Soluções de Sensores para a Internet das Coisas Médicas

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Projetando Soluções de IoMT com Sensores

Uma entrevista com Bala Kashi, Engenheiro de Aplicação de Sensores Médicos na TE Connectivity.

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Conteúdo publicado originalmente na Medical Product Outsourcing.

Quais fatores devem ser levados em consideração ao se projetar componentes eletrônicos personalizados para dispositivos médicos?

Ao se projetar componentes eletrônicos personalizados para dispositivos médicos, há muitos fatores que precisam ser levados em consideração. Além da compreensão da aplicação, validações, parâmetros, seleção de materiais, normas a serem cumpridas, limpeza e metas de custos, é necessário reconhecer outros fatores. Como componentes médicos podem ser expostos a várias condições e meios adversos, algumas dessas considerações incluem robustez, tamanho, precisão e escalabilidade dos sensores. Por exemplo, quando os sensores são usados em aplicações de implantes a biocompatibilidade é um fator essencial, pois eles estarão em contato prolongado com partes do corpo. Além disso, o sensor precisará funcionar a longo prazo com probabilidade de falha quase zero.

Os sensores viabilizam a coleta de dados em várias aplicações médicas para transformar o monitoramento e o tratamento dos pacientes. Saiba como a TE Connectivity está aplicando tecnologias de sensores no cenário da IoMT para um futuro mais saudável.

Sensores para Aplicações de IoMT

Fale sobre alguns dos desafios no design e fabricação de componentes eletrônicos personalizados para dispositivos médicos.

O design e a fabricação de componentes eletrônicos médicos, incluindo sensores, envolve muitos desafios. Alguns exemplos dos desafios enfrentados durante esse processo são a seleção de materiais, testes de validação, sistemas de qualidade, dimensionamento e testes paramétricos personalizados. A esterilização é uma alta prioridade no setor médico. Portanto, um desafio adicional é o atendimento dos requisitos de fabricação dos componentes, ou seja, o espaço em que eles são desenvolvidos precisa seguir diretrizes específicas para garantir um certo nível de limpeza exigido pelo setor.

Quais são as exigências e expectativas dos clientes em relação a componentes eletrônicos personalizados?

O setor médico requer opções de componentes eletrônicos para muitas aplicações diferentes. No entanto, existem algumas demandas dos clientes que permanecem uniformes, pois alguns componentes de detecção medem várias aplicações que se relacionam com a vida humana. Por exemplo, a precisão e a funcionalidade de componentes eletrônicos médicos em dispositivos de suporte de vida são fundamentais para essa aplicação. Além disso, os componentes dos sensores médicos precisam ser confiáveis e atender a todos os padrões do setor.

Como a IoT (Internet das Coisas) está influenciando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

Há um impulso para o desenvolvimento de componentes de detecção adequados às aplicações de IoT, que usam sensores para coletar os dados necessários para o sucesso de sua implantação. Os dados coletados pelos sensores podem ajudar os profissionais de saúde a entender situações críticas de forma mais rápida e precisa, além de permitir que o paciente receba mais informações sobre seu estado de saúde. Por exemplo, em uma aplicação de cuidados domiciliares, o sensor pode ter um transmissor sem fio para enviar dados remotamente para a nuvem. Em seguida, esses dados podem ser baixados por médicos ou pacientes para análise. Além disso, é necessário que os dispositivos do sensor sejam precisos e confiáveis para evitar o falso acionamento de eventos. De medição da pressão arterial a monitoramento de equipamentos de diálise, sensores invasivos e não invasivos fornecem dados localizados à nuvem para melhor atender aos pacientes e ao setor médico.

A Internet das Coisas está mudando tudo – em todos os lugares. No entanto, o caminho e o escopo dessas mudanças parecem muito instável — particularmente para engenheiros de design que têm de entender e abraçar completamente as mudanças e como melhor aproveitá-las em novos projetos.

Por isso, a TE Connectivity (TE) elaborou uma pesquisa para engenheiros sobre uma variedade de tópicos relacionados ao design de IoT. Recebemos respostas de 180 engenheiros… principalmente engenheiros seniores com interesse declarado em IoT de consumo, industrial e automotivo. Nossa pesquisa explorou aplicações de IoT e métodos de design e, em seguida, identificou desafios comuns que existem nesse espaço.

Então, onde estamos agora, e é só hype?

Achamos que nossa pesquisa avalia as oportunidades e separa o hype da realidade. Eis o que aprendemos.

