Onze draagbare toekomst, deel 1: Hoe zal nieuwe technologie eruit zien?

Door Jerilyn Covert

Dit is het eerste deel van een tweedelige serie over de toekomst van draagbare technologie. Deel twee behandelt de ongelooflijke vooruitgang in kracht en elektronica waardoor toekomstige wearables zullen werken en is hier te vinden.

23 augustus 2022 - Michael Snyder draagt elke dag acht sensoren op zijn lichaam, waaronder twee smartwatches om elke pols.

Overkill? Nee. Hij is een geneticus die onderzoekt hoe de gezondheid van mensen kan worden gevolgd met behulp van wearables - de relatief nieuwe term voor apparaten die we op of dicht bij onze huid dragen om alles te meten, van hartslag tot het aantal trappen dat we per dag lopen.

In feite zou het vreemd voor hem zijn om niet hard te gaan met de elektronische accessoires. Hij is directeur van het Stanford Center for Genomics and Personalized Medicine en een van de eersten die liet zien hoe een smartwatch infectieziekten kan opsporen. Puntje bij paaltje: Snyder gebruikte ooit een smartwatch om zijn eigen ziekte van Lyme op te sporen voordat hij symptomen had.

Dat is slechts een glimp van wat wearables binnenkort voor ons allemaal kunnen betekenen.

We hebben natuurlijk al een voorproefje van deze toekomst. We leven in een tijdperk waarin een horloge je calorieverbruik telt, een broek je downward dog yogahouding fixeert en een bril meldingen voor je ogen weergeeft.

Maar de wearables van morgen zullen niet alleen je training of je mobiele telefoon verbeteren - ze zullen je waarschuwen voor naderende ziekten, chronische aandoeningen beheren en artsen helpen behandelingen af te stemmen op de unieke behoeften van elke patiënt.

En het mooiste is dat ze dit allemaal buiten de kliniek doen - zodat u die tijd kunt besteden aan werken, uitgaan of uw eigen leven leiden.

Welkom in onze draagbare toekomst.

De technologie van vandaag uit het stenen tijdperk wijst op de medische wonderen van morgen.

Science fiction belooft ons al tientallen jaren coole nieuwe dingen op onze huid - maar hoe zullen onze wearables er eigenlijk uitzien en wat zullen ze kunnen? De toekomst komt steeds dichterbij dankzij de vooruitgang in materialen, sensoren en energiebronnen die gericht zijn op de volgende generatie wearables die twee belangrijke doelstellingen hebben: Minder opdringerig en betrouwbaarder zijn.

Deze moedige nieuwe wearable-wereld omvat verschillende stadia van ontwikkeling en je kunt sommige gadgets nu al kopen.

Smartwatches meten hartslag en slaappatronen - opkomende apps kunnen deze gegevens gebruiken om een COVID-19-infectie eerder op te sporen. Een nauwsluitend shirt kan continu in real time je vitale functies meten. En een huidpleister op de achterkant van je arm kan 24 uur per dag je glucosewaarden meten, zonder vingerprikken - je kunt in real time zien hoe je dieet je bloedsuiker beïnvloedt, waardoor je een persoonlijke routekaart krijgt voor hoe je moet eten.

Anderen gaan nog verder en streven ernaar om wearables vriendelijker te maken voor ons dagelijks leven, door ze kleiner, flexibeler, rekbaarder en zelfs wasbaar te maken.

Toekomstige wearables zouden "onzichtbaar" kunnen zijn, opgaan in je kleding of zich aanpassen aan je lichaam, zegt Veena Misra, PhD, directeur van het door de federale overheid gefinancierde ASSIST Center, dat onderzoekers van de North Carolina State University en partnerinstellingen samenbrengt om de volgende generatie gezondheidswearables te ontwikkelen.

Stel je een normaal uitziend overhemd voor met onzichtbare sensoren in de stof gebreid, of een apparaatje dat zo klein is dat het onder je vingernagel - of zelfs in je - kan worden verborgen (dit is niet de pacemaker van je grootmoeder).

"Wanneer wearables heel dun en huidachtig kunnen zijn, zullen ze nuttiger en impactvoller zijn," zegt Misra.

Dat gezegd hebbende, succes is niet gegarandeerd. Het ontwikkelen van deze technologie is, om de technische term te gebruiken, echt moeilijk. Zelfs als de wetenschap het haalt, blijven er veel hindernissen op de weg naar klinisch en commercieel gebruik. Hoewel de opwinding rond wearables groot is, weten we allemaal dat de hype rond een nieuwe technologie niet altijd de omvang van de markt voorspelt. (Vraag het maar aan iedereen die nog steeds Google Glass draagt, als je er al een kunt vinden.) En het wereldwijde marktonderzoeksbureau IDC meldde een dip in de markt voor wearables in het eerste kwartaal van 2022.

