Ang Susunod na Alon sa Wearables: Mas Matalinong Diagnostic na Pangangalagang Pangkalusugan gamit ang mga Ultrasound Patch

Ang teknolohiyang pang-wearable, o ‘wearables,’ ay nakakuha ng malaking atensyon, kapwa sa pag-unlad at paggamit. 

Ang mga elektronikong device na ito ay dinisenyo upang isuot bilang mga aksesorya sa katawan ng gumagamit. Maaari pa itong i-implant o i-embed sa damit. Sa katunayan, tulad ng aming ibinahagi, kamakailan lamang ay nakamit ang isang breakthrough sa teknolohiyang pang-wearable, na nagpapahintulot sa paglikha ng mga tela na tumutugon sa galaw at temperatura. Nakakatuwa, hindi ba! 

Ngunit paano ito nagagawa ng mga wearables? Well, sila ay nakakabit ng mga sensor upang mangolekta ng datos na may kaugnayan sa kalusugan, fitness, at mga kondisyon ng kapaligiran ng gumagamit. Ang mga processor, sa kabilang banda, ay nagpapahintulot sa kanila na magsagawa ng mga kalkulasyon at tuparin ang kanilang mga layunin. 

Ang mga device na ito ay karagdagang dinisenyo upang makipag-ugnayan sa iba pang mga device sa pamamagitan ng wireless na teknolohiya, na nagbibigay-daan sa kanila na i-synchronize ang datos at ma-access ang karagdagang tampok sa pamamagitan ng isang app.

Ang teknolohiyang pang-wearable ay may ilang mga gamit, tulad ng navigation, interactive gaming, pagpapabuti ng kahusayan, at pagpapahintulot sa contactless payments, bukod sa iba pa, upang mapabuti ang pangkalahatang karanasan ng gumagamit. 

Isang kritikal na aplikasyon ng mga wearables sa totoong buhay na tututukan natin ngayon ay ang medisina at pangangalagang pangkalusugan. Ang mga wearable healthcare device ay nahahati sa dalawang malawak na kategorya: consumer-grade wearables at medical-grade wearables. 

Ang consumer-grade wearables tulad ng mga relo, damit, at singsing ay nagbibigay-daan sa mga gumagamit na subaybayan ang kanilang kalusugan at fitness sa pamamagitan ng pagsubaybay sa mga sukatan tulad ng bilang ng hakbang, calories na nasunog, heart rate, antas ng oxygen, at mga pattern ng pagtulog. Ang pagkakaroon ng real-time na access sa mahalagang datos ay nagpapahintulot sa mga gumagamit na pangalagaan ang kanilang sarili nang mas mabuti. 

Ang medical-grade wearables, sa kabilang banda, ay kinabibilangan ng mga blood pressure monitor, ECG monitor, biosensor, at glucose monitor, na nagiging popular sa pagbibigay ng mahalagang datos upang pamahalaan ang mga chronic disease. Sa pamamagitan ng pagbibigay sa mga pasyente ng kakayahang kolektahin at i-access ang kanilang sariling datos pangkalusugan at pagkatapos ay iulat ito, inaalis ng teknolohiyang ito ang pangangailangan para sa personal na appointment. 

Ang mga device na ito ay nagbibigay din sa mga propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan ng actionable insights sa real-time, na maaari ring ma-access nang remote, at tumutulong sa kanila na magbigay ng mas personalized na paggamot. Interesante, maaaring sa lalong madaling panahon ay magamit na natin ang ating mga ordinaryong smartphone bilang glucometer. Gamitin ang ating mga simpleng smartphone bilang glucometer. 

Dahil sa napakalawak na benepisyo ng teknolohiyang pang-wearable, mayroong tumataas na demand para sa mga matatalinong wearable health device, na inaasahang aabot sa $70 bilyon sa susunod na apat na taon. 

