Monitoreo de COVID-19 desde el hospital hasta el hogar: el primer dispositivo portátil rastrea continuamente los síntomas clave
Crédito: Universidad de Northwestern
Cuanto más aprendemos sobre el nuevo coronavirus (COVID-19), más incógnitas parecen surgir. Estos misterios siempre emergentes resaltan la necesidad desesperada de más datos para ayudar a los investigadores y médicos a comprender y tratar mejor la enfermedad extremadamente contagiosa y mortal.
Investigadores de la Universidad Northwestern y Shirley Ryan AbilityLab en Chicago han desarrollado un dispositivo portátil novedoso y están creando un conjunto de algoritmos de datos específicamente diseñados para detectar signos y síntomas tempranos asociados con COVID-19 y monitorear a los pacientes a medida que la enfermedad progresa.
Puede usarse las 24 horas del día, los 7 días de la semana, el dispositivo produce flujos continuos de datos y utiliza inteligencia artificial para descubrir información sutil, pero que puede salvar vidas. Al llenar un vacío de datos vitales, mide e interpreta continuamente la tos y la actividad respiratoria de maneras que son imposibles con los sistemas de monitoreo tradicionales.
Desarrollado en un laboratorio de ingeniería en Northwestern y utilizando algoritmos personalizados creados por los científicos de Shirley Ryan AbilityLab , los dispositivos están siendo utilizados actualmente en Shirley Ryan AbilityLab por pacientes con COVID-19 y los trabajadores de la salud que los tratan. Alrededor de 25 personas afectadas comenzaron a usar los dispositivos hace dos semanas. Están siendo monitoreados tanto en la clínica como en el hogar, totalizando más de 1,500 horas acumuladas y generando más de un terabyte de datos.
Sobre el tamaño de un sello postal, el suave, flexible, inalámbrico, delgado El dispositivo se encuentra justo debajo de la muesca supraesternal, la depresión visible en la base de la garganta. Desde esta ubicación, el dispositivo monitorea la intensidad y los patrones de la tos, los movimientos de la pared torácica (que indican respiración dificultosa o irregular), los sonidos respiratorios, la frecuencia cardíaca y la temperatura corporal, incluida la fiebre. Desde allí, transmite datos de forma inalámbrica a una nube protegida por HIPAA, donde los algoritmos automatizados producen resúmenes gráficos adaptados para facilitar el monitoreo remoto rápido.
«Los estudios más recientes publicados en el Journal of the American Medical Association sugieren que los primeros signos de una infección por COVID-19 son fiebre, tos y dificultad para respirar. Nuestro dispositivo se encuentra en el lugar perfecto del cuerpo: la muesca supraesternal para medir la frecuencia respiratoria, los sonidos y la actividad porque ahí es donde se produce el flujo de aire cerca de la superficie de la piel. «, dijo John A. Rogers de Northwestern, quien dirigió el desarrollo de la tecnología. «Desarrollamos dispositivos personalizados, algoritmos de datos, interfaces de usuario y sistemas de datos basados en la nube en respuesta directa a las necesidades específicas que nos presentaron los trabajadores de atención médica de primera línea. Estamos totalmente comprometidos a contribuir con nuestra experiencia en ingeniería bioelectrónica para ayudar a abordar la pandemia, utilizando «tecnologías que podemos implementar ahora, para uso inmediato en pacientes reales y otras personas afectadas. Las capacidades de medición son exclusivas de esta plataforma de dispositivo y no se pueden lograr usando relojes tradicionales o dispositivos portátiles estilo anillo que se montan en la muñeca o el dedo».
«Anticipamos que los algoritmos avanzados que estamos desarrollando extraerán signos y síntomas similares a los de la COVID a partir de la información y los síntomas de los datos sin procesar, incluso antes de que las personas puedan percibirlos», dijo Arun Jayaraman, científico investigador de Shirley Ryan. AbilityLab, que lidera el desarrollo del algoritmo. «Estos sensores tienen el potencial de desbloquear información que protegerá a los trabajadores médicos de primera línea y a los pacientes informando las intervenciones de manera oportuna para reducir el riesgo de transmisión y aumentar la probabilidad de mejores resultados».
