Smartwatch apoiado pela NASA oferece monitoramento de nível médico para astronautas e pacientes

Desenvolvido com financiamento de um consórcio apoiado pela NASA, o EmbracePlus combina capacidades e precisão de nível médico com a aparência, a sensação e o conforto de um produto de consumo. (Imagem:Empatica Inc.)
A vida dos astronautas na Estação Espacial Internacional tem sido, na sua maior parte, menos desgastante do que era na época dos vaivéns espaciais, quando as missões incluíam frequentemente muitos objectivos e marcos comprimidos num curto período de tempo. No entanto, esse não será o caso dos primeiros astronautas a viajarem para a superfície da Lua durante o programa Artemis, disse Alexandra Whitmire, cientista da NASA cujo trabalho diz respeito ao bem-estar e ao desempenho dos astronautas.

“As missões Artemis serão muito ambiciosas, com as tripulações tendo que realizar muitas tarefas, às vezes em horários de trabalho prolongados ou em turnos noturnos”, disse ela. “Seus horários provavelmente perturbarão os padrões de sono, semelhante ao que vivenciamos nos dias do ônibus espacial.”



Como Gerente Científico do elemento Fatores Humanos e Desempenho Comportamental do Programa de Pesquisa Humana da NASA, Whitmire está procurando as melhores maneiras de monitorar e apoiar o sono dos astronautas para ajudar a garantir sua segurança e desempenho. E o dela é apenas um dos cinco elementos do Programa de Pesquisa Humana do Johnson Space Center da NASA em Houston. Outros têm preocupações como o exercício e as necessidades médicas dos astronautas e a proteção da sua saúde contra os perigos do ambiente espacial, como a radiação.

A maior parte dos esforços do programa poderia beneficiar de um dispositivo portátil capaz de medir e fornecer feedback sobre a fisiologia dos astronautas de diversas maneiras. É por isso que, em 2020, Whitmire foi presenteada com o trabalho mais recente da empresa de tecnologia médica vestível Empatica Inc., de Cambridge, MA.

Com a ajuda da NASA e atenta às necessidades da agência, a empresa desenvolveu um smartwatch que reunia cinco sensores num design pequeno, confortável e atraente, que agora está disponível comercialmente como EmbracePlus.

O desenvolvimento do protótipo do dispositivo foi financiado em parte por uma doação do Translational Research Institute for Space Health (TRISH), um consórcio de investigação que procura formas de reduzir os riscos para os astronautas em missões longas. TRISH é financiado pela Johnson and Baylor College of Medicine.

A Empatica já havia comercializado um smartwatch de nível científico conhecido como E4, principalmente para uso em pesquisas acadêmicas e estudos clínicos, bem como um smartwatch para detecção de crises epilépticas para alertar os cuidadores, chamado Embrace2, que foi projetado para ser atraente e confortável para uso diário.

Para o EmbracePlus, a empresa queria combinar a aparência agradável do Embrace2 com as capacidades do E4. Estes incluíam um acelerômetro para detectar movimento, um sensor de temperatura, um sensor infravermelho que monitora a atividade cardíaca e respiratória e outro que detecta atividade elétrica na pele, que se correlaciona com a atividade do sistema nervoso. O EmbracePlus também adiciona um giroscópio para detecção de movimento mais refinada.

“O EmbracePlus combina o belo design do Embrace2 com os recursos de coleta de dados do E4, tornando-o um dispositivo médico com aparência de consumidor, que pode ser facilmente usado na vida cotidiana”, disse Simone Tognetti, diretora de tecnologia da Empatica.

O desenvolvimento realizado com a ajuda do financiamento TRISH incluiu a avaliação de diferentes sensores para detecção de frequência cardíaca e fluxo de oxigênio, execução de testes em recursos críticos, integração de todos os componentes e elementos de design, determinação do formato mais confortável e escolha de um display, entre outros trabalhos.

“O financiamento permitiu-nos implementar importantes funcionalidades de engenharia, como a colocação dos sensores de atividade eletrodérmica numa cinta confortável e removível”, disse Tognetti, referindo-se aos sensores de atividade elétrica na pele. “Este foi o resultado de muita pesquisa e desenvolvimento na fabricação, conexão elétrica e implicações na qualidade do sinal de várias construções.”

