शरीरातील नेटवर्किंगमुळे वेअरेबल्स आणि इम्प्लांट्स एकत्र काम करू शकतील

शरीर एक संवाद माध्यम म्हणून

वैद्यकीय तंत्रज्ञानाने दोन दशकांत दोन वेगळ्या कुटुंबांमध्ये विभागले गेले आहे. वेअरेबल्स — पॅचेस, रिंग्ज, वॉचेस आणि रिमोट-मॉनिटरिंग बँड्स — त्वचेवर किंवा त्वचेच्या अगदी खाली बसतात, जिथे ते चार्ज करणे सोपे, बदलणे सोपे आणि फोनशी जोडणे सोपे असते. इम्प्लांटेबल्स — न्यूरोस्टिम्युलेटर्स, कार्डियाक रिदम डिव्हाइसेस, ड्रग-डिलिव्हरी पंप्स आणि डीप-टिश्यू बायोसेन्सर्स — जिथे प्रत्यक्षात क्लिनिकल क्रिया घडते तिथे कार्यरत असतात, परंतु तिथे पोहोचणे कठीण, बदलणे महाग आणि लहान बॅटऱ्या व कडक थर्मल मर्यादांमुळे मर्यादित असतात. Science (खंड 393, अंक 6818, पृष्ठे 1322–1328) मध्ये प्रकाशित झालेला एक पेपर या दोन जगांमधील दरी संबोधित करतो, आणि एक इन-बॉडी नेटवर्किंग सिस्टम सादर करतो ज्याचा उद्देश वेअरेबल आणि इम्प्लांटेबल थेरप्यूटिक्सना बाह्य हबद्वारे नाही तर थेट एकमेकांशी संवाद साधण्यास अनुमती देणे हा आहे.

हे अंतर पहिल्या दृष्टीक्षेपात वाटते त्यापेक्षा अधिक महत्त्वाचे आहे. सध्या बहुतेक प्रणाली प्रत्येक सिग्नल बाहेर पाठवतात: एक इम्प्लांट प्रोग्रामरला कळवते, एक वेअरेबल फोनला कळवते, आणि दोन डेटा प्रवाह कुठेतरी क्लाउडमध्ये जुळवले जातात. या आर्किटेक्चरमुळे विलंब वाढतो, रुग्णाला रिले डिव्हाइस सोबत ठेवण्यावर अवलंबून राहावे लागते, आणि कनेक्टिव्हिटी तुटल्यास स्पष्ट अयशस्वीता उद्भवते.

थेट डिव्हाइस-टू-डिव्हाइस दुवे का महत्त्वाचे आहेत

दोन प्रकारची उपकरणे, एक क्लिनिकल ध्येय

वेअरेबल्स सतत, कमी त्रासदायक सेन्सिंगमध्ये उत्कृष्ट आहेत: हृदय गती, ग्लुकोज, हालचाल, तापमान, त्वचा वाहकता. इम्प्लांटेबल्स हस्तक्षेपात उत्कृष्ट आहेत: पेसिंग, उत्तेजन, इन्फ्यूजन. क्लिनिकलदृष्ट्या, सेन्सिंग आणि हस्तक्षेप एका लूपमध्ये जोडले गेल्यावर सर्वात मनोरंजक उपचार उदयास येतात — एक उपकरण जे शारीरिक बदल लक्षात घेते आणि क्लिनिशियन किंवा नेटवर्क राउंड ट्रिपची वाट न पाहता काही सेकंदांत त्यावर प्रतिक्रिया देते. तो लूप बंद करण्यासाठी सेन्सिंग घटक आणि क्रिया करणारा घटक यांनी एकमेकांशी वाटाघाटी करणे आवश्यक आहे, आणि अनेक प्रस्तावित रचनांमध्ये ते दोन घटक त्वचेच्या अडथळ्याच्या विरुद्ध बाजूंना असतात.

