כיצד טכנולוגיית התקני הבריאות הלבישים משנה את פני שירותי הבריאות

המזעור של חיישנים ביו-רפואיים, השימוש ההולך וגובר בטלפונים חכמים והעלייה במספר הפרוטוקולים האלחוטיים היעילים באנרגיה הצמיחו דור של התקנים רפואיים לבישים העומדים לשנות את פני עולם שירותי הבריאות.

התקנים רפואיים לבישים אלה רחוקים מלכלול רק שעונים וצמידים למעקב אחר כושר גופני. מלבד ספירת צעדים או עריכת מעקב דופק, ישנם התקני ניטור לרמות הסוכר בדם ולמדידת לחץ דם, לטיפול בכאבים כרוניים ואפילו לנטילת תרופות.

את לב לבה של מהפכה זו בשירותי הבריאות ניתן לזקוף לזכות הטכנולוגיות האלחוטיות אשר צמחו כתוצאה מהשימוש ההולך וגובר בטלפון החכם. Bluetooth ו-NFC הם הפרוטוקולים של תקשורת אלחוט המהווים את הכוח המניע לעלייתו של דור חדש זה של התקנים רפואיים לבישים.

המהפכה הלבישה

בעבר היה נהוג שטיפולים רפואיים מתבצעים בבתי חולים ובמרפאות פרטיות, דבר שחייב את הפציינטים לנסוע מרחקים ארוכים וגרם לעיכובים במתן טיפול. טכנולוגיית ההתקנים הרפואיים הלבישים מבטיחה לשנות מצב זה מקצה לקצה על ידי הפעלת “טלרפואה”, כלומר מתן שירותי בריאות גם מעבר לסביבות הקליניות כדי להגיע לפציינטים בכל מקום שבו הם נמצאים – בבית, בעבודה או בדרכים.

טלרפואה מתאפשרת בזכות טכנולוגיית ההתקנים הרפואיים הלבישים, והיא יכולה לשפר את הטיפול הן בפציינטים מאושפזים והן בפציינטים שאינם מאושפזים. לדוגמה, התקנים לבישים יכולים לאפשר לבתי חולים למקד את המשאבים שלהם בטיפולים דחופים, מאחר שהמצבים הפחות רציניים ניתנים לאבחון – ולעתים אף לטיפול – מרחוק, באמצעות התקנים רפואיים לבישים.

התקני ניטור רפואי לבישים יכולים גם לקצר את זמני האשפוז של פציינטים שמצבם חמור יותר ולשלוח אותם לביתם מוקדם יותר, תוך שהם ממשיכים להיות מנוטרים סביב השעון. היתרון המוסף הוא פינוי מיטות ומשאבי צוותים לצורך טיפול בפציינטים אחרים.

התקנים רפואיים לבישים יכולים לסייע לסובלים ממחלות כרוניות לנהל ולנטר את מצבם וכן לשתף את המידע הבריאותי עם הרופא שלהם בקלות. בנוסף, התקנים רפואיים לבישים יכולים לספק גישה נוחה וחסכונית לשירותי בריאות לשכבות העניות והמוחלשות, לבעלי מוגבלויות ולבעלי קשיי ניידות.

מעבר לשיפור חייהם של הסובלים ממחלות מאובחנות, התקנים לבישים יכולים לשמש גם לרפואה מונעת. הדור הבא של התקני מעקב לבריאות וכושר יכול לנטר לא רק את הפעילות הפיזית שלך, אלא גם סימנים למחלות העומדות להתפרץ כדי לסייע לך למנוע בעיות בריאות רציניות עוד לפני התפרצותן.

שירותי בריאות חכמים יותר עם Bluetooth בצריכת אנרגיה נמוכה

הפרוטוקול האלחוטי החשוב ביותר הנמצא כיום בשימוש עבור התקנים רפואיים לבישים הוא ללא ספק Bluetooth Smart, המכונה גם “Bluetooth בצריכת אנרגיה נמוכה”.

על אף שמו, Bluetooth Smart שונה מאוד מ-Bluetooth רגיל שאנו מכירים. בשעה שה-Bluetooth הקלסי תוכנן להזרמת נתונים אל ומציוד היקפי, כגון אוזניות, מיקרופונים או מקלדות, ה-Bluetooth Smart תוכנן לשמש כפרוטוקול חסכוני במיוחד באנרגיה, לשידור פרצים קצרים של נתונים מהתקנים שמוזנים בסוללה המצויים בשימוש ביישומי מדידה, ניטור וחישה. כתוצאה מתכונות אלה, זהו פרוטוקול האלחוט המושלם עבור התקנים רפואיים לבישים.

ב-Bluetooth Smart נעשה שימוש בשכבה פיזית ובשכבת הקשר שונות מאלה המשמשות ב-Bluetooth הקלסי, אך כחלק מהתקן של Bluetooth, כל הטלפונים החכמים התואמים ל-Bluetooth 4.0 ומעלה, תואמים גם ל-Bluetooth Smart.

