La tecnología moderna puede ser fundamental para prestar servicios sanitarios críticos, aunque dicha tecnología depende a menudo de una conectividad fiable (fuente: Sandu/stock.adobe.com).
Autor: Mark Patrick, director de contenido técnico, EMEA, Mouser Electronics
Pongámonos en situación: a un paciente con antecedentes médicos se le coloca un dispositivo portátil con sensores que mide en tiempo real parámetros fisiológicos críticos como la frecuencia cardiaca, el electrocardiograma y la actividad motriz. Estos datos se transmiten a continuación de forma inalámbrica a un sistema centralizado, en el cual se examinan mediante análisis de macrodatos. Si apareciesen patrones preocupantes, el sistema avisaría instantáneamente al profesional sanitario correspondiente y le proporciona información práctica para que el paciente pueda recibir una atención médica oportuna y adecuada.
Esta sucesión de eventos es un ejemplo paradigmático del Internet de las cosas médicas (IoMT, por sus siglas en inglés), donde se combinan hardware, software y redes de comunicación para potenciar la atención al paciente. El IoMT ya está transformando los entornos sanitarios en todo el mundo, mejorando la eficiencia operativa, personalizando la atención y salvando vidas.
El IoMT es la suma de varias partes como, por ejemplo, las tecnologías de comunicación Wi-Fi® 6E, Wi-Fi 7, 5G y Bluetooth®, que posibilitan una transmisión de datos segura y fiable. Cada uno de estos estándares se ha desarrollado atendiendo a casos de uso específicos y tiene sus propias ventajas e inconvenientes relacionados con factores como el alcance, el ancho de banda, la latencia, el consumo de energía, la seguridad y la escalabilidad. Por lo tanto, los diseñadores deben considerar cuidadosamente sus aspectos positivos y negativos a la hora de elegir la tecnología más adecuada para una aplicación concreta en el IoMT.
Nuevas capacidades de rendimiento de la Wi-Fi
Veamos con más detalle algunos de los estándares más frecuentes. Por ejemplo, la Wi-Fi brinda conexiones fiables y de gran ancho de banda en entornos clínicos en los que la conectividad a un rúter no representa un problema, siendo una solución ideal para dispositivos fijos o estacionarios que deben transmitir grandes cantidades de datos, como las máquinas de resonancia magnética de alta resolución (figura 1).
Figura 1. Las máquinas como los escáneres de RM generan grandes cantidades de datos y crean un entorno complejo para la comunicación sin cables (fuente: kaliantye/stock.adobe.com).
La Wi-Fi suele estar ampliamente disponible en hospitales y clínicas, donde las limitaciones de alcance en interiores de unos 30 o 45 m no representan ningún problema. Por todo ello, la Wi-Fi se ha convertido en un estándar de comunicación fiable para el IoMT al conectar a millones de dispositivos de todo el mundo.
Las nuevas generaciones de Wi-Fi, como la 6E, suponen una importante mejora en el rendimiento. La Wi-Fi 6E se basa en el estándar inalámbrico Wi-Fi 6 (802.11ax), ampliándolo a la banda de radiofrecuencia de 6 GHz. Cisco la denomina como «una vía rápida» para dispositivos y aplicaciones compatibles que ofrece una mayor velocidad y una menor latencia. En el caso de los proveedores sanitarios que adopten la IoMT, esto significa menos retrasos en los datos u otro tipo de ralentizaciones.
Sin embargo, hay una limitación: aunque Wi-Fi 6E es retrocompatible (de modo que los dispositivos compatibles con Wi-Fi 6E pueden conectarse a redes que utilicen estándares de Wi-Fi anteriores), estos no pueden usar la banda de 6 GHz a menos que la red admita el estándar Wi-Fi 6E. En cualquier caso, su adopción está creciendo rápidamente y Wi-Fi Alliance predice que se realizarán más de dos mil millones de envíos de dispositivos Wi-Fi 6E en 2025.