घरगुती वापर आवश्यकता बदलतो

रुग्णालयातील प्रोग्रामर मोठा, मेन्स-पॉवर्ड आणि प्रशिक्षित कर्मचाऱ्यांद्वारे चालवला जाऊ शकतो. दैनंदिन जीवनासाठी असलेली प्रणाली तशी असू शकत नाही. ती अडचण न आणणारी, हालचाल आणि आसनासाठी मजबूत, आणि लक्ष न देता चालू ठेवण्यास सुरक्षित असणे आवश्यक आहे. यामुळे डिझाइनची समस्या कच्च्या बँडविड्थकडून विश्वासार्हता, ऊर्जा कार्यक्षमता आणि प्रतिकूल परिस्थितीत अंदाजे वर्तनाकडे वळते.

भौतिकशास्त्राची समस्या: ऊतींमधून संकेत

मानवी ऊती रेडिओसाठी प्रतिकूल माध्यम आहे. ती मुख्यतः पाणी आहे, ती खारट आहे, आणि तिची विद्युत वाहकता वारंवारतेसह वाढते, त्यामुळे सिग्नल्स अशा प्रकारे क्षीण आणि विखुरले जातात ज्यांचा फ्री-स्पेस लिंक बजेटमध्ये अंदाज नसतो. मानवी शरीर हलते, आकार बदलते आणि व्यक्तींमध्ये प्रचंड बदलते — शरीर रचना, इम्प्लांटची खोली आणि आसन या सर्वांचा दुवा कसा वागतो यावर परिणाम होतो.

म्हणून अभियंत्यांनी एकावर स्थिर न राहता विविध भौतिक वाहकांचा शोध घेतला आहे. वैद्यकीय वापरासाठी ट्यून केलेल्या रेडिओ योजना डेटा दराच्या बदल्यात प्रवेश मिळवतात. अल्ट्रासाऊंड खोल पोहोच आणि घट्ट अवकाशीय मर्यादा देते परंतु काळजीपूर्वक ध्वनिक कपलिंगची मागणी करते. गॅल्व्हॅनिक आणि इतर वाहक दृष्टिकोन ऊतींचाच चॅनेल म्हणून वापर करतात, जे कमी अंतरावर कार्यक्षम असू शकते परंतु विद्युतप्रवाह मर्यादा आणि इलेक्ट्रोड वर्तनाबद्दल प्रश्न उपस्थित करते. प्रत्येक पर्यायामध्ये श्रेणी, बँडविड्थ, ऊर्जा खर्च आणि नियामक पूर्वसंदर्भ यांचे वेगळे मिश्रण असते, आणि वेअरेबल्स आणि इम्प्लांट्सना व्यापणाऱ्या नेटवर्किंग सिस्टमला त्यांचा समेट करावा लागतो किंवा जाणीवपूर्वक त्यामधून निवड करावी लागते.

ऊर्जा, उष्णता आणि सर्वात कडक मर्यादा

इम्प्लांटेड डिव्हाइस डिझाइनला ऊर्जा बजेटपेक्षा जास्त काही आकार देत नाही. इम्प्लांट करता येणाऱ्या बॅटऱ्या लहान असतात, आणि त्या बदलणे म्हणजे सहसा आणखी एक प्रक्रिया. संवादावर खर्च होणारा प्रत्येक मिलीवॅट हा थेरपीसाठी उपलब्ध नसलेला मिलीवॅट असतो, आणि प्रत्येक वाया जाणारी उष्णता अशा ऊतींमध्ये विसर्जित करावी लागते जी फारशी उबदारपणा सहन करू शकत नाही.

ही मर्यादा इन-बॉडी नेटवर्क्सना असममितीकडे ढकलते. एक इम्प्लांटेड नोड क्वचित आणि थोडक्यात प्रसारण करू शकतो, फक्त गरज असेल तेव्हाच जागृत होऊन, तर बाह्य वेअरेबल — ज्याची बॅटरी खूप मोठी आहे आणि ज्याचा पृष्ठभाग हवेत उष्णता सोडू शकतो — जड संवाद भार उचलतो. गती, थर्मल ग्रेडियंट्स किंवा बाह्य क्षेत्रांमधून ऊर्जा संकलन पूरक ठरू शकते परंतु प्राथमिक सेलची जागा क्वचितच घेऊ शकते. वास्तविक क्लिनिकल वापरासाठी असलेल्या नेटवर्किंग सिस्टमला म्हणून ऊर्जेला प्रथम श्रेणीचा डिझाइन चल मानावे लागते, उपरोधिक विचार नाही.