A necessidade do Programa de Pesquisa Humana de um dispositivo para ser usado por astronautas no espaço e até mesmo em estudos no solo também moldou os relógios. Whitmire observou que um design pequeno, leve e confortável é essencial para o programa espacial. “Você realmente precisa de um dispositivo que não seja invasivo, que não seja pesado e que não cause estresse por si só”, disse ela.

Tognetti disse que a NASA também exige que a tecnologia seja eficiente em termos energéticos, fácil de usar e robusta o suficiente para funcionar no ambiente espacial hostil. “Temos modos de hardware personalizáveis ​​para otimizar a coleta de dados com duração da bateria, uma memória integrada que pode armazenar até 55 dias de dados em caso de baixa conectividade e um display de baixo consumo de energia que também ajuda na solução de problemas”, disse ele.

Enquanto isso, o dispositivo coleta dados de forma automática e contínua e os transmite via Bluetooth para seu aplicativo complementar, que os envia para a nuvem. “Tudo o que o usuário precisa fazer é garantir que o dispositivo esteja carregado e conectado”, disse ele, observando que o aplicativo também lembrará os usuários até mesmo dessas etapas.

O EmbracePlus entrou em produção em massa em 2021. Já foi aprovado pela Food and Drug Administration dos EUA como um componente-chave da Plataforma de Monitoramento de Saúde Empatica. Tognetti o descreveu como uma plataforma onde algoritmos de aprendizado de máquina podem analisar fluxos de dados simultâneos de diferentes tipos de sensores para detectar e monitorar vários aspectos da saúde. Os dados do sensor EmbracePlus podem ser combinados de novas maneiras para identificar diferentes condições. Por exemplo, durante a pandemia de COVID-19, a empresa desenvolveu um algoritmo para detectar uma infecção respiratória antes do aparecimento dos sintomas.

“O wearable já está a ser utilizado em ensaios clínicos em grande escala e em investigação académica”, disse Tognetti, observando que os clientes incluem algumas das maiores empresas farmacêuticas e grandes projetos de investigação em todo o mundo. Entre estas últimas estão duas iniciativas financiadas pela União Europeia – o projecto Sleep Revolution, que procura utilizar a aprendizagem automática para diagnosticar e tratar a apneia do sono, e o projecto TIMESPAN, que analisa a intersecção entre a perturbação do défice de atenção e hiperactividade e condições como a diabetes e as doenças cardiovasculares, na esperança de optimizar e personalizar os tratamentos.

Para pesquisas e ensaios clínicos, disse ele, “ser capaz de obter medições padrão-ouro nas casas ou nos escritórios dos participantes sem depender 100% de auto-relatos ou de visitas semanais ao local que fornecem apenas métricas instantâneas significa mais dados de alta qualidade e uma carga de participantes muito menor”.

No futuro, disse Tognetti, a empresa também deseja que a Plataforma de Monitoramento de Saúde Empatica, incluindo o EmbracePlus, seja “a ferramenta ideal” para monitorar a saúde dos pacientes fora das clínicas.

De volta ao Johnson Space Center, Whitmire disse que o EmbracePlus é um dos dispositivos em consideração para medir sinais vitais e atividade sono-vigília em voos espaciais e pesquisas terrestres. É o acelerômetro do dispositivo, que pode ser usado para identificar os ciclos de sono-vigília, que mais interessa ao seu grupo, mas ela observou que alguns dos outros sensores podem ser de interesse para outros elementos do Programa de Pesquisa em Seres Humanos.

O dispositivo de pulso que os astronautas usam para coletar dados está saindo de produção, e ela disse que o EmbracePlus poderia resolver algumas das limitações do dispositivo anterior, incluindo conforto e conectividade, especialmente considerando que o outro dispositivo não transmite dados em tempo real.

Para monitorar o sono, Whitmire disse acreditar que um dispositivo como o EmbracePlus também poderia encontrar aplicações fora da área médica. Ela observou que os transportes rodoviários, ferroviários e outras indústrias têm sistemas de gestão de fadiga que dependem em grande parte de auto-relatos. “Existem pesquisas estabelecidas que mostram que subestimamos os efeitos da privação de sono no nosso desempenho”, disse ela. “Vejo esses tipos de dispositivos e, sim, eles são importantes para a pesquisa, mas em um ambiente aplicado, sua capacidade de fornecer feedback objetivo tem o potencial de melhorar a segurança em muitos setores e de promover o cuidado de pessoas que trabalham em horários prolongados ou em turnos noturnos.”

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