Ang consumer-grade wearables ay kumakatawan sa pinakamalaking bahagi ng wearables dahil sa kanilang mas mataas na availability at accessibility, at siyempre, ang malawak na availability ng mga smartphone na nagpapadali ng pamamahala ng datos. Ang medical-grade wearables, sa kabilang banda, ay kailangang dumaan sa clinical research at makakuha ng clearance mula sa mga kaugnay na ahensya ng gobyerno upang mangolekta ng datos para sa clinical decision-making. 

Inobasyon sa Wearable Ultrasound na Nagbabago sa Pangangalagang Pangkalusugan

Sa gitna ng lahat ng kasabikan at pag-unlad na nakapalibot sa mga wearables, nakabuo ang mga mananaliksik ng isang wearable ultrasound device na nagsasagawa ng wireless monitoring ng aktibidad ng kalamnan. Ang bagong teknolohiyang ito ay may potensyal na aplikasyon sa pangangalagang pangkalusugan at human‑machine interfaces. 

Ang mga wearable electromyography (EMG) device ay kayang tukuyin na ang aktibidad ng kalamnan upang subaybayan ang kalusugan at i-track ang galaw ng katawan. Gayunpaman, limitado ang pamamaraan na ito dahil ang mga EMG signal ay may mababang spatial resolution, stability, at signal‑to‑noise ratio. 

Ang mga EMG signal mula sa maraming muscle fibers ay madalas na naghalo‑halo, na nagpapahirap na ihiwalay ang kontribusyon ng partikular na muscle fiber. 

Hindi pa nabanggit, likas na mahina ang mga ito sa normal na aktibidad ng kalamnan. Upang mapunan ito, kailangang maglagay ng malalaking electrode sa balat upang maitala ang electrical muscle activity, na nagbabawas ng spatial resolution.

Isang promising na alternatibo sa clinical standard na ito ay ang echomyography (EcMG), na maaaring mag-detect ng galaw ng kalamnan gamit ang ultrasound waves. Ang ultrasound, pagkatapos ay, ay tumatagos sa malalim na tisyu upang magbigay ng high‑resolution imaging, na nag-aalok ng detalyadong insight sa function ng kalamnan. 

Bagaman ito ay ligtas, versatile, at accessible, ang problema sa EcMG ay nakadepende ito sa malalaking at komplikadong transducer arrays. Hindi lamang nito nililimitahan ang mobility ng gumagamit kundi mataas din ang power consumption. 

Kaya, ang mga inhinyero sa University of California San Diego, kasama ang suporta mula sa National Institutes of Health, ay nag-develop ng isang ganap na integrated na wearable echomyography system. 

Si Sheng Xu, isang propesor at Jacobs Faculty Scholar sa Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and NanoEngineering sa UC San Diego, na nanguna sa pag-aaral na ito, ay dati nang nag-ulat ng mga ganitong ultrasound patch.

Noong nakaraang taon, ang koponan nag-ulat na nakamit ang wireless capability sa patch na ito. Ang pangunahing elemento ng pag-aaral na iyon ay ang disenyo ng ultrasound circuit nito. 

Sa nakaraang device na ito, pinalitan ng koponan ang flexible cable na nakakonekta sa ultrasound probe at ginamit ito para sa data transmission at power.

“(Ang circuit na ito) ay maaaring mag-pre‑process at wireless na magpadala ng ultrasound data sa isang back‑end station para sa karagdagang pagsusuri.”

– Sabi ni Xu noong iyon

Ang pokus ng pag-aaral noon ay sa cardiovascular health, at ang machine learning algorithm ay awtomatikong nagproseso ng mga signal at patuloy na nag‑track ng carotid artery, na nagbigay-daan sa koponan na makakuha ng ultrasound information kahit na gumagalaw ang suot na patch. 

“Ang awtomatikong tracking algorithm na ito ay nagbibigay ng walang kapantay na oportunidad para sa medical ultrasonography at exercise physiology.”

– Muyang Lin, ang lead author at Ph.D. candidate sa Xu Laboratory

Ang koponan ay cross‑validated ang kanilang AI model sa sampung malusog na kalahok mula sa tatlong iba’t ibang racial groups, at ang susunod na hakbang ay ang pag‑validate ng patch sa mas malaking populasyon. Ayon kay Lin:

“Sa ganitong uri ng device, inaasahan naming mapalabo ang hangganan sa pagitan ng pangangalagang nasa bahay at diagnosis sa ospital. Nakikita namin ang hinaharap kung saan maaaring maganap ang diagnosis anumang oras at kahit saan, pinapagana ng mga wireless device tulad nito.”