Ondanks de uitdagingen blijven onderzoekers zich inzetten om ervoor te zorgen dat welke apparaten ook de sleutel zijn tot onze toekomstige gezondheidszorg, we ze goed zullen dragen.

Waarom wearables?

"Big data" is positief gigantisch in gezondheid en geneeskunde. Terwijl machinaal leren, kunstmatige intelligentie (AI) en gegevensanalyse zich ontwikkelen om de kracht van al deze gegevens te benutten, zijn wearables de ideale middelen om ze te verzamelen.

Deze ontwikkelingen zijn "symbiotisch", zegt Michael Daniele, PhD, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek aan de North Carolina State University. "Als we de wearable goed doen, levert hij kwaliteitsgegevens die vervolgens in de machine learning-AI-big data pijplijn kunnen worden gestopt." Evenzo zijn die gegevens waardeloos zonder die instrumenten om ze om te zetten in informatie, zegt hij.

In tegenstelling tot conventionele methoden - die je waarschijnlijk alleen gebruikt bij doktersbezoeken misschien een of twee keer per jaar - kunnen wearables overal en altijd worden aangetrokken, waarbij gegevens continu worden bijgehouden en gezondheidstrends worden onthuld. Dat kan artsen helpen "de gaten op te vullen" bij het stellen van een diagnose of prognose, zegt Daniele. "Het geeft artsen een andere pijl in de koker."

Het geeft ook u, de gemiddelde mens, de mogelijkheid om in real time inzicht te krijgen in uw lichaam. Continue monitoring biedt een basislijn - en uw basislijn is uniek voor u - die problemen aan het licht brengt en u waarschuwt voor ongewenste gebeurtenissen.

Vandaar dat Snyder zijn ziekte van Lyme signaleerde voordat hij iets voelde.

"Je rijdt geen auto rond zonder dashboard," zegt hij. "Ik zou stellen dat het net zo gek is om zonder gezondheidsmonitor rond te rijden."

Uit onderzoek blijkt dat smartwatches met EKG atriale fibrillatie (AFib) met verrassende nauwkeurigheid kunnen diagnosticeren (en sommige grote merken hebben al FDA-goedkeuring gekregen voor AFib-functies), en ze kunnen op een dag ook nuttig blijken voor het signaleren van hartaanvallen.

Snyder en zijn team hebben gepionierd met een app die paart met een smartwatch om infectie en ziekte op te sporen.

"We kunnen nu in 80% van de gevallen zeggen of je COVID hebt voordat de symptomen optreden", zegt hij. "De mediaan is 3 dagen voor het optreden van de symptomen."

Hij hoopt deze technologie binnen 5 jaar op te schalen en voor iedereen beschikbaar te maken. "3,8 miljard mensen hebben een smartphone," zegt hij. "Je hoeft die alleen maar te koppelen aan een smartwatch, en je hebt een gezondheidsmonitor voor 3,8 miljard mensen."

Hoe zien toekomstige wearables eruit?

Voordat wearables de wereld kunnen veranderen, moeten we natuurlijk bereid zijn om ze te dragen.

Dat betekent apparaten die niet schreeuwen "Hé, ik heb een gezondheidstoestand!". Gemak is ook de sleutel - hoe minder we ze moeten beheren en ermee moeten omgaan, hoe beter. Die grenzen voelen we nu al.

"Ik bezit een Apple-horloge, maar het totale aantal uren per week dat ik het draag is niet meer dan 20," zegt Alper Bozkurt, PhD, een professor in elektrische en computertechniek aan NC State. "Een van de redenen is dat ik het steeds moet opladen, en ik vergeet het steeds aan de oplader. Ik kom op kantoor en zeg: 'O jee, ik ben mijn horloge vergeten.'"

Toekomstige wearables zullen "wear and forget" zijn, zegt Bozkurt. Je doet hem gewoon om en hij verdwijnt naar de achtergrond, je hoeft hem niet op te laden of er zelfs maar aan te denken.

Wat we zullen zien:

Slimme sieraden

We hebben al elektronische horloges en ringen, en er komen nog meer slimme sieraden (zoals oorbellen). Maar voor de consument lijken horloges en polsbandjes de meeste aantrekkingskracht te hebben. En gezien hun populariteit - bijna 200 miljoen stuks verscheept in 2021, volgens tech-onderzoeks- en adviesbureau Gartner - zijn de jaarlijkse "nieuwe modellen" nog meer marketing zinvol.

Naarmate zachte elektronica zich verder ontwikkelt, kunnen polsbandjes dunner worden en op een dag lijken op een stukje tape dat om de pols is gewikkeld, aldus Daniele.