Primeiro, o 5G continuará a expandir a proliferação da IoT.

Dispositivos em rede 5G podem ser quase qualquer coisa. Com a capacidade de se conectar a milhares de dispositivos ao mesmo tempo a velocidades excepcionalmente rápidas e baixa latência ponta a ponta, os engenheiros antecipam que o 5G terá um impacto significativo nas aplicações IoT. Quase 60% dos entrevistados acreditam que o advento do 5G significará obter dados mais rapidamente e que, por sua vez, resultará em novas aplicações de todos os tipos para IoT.

Em segundo lugar, os engenheiros veem várias áreas devem moldar drasticamente a IoT.

Eis o que aprendemos.

29% disseram que a capacidade de capturar diferentes tipos de dados é fundamental.
26% disseram que coletar mais dados mais rapidamente dos aplicativos é significativo.
25% citaram menor consumo atual em dispositivos IoT que permitiria que as redes reduzissem o consumo de energia em geral e, portanto, também diminuíssem a tensão na transmissão de dados.
19% mencionaram a importância de componentes menores e miniaturizados.

Em terceiro lugar, os engenheiros acham que os requisitos de IoT não estão sendo totalmente cumpridos em várias áreas, e classificaram estas áreas como mais importantes:

Resistência ao hardware: 57%
Precisão de medição associada à estabilidade de medição: 52%
Inteligência de sensores: 46%
Velocidade de processamento: 31%
Análise em nuvem: 16%

Essas duas últimas áreas – velocidade de processamento e nuvem – foram consideradas menos vitais.

Em quarto lugar, descobrimos que a miniaturização é universalmente vista como chave para o desenvolvimento de IoT.

85% dos participantes da pesquisa concordaram esmagadoramente, e 47% acharam isso muito verdadeiro.
Outros 38% acharam que era algo significativo para a proliferação contínua da IoT.
Ao mesmo tempo, 15% acreditam que a miniaturização dos sensores já foi tão longe quanto é necessário.

Em quinto lugar, falamos sobre como a IoT deve evoluir para o que os especialistas preveem ser uma rede difundida que conecta praticamente todos os aspectos de nossas vidas.

Os participantes da pesquisa veem três grandes desafios comuns ao projetar para IoT.

Os dois primeiros desafios são encontrar o hardware e a conectividade certos. Quase metade dos entrevistados — cerca de 49% mencionaram esses dois desafios. Não achamos que isso seja surpreendente, dado que hoje existem várias opções com fio e sem fio para conectar dispositivos IoT. Todos esses padrões e tecnologias de conectividade servem a propósitos valiosos, mas assumir todos esses padrões, desde Wi-Fi até Bluetooth e Ethernet, é um empreendimento significativo.

O terceiro desafio foi a segurança — 44% mencionaram isso. Outros mencionaram o desenvolvimento do software certo em 43% e problemas de computação em nuvem, em último com 14%.

Em sexto lugar, quando perguntamos quantos engenheiros realmente iniciaram seu projeto de solução de IoT — descobrimos que a maioria parece começar no mesmo ponto.

A grande maioria dos engenheiros está começando com escolhas de hardware — 78% — enquanto apenas 22% começaram especificando software.

Na TE Connectivity, achamos que todos esses achados são extremamente relevantes hoje. Acreditamos que estamos no meio do que chamamos de quarta revolução industrial – a convergência das coisas físicas com a Internet das Coisas. É por isso que consideramos esses dados e nossa análise tão importantes.

Com base nos dados, é claro que a IoT está aqui para ficar, está crescendo e impactará os engenheiros de design a evoluir. A TE Connectivity tem vasta experiência com engenheiros em todo o mundo. Esperamos que o crescimento das coisas conectadas nos próximos cinco a dez anos seja muito significativo — e planejamos desempenhar um papel fundamental com nossos produtos. Vamos trabalhar juntos na oportunidade de IoT.

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Como o big data está influenciando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

O big data está influenciando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados de forma positiva. O feedback coletado pelo big data pode influenciar a funcionalidade e os parâmetros monitorados. Por exemplo, como os dados do paciente são armazenados remotamente, é possível analisar esse big data para entender a previsibilidade antes da ocorrência de um evento. A análise de big data pode verificar a eficácia do tratamento de acordo com idade, gênero, etnia, localização e hábitos do paciente. Com essas informações, os tratamentos podem ser mais personalizados para pacientes específicos. No futuro, também haverá uma ênfase crescente na detecção inteligente, usando recursos de sensores em placa para analisar os dados detectados e transmitir apenas aqueles que são vitais, em vez de todo o big data.

