כיצד לשחרר אנשים למען חיים מלאים יותר ובריאים יותר

Yan Vainter, Freescale

שיפור איכות החיים של מיליוני אנשים ברחבי העולם יכול היה להיות משימתם של מהנדסים אלטרואיסטים רבים, אך לא די ברצונותיהם ובמאמצים שלהם. רוב האנשים שיש להם סיכוי להפוך רצון כזה למציאות, הם אנשים רגילים, כמוך וכמוני, שעובדים בארגונים ודואגים לפרנסתם ולרווחיהם במאמצים יום-יומיים. על אף שאולי אין לנו הגדרות טהורות לשיפור איכות חיים, ההחלטות שקובעות מה יהיה עולמנו, אלו שאנו מחליטים מידי יום, משפיעות על רווחתם של אחרים – על כן מוטב שנחליט החלטות טובות.
מתן השראה לדור הבא של ההתקנים הרפואיים הביתיים היא אחת מהשאיפות שלי, ועבודתי בחברה שיכולה לאפשר את הגשמתם של מוצרים נפלאים משרתת את הייעוד שאני רואה לעצמי. כותרות חדשות בעיתונים שמבשרות על עלויות שירותי הבריאות המאמירות אינן מפתיעות כל כך, במיוחד לא כשלוקחים בחשבון את הזדקנות האוכלוסייה, שלה נדרשים שירותים רפואיים טובים יותר על מנת להאריך ולהיטיב את איכות החיים ככל האפשר. לרוע המזל, ייתכן שמודל שירותי הבריאות המסורתי שלנו אינו בר קיימא, בעיקר אם לוקחים בחשבון את הכלכלה הכרוכה בשירותי בריאות טובים, וכך נוצר הצורך להמציא את המודל מחדש ולהפוך אותו לאופטימלי, לא רק עבור החולים והאוכלוסייה המבוגרת אלא לטובתנו אנו ולטובת הילדים שלנו.

איור 1: משפחת Kinetis K50

מהר יותר, טוב יותר וכדאי יותר מבחינת העלות
שוק שירותי הבריאות אינו שונה במהותו משווקים אחרים במונחים של דרישה למוצרים טובים יותר וכדאיים יותר בעלותם; כל מי שלוקח חלק בשוק תחרותי יודע להעריך את דחיפת המוצרים לשוק כאשר היא מהירה יותר מזו של המתחרים. סוג זה של מחשבה מניע רשויות הסדרה, כדוגמת מנהל המזון והתרופות של ארה”ב (FDA), ומעריך מחדש את כמות הזמן והמשאבים הנדרשים למתן אישור להוצאת מוצר חדש לשוק. לדעתי, שינוי החוקים יכול לפעול למען שינוי בהתנהגות השוק, בדרך של עידוד חברות קטנות ומוצרים חדשניים, על מנת להגיע ללקוחות רבים יותר בזמן קצר יותר.
לפני חמש עשרה שנים רק למעטים הייתה היכולת לחזות כיצד יתפתח שוק הטלפונים הניידים או הגידול השערורייתי של הדרישה למחשבי לוח (tablet). הלקוחות של התקני בריאות מצפים מהיצרנים לספק מוצרים רפואיים טובים יותר וכדאיים יותר בעלותם, ולא מעניין אותם אם קבלת האישור עבור התקן רפואי אורכת זמן רב יותר מאשר קבלת האישור עבור טלפון נייד, ובכל זאת, הם יקבלו בהערכה רמה מסוימת של שילוב בין שניהם. התקנים רפואיים ביתיים נמצאים במסלול התפתחות למוצרי צריכה. מי שאינו מאמין, יכול לעיין בחדשות העוסקות בשיתוף הפעולה בין יצרני הרכב לבין יצרני ההתקנים הרפואיים.

