כיצד האינטרנט של הדברים מחולל מהפיכה בעולם הבריאות

Adi Shieber & Yan Vainter, Freescale Semiconductor

באינטרנט של הדברים (Internet of Things – IoT), התקנים אוספים וחולקים מידע בצורה ישירה בינם לבין עצמם ובינם לבין הענן, ומאפשרים לאסוף, לתעד ולנתח שטף של נתונים חדשים באופן מהיר ומדויק. דבר זה מעורר אפשרויות מעניינות רבות במגוון של ענפים שונים: מכוניות שחשות בבלאי ומתזמנות בעצמן שירותי תחזוקה או רכבות המחשבות מרחקים באופן דינאמי ומדווחות על זמני הגעה משוערים לנוסעים הממתינים בתחנה.

אך מכל התחומים הקיימים, ה-IoT טומן בחובו את ההבטחה הגדולה ביותר בעולם הבריאות, היכן שעקרונותיו כבר מיושמים לשיפור הנגישות לטיפול, קידום איכות הטיפול, והחשוב מכל, הקטנת עלויות הטיפול. ב-™Freescale, שמחים לראות כיצד נעשה שימוש בטכנולוגיות המשובצות ביישומים כגון מערכות telehealth המספקות טיפול רפואי לאנשים באזורים מרוחקים ומערכות ניטור המספקות זרם שוטף של נתונים מדויקים לקבלת החלטות רפואיות טובות יותר.
ככל שהטכנולוגיה של איסוף, ניתוח ושידור נתונים ב-IoT תמשיך להתקדם, אנו נראה כיצד יותר ויותר מערכות ויישומי בריאות מונחי-IoT חדשים ומרתקים הולכים ומתפתחים.
ישנן הרבה תחזיות לגבי הדרך שבו ה-IoT עתיד לחולל מהפכה בעולם הבריאות על ידי הפחתה דרמטית של עלויות הטיפול ושיפור איכות הטיפול. אך ב-Freescale אנו רואים כיצד ה-IoT כבר עושה זאת בפועל. מערכות אלחוטיות מבוססות חיישנים כבר פועלות כיום, אוספות נתונים רפואיים של החולים שלא היו זמינים לפני כן לצורך ניתוחם ומספקות טיפול לאנשים ששירותי בריאות לא היו נגישים להם בעבר. בדרכים אלו, מערכות מונחות-IoT מאפשרות להפחית במידה רבה את העלויות ולשפר את הבריאות על ידי הגברת נגישות ואיכות הטיפול.
במאמר זה, אנו נחקור יותר לעומק את תפקיד ה-IoT באספקת שירותי בריאות, נבחן מקרוב את ההיבטים הטכנולוגיים שהופכים זאת למציאות ונדון בהזדמנויות ובאתגרים שה-IoT טומן בחובו למערכת הבריאות כיום. נתחיל עם הצגת ה-IoT – מושג שהינו עדיין חדש יחסית – אך עם מספר הולך וגדל של יישומים מעשיים בענפים רבים ושונים.
לנושאים אלו חשיבות רבה ב-Freescale, היכן שאנו מפתחים ומייצרים טכנולוגיות משובצות לשימוש במערכות בריאות מונחותIoT לרבות:
חיישנים האוספים נתוני חולים
מיקרובקרים המעבדים, מנתחים ומשדרים את הנתונים באופן אלחוטי
מיקרופרוססורים המאפשרים יצירת ממשקי משתמש גראפיים עשירים
Gateways ספציפיים לשירותי בריאות שדרכם נתוני החיישנים מנותחים יותר לעומק ונשלחים לענן.
ראשית: מהו ה-IoT
מערכות בריאות הקשורות ל-IoT כיום מבוססות על הגדרת היסוד של ה-IoT כרשת של התקנים המחוברים ישירות אחד לשני שנועדו לאסוף ולשתף בנתונים חיוניים באמצעות שכבת שירות מאובטחת (SSL) המתקשרת אל שרת פיקוד ובקרה מרכזי בענן. נתחיל במבט מקרוב במרכיבי המערכת ובטכנולוגיה המוצעת והנדרשת לאיסוף, תיעוד וניתוח נתונים – לא רק בתחום הבריאות אלא למעשה בכל ענף אחר כיום.
המושג IoT הוטבע לראשונה בשנת 1999. הרעיון של מכשירים המקושרים ישירות ביניהם הוא דבר משמעותי. יש הטוענים כי המחשבים – ולכן גם האינטרנט – תלויים כמעט לחלוטין בבני אדם לצורך מידע. הבעיה היא שלבני אדם יש מגבלות בכל הקשור לזמן, תשומת לב ודיוק – ומכאן נובעת בעייתיות בלכידת מידע על דברים בעולם האמיתי. הפתרון טמון בהעצמת מכשירים לאיסוף מידע בכוחות עצמם, ללא התערבות אנושית.
התפתחות ה-IoT שבה מכשירים מקושרים ישירות לנתונים ואחד לשני, חשובה משתי סיבות:
1. חידושים בטכנולוגיית חיישנים וקישוריות מאפשרים למכשירים לאסוף, לתעד ולנתח נתונים שלא היו זמינים בעבר. בתחום הבריאות פירוש הדבר היכולת לאסוף לאורך זמן נתוני חולים שניתן להשתמש בהם לצורך תכנון טיפול מונע, אבחון מהיר של סיבוכים אקוטיים והבנה טובה יותר כיצד הטיפול (שהוא בדרך כלל תרופתי) מסייע לשיפור מצב החולה.
2. היכולת של המכשירים לאסוף נתונים בכוחות עצמם מונעת את המגבלות של נתונים המוזנים על ידי בני אדם ומשיגה אוטומטית את הנתונים הדרושים לרופאים, במועד ובאופן הדרוש להם. המיכון מקטין את הסיכון לטעויות. פחות טעויות פירושו יעילות רבה יותר, עלויות נמוכות יותר ושיפורים באיכות למעשה בכל ענף ולא בהכרח רק בתחום הבריאות. אולם יש בכך עניין/צורך מיוחד בתחום הבריאות, היכן שטעויות אנוש עלולות במקרים רבים להכריע את הכף בין חיים למוות.