La última generación, Wi-Fi 7 (802.11be), favorece un mejor rendimiento en las bandas de 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz, al ofrecer un mayor nivel de caudal, eficiencia, robustez y fiabilidad, y reducir el consumo de energía. Wi-Fi Alliance afirma que las nuevas prestaciones incluirán canales superanchos de 320 MHz en la banda de 6 GHz, lo cual permitirá alcanzar velocidades multigigabit en los dispositivos Wi-Fi y un funcionamiento multienlace para un equilibrio más eficaz de la carga de tráfico entre enlaces. La Wi-Fi 7 también mejorará la utilización del espectro al ofrecer mayores velocidades de transmisión de datos, mejores procesos de recepción de datos y una asignación de recursos más flexible que la Wi-Fi 6.
Estos avances podrían impulsar nuevos modelos de negocio y casos de uso del IoMT, especialmente en lo que respecta al análisis de imágenes con IA en tiempo real de escaneos médicos. Mouser Electronics cuenta con una amplia variedad de productos de última generación a fin de satisfacer estas aplicaciones emergentes.
El Qorvo QM45500 es un módulo frontal con Wi-Fi 7 diseñado para dispositivos ponibles y electrónica portátil. Funciona a frecuencias que van de 5 GHz a 7 GHz, ofreciendo así una conectividad Wi-Fi 7 de alta velocidad. El módulo admite tensiones de alimentación de entre 3,0 V y 5,0 V, por lo que es ideal para dispositivos electrónicos pequeños e integrados. Gracias a su diseño compacto y su gestión de alimentación optimizada para sistemas Wi-Fi 7, el QM45500 constituye un ejemplo claro de la nueva tecnología que impulsará el IoMT.
Opciones de comunicación ampliadas
¿Y qué pasa con los dispositivos que requieren una conectividad no solo en entornos clínicos y con los pacientes que están fuera del alcance de los rúteres Wi-Fi? Es en estos casos en los que las redes móviles de gran cobertura, como la 5G (figura 2), brindan opciones más fiables.
Figura 2. Las torres de 5G desempeñan un papel fundamental en la telemedicina y el seguimiento remoto de pacientes (fuente: kinwun/stock.adobe.com).
En comparación con las anteriores generaciones de redes telefónicas inalámbricas, la 5G es especialmente adecuada para la telemedicina debido a su capacidad de proporcionar simultáneamente un gran ancho de banda, una baja latencia y compatibilidad con varios dispositivos conectados. Por ejemplo, podría permitir a los médicos a distancia analizar datos de diagnósticos en tiempo real.
En algunas aplicaciones, la 5G podría ser demasiado costosa e ineficiente y podría ser más conveniente optar por otros estándares, como Bluetooth y Bluetooth de bajo consumo. Estos estándares son ideales para aplicaciones de bajo consumo, corto alcance y poco volumen de datos, así como para la comunicación local entre dispositivos. En definitiva, esta variedad de estándares de comunicación inalámbrica ofrece una enorme flexibilidad a los ingenieros de diseño, lo cual hace que el ecosistema de comunicaciones del IoMT tenga opciones para satisfacer todas las necesidades.
Gestión de la energía de los dispositivos
En los últimos años, los avances en los módulos de comunicación han permitido mejorar la transmisión de datos y la conectividad. Sin embargo, el consumo energético sigue siendo una preocupación esencial, especialmente en los dispositivos IoMT con un funcionamiento continuo. Los protocolos de bajo consumo —como el Bluetooth de bajo consumo— permiten que los dispositivos se comuniquen eficazmente consumiendo menos energía. Además, pueden emplearse con buenos resultados otras tecnologías como los modos de ahorro de energía, las capacidades de convertir el calor, la luz o el movimiento en energía, el diseño optimizado de antenas y el control adaptativo de potencia.
El módulo Wi-Fi + Bluetooth Murata 2EA ofrece capacidades de Wi-Fi de alto rendimiento y Bluetooth de bajo consumo 5.3, por lo que es ideal para dispositivos IoMT. Ofrece velocidades de datos de hasta 1,2 Gbps en Wi-Fi y una sólida conectividad en un pequeño factor de forma (12,5 × 9,4 × 1,2 mm). Al ofrecer compatibilidad con tres radios de frecuencia y comunicación Bluetooth de bajo consumo, favorece la integración de dispositivos y reduce el consumo energético en comparación con los módulos de comunicación independientes.