Habang ang patch ay sinuri para sa monitoring ng cardiovascular functions, maaari rin itong ilapat sa abdomen at mga galugad para sa diaphragm at peripheral artery monitoring, ayon sa pagkakabanggit, na tinukoy sa pinakabagong pag-aaral. Ilang buwan na ang nakalipas, si Xinyi Yang mula sa Xu’s lab nagpakita na ang wearable ultrasound patch ay maaaring komportableng isuot sa temples upang magbigay ng 3D data sa cerebral blood flow.

Pagbubukas ng Potensyal ng Human‑Machine Interaction

Ngayon, ang pangunahing inobasyon ng pinakabagong pananaliksik ay ang paggamit ng isang single ultrasound transducer upang mas epektibong ma‑sense ang malalim na isyu.

Ang malambot na ultrasound patch dito ay nakapaloob sa isang flexible silicone elastomer casing at binubuo ng tatlong pangunahing elemento—isang single transducer para mag‑send at tumanggap ng ultrasound waves, isang customized wireless circuit para sa data processing at kontrol ng transducer, at isang on‑board lithium‑polymer battery para patakbuhin ang system nang hindi bababa sa tatlong oras.

Ang single ultrasound transducer, na siyang pangunahing inobasyon, ay nag‑emit ng ultrasound waves na may kontroladong intensity at kumukuha ng radiofrequency signals na nagdadala ng impormasyon. Ito ay nagbibigay-daan sa mga klinikal na aplikasyon tulad ng pagsukat ng kapal ng diaphragm. 

Ginagamit ng device ang mga signal na ito upang makamit ang mataas na spatial resolution, na mahalaga sa pag‑isolate ng partikular na galaw ng kalamnan. Ang isang customized deep‑learning algorithm, sa kabilang banda, ay tumulong sa mga mananaliksik na mag‑extract ng karagdagang insight mula sa mga signal na ito.

Ang AI algorithm ay nagma‑map ng mga signal sa kanilang katumbas na muscle distribution, kaya’t pinapayagan ang tumpak na detection ng partikular na galaw mula sa nakolektang signal.

Ang device na pinapagana ng baterya ay maaaring idikit sa balat gamit ang isang layer ng adhesive para sa tumpak na pang‑matagalang wireless monitoring ng mga kalamnan.

“Ang teknolohiyang ito ay maaaring isuot ng mga indibidwal sa kanilang pang‑araw‑araw na gawain para sa patuloy, pang‑matagalang monitoring.”

– Co‑author Xiangjun Chen, isang Ph.D. candidate sa Materials Science and Engineering program sa UC San Diego

Upang ipakita kung ano ang kayang gawin nito, ginamit ng koponan ang device upang matukoy ang diaphragm activity, na nagpapahintulot sa pagkilala ng iba’t ibang breathing modes. Natuklasan nila na ang kanilang wearable single‑transducer echomyography system ay talagang nakaka‑track at nakaka‑detect ng iba’t ibang pattern ng paghinga sa pamamagitan ng pag‑track ng diaphragm activity na may sub‑millimeter resolution.

Sa panahon ng testing ng device, ito ay isinusuot sa ibabaw ng rib cage upang subaybayan ang kapal at galaw ng diaphragm, na tumutulong sa pagtatasa ng respiratory health.

Ang kapal ay ginagamit upang suriin ang diaphragm dysfunction at hulaan ang mga kinalabasan sa mga pasyenteng nasa ventilation. Sa pamamagitan ng pagsusuri ng galaw ng kalamnan, maaaring matukoy ang iba’t ibang breathing patterns, na makatutulong sa pag‑diagnose ng mga kondisyon na may kaugnayan sa irregular na paghinga, tulad ng pneumonia, hika, at chronic obstructive pulmonary disease (COPD).  

