un rendement du dividende de 3,11%.

Pour son premier trimestre de l'exercice 2025, qui se termine le 26 juillet 2024, Medtronic rapporté un chiffre d'affaires de $7,9 milliards, soit une augmentation de 2,8%. "Nos marchés sous-jacents sont sains, nous appliquons une rigueur opérationnelle et l'innovation en matière de nouveaux produits alimente une croissance diversifiée sur les principaux marchés des technologies de la santé", a déclaré Geoff Martha, PDG de l'entreprise.

Au cours de ce trimestre, les recettes du portefeuille cardiovasculaire ont fait un bond de 5,51 T à 1,4 milliard de T, les recettes du portefeuille neuroscience ont augmenté de 4,41 T à 1,4 milliard de T, et le segment du diabète a fait un bond de 11,81 T à 1,4 milliard de T, tandis que les recettes du portefeuille médico-chirurgical ont diminué de 0,41 T à 1,996 milliard de T.

2. GE HealthCare Technologies (GEHC +1.76%)

Il s'agit d'une entreprise de technologie médicale qui propose des solutions innovantes en matière d'échographie, en plus de l'imagerie, du diagnostic pharmaceutique (PDx) et des solutions de soins aux patients (PCS). Étant donné qu'elle se concentre sur les solutions d'échographie, GE Healthcare peut potentiellement intégrer des avancées en matière de dispositifs portables pour l'imagerie diagnostique.

Cette année, l'entreprise collaboration avec Biofourmis pour étendre la portée de la technologie de surveillance des patients à leur domicile. Biofourmis est une plateforme virtuelle de soins spécialisés qui combine des algorithmes d'IA pour offrir des outils permettant de surveiller à distance les patients en phase aiguë ou post-aiguë.

Il y a quelques années, GE Healthcare a également déployé des capteurs portables sans fil que les patients peuvent porter pendant leur séjour à l'hôpital, ce qui permet aux cliniciens de suivre leurs signes vitaux sans avoir à procéder à des contrôles réguliers.

Avec une capitalisation boursière de $39,64 milliards, les actions GE HealthCare se négocient actuellement à $86,78,11, en hausse de 12,23% cette année. La société affiche un bénéfice par action (TTM) de 3,65 et un ratio cours/bénéfice (TTM) de 23,77, tout en offrant un rendement du dividende de 0,14%.

Pour le troisième trimestre 2024, GE HealthCare rapporté un chiffre d'affaires de 1T4T4,9 milliards, soit une augmentation de 11T3T d'une année sur l'autre, tout en notant que la croissance positive de son chiffre d'affaires aux États-Unis a été très positive. a été compensée par la faiblesse persistante du marché en Chine. Son revenu net s'est élevé à 1T470 millions, et le flux de trésorerie provenant des activités d'exploitation à 1T4T742 millions, tandis que 1T4T651 millions correspondaient au flux de trésorerie disponible.

"Les initiatives d'allègement en cours dans l'ensemble de l'organisation offrent une meilleure valeur aux patients et aux clients et ont entraîné une forte augmentation des marges."

- Directeur général Peter Arduini

Conclusion 

Dans le domaine des soins de santé, les ultrasons jouent un rôle essentiel, car ils permettent aux cliniciens de voir à l'intérieur de notre corps pour diagnostiquer les maladies et surveiller la santé. C'est pourquoi les chercheurs s'intéressent à l'intégration de cette technique non invasive dans les dispositifs portables.

Comme nous l'avons vu avec les dernières recherches, le patch ultrasonore portable polyvalent peut fournir une imagerie haute résolution des tissus internes en déplacement pour diverses applications cliniques et diagnostiques, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle ère de soins de santé personnalisés. 

Dans l'ensemble, les "wearables" sont l'avenir des soins de santé, même s'il faut répondre aux préoccupations concernant la précision et la fiabilité des capteurs et la durée de vie des batteries, et un meilleur accès aux outils d'analyse devrait être fourni pour profiter pleinement des avantages de la technologie !

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