Monitoreo continuo de hospital a home
Las formas misteriosas en que el COVID-19 afecta el cuerpo parecen volverse cada vez más extrañas. Los síntomas de muchos pacientes desaparecen por completo antes de que repentina e inesperadamente comiencen a deteriorarse, a veces en cuestión de horas. Otros pacientes se recuperaron y dieron «negativo» pero luego dieron «positivo» nuevamente.
Las incógnitas subrayan la necesidad de un monitoreo continuo del paciente para garantizar que los médicos puedan intervenir ante la más mínima señal de problema. El dispositivo de los equipos de Northwestern y Shirley Ryan AbilityLab proporciona monitoreo las 24 horas para los pacientes con COVID-19 y las personas expuestas a ellos.
«Tener la capacidad de monitorearnos a nosotros mismos y a nuestros pacientes y recibir alertas sobre las condiciones cambiantes en tiempo real brindará a los médicos una herramienta nueva e importante en la lucha contra el COVID-19», dijo el Dr. Mark Huang, médico de Shirley Ryan AbilityLab, quien usó el sensor. «El sensor también ofrecerá tranquilidad a los médicos y pacientes, ya que monitorea los síntomas similares a los de la COVID, lo que podría provocar una intervención y un tratamiento más tempranos».
El dispositivo puede monitorear pacientes hospitalizados y luego ser llevado a casa para continuar con la supervisión las 24 horas del día, los 7 días de la semana. La transmisión de datos en tiempo real de los pacientes brinda información sobre su salud y los resultados que actualmente no capturan ni analizan los sistemas de monitoreo tradicionales.
«Nadie ha recopilado este tipo de datos antes», dijo Rogers. «La detección temprana siempre es mejor y nuestros dispositivos brindan capacidades importantes y únicas en ese contexto. Para los pacientes que han contraído la enfermedad, el valor es aún más claro, ya que los datos representan información cuantitativa sobre el comportamiento respiratorio, como un mecanismo para rastrear la progresión. y/o los efectos de los tratamientos».
«Esto abre nuevas estrategias de telemedicina ya que no tendremos que traer pacientes para monitorearlos», dijo Jayaraman. «Los médicos pueden potencialmente revisar los datos de los pacientes durante horas, días o semanas, inmediatamente a través de una interfaz gráfica de usuario personalizada a un sistema de gestión de datos en la nube que se está configurando para este propósito, para ver una imagen general de cómo está el paciente. »
Aunque el dispositivo portátil actualmente no puede medir los niveles de oxigenación de la sangre, que es un componente importante de la salud pulmonar, el equipo planea incorporar esta capacidad en su próxima ronda de dispositivos. El laboratorio de Rogers ya incorporó con éxito esta capacidad en su trabajo anterior para producir dispositivos de monitoreo de grado clínico para unidades de cuidados intensivos. Rogers cree que pueden aplicar fácilmente esa investigación a los dispositivos adaptados a la COVID.
Sistema de advertencia para las personas con mayor riesgo
El dispositivo no solo puede monitorear el progreso de los pacientes con COVID-19 , también podría proporcionar señales de alerta temprana a los trabajadores de primera línea que corren mayor riesgo de contraer esta enfermedad notablemente infecciosa. El dispositivo ofrece la posibilidad de identificar síntomas y detectar tendencias antes de que los trabajadores las noten, lo que brinda la oportunidad de tomar las medidas de precaución adecuadas y buscar pruebas adicionales lo más rápido posible.
«Personas con síntomas evidentes , los síntomas graves son ir al hospital, hacerse la prueba o pedir que se autoaísle», dijo Jayaraman. «Para aquellos que tienen síntomas que perciben como alergias leves o estacionales, no existe un sistema de advertencia. Podrían estar en contacto con otras personas y, sin saberlo, propagar la infección».
Evaluación de la eficacia de nuevas terapias
Mientras los investigadores se apresuran a encontrar una cura para el COVID-19, los médicos han estado probando tratamientos exploratorios, a veces no probados, para ayudar a sus pacientes. Esta es otra área en la que el dispositivo de Rogers y Jayaraman puede desempeñar un papel.
«Los primeros informes de ciertos tratamientos propuestos sugieren que pueden eliminar los síntomas de la tos más rápidamente que un placebo», dijo Rogers. «Nadie, sin embargo, está cuantificando ciertos síntomas clave, como la duración de la tos, la frecuencia, la amplitud, los sonidos, etc. Nuestro dispositivo permite medir con precisión este aspecto esencial, aunque actualmente no cuantificado, de la enfermedad».