כיצד אפשר ליצור מוצרי בריאות מהירים יותר, טובים יותר וכדאיים יותר בעלותם
אני מקווה שהקוראים מסכימים שיש הזדמנויות רבות לשנות את שוק התקני הבריאות ולשפר אותו. לדעתי, תחום זה הוא אחד מבין אלה שהחדשנות מוערכת באמת. צפיתי בכמה חברות שהצליחו, כאשר נקטו בהנחה שאפשר להמציא מחדש ולשפר את התקני הבריאות על ידי זיהוי הזדמנויות השיפור בתחומים הבאים:
א.  חופש נרחב יותר: החיים היומיומיים לא נפסקים לעולם ועלינו להיות מסוגלים לבצע את שגרת יומנו גם כאשר אנו חולים. אנשים מבקרים אצל רופאים כבר אלפי שנים. כיום מצויה בידנו הטכנולוגיה שמאפשרת את שינוי הדינמיקה. אנשים רבים לא האמינו בספרים האלקטרוניים (e-book), עד שניסו להשתמש בהם. לאחרונה קניתי לאבי קורא ספרים אלקטרוני נייד. הוא ממש אוהב אותו, על אף שקרא בימי חייו כמה מאות ספרים עשויים נייר. אגב, הוא עודו קורא ספרים העשויים נייר, הוא אינו קיצוני, אך הספר האלקטרוני שלו מעניק לו גישה מהירה יותר, מבלי שיהיה עליו לנסוע לחנות הספרים. מעקב אחר חולים מרחוק והשגחה רפואית יכולים לתת למטופלים כוח ולאפשר להם גישה נרחבת יותר לשירותי הבריאות, ואני, למשל, מוכן לנסות אותה על עצמי ועל אבי.
ב. התקני בריאות עם יכולת פעולה הדדית (interoperable) וקישוריות הדדית (interconnectivity) עם מוצרי צריכה: שירותי בריאות אינם מיועדים רק לאנשים חולים. רפואה מונעת עולה ומתפתחת במהירות כתוצאה מהצורך המוגבר בהקטנת העלויות של החזקת מטופלים עם מחלות ניווניות כרוניות – אם רק נזכיר שתיים מהן – מטופלים עם סוכרת או מטופלים עם יתר לחץ דם. אם אדם מקיים אורח חיים מניעתי ומתעמל שעה אחת כל יום בריצה או בדיווש על אופניים, אפשר לדמות את ההתקן הנייד שלו כהתקן שנמצא בתקשורת עם מודד הצעדים (pedometer – מונה צעדים ומחשב את שרפת הקלוריות) ועם התקן ניטור קצב פעימות הלב שלו, שמבצע רישום מעקב אחר הביצועים וקובע יעדים ניתנים למדידה. באתו התקן ממש, מטופל הסובל מסוכרת או מיתר לחץ דם יוכל לקבוע קריטריונים לפיהם יהיו התרעות שיישלחו לבני משפחה או לשירות חירום, אם יתרחש אירוע שדורש התערבות. סוג תרחיש זה של קישור יכול להפוך ולהיות מציאות אם תתאפשר יכולת פעולה–הדדית בין התקנים רפואיים להתקני צריכה ניידים.
ג. קיצור של זמן היציאה לשוק בפרישה של התקני בריאות: אם נאמין שהתקני בריאות יהפכו להיות מוצרי צריכה, סביר להניח שגם זמן היציאה לשוק ידורג במקום גבוה יותר בסדרי העדיפויות של היצרנים. הזמינות של תוכניות תוכנה מוכוונות מוצרי בריאות ומוכנות לשימוש – כמו למשל מחסניות קישור המבוססות על פרוטוקולי יכולת פעולה הדדית, מערכות הפעלה לזמן אמת בעלות אמינות גבוהה, מנהלי התקנים לתצוגות גרפיות, כלים מודולריים לפיתוח חומרה אשר מאפשרים לבצע הערכה של התקנים היקפיים מרובים, משפחות ניתנות לשדרוג של מיקרומעבדים או מיקרובקרים ושירותים מוגברים כדוגמת הנחיה באמצעות מתן אישורי מנהל FDA – זמינותם של כל אלו יכולה להפחית כמה חודשים מזמן הפיתוח ולספק יתרונות תחרותיים ליצרנים של התקני בריאות.
