Smartwatch respaldado por NASA ofrece monitoreo médico para astronautas y pacientes

Desarrollado con financiación de un consorcio respaldado por la NASA, el EmbracePlus combina capacidades y precisión de grado médico con la apariencia, sensación y comodidad de un producto de consumo. (Imagen: Empatica Inc.)

Desafíos de misiones Artemis y monitoreo de astronautas

La vida para astronautas en la Estación Espacial Internacional ha sido, en su mayor parte, menos exigente que en los días del transbordador espacial, cuando las misiones a menudo incluían muchas metas e hitos comprimidos en un corto período. Eso no será el caso, sin embargo, para los primeros astronautas que viajen a la superficie de la Luna durante el programa Artemis, dijo Alexandra Whitmire, una científica de la NASA cuyo trabajo concierne el bienestar y rendimiento de los astronautas.

"Las misiones Artemis serán muy ambiciosas, con tripulaciones teniendo que realizar muchas tareas, a veces en horarios extendidos o turnos nocturnos", dijo. "Sus horarios probablemente serán disruptivos para patrones de sueño, similar a lo que experimentamos en los días del transbordador."

Programa de Investigación Humana de la NASA

Como Gerente de Ciencia para el elemento de Factores Humanos y Rendimiento Conductual del Programa de Investigación Humana de la NASA en el Johnson Space Center en Houston, Whitmire busca las mejores formas de monitorear y apoyar el sueño de los astronautas para ayudar a asegurar su seguridad y rendimiento. El suyo es solo uno de cinco elementos en el Programa de Investigación Humana. Otros tienen preocupaciones como el ejercicio y necesidades médicas de los astronautas y proteger su salud contra peligros del entorno espacial, como la radiación.

La mayoría de los esfuerzos del programa podrían beneficiarse de un dispositivo wearable capaz de medir y proporcionar retroalimentación sobre la fisiología de los astronautas de diversas maneras. Por eso, en 2020, Whitmire se encontró presentada con el último trabajo de la empresa de tecnología wearable médica Empatica Inc. de Cambridge, MA.

Desarrollo del EmbracePlus

Con ayuda de la NASA y con miras a las necesidades de la agencia, la empresa había desarrollado un smartwatch que empaquetaba cinco sensores en un diseño pequeño, cómodo y atractivo, que ahora está disponible comercialmente como EmbracePlus.

El desarrollo del prototipo del dispositivo fue financiado en parte por una subvención del Instituto de Investigación Traslacional para la Salud Espacial (TRISH), un consorcio de investigación que busca formas de reducir riesgos para astronautas en misiones largas. TRISH es financiado por Johnson y Baylor College of Medicine.

Empatica había comercializado previamente un smartwatch de grado científico conocido como E4, principalmente para uso en investigación académica y estudios clínicos, así como un smartwatch para detectar convulsiones epilépticas y alertar cuidadores, llamado Embrace2, diseñado para ser atractivo y cómodo para uso diario.

Para el EmbracePlus, la empresa quiso combinar la apariencia y sensación agradable del Embrace2 con las capacidades del E4. Estos incluían un acelerómetro para detectar movimiento, un sensor de temperatura, un sensor infrarrojo que monitorea actividad cardíaca y respiratoria, y otro que detecta actividad eléctrica en la piel, que correlaciona con actividad del sistema nervioso. El EmbracePlus también añade un giroscopio para detección de movimiento más refinada.

"EmbracePlus combina el hermoso diseño del Embrace2 con las capacidades de recolección de datos del E4, así que es un dispositivo médico con apariencia y sensación de consumo, que puede usarse fácilmente en la vida diaria", dijo Simone Tognetti, Director de Tecnología en Empatica.

Financiamiento TRISH y requisitos de la NASA

El desarrollo llevado a cabo con la ayuda de financiamiento TRISH incluyó evaluar diferentes sensores para detectar frecuencia cardíaca y flujo de oxígeno, realizar pruebas en características críticas, integrar todos los componentes y elementos de diseño, determinar el factor de forma más cómodo, y elegir una pantalla, entre otros trabajos.

"El financiamiento nos permitió implementar características de ingeniería importantes, como colocar los sensores de actividad electrodérmica en una correa cómoda y removible", dijo Tognetti, refiriéndose a los sensores para actividad eléctrica en la piel. "Esto fue el resultado de mucha I+D en la fabricación, conexión eléctrica, e implicaciones de calidad de señal de varias construcciones."