En el futuro, este paquete de sensores podría ayudar a los investigadores y médicos a cuantificar qué terapias funcionan mejor.
«En el nivel más simple, nuestros sistemas permiten evaluaciones basadas en datos, de manera cuantitativa, sin depender del juicio humano. de si un paciente está tosiendo más o menos», dijo Rogers.
Dispositivo concebido inicialmente para pacientes con accidente cerebrovascular
El nuevo dispositivo se basa en una investigación reciente de una colaboración entre los laboratorios de Rogers y Jayaraman , publicado por primera vez en la portada de la edición de febrero de 2020 de Nature Biomedical Engineering, con un enfoque en el seguimiento de los trastornos de la deglución y del habla en pacientes que se recuperan de un accidente cerebrovascular. Estos sensores funcionan midiendo con precisión las firmas vibratorias de la garganta y el pecho. Al medir las vibraciones en lugar de la acústica, el equipo evita el ruido de fondo y evita los problemas de privacidad.
En respuesta a las solicitudes y consultas de la comunidad médica, Rogers y Jayaraman se dieron cuenta de que podían usar esta tecnología para medir la firmas vibratorias de síntomas similares a los de la COVID, incluidos los movimientos de la pared torácica y la tos.
El equipo de Jayaraman está desarrollando un procesamiento de señales personalizado y algoritmos de aprendizaje automático para entrenar al dispositivo para que reconozca la tos en los datos.
«A medida que el algoritmo se vuelve más inteligente, nuestra esperanza es que comience a discriminar entre las toses similares a las de la COVID y las que se deben a algo más benigno», dijo Jayaraman. «El enfoque más básico, ya implementado en pacientes con COVID-19 y trabajadores de la salud, simplemente cuenta la tos y su intensidad».
Paquetes de análisis más avanzados estarán disponibles en las próximas semanas.
Omitir las cadenas de suministro que ya están bajo presión
Gracias a una generosa donación de los fideicomisarios de Northwestern University, Kimberly K. Querrey y Louis A. Simpson, Rogers y su equipo pueden responder rápidamente a las solicitudes de dispositivos. Aprovechando un conjunto de herramientas de fabricación disponibles en el
nuevo Edificio de Investigación Biomédica Simpson Querrey en Chicago, el equipo ya está produciendo docenas de dispositivos por semana. Rogers estima que su equipo podría producir hasta cientos de dispositivos por semana en casa, evitando en gran medida la necesidad de proveedores externos y cadenas de suministro complejas.
«El desarrollo interno rápido de nuevas tecnologías nunca ha sido tan crucial», dijo Querrey. «Este trabajo demuestra el poder de STEM y por qué es tan importante para la Universidad y más allá tener investigadores de clase mundial como John. Estoy muy orgulloso de John y su equipo, mientras trabajan de forma remota, por pensar fuera de la caja y usar sus colaboraciones. para ayudar a proteger a nuestros trabajadores de la salud. Estamos entusiasmados de poder desarrollar estos dispositivos dentro de la Universidad y ponerlos en manos de quienes más los necesitan. La capacidad de medir firmas vibratorias realmente podría ayudar con la detección temprana de COVID-19».
«Este apoyo filantrópico crucial nos ha permitido desarrollar e implementar los dispositivos y una infraestructura de software asociada casi de inmediato, en cuestión de días, después de que comenzamos a recibir solicitudes de la comunidad médica sin esperar a proveedores externos, la mayoría de los cuales son en su mayoría cerraron con las órdenes de quedarse en casa», dijo Rogers. «De esta manera, evitamos las cadenas de suministro ya estresadas. Simplemente lo hacemos nosotros mismos».
Cómodo y fácil de usar
A mediados de marzo, Kelly McKenzie se sintió confusa y desarrolló un dolor de cabeza de bajo grado. Habiendo regresado recientemente de un viaje relacionado con el trabajo en el extranjero, supuso que era el desfase horario. Pero a medida que sus síntomas progresaron hasta incluir tos y congestión, comenzó a preocuparse. Aunque sus síntomas no eran lo suficientemente graves como para buscar la prueba de COVID-19, sabía que debía aislarse.
«Entre mis viajes internacionales y los síntomas, mi director y yo decidimos que era mejor que me quedara del trabajo, así que no traía nada contagioso al hospital», dijo McKenzie, fisioterapeuta investigadora en Shirley Ryan AbilityLab.