ד.  תכונות מבדלות: ההצהרות “החדשנות מגלמת את הכל, אם כי העסקים כרגיל”, כך לדברי אלמוני או “הדרך הטובה ביותר לחזות את העתיד היא להמציא אותו” לפי אלן קיי, מעניקות לחברות השראה ליצור מוצרים ייחודיים עבור לקוחות קיימים וחדשים. קישוריות מהירה יותר, אמינה ומאובטחת יותר, ממשקי אדם-מכונה חדשניים, קלות גדולה יותר בשימוש בהתקנים, כל אלה עם מוצרים בעלי נצילות הספק גבוהה ודיוק גבוה ישנו שווקים מסורתיים כדוגמת שוק שירותי הבריאות.
ה. גודל מוקטן ועלויות מופחתות: האיזון בין פונקציונליות גבוהה ואינטגרציה רבה, גודל, משקל ועלות לא היה מעולם חשוב יותר עבור מוצרי צריכה. הצרכנים אימצו את אורח המחשבה הזה במהירות רבה וקבעו לפיו את סדרי העדיפויות בבחירות שבצעו, אף אם הוא היווה אתגר לנאמנות מסורתית למותגים. הספקים של יצרני ציוד מקור של מוצרי צריכה כמו למשל יצרני מוליכים למחצה נתונים תחת לחץ לפתח טכנולוגיה שמבצעת יותר עבור פחות. אם צרכנים פועלים לפי אורח מחשבה זה בבואם לרכוש חפצים טכנולוגיים רב תכליתיים, הם יצפו לפעול באותה צורה ביחס להתקני בריאות.

איור 2: שיפור אותות עם התקני משפחת Kinetis K50

תרחיש שימוש בטכנולוגיה
אם כך, כיצד אנו המהנדסים תורמים את תרומתנו לפיתוח של הדור הבא של התקני בריאות? בעבר ביקשנו לענות על שתי שאלות, האחת “למה אנו זקוקים?” והשנייה “כמה זה עולה לנו?”. ואולם, כעת עומדת בפנינו האפשרות לבחור בטכנולוגיה הנכונה ולהשתמש בה בדרכים חדשניות שיכולות להשפיע על החברה באופן חיובי. זה המקום שבו האחריות שלנו והבחירה שנבצע כמהנדסים באות לידי ביטוי.
אחת הטכנולוגיות הקיימות כיום היא משפחת מיקרובקרים Kinetis K50, מבית היוצר של חברת Freescale, שהוכרזה לאחרונה והמיוצרת בטכנולוגיה של 90 ננו-מטר. משפחה זו כוללת ליבת ARM® CotrexTM-M4 (עד 100 מגה-הרץ) עם תמיכה בפקודות עיבוד DSP. יכולת עיבוד DSP המשולבת בהתקני Kinetis מאפשרת לאנשי התכנון לממש אלגוריתמים מורכבים ולבצע פקודות בזמן קצר יותר. היא מקטינה את צריכת ההספק מאחר שהתקן רפואי נייד כדוגמת מד סוכר בדם יכול לעבור למצב שינה מייד בתום ביצוע חישוב. התקני Kinetis כוללים זיכרון הבזק (Flash) בגודל KB128 עד KB512 וזיכרון RAM סטטי (SRAM) בגודל של עד KB128. חברת Freescale מימשה במשפחת K50 את טכנולוגיית FlexMemory החדשנית. אפשר להגדיר את הקונפיגורציה של בלוק זה כזיכרון EEPROM ו/או כזיכרון הבזק ואפשר לגשת אליו בו זמנית עם זיכרון התוכנית הראשי. אפשרות זו חשובה עבור התקני בריאות ניידים כמו למשל מדי סוכר בדם, התקני ניטור לחץ דם, מודדי צעדים או התקני ניטור קצב פעימות הלב אשר שומרים כל העת נתונים בזיכרון. אפשר לממש שידור נתונים דרך ערוץ WiFi, ZigBee או BlueTooth תוך כדי שמירת מדידות זמן אמת, וגם לבטל את העלויות הכרוכות בזיכרון EEPROM חיצוני.
