Az IoMT és a digitális egészségügyi ellátás kora

A logisztika, az ipar és a fogyasztási cikkek területén történő felhasználás mellett egyre nagyobb az érdeklődés az IoT egészségügyi és orvosi területeken való alkalmazása iránt is. Ezt nevezik az orvosi dolgok internetének vagy IoMT-nek. Az IoMT-piac a jövőben várhatóan jelentősen növekedni fog, a 2021-es 113 milliárd USD-ről 2028-ra 341,17 milliárd USD-re emelkedik.

Az IoMT magában foglalja az internetre csatlakoztatott dolgok – például eszközök, berendezések és létesítmények – adatainak gyűjtését és elemzését, és ezek felhasználásával új ismereteket nyerhetünk a betegek állapotáról. Az IoMT lehetséges alkalmazásai közé tartozik a betegek állapotának közvetlen kezelése olyan tényezők mérése révén, mint az aktivitási szint, a vérnyomás és az alvás. Az IoMT használata a betegek életének közvetlen javítása mellett segíthet az orvosok és a kórházak hatékonyabb munkájában és a betegek jobb eredményeinek elérésében is. Az IoMT várhatóan hozzájárul az egészséges életkor meghosszabbításához, az orvosi munkaerőhiány csökkentéséhez, valamint az orvosi és ápolási ellátás minőségének javításához.

IoMT eszköz- és rendszerkonfiguráció

Egy IoMT-szolgáltatás hardverből, alkalmazásokból és hálózatokból épül fel, amint azt az 1. ábra mutatja.

1. ábra Három­szintű IoMT-szolgáltatások

A fő összetevők a következők lehetnek:

• Érzékelő réteg:
  • IoMT-eszközök, például viselhető érzékelők hálózati kapcsolattal
• Kommunikációs réteg:
  • Átjárók, például mobil eszközök és vezeték nélküli LAN (IEEE 802.11x/Wi-Fi^®) routerek
  • Az adatokat összesítő felhő
  • Az átjáró és a felhő között összekötő (nyilvános vagy internet-) hálózatok
• Alkalmazási réteg:
  • Felhőben vagy mobileszközökön megvalósított alkalmazások, amelyek olyan szolgáltatásokat nyújtanak, mint például az érzékelési adatok vizualizálása

A mobiltelefonok jó alapot jelentenek az IoMT-szolgáltatások számára, elsősorban azért, mert nagyon sok embernek van ilyen telefonja. A mobiltelefonok Wi-Fi és Bluetooth^® segítségével könnyen csatlakoztathatók IoMT-eszközökhöz, például okosórákhoz, és a 4G (LTE) vagy 5G nyilvános hálózatokon keresztül a felhőhöz is. Alkalmazások futtatására való képességükkel a mobilok különböző funkciókat támogathatnak.

Az adatok rögzítése

Az IoMT-eszközről az érzékelési adatok Wi-Fi vagy Bluetooth segítségével jutnak el a mobilok vagy átjárók felé. Egyes IoMT-eszközök beépített SIM-kártyával rendelkeznek, és közvetlenül csatlakozhatnak nyilvános hálózatokhoz. Az olyan gyűjtött adatok, mint a légzésszám, a testhőmérséklet, a pulzusszám és a vérnyomás alapvető információk, amelyeket életjeleknek neveznek, és amelyek között néha a vér oxigéntelítettsége (SpO₂) is szerepel.
Az egészségügyi eszközök által végzett biometrikus adatérzékelés egyik legnagyobb előnye, hogy minimálisan invazív, nem igényel vérvételt vagy testbeültetést. Az egyik alapvető technológia a foto­pletizmográfia (PPG) (2. ábra), amely optikailag érzékeli az erek térfogatának változásait. Az okosóra hátoldalán lévő LED-fényt (főként zöldet) bocsát ki a csuklóban lévő vérereknél, a visszavert fényt pedig egy fotodetektor fogadja. Az okosóra jelfeldolgozással kivonja a különböző zajkomponensekből a szabályos ingadozásokat, hogy megkapja a pulzusszámot. Ha a zöld és a piros LED-et együttesen használják, a transzkután artériás vér oxigéntelítettsége (SpO₂) a hemoglobin megkötésének mértékéből becsülhető.

2. ábra A fotopletizmográfia (PPG) vázlata, amely a bőr alatti véráramlást a visszaverődés változásai alapján érzékeli

A légzésszámot a pulzusszámból lehet megbecsülni a szervezet légzési szinusz aritmiájának segítségével, amelyben a pulzusszám belégzéskor enyhén emelkedik, kilégzéskor pedig enyhén csökken. A vérnyomás a pulzusszám alapján a véráramlásból becsülhető. Ezenkívül az alvási állapotot az okosóra gyorsulásmérője által érzékelt testmozgásokból határozzák meg.