Como a IA (inteligência artificial) está influenciando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

Da mesma forma que o impacto positivo do big data, a inteligência artificial (IA) permite prever eventos do paciente. Com base nos padrões dos pacientes, a IA permite não só prever um evento, mas realizar as ações necessárias. Por exemplo, a IA poderá notificar os paramédicos ou médicos se o dispositivo tiver uma falha ou se o paciente apresentar certos sintomas. Além disso, a IA pode interagir com outros dispositivos conectados ao paciente.

A tendência para a miniaturização de dispositivos médicos está gerando a necessidade de componentes eletrônicos personalizados flexíveis?

Os dispositivos vestíveis e portáteis precisam de componentes menores, mais leves e de menos consumo de energia que permitam maior funcionalidade de detecção. Dispositivos como estes exigem mais recursos para seu desenvolvimento e têm fabricação mais cara. Portanto, durante a fase de projeto, é preciso considerar várias outras aplicações potenciais e tentar abordá-las também.

Soluções de Sensores para a Tecnologia Vestível

Sensores para Aplicações Vestíveis
A expectativa de conectividade a qualquer hora e em qualquer lugar impulsiona a necessidade de produtos vestíveis. E, à medida que as plataformas de sensores da TE tornam as tecnologias vestíveis possíveis, os usuários se tornam mais seguros, produtivos e saudáveis. Saiba mais sobre as soluções de sensores para a tecnologia vestível.

De que outra forma a miniaturização está afetando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

O impulso por componentes miniaturizados trouxe impactos para o processo geral de desenvolvimento. O tempo e o custo associados ao desenvolvimento aumentaram devido à maior quantidade de recursos e à necessidade de testes adicionais para confirmar o funcionamento eficiente dos produtos. Além disso, é preciso integrar todas as funcionalidades existentes a um pacote menor. Por exemplo, a redução nas dimensões dos dispositivos de sensores requer um grande esforço de engenharia. Essa redução também será dispendiosa, pois poderá ser necessário criar novos designs usando materiais caros e componentes precisos. E, com dispositivos tão pequenos, haverá ainda a necessidade de técnicas de fabricação de alta precisão. Para garantir que o desempenho não será afetado, os novos dispositivos poderão ter seu submetidos a extensos testes de validação e certificações de terceiros, entre outros.

De que forma as mudanças no ambiente regulatório estão afetando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

As práticas regulatórias adicionarão uma camada de segurança para o produto e a aplicação. A evolução do ambiente regulatório tem afetado o desenvolvimento e a fabricação de componentes eletrônicos. Esse impacto provavelmente levará ao aumento do custo unitário dos produtos devido à necessidade de realizar testes novos e incrementais para atender aos novos padrões. Além disso, algumas peças personalizadas podem precisar de modificação ou redesenho.

Como a demanda por design de baixa potência está afetando o desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados?

Os avanços no âmbito das aplicações de IoT estão aumentando a necessidade de design de baixa potência. O impacto inclui digitalizar os componentes de detecção e projetá-los de forma a permitir que coletem dados sob demanda em vez de em medições contínuas. Além disso, há uma tendência maior a incluir o processamento de sinais no receptor e não no dispositivo de medição.

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Sua empresa está sendo afetada pelas iniciativas de sustentabilidade de clientes operando com tecnologia médica na Europa ou nos EUA?

Com a mudança de foco para a consideração das regulamentações ambientais e adoção de abordagens sustentáveis, a TE Connectivity tomou medidas para fornecer produtos mais ecológicos. Por exemplo, a TE substituiu alguns materiais que não atendiam às normas ambientais. A TE também está trabalhando para identificar materiais alternativos que podem ser integrados a produtos existentes e novos.

Que outras tendências você observa no desenvolvimento de componentes eletrônicos personalizados para dispositivos médicos?

Muitos dos avanços serão incrementais. Continuarão ocorrendo avanços em miniaturização, desempenho, inteligência artificial e preço para a detecção digital e sem fio. Com as inovações no âmbito da Internet das Coisas Médicas (IoMT), também haverá uma ênfase crescente no uso de dispositivos portáteis e vestíveis para o monitoramento de pacientes a fim de utilizar melhor os recursos operacionais remotos.