Sa isang maliit na pangkat na trial, matagumpay na naiba ng device ang mga breathing pattern ng malusog na indibidwal at ng mga may COPD, ipinapakita ang potensyal ng device sa pangangalagang respiratory.

“Sa pamamagitan ng pag‑track ng diaphragm activity, ang teknolohiya ay maaaring suportahan ang mga pasyenteng may respiratory conditions at yaong umaasa sa mechanical ventilation.”

– Ang co‑author ng pag-aaral na si Joseph Wang, propesor sa Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering

Ang device ay pagkatapos ginamit sa forearm upang matukoy ang galaw ng kalamnan sa kamay at pulso. Natuklasan na matagumpay nitong nakikilala ang mga hand gesture mula sa single‑channel radiofrequency ultrasound signals na nadidetect mula sa mga kalamnan ng forearm. 

Ang customized deep learning algorithm ay nagbigay-daan sa koponan na mas tumpak na matukoy ang iba’t ibang hand gesture gamit lamang ang ultrasound signals. Isang kabuuang 13 na joint ng kamay ang nai‑report na nakikilala na may mean error na 7.9° lamang.

Ang detection ng galaw na ito ay sumasaklaw sa sampung finger joints at tatlong wrist rotation angles, na nagpapakita na ang system ay maaaring makuha kahit ang bahagyang galaw ng daliri at pulso na may mataas na sensitivity. Ang partikular na pagsubok na ito ay nagpapakita ng potensyal ng paggamit ng device bilang human‑machine interface upang maglaro ng virtual game o kontrolin ang robotic arm. 

Ayon kay co‑author ng pag-aaral na si Wentong Yue, isang Ph.D. candidate sa parehong departamento ng UC San Diego:

“Ang mga demonstrasyon na ito ay nagbubunyag ng potensyal ng teknolohiya para sa prosthetics, gaming, at iba pang aplikasyon ng human‑machine interface.”

Ngayon, sa mga susunod na hakbang, layunin ng mga mananaliksik na higit pang pagbutihin ang energy efficiency, portability, accuracy, at computational capabilities ng teknolohiya.

Ang Pagsikat ng Wearable Ultrasounds na Nagbubukas ng Hinaharap ng Medisina

Ang wearable ultrasound ay isang medikal na breakthrough na maaaring mag‑rebolusyon sa pangangalagang pangkalusugan. Gayunpaman, ang pag‑unlad na ito ay nagaganap na nang ilang panahon. Sa paglipas ng mga taon, hinarap ng mga siyentipiko ang iba’t ibang hamon at nag‑develop ng iba’t ibang wearable ultrasound para sa mas mahusay na remote monitoring ng kritikal na physiological functions ng pasyente.

Pinagmulan: Wiley Online Library

Mas maaga ngayong taon, ang mga mananaliksik nakadiskubre ng isang liquid metal upang malampasan ang problema ng acoustic impedance sa mga ultrasound system na umaasa sa mga transducer. Karaniwan, ang problemang ito ay nilulutas gamit ang mga matching layer, ngunit karamihan sa mga materyales na ginagamit para dito ay masyadong matigas para sa mga wearable device.

Upang mag‑design ng mas conforming ngunit functional na matching layer, ginamit ng mga mananaliksik ang iba’t ibang laki at dami ng gallium‑based droplets sa malambot na silicone. Sa pamamagitan ng pagsaturate ng silicone ng halos 70% ng mga droplets, ang density ng matching layer ay nag‑improve ng acoustic impedance nito ng higit sa 400%. Kapag na‑strain, katulad ng kung ano ang maaaring maranasan ng matching layer bilang bahagi ng isang wearable device, bumaba lamang ang impedance ng 13%.

Pagkatapos, isinama ng koponan ang stretchable matching layer sa isang wearable ultrasound prototype, na matagumpay na nag‑register ng simulated movement, pinapakita ang potensyal nito bilang diagnostic device.