אבני הבניין של ה-IoT מצויות בכל מקום
למרות שרק 1% מהמכשירים מקושרים כיום (לפי הנחה), עסקים במגוון רחב של ענפים מיישמים את אבני הבניין של תשתית ה-IoT. להלן מספר דוגמאות:
מיכון הבית: דוגמה למיכון הבית ניתן לראות מתרמוסטט חכם של ®Nest
(™Nest Learning Thermostat), שאוסף נתונים מהסביבה הביתית ולומד את העדפות הבעלים לגבי טמפרטורות ומתכנת את עצמו לפעול ביעילות לאור המידע שנאסף. מסגרת טכנולוגית זו מעניקה לספקי אנרגיה את הקישוריות הדרושה כדי לנהל טוב יותר את רשת החשמל.
תכנון וייצור כלי רכב: בתעשיית הרכב מתוכננים יותר ויותר יישומים אוטומטיים ברכבים לניטור הצורך בשירותי תחזוקה, ניהול צריכת דלק ומד-מרחק, בטיחות הנהג ויכולות אחרות ששילובן אינו כרוך בעלות גבוהה אך טומנות בחובן פוטנציאל הכנסות ניכר. התוספת של שרת מבוסס-ענן לניתוח הנתונים ונקיטת פעולה אוטומטית על פיהם – כמו למשל תזמון אוטומטי של שירותי תחזוקה לרכב במועד המתאים – יקדמו את הענף עוד יותר בכיוון של ה-IoT.
תחבורה ציבורית/ערים חכמות: כבר היום קיימת מערכת iBus בלונדון, אשר פועלת על פי מידע המתקבל ממעל 8,000 אוטובוסים המצוידים ביכולות של מערכת ניווט GPS לצד חיישנים שונים אחרים המשדרים נתונים על מיקום הרכב ומהלך הנסיעה, כך ששלטי תחנות האוטובוס יכולים להציג פרטים מעודכנים על זמני ההגעה של אוטובוסים.
החידושים של ה-IoT כבר אומצו בתחומים כגון אנרגיה (לדוגמה, תאורה חכמה, רשת חשמל חכמה) ומיכון תעשייתי. ישנן הערכות הטוענות שה-IoT יהיה שווה לכלכלה הגלובלית 14.4 טריליון דולר עד שנת 2020, אך מעניין לבחון כיצד נעשה בו שימוש בעולם הבריאות כיום ולחקור כיצד הוא משנה את מערכת הבריאות לטובה כבר עכשיו.