Az IoMT-eszközök használatának kihívásai

A sikeres IoMT-alkalmazások megvalósítása számos kihívással jár, amelyek elsősorban a szolgáltatásokhoz, a hardverhez és a kommunikációhoz kapcsolódnak.
A szolgáltatások tekintetében a megszerzett fizikai adatok mérési pontosságának kezelése és a felhőben összesített személyes adatok biztonságának biztosítása a legfontosabb szempontok. További kihívást jelent a nemzeti és regionális rádiótörvényeknek és -szabályozásoknak való megfelelés és a tanúsítás megszerzése.
Az IoMT-eszközök vezeték nélkül csatlakozhatnak mobilokhoz és IoT-átjárókhoz, és ennek a kommunikációs kapcsolatnak a fenntartása kritikus fontosságú, ha pontos orvosi adatokat akarnak gyűjteni. Az olyan eszközök, mint az okosórák és az okoscipők a Bluetooth-t a mobiltelefonokkal és más eszközökkel való egyszerű párosítás és az alacsony energiafogyasztás miatt használják – a 2,4 GHz-es frekvenciasávban a Bluetooth engedély nélküli, kis teljesítményű rádióállomásként van kijelölve. A Wi-Fi (IEEE 802.11x) a helyhez kötött IoMT-eszközök, például az intelligens mérlegek, ágyak és egyéb ágyba fekvés-/felkelésérzékelők, valamint a megfigyelő kamerák számára kerül bevezetésre.
A hardverek esetében az IoMT-eszközök egyik legfontosabb kihívása a méretcsökkentés. Például egy okosórának, amely méreteiben egy hagyományos karórához hasonló, tartalmaznia kell akku­mu­látort, töltőáramkört, mikrokontrollert, kommunikációs funkciót, kijelzőt és egyéb alkatrészeket, valamint különböző érzékelőket. A korlátozott akkumulátorteljesítmény szintén alacsony energiafogyasztású kialakítást diktál.
További fontos komponensek közé tartozik egy analóg front-end a fotodetektorok és gyorsulásmérők által kimenő gyenge elektromos jelek felerősítésére, valamint egy szűrési folyamat a zajkomponensek és a szükséges információ elkülönítésére.

Nagyfrekvenciás zajvizsgálat és a rádióberendezésekre vonatkozó szabványoknak való megfelelés

Az IoMT-eszközök forgalmazása megköveteli a nagyfrekvenciás zajra vonatkozó különböző vizsgálati szabványoknak való megfelelést. Az emissziós vizsgálat annak igazolására szolgál, hogy az IoMT-eszközből származó nagyfrekvenciás elektromágneses mezőzaj nem befolyásol más berendezéseket, valamint az immunitási (zavarási) vizsgálat annak igazolására, hogy az IoMT-eszközt nem befolyásolja az ilyen zaj. Az elektronikus áramkörből kibocsátott elektromágneses mezőzaj zavarhatja és torzíthatja a beépített érzékelők gyenge jeleit, valamint Wi-Fi és Bluetooth kommunikációs hibákat okozhat (3. ábra).

3. ábra A rendszerben lévő elektromágneses zaj zavarhat és befolyásolhat más áramköröket

Az IoMT-eszközökben az elektromágneses zaj tipikus forrásai a kapcsolóüzemű tápegységek (DC/DC átalakítók), amelyek harmonikus zajt generálnak. A mikroszámítógépek és a memória órái szintén zajforrások. A zaj elleni intézkedések közé tartozik az elektronikus áramkörök és antennák fizikai elkülönítése, EMI-szűrők hozzáadása, a lapkák elrendezésének és rétegeinek konfigurálása, valamint fizikai árnyékolások használata.
A fogyasztói IoMT-eszközökre alkalmazandó tesztek a CISPR 32 B osztályú, a Nemzetközi Rádiózavarok Különbizottsága (CISPR) által meghatározott CISPR 32 osztályú kibocsátási tesztek és a CISPR 35 szerinti immunitási tesztek. A Wi-Fi-vel és Bluetooth-szal ellátott IoMT-eszközöknek ezenfelül meg kell felelniük a rádióhasználatot szabályozó nemzeti jogszabályoknak.

Biztonság és személyes adatok

A kiberbiztonsági intézkedések újabb kihívást jelentenek. Például 2023 márciusában az Egyesült Államok Szövetségi Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) új irányelveket adott ki az orvostechnikai eszközök forgalmazói számára. Az új orvostechnikai eszközök kifejlesztésekor az iránymutatások olyan terveket ajánlanak, illetve írnak elő, amelyek figyelembe veszik a kiber­biz­ton­ságot, a SBOM (software bill of materials) létrehozását és a sebezhetőségi vizsgálatot. A termék teljes élettartama alatt a biztonsági frissítések azonnali biztosítása is elvárás, míg a nem megfelelő termékek várhatóan elveszítik a forgalomba hozatali engedélyüket.
Egy másik kérdés a magánélet védelmére vonatkozó jogszabályoknak való megfelelés. Az IoMT-eszközök által gyűjtött és a felhő- vagy mobilalkalmazások által elemzett, az egyének azonosítására alkalmas adatok személyes adatoknak minősülhetnek, és különleges védelmet igényelnek.

Az IoMT kilátásai

Az egészségügy és az orvostudomány konvergál az IoMT-piacon, ahol a jövőben jelentős növekedés várható. Az IoMT-szolgáltatások hozzájárulhatnak a várható egészséges élettartam meghosszabbításához és az életminőség javításához, valamint arra ösztönzik az embereket, hogy minél tovább dolgozzanak. Az egészségesebb lakosság és a társadalombiztosítási költségek csökkenésével jelentősen csökkenhetnek az állami adófizető lakosságra nehezedő pénzügyi terhek.
Az IoMT-t használó telemedicina várhatóan hamarosan valósággá válik, és sok ember számára nyújt orvosi szolgáltatásokat, beleértve a távoli területeken élőket is, és a fejlesztőknek fejlett IoMT-eszközöket és -szolgáltatásokat kell előállítaniuk, hogy megfeleljenek ezeknek az elvárásoknak.

Szerző: Tomohide Yamazaki –
assistant manager, Anritsu Corporation

www.anritsu.com