सुरक्षा, गोपनीयता आणि नियामक दरी

एकदा वेअरेबल आणि इम्प्लांट एकमेकांशी बोलू लागले की, सुरक्षा परिमिती रुग्णाच्या आत जाते. त्या दुव्यात आदेश इंजेक्ट करू शकणारा प्रतिस्पर्धी यापुढे केवळ डेटा वाचत नाही; तो थेरपीवर प्रभाव टाकू शकतो. उपकरणांमधील प्रमाणीकरण, आदेशांसाठी अखंडता संरक्षण आणि दुवा तुटल्यास सौम्य अधोगती हे सर्व पर्यायी वैशिष्ट्यांऐवजी सुरक्षा आवश्यकता बनतात.

गोपनीयता समान तर्कानुसार चालते. इम्प्लांटेड सेन्सरकडून सतत मिळणारा शारीरिक डेटा ही व्यक्ती निर्माण करू शकणारी सर्वात संवेदनशील माहिती आहे, आणि ती उपकरणांमध्ये हलवणारे नेटवर्क असे नवीन बिंदू निर्माण करते जिथे ती अडवली किंवा टिकवली जाऊ शकते. वेगवेगळ्या अधिकारक्षेत्रांतील नियामक इम्प्लांटेबल आणि वेअरेबल उपकरणांना आच्छादित पण समान नसलेल्या चौकटींत हाताळतात, आणि दोन्ही श्रेणी व्यापणारी प्रणाली त्या सीमेवर विसंगत बसते. ज्या दुव्यावर कोणत्याही उपकरणाचा निर्माता पूर्ण नियंत्रण ठेवत नाही त्याची वैधता कोण करेल याबद्दल प्रश्न अपेक्षित आहेत.

मानके, आंतरकार्यक्षमता आणि पुढील मार्ग

हा पेपर अशा जर्नलमध्ये प्रकाशित झाला आहे जे पूर्ण उत्पादनांऐवजी पायाभूत कार्य प्रकाशित करते, आणि प्रात्यक्षिक इन-बॉडी नेटवर्किंग संकल्पना आणि रुग्णालय मागवू शकेल असे उपकरण यामधील दरी वर्षांमध्ये मोजली जाते. वाटेत अनेक गोष्टी घडणे आवश्यक आहे:

• आंतरकार्यक्षमता: वेगवेगळ्या निर्मात्यांची उपकरणे विशेष पेअरिंग प्रक्रियांशिवाय एकमेकांना शोधू आणि विश्वास ठेवू शकली पाहिजेत.
• वैधता: दुवा कामगिरी केवळ बेंचटॉप फँटम्समध्येच नाही तर रुग्णांच्या आकार, इम्प्लांट खोली आणि दैनंदिन क्रियाकलापांमध्ये टिकून राहिली पाहिजे.
• नियामक स्पष्टता: केवळ अंतबिंदूंसाठीच नाही तर नेटवर्कसाठीचा सुरक्षा केस कोणीतरी मालकीचा घेतला पाहिजे.
• क्लिनिकल पुरावा: थेरप्यूटिक लूप बंद केल्याने विद्यमान काळजीपेक्षा मोजता येण्याजोगा रुग्ण लाभ दर्शविला पाहिजे.

प्रवासाची दिशा स्पष्ट आहे. वैद्यकशास्त्र अधिक सेन्सर्स आणि अधिक अ‍ॅक्च्युएटर्स जमा करत आहे, आणि मूल्य वाढत्या प्रमाणात कोणत्याही एका उपकरणात नाही तर ते एकत्र कार्य करतात की नाही यात आहे. आपण परिधान करतो ते आपण इम्प्लांट करतो त्याशी जोडणारे इन-बॉडी नेटवर्क हा त्या समन्वयाचा एक मार्ग आहे — आणि हे स्मरण करून देते की पुढील पिढीचे वैद्यकीय तंत्रज्ञान त्याच्या घटकांपेक्षा त्यांच्यातील जोडणीने अधिक परिभाषित होऊ शकते.

हा लेख Science (AAAS) च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.