Kleding

Kleding is vaak nuttig voor het aanbrengen van elektronica en sensoren op grotere delen van het lichaam, zegt Jesse Jur, PhD, directeur ecosysteemtechnologie bij Advanced Functional Fabrics of America. Bijvoorbeeld, "een Einthoven-driehoek die duidelijk een elektrocardiogramsignaal kan krijgen," zegt hij, verwijzend naar een standaard plaatsing van leads over je lichaam voor een EKG.

Toch kan monitoring beperkt zijn om een heel basale menselijke reden, zegt Jur: We kleden ons om.

Veel bedrijven richten zich op sportkleding. Athos heeft slimme kleding die spieractiviteit detecteert tijdens een training. Sensoria Health biedt bovenkleding die de hartslag meet en sokken die het lopen en de voetstappen meten.

Andere toepassingen gaan van consumenten- naar klinische toepassingen. Het in Montreal gevestigde bedrijf Hexoskin verkoopt shirts die je hartslag en ademhalingsgezondheid monitoren. Het in Californië gevestigde Biotricity biedt een borstband met zijn FDA-goedgekeurde hartbewakingssysteem voor hartpatiënten, en het opkomende bedrijf Nanowear heeft een FDA-goedgekeurd harnas dat 85-plus biomarkers in real time vastlegt.

De huidige slimme kleding bevat meestal verwijderbare onderdelen (microcontroller, batterij), maar naarmate het vakgebied vordert, kunnen deze op een dag in het kledingstuk worden geïntegreerd, aldus Jur. Ze zullen ook wasbaar zijn.

Het kledingstuk hangt af van wat u wilt meten. Maar compressie is een must om informatie uit het lichaam te halen. Mogelijkheden zijn shirts, shorts, ondergoed, beha's, hoofdbanden, schedelmutsen en armmouwen, zegt Jur, die ook hoofd is van het onderzoek naar nano-verlengd textiel aan het Wilson College of Textiles van NC State.

Flarden

Veel deskundigen zetten niet in op horloges of kleding, maar op een nieuwe klasse van wearables die op de huid kleven als een sticker, pleister of tijdelijke tatoeage. Hoewel patches nog niet algemeen geaccepteerd zijn, beloven ze een grotere technische flexibiliteit in de manier waarop de sensor of huidinterface is opgebouwd, aldus Daniele.

Het grootste succes tot nu toe is waarschijnlijk de continue glucosemeter - zoals de Freestyle Libre van Abbott en de Dexcom G6 - die 10 tot 14 dagen kan worden gedragen, om de paar minuten de glucose test en de informatie draadloos doorstuurt naar je mobiele telefoon. Deze apparaten, die meestal op de buik of de achterkant van de arm worden gedragen, werken via een kleine sensor die onder de huid wordt ingebracht om het glucoseniveau te meten in interstitiële vloeistof - vloeistof in de ruimte tussen de cellen.

Een andere vloeistof die nuttig kan zijn: zweet. Onderzoekers zijn al in staat glucose en melkzuur in zweet te meten, en er wordt gezocht naar andere nuttige stoffen in zweet.

Wat zullen toekomstige wearables doen?

Het potentieel voor nieuwe wereldwijde gezondheidstoepassingen is enorm. In sommige gevallen kunnen wearables het volgen van je gezondheid gemakkelijker maken. Een stethoscoop inruilen voor een borstpleister bijvoorbeeld, of een logge holtermonitor voor een comfortabel shirt. Heb je labwerk nodig? Sla de naald over en doe in plaats daarvan een zweet- of interstitiële vloeistofsensor op.

Andere gebieden die worden onderzocht:

Zachte, huidachtige sensoren. John Rogers, PhD, een professor in materiaalkunde en -techniek, biomedische techniek en neurologische chirurgie aan de Northwestern University, heeft al een "zeer zachte, dunne, flexibele huidachtige" draadloze sensor ontwikkeld die zeer zacht is. Hij is zo ontworpen dat iedereen ervan kan profiteren, maar hij suggereert dat premature baby's op de intensive care "er het meest van zouden kunnen profiteren".

Bij deze kwetsbare patiënten moeten de vitale functies voortdurend worden gecontroleerd, wat een "rattennest" van draden en tape met zich meebrengt, legt hij uit. Maar hij en zijn team (via hun startup Sibel Health) hebben draadloze controlesensoren ontwikkeld die het tere vlees van de baby ontzien en helpen zorgen voor gezond huid-op-huidcontact met de moeder.

Omdat deze sensoren herbruikbaar zijn en kunnen werken met smartphones, kunnen ze ideaal zijn in ontwikkelingslanden die zich niet veel dure bewakingsapparatuur kunnen veroorloven, zegt Rogers. Er zijn er al duizenden ingezet in Zambia, Ghana, Kenia, India, Pakistan en Mexico.