Bluetooth Smart גם מאפשר להתקנים רפואיים לבישים לנצל את יכולות המעבד החזק, הקישוריות הסלולרית ושירותי המיקום באמצעות GPS של הטלפון החכם כהשלמה ליכולות של ההתקן עצמו

למשל, התקן ניטור רפואי לביש יכול לשתף נתוני חיישן עם טלפון חכם דרך Bluetooth Smart. לאחר מכן, המשתמש יכול להפעיל את אפליקציית הבריאות של ההתקן ולצפות במדדים הרפואיים שלו. ישנה גם אפשרות לבדוק את הנתונים הרפואיים הגולמיים של המשתמש מול מסד נתונים מקוון, כדי להתריע בפניו במקרה של סימנים למחלות שניתן למנוע. ניתן לשתף נתונים אלה בקלות גם עם הרופא או עם קרוב משפחה.

בתפקודו כפרוטוקול אלחוטי, ה-Bluetooth Smart תוכנן לעבור מיטוב עבור ההודעות הקצרות, המשודרות בפרצים, המאפיינות את ה-IoT וההתקנים הלבישים. ניתן לפתוח ולסגור חיבורים במהירות רבה וזמני שידור של הודעות הם קצרים. בשעה שחיבורי ה-Bluetooth הקלסי אורכים מאות אלפיות-שנייה או יותר, התקנים המתחברים דרך Bluetooth Smart יכולים לבסס חיבור, לשדר הודעה ולסגור את החיבור תוך עשרות אלפיות-שנייה. העברת הודעות מהירה זו לא רק מאפשרת התקן תגובתי, אלא אף מסייעת ל-Bluetooth Smart לצמצם את צריכת האנרגיה על ידי הארכת משכי הזמן שבהם הרדיו כבוי. עובדות אלה, בשילוב עם הספק שידור שיא של כ-15mA, מאפשרים שימוש חסכוני ביותר באנרגיה, וישנם התקני Bluetooth Smart שיכולים להחזיק מעמד חודשים ואפילו שנים ללא סוללות כפתור להתקנים סלולריים.

נושא האבטחה חיוני כשמדובר באפליקציות רפואיות, ו-Bluetooth Smart מספק את הסחורה. הוא עושה שימוש בהצפנה חזקה של AES-CCM עם 128 סיביות וביצירת מפתחות באמצעות אלגוריתם עקומים אליפטיים של Diffie-Hellman להגנה מפני ציתות.

את ההטמעה של Bluetooth Smart ניתן לבצע באמצעות מעבדי רשת, מודולי HCI או שבבי SoC. מעבדי רשת, המכונים גם מעגלים משולבים של קישוריות, הם מודולי רדיו בתקן Bluetooth עם רכיבי MCU בעלי צריכת אנרגיה נמוכה המטמיעים את מחסנית Bluetooth ומצמצמים על ידי כך את העומס על המעבד המארח. בזכות עובדה זו הם מתאימים לשימוש בהתקנים בעלי MCU עם צריכת אנרגיה נמוכה.

מודולי HCI הם מודולי רדיו בתקן Bluetooth המגיעים כשלד בלבד, מטמיעים את השכבה הפיזית ואת שכבת ההקשר ומסתמכים על המערכת המארחת להטמעת השכבות העליונות של מחסנית ה-Bluetooth. מודולי HCI מתאימים להתקנים בעלי מעבד מארח חזק הכולל את המשאבים הנדרשים להפעלת מחסנית ה-Bluetooth בנוסף ללוגיקת היישום.

שבבי SoC משלבים מודולי רדיו בתקן Bluetooth עם מודולי MCU חזקים יחסית, המסוגלים להפעיל את מחסנית Bluetooth כולה וכן את לוגיקת היישום, וכל זאת באותו שבב. יכולת העיבוד שלהם משתנה משבב לשבב. לדוגמה, ה-nRF51822 עושה שימוש בליבת ARM Cortex M0 בעלת צריכת אנרגיה נמוכה במיוחד לחיסכון מקסימלי באנרגיה, ואילו ה-nRF52832 מגיע עם Cortex M4 לתמיכה במגוון רחב יותר של יישומים. עבור מרבית היישומים הלבישים, תצורת SoC תספק את הפתרון הטוב ביותר מבחינת חיסכון באנרגיה, קלות שילוב ועלות פיתוח. התקני SoC, המתאפיינים בתצורת שבב יחיד, גם יתאימו למוצרים לבישים רזים, קלים ועם גורם צורה קטן.

כלל לא מפתיע שה-Bluetooth Smart, המתאפיין בצריכת אנרגיה נמוכה במיוחד, תאימות נרחבת וקלות הטמעה במודולי SoC, עומד כיום במקום הראשון בין הפרוטוקולים האלחוטיים עבור התקנים לבישים.

NFC

אף ש-Bluetooth Smart ממלא, ללא ספק, תפקיד חשוב בתחום ההתקנים הלבישים, הוא אינו לבד בזירה. תקן תקשורת טווח אפס (NFC) גם הוא בעל תפקיד חשוב – כפרוטוקול תקשורת אלחוטית נוסף, ולעתים משלים.

