تطوير منصة AcuFlex الأولى من نوعها لتقييم حركة المرضى لصالح شركة S.A.E. Orthopedics

ملخص المشروع

قدَّمت ساينس سوفت نموذجًا أوَّليًا (MVP) لمنصة AcuFlex، وهي منصة مبتكرة لتقييم الحركة متصلة بلوح مائل، وذلك لصالح شركة S.A.E. Orthopedics. تتيح المنصة للأطباء والباحثين تتبع الانثناء الظهري للكاحل وحركة المفاصل في الوقت الفعلي، إضافةً إلى تقديم تحليلات تاريخية لجلسات التمدد تحت إشراف الأطباء، عبر تطبيقات الجوال والويب المخصصة للأطباء والباحثين.

نبذة عن شركة S.A.E. Orthopedics

S.A.E. Orthopedics هي شركة ناشئة في مجال التقنية الطبية يقع مقرها في ولاية إلينوي الأميركية. تأسست الشركة على يد الدكتور «جيه. مايكل ديفيس»، جرّاح عظام معتمد من مجلس التخصصات ويتمتع بخبرة سريرية تتجاوز 30 عامًا وخلفية قوية في أبحاث الأجهزة الطبية. وقد تأسست S.A.E. Orthopedics لتجسيد رؤية الدكتور «ديفيس» في اعتماد نهج أكثر تخصيصًا وقابلية للقياس في إعادة التأهيل العضلي الهيكلي.

لمعالجة قيود أدوات إعادة التأهيل التقليدية التي تعتمد غالبًا على التقييم البصري القائم على الحكم الشخصي، صممت S.A.E. Orthopedics منصة AcuFlex، وهي نظام يجمع بين لوح مائل ذكي مزود بأربعة مستشعرات حركية موضوعة خلف الركبتين وتحت الكعبين لتتبع نطاق حركة الانثناء الظهري للكاحل في الوقت الفعلي، وبيانات حركة المفاصل، ومؤشرات سلوك أنسجة السلسلة الخلفية. وقد طوَّر الفريق الداخلي للشركة نموذجًا أوَّليًا وظيفيًا للأجهزة باستخدام مكونات معدة سابقًا، ثم تعاون مع مُصنِّع خارجي لتوسيع نطاق الإنتاج.

مع ذلك، لتحويل النموذج الأوَّلي إلى منتج جاهز للسوق، احتاجت S.A.E. Orthopedics إلى برمجيات مدمجة (Firmware) مخصصة وتطبيقات لأنظمة الجوال والويب موجَّهة للأطباء، بالإضافة إلى البنية التحتية الخلفية للحل المتصل. لذا، انضمت ساينس سوفت إلى المشروع كشريك تقني يتمتع بخبرة تتجاوز 20 عامًا في مجال تقنية المعلومات الصحية. وانطلق الفريقان معًا لتطوير منتج أوَّلي (MVP) مناسب للتحقق السريري ولعرضه على المستثمرين.

من النموذج الأوَّلي المبكر إلى المنتج الأوَّلي (MVP): تطوير منصة AcuFlex

لتطوير منصة AcuFlex، شكَّلت ساينس سوفت فريقًا متعدد الوظائف ضم مدير المشروع، ومسؤول امتثال، ومستشار تحليل أعمال، ومصمم لواجهة وتجربة المستخدم (UI/UX)، ومطوري تطبيقات iOS وأندرويد، ومطوري الواجهات الخلفية والأمامية، ومهندس C++، ومتخصصين في DevOps، ومهندسي ضمان الجودة.

نظرًا لكون نظام iOS الأكثر شيوعًا بين الجمهور المستهدف (الأخصائيين السريريين في مجال إعادة التأهيل البدني)، اختار الفريقان iOS كمنصة جوال أساسية لمنتج MVP، وذلك بهدف تسريع الإطلاق الأوَّلي للمنصة. وبدأ المشروع بتطوير نموذج إثبات المفهوم (PoC)، إذ أنشأ مطورو iOS من فريق ساينس سوفت تطبيقًا خفيفًا يتصل باللوح المائل الذكي عبر تقنية البلوتوث، ويلتقط البيانات الخام للحركة، ويحسب المقاييس الأوَّلية للانثناء الظهري للكاحل. كما استُخدم للتحقق من صحة المفهوم الأساسي وعرضه على المستثمرين والجهات المعنية الداخلية في S.A.E. Orthopedics.

كشفت الاختبارات المبكرة عن عدم استقرار في نقل البيانات بين المستشعرات والتطبيق. وتبيَّن أن السبب الجذري يعود إلى تداخل الإشارات من الشبكات اللاسلكية القريبة والضوضاء الكهربائية الداخلية في توصيلات الجهاز. ولمعالجة ذلك، عدَّل مهندسو ساينس سوفت المكونات المادية للوح المائل الذكي لتحسين جودة الإشارة من خلال تطبيق تقنيات مثل التصفية والعزل الكهربائي. وقد أدت هذه الإجراءات إلى تحسن قابل للقياس في الأداء، إذ بدأت جلسات الاختبار تُجرى بصورة موثوقة في كل من البيئات المنزلية والسريرية. ومن المقرر اعتماد هذه التغييرات عبر جميع خطوط الإنتاج لضمان أداء متسق في ظروف الاستخدام الواقعية.