La computación perimetral es un aspecto esencial del IoMT que permite procesar datos directamente y en tiempo real en dispositivos o servidores cercanos. Este enfoque reduce la latencia y facilita la inmediatez del análisis de los datos y de la intervención en aplicaciones sanitarias. Además del consumo energético asociado a la transmisión/recepción de datos, la eficiencia del procesamiento perimetral representa un reto permanente para el IoMT. A medida que cada vez más fabricantes integran la IA para impulsar la funcionalidad de sus dispositivos mediante el análisis predictivo y el procesamiento de datos en tiempo real, la demanda de energía también aumenta. En este sentido, los ingenieros de diseño deberán desarrollar nuevas estrategias para consumir menos energía, garantizando a la vez que los dispositivos de IoMT puedan funcionar de forma eficiente y fiable.
Una de esas estrategias de ahorro energético es el circuito integrado de gestión de energía STMicroelectronics STPMIC1 (figura 3). Este ofrece un bajo consumo y una alta eficiencia, algo ideal para dispositivos ponibles y de IoT alimentados por el microcontrolador complementario STM32MP1.
Figura 3. el circuito integrado de gestión de energía STPMIC1 está diseñado para mejorar la integración y la eficiencia de los sistemas (fuente: Mouser Electronics).
La utilización de esta solución combinada en un dispositivo de IoMT puede mejorar la eficiencia operativa, aumentar la duración de la batería o facilitar el uso de fuentes de alimentación renovables alternativas. La compatibilidad del STPMIC1 con hasta tres puertos USB periféricos ayuda aún más a desarrollar las funciones que pueden incorporarse a los dispositivos de IoMT.
Desafíos para la ciberseguridad
La eficacia de la ciberseguridad es una cuestión crucial, sobre todo teniendo en cuenta la sensibilidad de los datos sanitarios y la proliferación de ciberataques en el sector médico. El aumento de implementaciones del IoMT supone también un aumento en la superficie de ataque disponible para los ciberdelincuentes.
En el IoMT se suele utilizar una arquitectura en capas desde el nivel de dispositivo hasta la red, la pasarela, la nube y la aplicación. Esto requiere el diseño de funciones como el cifrado, la autenticación, el arranque seguro, la resistencia a manipulaciones y las actualizaciones seguras para componentes.
Por ejemplo, el Infineon Technologies OPTIGA™ Trust M es un módulo de seguridad por hardware que proporciona a los dispositivos identidades únicas y una conectividad segura, lo que lo convierte en un ancla de confianza para conectar dispositivos IoMT a la nube. Sus funciones de seguridad y su integración sin necesidad de intervención lo convierten en un componente eficaz para proteger los dispositivos IoMT frente a posibles ciberamenazas. Las soluciones de seguridad basadas en hardware, habida cuenta de su naturaleza física, son resistentes a manipulaciones, por lo que los atacantes tienen más dificultades para manipular la información en comparación con las arquitecturas que solo emplean software.
El mayor uso de la computación perimetral para reducir la latencia en redes de IoMT supone también una mayor importancia de las soluciones de seguridad basadas en hardware, especialmente las que integran mecanismos de seguridad con componentes físicos como circuitos integrados, sistemas en chip y unidades de microcontrolador.
Conclusión: aprovechar al máximo el IoMT
El IoMT tiene potencial para transformar la calidad de la atención al paciente al tiempo que favorece un uso más eficiente del tiempo de los profesionales sanitarios. Se trata de un excelente ejemplo de cómo la tecnología está cambiando las formas tradicionales de trabajar para lograr unos mejores resultados. Las tecnologías de comunicación, como Wi-Fi 6E, Wi-Fi 7, 5G y Bluetooth, desempeñan un papel fundamental a la hora de posibilitar los entornos seguros, fiables y de baja latencia que se necesitan en el ámbito sanitario.
Por su parte, los ingenieros han dedicado un gran esfuerzo a abordar retos críticos como la gestión de la alimentación, que es especialmente importante al intensificarse la integración de la IA. Finalmente, un conjunto de soluciones de hardware y software puede brindar una arquitectura en capas de primer nivel para la ciberseguridad de extremo a extremo. En definitiva, todos los elementos esenciales para el IoMT están ya disponibles. Ahora es el momento de aprovechar esta tecnología transformadora en entornos sanitarios para el beneficio de todos.