בניגוד ל-Bluetooth, המאפשר חיבור של התקנים הנמצאים במרחק של כ-9 מטר זה מזה, ה-NFC מחייב הימצאות של ההתקנים בטווח של 10 ס”מ ואפילו פחות, כשהם כמעט נוגעים זה בזה. במבט ראשון, נראה כי הטווח המוגבל של NFC הוא חסרון, אך למעשה מגבלה זו היא המפתח להצלחתו.

הדרישה כי ההתקנים יהיו מאוד קרובים זה לזה מסייעת ל-NFC להבטיח שההתקנים המחוברים הם ההתקנים הנכונים. בניגוד ל-Bluetooth, הכרוך בתהליך קישור מורכב שבמהלכו יש לבחור את ההתקנים הנכונים ולהזין קודי גישה, חיבורי NFC הם מסוג “הצמד והתחבר” (tap and go). המשתמשים פשוט מצמידים את ההתקנים זה לזה; כתוצאה מכך, נוצר אוטומטית חיבור, ההודעות מועברות והחיבור נסגר.

אופן השימוש המהיר והאינטואיטיבי ב-NFC הופך שיטה זו לאטרקטיבית במיוחד עבור אוכלוסיות מבוגרות, כמו גם עבור צוותים בבתי חולים, מאחר שניתן לפרוס את הציוד עם מינימום הדרכה.

החיבורים המהירים בשיטת “הצמד והתחבר” המשמשים את NFC מתאימים מאוד גם לסביבות קליניות שבהן נעשה שימוש בטלפון חכם מרכזי או בקורא NFC אחר לקריאת נתונים מהתקנים רבים. עם Bluetooth יש צורך ליצור ידנית חיבור עבור כל התקן בנפרד ובאופן רציף, אך עם NFC יש להקיש פשוט על כל התקן כאשר תורו להיקרא, מבלי לעבור דרך עשרות התקנים בקרבתו.

היתרון החשוב השני של NFC הוא מאפייני צריכת האנרגיה האטרקטיביים ביותר שלו. פעמים רבות, ניתן לטעון התקני NFC באופן סביל – כלומר, התקן ה-NFC מקבל את האנרגיה שלו משדה ה-RF שמחולל קורא ה-NFC. כמות האנרגיה המופקת היא נמוכה, בדרך כלל מדובר בנתון של 4mA ב-3.3V, אך היא מספיקה לטעינת קריאות פשוטות מחיישנים.

מאחר שאין צורך בסוללה, ניתן לייצר גורמי צורה קטנים ורזים במיוחד, דבר ההופך את NFC לטכנולוגיה המושלמת עבור חיישני מדבקות לעור, שתלים או ביגוד.

עקב הדרישה של NFC לקרבה רבה בין ההתקנים, טכנולוגיה זו מספקת שיטה בסיסית אך יעילה לאבטחה ואימות פיזיים, ומצמצמת משמעותית את האפשרות לתקיפות מסוג Man-in-the-Middle. בדומה ל-Bluetooth Smart, גם NFC תומך בהצפנת AES וכן בחילופי מפתחות לפי אלגוריתם Diffie-Hellman, במידה שנדרשת רמה נוספת של אבטחה.

NFC הוא טכנולוגיה רבת עוצמה כאשר נעשה שימוש בו בלבד, אך ניתן להשתמש בו גם בשילוב עם טכנולוגיות אלחוט אחרות. למשל, מודולי רדיו מרובים הכוללים הן Bluetooth והן NFC יכולים לנצל את יכולת הקישור של Bluetooth מחוץ לתדר כאשר ההתקן עושה שימוש ב-NFC ליצירת חיבור Bluetooth מאובטח תוך שימוש בקרבה הפיזית. המשתמשים נהנים מכל העולמות – האבטחה והנוחות שבחיבור “הצמד והתחבר” של NFC עם הטווח והקישוריות הרציפה של Bluetooth.

רפואה לבישה

הפוטנציאל הטמון בהתקנים רפואיים לבישים רק מתחיל להתגלות. התקנים אלה מחזיקים בכוח להסיט את לב שירותי הבריאות מבית החולים הביתה, ולשפר בכך את חייהם של קשישים, חולים במחלות כרוניות ואוכלוסיות מוחלשות, כגון עניים או בעלי מוגבלויות. התקנים לבישים יכולים גם לשפר את היעילות של בתי חולים, וכן לסייע באבחון מוקדם של מחלות הניתנות למניעה, בטרם הן מתפתחות למחלות רציניות.

במרכזה של מהפכת הרפואה הלבישה נמצאות שתי טכנולוגיות מפתח – Bluetooth Smart ו-NFC. ה-‏Bluetooth Smart מספק טכנולוגיה עם צריכת אנרגיה נמוכה במיוחד ותאימות נרחבת לטלפונים ניידים, ואילו ה-NFC מספק טכנולוגיה מאוד ידידותית למשתמש המאפשרת ייצור גורמי צורה רזים וקלים במיוחד וללא סוללה. לכל אחת מהטכנולוגיות האלחוטיות האלה יתרונות משלה עבור הגל הנוכחי והמתקרב של התקני רפואה לבישים.