התכונה העיקרית המבדלת משפחה זו של מיקרומעבדים היא האינטגרציה של מנוע מדידות אנלוגי המורכב ממגברי שרת משובצים מסוג תמסורת עכבה (transimpedance) וכן גם ממודולי ממיר ADC וממיר DAC בעלי רזולוציה גבוהה. המשמעות של אינטגרציה זו היא שימוש בפחות רכיבים חיצוניים ומכאן במעגל מודפס קטן יותר, עובדה המתורגמת להפחתה בעלויות וגודל מוצר מוקטן.
ממיר ADC ל-16 סיביות מספק רזולוציה ודיוק גבוהים להרכשת אותות. שיפור אותות הוא תכונה חשובה עבור התקני בריאות ניידים אשר מודדים אותות בעלי משרעת (“אמפליטודה”) קטנה ותדירות נמוכה המופקים על ידי הגוף שאותם יש לקלוט כך שיש חשיבות לביצועים האנלוגיים. בהתקני משפחת K50 משולבים עד שני מגברי תמסורת עכבה, שבהם אפשר להשתמש לצורך יצירת מגבר מכשור (instrumentation amplifier) על מנת להקטין רעש או זרם לממיר מתח (חיישני מדידת תכולת החמצן בדם בדופק מספקים זרם). ההתקנים כוללים גם עד שני מגברי שרת להספק נמוך, שבהם אפשר להשתמש לסינון או להגברת אותות. כל ארבעת המגברים יכולים לשמש כמגברי שרת רב שימושיים. למגבר השרת יש תכונות נוספות שבאמצעותן אפשר לתכנת אותו כמגבר חוצץ (buffer), כמגבר הופך או לא-הופך עם מגוון של הגברים ללא תוספת של מעגל חיצוני. ממיר מספרתי לאנלוגי (DAC) ל-12 סיביות משובץ אף הוא במיקרובקרים והוא יכול לסייע לעורר או לזרז תגובות כימיות ברצועות של מדידת סוכר בדם או בגילוי חומצת חלב ובעוד אבחונים אפשריים. לבסוף, משפחת K50 כוללת מודול של ייחוס מתח על מנת להגדיל את הדיוק של ההתקנים ההיקפיים שבה בכך שהיא מספקת להם מתח ייחוס קבוע עם רעש נמוך.
ממשקי אדם מכונה של התקני בריאות ניידים חייבים להיות אינטואיטיביים כדי שהשימוש במוצר הסופי יהפוך להיות קל ופשוט. להשגת מטרה זו, אפשר להוסיף ליישום בקלות מסך מגע גרפי מסוג QVGA TFT LCD במקביל לשמירה על עלויות נמוכות ואספקת חוויה נעימה למשתמש. אם צריכת הספק נמוכה ועלויות נמוכות הן בעלות עדיפות גבוהה, מסכים עם מקטעי LCD בהתאמה אישית יכולים להיות פתרון מתאים במיוחד. אמנם, הוספה של תאורה אחורית לתצוגת LCD עם מקטעים מגדילה את צריכת ההספק, אך היא משפרת את האפשרות לצפות בה, (יש לקחת בחשבון שראייה עלולה להיות מגבלה, במיוחד אצל אנשים מבוגרים ואצל חלק מהסובלים מסוכרת). עבור אנשים מוגבלים בראיה, אפשר בקלות רבה מאוד לשלב התקן מסנתז דיבור. אפשר להשתמש בממיר DAC ל-12 סיביות כדי לדגום צלילים בסיסיים פשוטים והתרעות, ואם מעונינים בגרסה מפוארת, אפשר להשתמש במודול I2S לצורך תקשורת עם התקן CODEC חיצוני לאודיו, ואם נדרש, קבוצת פקודות עיבוד DSP הקיימת בהתקן ARM® CotrexTM מאפשרת עיבוד אודיו. במיקרובקרים משולב ממשק חישת מגע (TSI). מודול זה מתוכנן לצריכת הספק נמוכה ומאפשר שימוש במגוון רחב של אלקטרודות חישה כמו למשל לחצנים, מפסקים סיבוביים וזחלנים שאותם אפשר לממש עם רגישות גבוהה. אלקטרודות לחישת מגע מספקות יתרון של אפשרות לניקוי קל לעומת לחצנים רגילים, אפשרות שהיא מתאימה ביותר להתקני בריאות ניידים. השימוש באלקטרודות כאלה גם מקטין עד למינימום את הבלאי של המוצר ומפחית עלויות.