"Het sterftecijfer van pasgeborenen in landen met lage en middeninkomens blijft extreem hoog", zegt William Macharia, MD, een kinderarts aan de Aga Khan Universiteit in Nairobi, Kenia, die het apparaat heeft getest op ongeveer 250 pasgeborenen op de intensive care. "De meeste sterfgevallen gebeuren binnen de eerste 2 weken."

Met dit apparaat kunnen baby's veel eerder worden gecontroleerd, waardoor problemen eerder aan het licht komen en hopelijk levens worden gered, zegt hij.

Het platform - dat door de FDA is goedgekeurd voor niet-kritieke zorg bij volwassen patiënten - zou toepassingen kunnen hebben op alle medische afdelingen. Rogers onderzoekt ook toepassingen voor de gezondheid van moeders, slachtoffers van beroertes en Parkinson- en Alzheimerpatiënten. Eén versie kan slaapapneu opsporen, waardoor het slaaplaboratorium bij u thuis komt.

Controle en diagnose van geestelijke gezondheid. Bepaalde psychische aandoeningen kunnen gemakkelijker worden behandeld via wearables die bijvoorbeeld stresshormonen meten. "Er is een toenemende belangstelling voor het meten van cortisolniveaus bij mensen," zegt Zhenan Bao, PhD, een professor in chemische techniek aan de Stanford University.

Artsen testen cortisolspiegels al via bloed, speeksel of urine. Maar een wearable zou - via interstitiële vloeistof of zweet - kunnen worden gebruikt om cortisol continu te volgen, een basislijn vast te stellen en te volgen of de stressniveaus van een patiënt beter of slechter worden, zegt ze.

Niet alleen dat, deze informatie zou kunnen worden gecombineerd met andere metingen van lichaamsfuncties, zoals hartslag en huidgeleiding, om tot een preciezere diagnose en behandeling te komen, zegt Bao.

Medicijngebruik en dosering. Volgens Jason Heikenfeld, PhD, een professor in elektrotechniek aan de Universiteit van Cincinnati, kan zweet de sleutel zijn tot medicijncontrole. Niet alleen zullen we kunnen weten of iemand een geneesmiddel heeft ingenomen, artsen kunnen ook nagaan hoe snel elke persoon het geneesmiddel metaboliseert. Hierdoor kunnen artsen aangepaste doseringen voorschrijven, waardoor bijwerkingen verminderen en medicijnen effectiever worden.

"Het wordt het Stenen Tijdperk," zegt Heikenfeld over de huidige tijd. "We zullen zijn als, je ging naar een winkel en je 85-jarige grootmoeder die 95 pond weegt, en jij die 32 en overgewicht hebt, kreeg hetzelfde flesje X waarop staat 'neem deze hoeveelheid elke vier uur tot deze dosis.' Het slaat nergens op."

En nog veel meer. Misra en haar team in het ASSIST Center ontwikkelen sensoren om de luchtkwaliteit te meten, waarmee we mogelijk de gezondheid van de luchtwegen kunnen voorspellen. Andere apparaten zouden de menselijke geur kunnen meten - vluchtige stoffen in de adem worden in verband gebracht met kanker - waardoor bijvoorbeeld duidelijk wordt of een kankerpatiënt in remissie is, zegt Misra. Het volgen van gedrag bij oudere volwassenen zou kunnen helpen veranderingen in denkvermogen of geheugen op te sporen.

"Wearables zullen meer en meer een voorspeller van gezondheid worden," zegt Misra. Als we aandoeningen kunnen voorspellen of ziekten vroegtijdig kunnen opmerken, kunnen we eerder ingrijpen en betere gezondheidsresultaten behalen.

Naarmate deze apparaten meer geaccepteerd worden, zullen ze overgaan van gezondheidszorg naar consumentenwelzijn, waardoor niet alleen de medische resultaten verbeteren, maar ook veranderingen in levensstijl op grote schaal, zegt Daniele.

"En dan is er de blauwe lucht," zegt hij. "Als iedereen een apparaat draagt dat iets meet, kunnen we dan dingen gaan doen zoals populatie gezondheidsanalyse?" Of kunnen we de verspreiding van besmettelijke ziekten strategischer tegengaan?

Maar ook al barsten de laboratoria van de demonstraties, de overgang in de praktijk roept vragen op: Zullen mensen de wearables dragen? Zullen deze apparaten kwaliteitsgegevens leveren? Hoe zullen die gegevens zich verhouden tot onze huidige gouden standaarden in de geneeskunde?

Misra is optimistisch. Ze voorspelt een serieuze evolutie van wearables in klinische en commerciële settings binnen 5 jaar.

Velen van ons zijn er immers al aan gewend dat we apparaten voor gegevensverzameling op of om ons heen hebben. Dat betekent dat de toekomst van gezondheids- en medische technologie in veel opzichten al aanwezig is en om je pols zit ... wachtend op een upgrade.