Ilang taon na ang nakalipas, isang NIH‑funded na research team na pinamunuan ni Dr. Xuanhe Zhao sa MIT ay nag‑develop din ng isang wearable ultrasound patch, na kasing laki ng makapal na postage stamp, na dumikit sa balat sa parehong tuyo at basa na kapaligiran. 

Sa pagsubok, natuklasan na ang patch ay komportableng isinusuot ng hindi bababa sa 48 oras at kayang magbigay ng patuloy na imaging ng kalamnan, daluyan ng dugo, puso, diaphragm, baga, o tiyan. Gayunpaman, kailangang i‑hook ang patch sa mga computer system para sa intensive data processing. Subalit, tulad ng nakita natin, ang pinakabagong pag‑unlad ay nakatuon sa pag‑alis ng mga limitasyong ito habang pinapabuti ang bisa ng system.

“Inaasahan naming magkakaroon ng ilang patches na ididikit sa iba’t ibang lokasyon sa katawan, at ang mga patches ay makikipag‑communicate sa iyong cellphone, kung saan ang AI algorithms ay mag‑analyze ng mga imahe on demand.”

– Sabi ni Zhao noong iyon

Ito ay nagsisimulang maging realidad, kasama ang Scottish health tech company na Novosound na nag‑secure ng isang patent para sa kanilang wearable ultrasound noong nakaraang taon. Ang device, na patuloy na nagmo‑monitor ng daloy ng dugo at presyon ng pasyente, ay ikinakabit sa katawan upang mag‑produce ng mga imahe sa mobile devices.

“Pinapayagan kami nitong i‑integrate at i‑license ang teknolohiya sa mga smartwatch partner, na mas malalim na tumitingin sa loob ng katawan at pinapahusay ang mga sukat na ibinibigay ng kanilang optical at electrical sensors, binubuksan ang holy grail ng 24/7 blood pressure monitoring sa pulso.”

– CEO at co‑founder ng Novosound na si Dr. Dave Hughes

Ang patent ay hindi lamang nagbibigay sa kumpanya ng eksklusibong karapatan na ibenta ang teknolohiya at magsagawa ng pilot projects sa malalaking institusyon, kundi pati na rin ng mga R&D contract para sa consumer digital health applications. Nakipag‑partner na ang Novosound sa Texas Medical Center upang mag‑develop ng mga use case para sa kanilang ultrasound wearables.

Mga Kumpanyang May Kinalaman sa Wearable sa Pangangalagang Pangkalusugan

Ang wearable tech ay isang lumalaking sektor na nakakuha ng interes ng mga higanteng teknolohiya tulad ng Apple (AAPL ), na nag‑explore ng mga health‑related application sa pamamagitan ng kanilang consumer‑grade wearable na Apple Watch.

Kami ay magfo‑focus, gayunpaman, sa mga kumpanyang aktibong kasali sa medikal na larangan, kaya narito ang dalawang kilalang pangalan na maaaring makinabang mula sa mga inobasyon tulad ng wearable ultrasound.

1. Medtronic

Isang global na lider sa medical devices, ang Medtronic Public Limited Company, ay nagbibigay ng malawak na solusyon sa teknolohiyang pang‑kalusugan at nag‑explore ng mga wearables para sa diagnostics at health monitoring, kabilang ang remote solutions.

Noong 2022, ang Medtronic nakipag‑partner sa BioIntelliSense para sa kanilang BioButton wearable na sumusukat ng hanggang 1,440 vital sign measurements kada araw, kabilang ang heart rate habang nagpapahinga, skin temperature, at respiratory rate habang nagpapahinga. Sa taong ito, ang kumpanya ay nakatuon sa AI, hinihiling sa bawat departamento na mag‑presenta ng mga ideya kung paano gamitin ang teknolohiya upang mapataas ang produktibidad.

Sa market cap na $115.56 bilyon, ang Medtronic shares ay kasalukuyang nagte‑trade sa $90.11, tumaas ng 9.38% ngayong taon. Kasama nito, ang kumpanya ay may EPS (TTM) na 2.97 at P/E (TTM) na 30.31 habang nagbabayad ng dividend yield na 3.11%.