بعد ضمان تدفق موثوق للبيانات، بدأت ساينس سوفت في تطوير الوظائف السريرية الأساسية اللازمة للتقييم في بيئات الاستخدام الفعلية. واستنادًا إلى نموذج إثبات المفهوم (PoC)، وسَّع الفريق نطاق تطبيق iOS لدعم إدارة ملفات المرضى، والاقتران التلقائي للأجهزة، وحساب عدد من المقاييس الأساسية للحركة. وخلال جلسات تتراوح مدتها بين دقيقة و5 دقائق، يعرض النظام ما يلي:

• الزوايا القصوى والدنيا والمتوسطة للمفاصل (الركبتين والكاحلين، لكل ساق على حدة).
• تغيّر الزوايا في الوقت الفعلي خلال الجلسة.
• زاوية المرونة المثلى لكل جلسة لدعم تخطيط الأحمال المستقبلية وبرامج إعادة التأهيل الفردية.

إلى جانب تطبيق الجوال، طوَّرت ساينس سوفت واجهات ويب لفئتين من المستخدمين: الأطباء الذين يمكنهم مراجعة نتائج الجلسات لكل مريض، والباحثون الذين يمكنهم تصدير بيانات مجمعة مجهولة الهوية لأغراض علمية. وتتولى الواجهة الخلفية للحل، المستضافة على منصة AWS، إدارة توجيه وتخزين بيانات الجلسات، بينما تُنَفَّذ الحسابات الأساسية مباشرةً على جهاز الجوال. وقد اختار الفريق هذه البنية لتقليل تعقيد النظام، وتخفيف عبء الاعتماد على المعالجة السحابية، وضمان بقاء التطبيق مستجيبًا حتى في البيئات ذات الاتصال المحدود بالإنترنت. وبما أن الحسابات تقتصر على البيانات التي تجمعها المستشعرات في الوقت الفعلي، دون تحليلات تاريخية واسعة النطاق، فقد تقرر أن الهواتف الذكية الحديثة قادرة على تنفيذها دون أي مفاضلات في الأداء.

مع دخول الإصدار التجريبي مرحلة الاختبار في بيئات الاستخدام الفعلية، بدأت ساينس سوفت في توسيع نطاق المنصة بما يتماشى مع النطاق المستهدف لمنتج MVP المخطط له، مضيفةً ما يلي:

• تحسينات في الأمان والحوكمة، تشمل المصادقة متعددة العوامل (كلمة مرور لمرة واحدة محددة زمنيًا)، وتسجيل الخروج التلقائي، وسجلات التدقيق، وتشفير اتصالات الأجهزة المتصلة.
• إدارة قوائم المرضى ولوحات معلومات للاتجاهات التاريخية لجلسات إعادة التأهيل.
• محتوى إرشادي موجَّه للمستخدمين خلال الجلسات، يتضمن موادًا مرئية وأوصافًا توضيحية.
• تصدير تقارير جلسات المرضى بصيغة PDF.
• إصدار أندرويد لتطبيق الجوال.
• أدوات إدارية للمستشفيات والمستخدمين والأجهزة المتصلة بالمنصة مركزيًا.

بالإضافة إلى تطوير البرمجيات، دعمت ساينس سوفت شركة S.A.E. Orthopedics في التحضير لتقديم طلب الحصول على موافقة إدارة الغذاء والدواء (FDA). أعد مسؤول الامتثال من فريق ساينس سوفت الوثائق البرمجية اللازمة، بما في ذلك ملف الأمن السيبراني، وخطة إدارة مخاطر البرمجيات المطلوبة من إدارة FDA. كما أطلع فريقنا شركة S.A.E. Orthopedics على المشهد التنظيمي لمنتجات الرعاية الصحية المتصلة، وقدَّم إرشادات عملية حول توقعات FDA ومتطلبات التوثيق.

أبرز المنجزات التي حققناها لشركة S.A.E. Orthopedics

• تقديم منتج أوَّلي (MVP) لمنصة AcuFlex جاهز للتقديم التنظيمي، ومتعدد الأدوار والمنصات (iOS وأندرويد والويب)، وجاهز للتحقق السريري وعروض المستثمرين.
• تقديم استراتيجية واضحة للجهاز الطبي، إلى جانب مجموعة وثائق برمجية مُعدّة لتقديم طلب 510(k) إلى إدارة الغذاء والدواء (FDA).
• تحسين الاتصال عبر تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) مع مستشعرات اللوح المائل مقارنةً بالنماذج الأولية المبكرة، بفضل التعديلات العتادية التي أجرتها ساينس سوفت.
• ترشيد تكاليف تطوير البرمجيات بفضل تجزئة الميزات وتحديد أولوياتها لمنتج MVP.

التقنيات والأدوات

Amazon Web Services (AWS), Amazon ECS, Amazon ECR, Amazon Aurora PostgreSQL, Amazon CloudFront, Amazon Cognito, Amazon ElastiCache, AWS Lambda, Amazon SQS, Amazon SES, Terraform, C++, Node.js, React.js, Swift, Kotlin.