מה יכול מהנדס לעשות ללא כלים? Kinetis K50 נתמכת על ידי מערכת סביבתית נרחבת של כלים קניינית של Freescale ומאת שותפים צד שלישי והיא חלק מקהילת משתמשי ®ARM. חברת Freescale מספקת גם פלטפורמת פיתוח מודולרית מצוינת לחומרה: מערכת Tower. פלטפורמה חדשנית זו מאפשרת למהנדסים לבחור מודול בסיסי של מיקרובקר ולהוסיף כמה מודולים של התקנים היקפיים אשר כוללים, אם כי לא מוגבלים, קישוריות WiFi, USB, Ethernet וקישוריות טורית, ממירי ADC וממירי DAC חיצוניים בעלי רזולוציה גבוהה, מודולי תצוגת LCD במקטעים ותצוגת LCD גרפית, חיישני לחץ ומדי תאוצה ואף מערכת ממשק אנלוגית למערכת אלקטרוקרדיוגרף שנקראת MED-EKG ואשר תואמת למשפחת Kinetis K50. אפשר לרכוש בנפרד מודולים ולאפשר יצירה מהירה של אב טיפוס עם זמן תכנון מקוצר של החומרה מאחר שהשרטוטים וקובצי התכנון זמינים להורדה.
Freescale מספקת מחסנית USB משלימה עם סיווג של התקני בריאות אישיים אשר מאפשר קישוריות USB עם התקנים רפואיים, בכך שהיא תואמת לתקנים תעשייתיים רפואיים, כדוגמת  ®Continua Health Alliance. בנוסף, מערכת ההפעלה לזמן אמת רבת היכולת MQX ומחסנית Ethernet הן משלימות וזמינות עבור מיקרובקרים Kinetis K50 ועבור מיקרובקרים אחרים של חברת Freescale, ובכך מאפשרים לאנשי התכנון להגר בקלות בין משפחות של מיקרובקרים ובין ארכיטקטורות.
בקרי מיקרו אלה בעלי אינטגרציה גבוהה זמינים במגוון רחב של מארזים, חלק מהם בגודל קטן של 8 מ”מ x 8 מ”מ, והם מתאימים במיוחד להתקני בריאות ניידים כמו למשל התקני ניטור עצמאיים לבדיקת סוכר בדם, מדי חמצן בדם בדופק, התקני ניטור פעילות, התקני ניטור לחץ דם וחפיצים (gadgets) הנוגעים לנושאי בריאות להתקנים ניידים.

האריזה
אני עובד בחברה שחורטת על דגלה את תרבות “הבה ונבצע זאת”. אנו מאמינים שיש בידנו הזדמנות לתת השראה לדור הבא של התקני בריאות, למוצרים אשר מאפשרים ניטור מרחוק, בריאות באמצעות תקשורת ולשפר את הגישה לנתוני הרשומות הרפואיות מצד הרופא. הטכנולוגיה שלנו מאפשרת יצירה של התקני צריכה ובריאות חדשניים כמו למשל התקני ניטור פעילות קטנים יותר, אשר משולבים בהתקנים ניידים, ממשקי אדם – מכונה ידידותיים יותר למשתמש ויותר אינטואיטיביים עבור כל המטופלים וכן גם התקני אבחון וטיפול בעלי יכולת רבה יותר וכדאיים יותר בעלותם אשר יכולים לאפשר למיליוני אנשים גישה טובה יותר לבריאות. כל אלה תורמים לשחרור אנשים, ומאפשרים להם לחיות חיים מלאים יותר ובריאים יותר.