Para sa unang quarter ng fiscal year 2025, na nagtatapos noong Hulyo 26, 2024, ang Medtronic nag‑ulat ng revenue na $7.9 bilyon, tumaas ng 2.8%. “Ang aming mga underlying market ay malusog, pinapalakas namin ang operating rigor, at ang bagong product innovation ay nagpapalago ng diversified growth sa mga key health tech market,” sabi ni CEO Geoff Martha.

Sa quarter na ito, tumaas ng 5.5% ang revenue ng Cardiovascular Portfolio sa $3 bilyon, tumaas ng 4.4% ang revenue ng Neuroscience Portfolio sa $2.3 bilyon, at tumaas ng 11.8% ang diabetes segment sa $647 milyon, habang bumaba ng 0.4% ang revenue ng Medical Surgical Portfolio sa $1.996 bilyon.

2. GE HealthCare Technologies

Ito ay isang medical technology company na nag‑aalok ng mga innovative ultrasound solution bukod pa sa imaging, Pharmaceutical Diagnostics (PDx), at Patient Care Solutions (PCS). Dahil nakatuon ito sa ultrasound solutions, maaaring i‑integrate ng GE HealthCare ang mga wearable advancements para sa diagnostic imaging.

Sa taong ito, ang kumpanya ay nakikipagtulungan sa Biofourmis upang palawakin ang abot ng patient monitoring tech sa kanilang mga tahanan. Ang Biofourmis ay isang virtual specialty care platform na pinagsasama ang AI algorithms upang mag‑alok ng mga tool na tumutulong sa remote monitoring ng acute at post‑acute patients.

Ilang taon na ang nakalipas, ang GE HealthCare ay nag‑roll out ng wireless, portable sensors para sa mga pasyente na isuot habang nasa ospital, na nagpapahintulot sa mga clinician na subaybayan ang kanilang vital signs nang hindi kailangang magsagawa ng regular na check‑ins.

Sa market cap na $39.64 bilyon, ang GE HealthCare shares ay kasalukuyang nagte‑trade sa $86.78.11, tumaas ng 12.23% ngayong taon. Kasama nito, ang kumpanya ay may EPS (TTM) na 3.65 at P/E (TTM) na 23.77 habang nagbabayad ng dividend yield na 0.14%.

Para sa Q3 ng 2024, ang GE HealthCare nag‑ulat ng revenue na $4.9 bilyon, tumaas ng 1% taon‑taon, habang binanggit na ang positibong paglago ng revenue sa US ay nabalanse ng patuloy na kahinaan ng merkado sa China. Ang net income nito ay $470 milyon, at ang cash flow mula sa operating activities ay $742 milyon, habang $651 milyon ang free cash flow.

“Ang patuloy na lean initiatives sa buong organisasyon ay nagdadala ng mas mahusay na halaga sa mga pasyente at customer at nagresulta sa matibay na margin expansion.”

– CEO Peter Arduini

Konklusyon 

Sa pangangalagang pangkalusugan, ang ultrasound ay may mahalagang papel, na nagpapahintulot sa mga clinician na makita ang loob ng ating katawan upang mag‑diagnose ng sakit at subaybayan ang kalusugan. Dahil dito, interesado ang mga mananaliksik na isama ang noninvasive technique na ito sa mga wearable device.

Tulad ng nakita natin sa pinakabagong pananaliksik, ang versatile na wearable ultrasound patch ay maaaring mag‑hatid ng high‑resolution imaging ng internal tissues habang nasa pag‑galaw para sa iba’t ibang klinikal at diagnostic na aplikasyon, na nagbubukas ng bagong panahon ng personalized healthcare. 

Sa pangkalahatan, ang mga wearables ay ang hinaharap ng pangangalagang pangkalusugan, bagaman ang mga alalahanin tungkol sa katumpakan at pagiging maaasahan ng mga sensor at buhay ng baterya ay kailangang harapin, at mas mabuting access sa mga analytics tool ay dapat ibigay upang mapakinabangan ang buong benepisyo ng teknolohiya!

I‑click dito para sa listahan ng mga nangungunang wearable health tracking companies.