La necesidad del Programa de Investigación Humana de un dispositivo para ser usado por astronautas en el espacio e incluso en estudios en tierra también moldeó los relojes. Whitmire notó que un diseño pequeño, ligero y cómodo es esencial para el programa espacial. "Realmente necesitas un dispositivo que no sea intrusivo, que no sea una carga, para que no cause un estresor en sí mismo", dijo.

Tognetti dijo que la NASA también requería que la tecnología fuera eficiente energéticamente, fácil de usar, y lo suficientemente robusta para funcionar en el entorno espacial hostil. "Tenemos modos de hardware personalizables para optimizar recolección de datos con vida de batería, memoria integrada que puede almacenar hasta 55 días de datos en caso de baja conectividad, y una pantalla de bajo consumo que también ayuda con solución de problemas", dijo.

Mientras tanto, el dispositivo automática y continuamente recopila datos y los transmite vía Bluetooth a su aplicación complementaria, que los empuja a la nube. "Todo lo que el usuario necesita hacer es asegurarse de que el dispositivo esté cargado y conectado", dijo, notando que la aplicación también recordará a los usuarios incluso estos pasos.

Aprobación FDA y aplicaciones clínicas

EmbracePlus entró en producción en masa en 2021. Ya ha sido autorizado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. como componente clave de la Plataforma de Monitoreo de Salud Empatica. Tognetti lo describió como una plataforma donde algoritmos de aprendizaje automático pueden analizar flujos de datos simultáneos de diferentes tipos de sensores para detectar y monitorear varios aspectos de la salud. Los datos del sensor EmbracePlus pueden combinarse de nuevas formas para identificar diferentes condiciones. Por ejemplo, durante la pandemia de COVID-19, la empresa desarrolló un algoritmo para detectar una infección respiratoria antes de que se presentaran síntomas.

"El wearable ya se está usando en ensayos clínicos a gran escala y en investigación académica", dijo Tognetti, notando que los clientes incluyen algunas de las mayores empresas farmacéuticas y grandes proyectos de investigación alrededor del mundo. Entre estos últimos están dos iniciativas financiadas por la Unión Europea — el proyecto Sleep Revolution, que busca usar aprendizaje automático para diagnosticar y tratar apnea del sueño, y el proyecto TIMESPAN, que mira la intersección del trastorno por déficit de atención e hiperactividad y condiciones como diabetes y enfermedad cardiovascular, con la esperanza de optimizar y personalizar tratamientos.

Para investigación y ensayos clínicos, dijo, "poder obtener mediciones de estándar oro de los hogares u oficinas de los participantes sin depender 100 por ciento en auto-reportes, o en visitas semanales al sitio que proporcionan solo métricas instantáneas, significa datos de mayor calidad y una carga de participante mucho menor."

En el futuro, Tognetti dijo, la empresa también quiere que la Plataforma de Monitoreo de Salud Empatica, incluyendo el EmbracePlus, sea "la herramienta de referencia" para monitorear la salud de pacientes fuera de clínicas.

Aplicaciones en la Tierra y seguridad laboral

De vuelta en el Johnson Space Center, Whitmire dijo que el EmbracePlus es uno de los dispositivos bajo consideración para medir signos vitales y actividad sueño-vigilia en vuelos espaciales e investigación en tierra. Es el acelerómetro del dispositivo, que puede usarse para identificar ciclos sueño-vigilia, lo que más interesa a su grupo, pero notó que algunos de los otros sensores podrían ser de interés para otros elementos del Programa de Investigación Humana.

El dispositivo de muñeca que los astronautas han estado usando para recopilar datos está saliendo de producción, y ella dijo que el EmbracePlus podría abordar algunas de las limitaciones del dispositivo previo, incluyendo comodidad y conectividad, especialmente dado que el otro dispositivo no transmite datos en tiempo real.

Para monitoreo de sueño, Whitmire dijo que piensa que un dispositivo como el EmbracePlus también podría encontrar aplicaciones fuera del campo médico. Notó que transporte por camión, ferrocarril y otras industrias tienen sistemas de gestión de fatiga que dependen largely en auto-reportes. "Hay investigación establecida que muestra que subestimamos los efectos de la privación de sueño en nuestro rendimiento", dijo. "Veo este tipo de dispositivos y, sí, son importantes para investigación, pero en un entorno aplicado, su capacidad para proporcionar retroalimentación objetiva tiene el potencial de mejorar la seguridad en muchas industrias y promover el cuidado de personas que trabajan horas extendidas o turnos nocturnos."

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