McKenzie se unió al estudio piloto para probar el dispositivo y entrenar a los algoritmo con sus síntomas. Después de usar el sensor las 24 horas del día durante una semana, quedó sorprendida por la comodidad del material de silicona suave y la facilidad de uso. Los usuarios simplemente cargan el dispositivo, se lo ponen e inmediatamente comienza a transmitir datos en tiempo real a un teléfono inteligente o tableta.
«Cuando se lo pone por primera vez, puede sentirlo simplemente porque es nuevo y diferente ”, dijo McKenzie. «Pero después de usarlo por un tiempo, ni siquiera lo notas».
Debido a que está completamente protegido sin cables, electrodos, puertos de carga ni baterías extraíbles, el dispositivo se puede usar mientras haces ejercicio. o en la ducha. Resulta que esto también es importante para la esterilización y la reutilización.
«Esto es absolutamente fundamental para su uso en el contexto de esta enfermedad extremadamente contagiosa», dijo Rogers. «Debido a que está completamente sellado en un material de silicona suave biocompatible, puede sumergirse completamente en alcohol y luego exponerse a un sistema a base de gas para una esterilización rigurosa. Si hubiera regiones expuestas, tapones o puertos u otras interfaces físicas, el dispositivo no sería relevante para esta aplicación».
¿Qué sigue?
En las próximas semanas, los equipos de Northwestern y Shirley Ryan AbilityLab continuarán recopilando datos de pacientes para fortalecer sus algoritmos a través de implementaciones tanto en la clínica y en casa. También están respondiendo a otras solicitudes de acceso a la tecnología en todo el complejo médico de Chicago. Las implementaciones adicionales están comenzando ahora.
Rogers y Jayaraman también están examinando datos de pacientes que se están recuperando de COVID-19, tratando de determinar cuándo ya no son contagiosos. Algunos de los pacientes que usan el dispositivo han sido dados de alta del hospital de cuidados intensivos y se están rehabilitando en Shirley Ryan AbilityLab. En el futuro, este dispositivo podría ayudar a determinar si los pacientes post-COVID todavía tienen síntomas menores, tal vez imperceptibles.
Rogers espera que el dispositivo no solo les diga a los médicos cómo tratar mejor el COVID-19, sino que también informe a los investigadores sobre la naturaleza del virus en sí.
«La creciente cantidad de información y comprensión sobre COVID-19 como una enfermedad será de vital importancia para contener y tratar el brote actual, así como los que puedan ocurrir en el futuro ,» él dijo. «Esperamos, y creemos, que estos dispositivos puedan ayudar en estos esfuerzos al identificar y cuantificar las características y características esenciales de la tos y la actividad respiratoria asociadas con esta enfermedad».
Para acelerar el despliegue de este dispositivo, el equipo lanzó recientemente una empresa centrada en la ingeniería esbelta, Sonica Health, basada en la propiedad intelectual desarrollada conjuntamente por Northwestern y Shirley Ryan AbilityLab y con licencia a través de la Oficina de Innovación y Nuevas Empresas de Northwestern. La exploración del uso del dispositivo para la respuesta al COVID-19 cuenta con el apoyo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (BARDA), parte de la Oficina del Subsecretario de Preparación y Respuesta del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU.
BARDA invierte en innovación, investigación y desarrollo avanzados, adquisición y fabricación de contramedidas médicas, vacunas, medicamentos, terapias, herramientas de diagnóstico y productos no farmacéuticos necesarios para combatir las amenazas a la seguridad de la salud. Hasta la fecha, 54 productos respaldados por BARDA han logrado la aprobación, licencia o autorización regulatoria. DRIVe (División de Investigación, Innovación y Emprendimiento) dentro de BARDA, cataliza el desarrollo de productos y enfoques innovadores, como la tecnología Sonica Health, con el objetivo de resolver los principales desafíos de seguridad de la salud.
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La electrónica extensible es un ‘cambio de juego’ para el tratamiento de recuperación de accidentes cerebrovasculares Información de la revista: Journal of the American Medical Association , Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por la Universidad Northwestern Cita: Monitoreo de COVID-19 desde el hospital hasta el hogar: el primer dispositivo portátil rastrea continuamente los síntomas clave (5 de mayo de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-05-covid- hospital-home-wearable-device.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.