ה-IoT בפעולה בתחום הבריאות
ה-IoT ממלא תפקיד חשוב במגוון רחב של יישומי בריאות, מניהול מחלות כרוניות מחד ועד למניעת מחלות מאידך. להלן מספר דוגמאות כיצד פוטנציאל זה כבר ממומש כיום:
טיפול קליני: ניתן לנטר חולים מאושפזים שמצבם הפיסיולוגי מצריך תשומת לב רבה באמצעות ניטור לא פולשני מונחה-IoT. פתרון כזה עושה שימוש בחיישנים לאיסוף מידע פיסיולוגי מקיף, ב-gateways ובענן לניתוח ואחסון המידע ולאחר מכן שולח את הנתונים המנותחים באופן אלחוטי לצוות הרפואי לבחינה וניתוח נוספים. כך ניתן להחליף את התהליך שבו הרופא או האחות באים בפרקי זמן קבועים כדי לבדוק את מצב החולה, ולספק זרימת מידע אוטומטית שוטפת. כך ניתן בעת ובעונה אחת גם לשפר את איכות הטיפול באמצעות ניטור שוטף וגם להקטין את עלויות הטיפול על ידי ביטול הצורך של הרופא או האחות לעסוק באיסוף וניתוח הנתונים.
דוגמה למערכת מעין זו היא Masimo Radical®-7, מערכת ניטור לסביבות קליניות האוספת נתוני חולים ומשדרת אותם באופן אלחוטי לצורך תצוגה שוטפת או מתן הודעות. התוצאות מספקות תמונה שלמה ומפורטת של מצב החולה לקלינאים שבוחנים אותה. מערכת הניטור משלבת בתוכה טכנולוגיית Freescale בצורת מעבד יישומים ®i.MX עם יכולות גראפיות משופרת המאפשרות תצוגה ברזולוציה גבוהה במיוחד של מידע וממשק משתמש מבוסס מגע שהופך את הטכנולוגיה לקלה לשימוש.
ניטור מרחוק: יש אנשים בכל רחבי העולם שבריאותם עלולה להיפגע מהעדר נגישות לניטור בריאות יעיל. אך פתרונות אלחוטיים קטנים ורבי עוצמה המקושרים באמצעות ה-IoT מאפשרים כיום לנטר את בריאותם של חולים אלו ללא כל טרחה מצדם. פתרונות מעין אלו יכולים ללכוד באופן מאובטח נתוני בריאות של חולים ממגוון של חיישנים, ליישם אלגוריתמים מורכבים לצורך ניתוח הנתונים ולהפיץ את הנתונים באמצעות קישוריות אלחוטית בקרב אנשי מקצועות הבריאות שיוכלו לקבל החלטות רפואיות נכונות.
כתוצאה מכך, חולים עם מחלות כרוניות נוטים פחות לפתח סיבוכים, וסיבוכים אקוטיים ניתנים לאבחון מוקדם מכפי שניתן היה לאבחן בעבר ללא הניטור מרחוק. לדוגמה, חולים במחלות לב המטופלים ב-Digitalis (תרופה לחיזוק הלב – עלים של צמח האצבעונית) ניתן לנטר 24 שעות ביממה למניעת הרעלה מהתרופה. ניתן לגלות בקלות הפרעות קצב (אריתמיה) הנראות באופן אקראי ברשמת לב חשמלית (אלקטרוקרדיוגרמה), והנתונים המעידים על חוסר חמצן בדם יכולים להוביל לגילוי מהיר יותר של בעיות לבביות. הנתונים שנאספו יכולים גם לאפשר גישה מניעתית יותר לבריאות על ידי אספקת מידע לאנשים המעוניינים לקבל החלטות טובות יותר לגבי שמירת בריאותם.
דוגמה לטכנולוגיה המאפשרת ניטור מרחוק היא פלטפורמת רכזת ביתית לאיסוף מידע בריאותי (Home Health Hub Reference Platform) של החברה, המובנית על טכנולוגיית מעבד יישומים i.MX עם יכולות משולבות היטב – כגון קישוריות אלחוטית וניהול צריכת אנרגיה – ב-telehealth gateway המאפשר איסוף ושיתוף של מידע פיסיולוגי. הרכזת לוכדת את נתוני החולים ממגוון של חיישנים ומאחסנת אותם באופן מאובטח בענן, היכן שהצוות המטפל בחולה יוכל לגשת אליהם. מכשירי איסוף נתונים מעין אלו יהפכו בקרוב מאוד לכלי נפוץ ולא רק יאספו נתוני בריאות אלא גם ינהלו רשתות חיישנים אחרים בתוך הבית. ה-gateway מהדור השני של החברה מנהל נתונים של אנרגיה חכמה, מוצרי צריכה אלקטרוניים, מיכון הבית ומערכות אבטחה בנוסף לבריאות.
התערבות/מניעה מוקדמת: גם אנשים בריאים ופעילים יכולים להפיק תועלת מניטור מונחה-IoT של פעילויותיהם היומיומיות ומצב בריאותם. קשישים החיים בגפם, לדוגמה, עשויים להיות מעוניינים במכשיר ניטור שיכול לגלות נפילה או כל חריגה אחרת בפעילותם היומיומית ולדווח על כך לשירותי החירום או לבני משפחה. גם ספורטאי פעיל כגון חובב טיולים רגליים או רכיבה על אופניים יכול להפיק תועלת מפתרון מעין זה בכל גיל, בעיקר אם הוא זמין כטכנולוגיה לבישה.
טכנולוגיית החברה שולבה גם בפתרונות מסוימים מסוג זה. פתרון הניטור היומיומי ®Sonamba, המיועד לאוכלוסיה הקשישה, עושה שימוש בחיישנים המותקנים במקומות אסטרטגיים לניטור פעילויות יומיומיות ודיווח על חריגות לספקי שירותי בריאות או בני משפחה באמצעות הטלפון הנייד. החברה מספקת מעבד יישומים וקישוריות אלחוטית מבוססת ®ZigBee למען Sonamba. טכנולוגיית Freescale משובצת גם בתוך Gateway הבריאות האישית הנייד של ™Numera Libris, שנועד לגלות נפילות ולאפשר ניהול בריאות אישית בבית או בנסיעות.
אלו רק כמה דוגמאות של פתרונות בריאות מבוססי IoT, ועוד רבים אחרים מצויים כיום בשלבי פיתוח. אולם צריך להבין כי החזון האמיתי לעתיד הוא שיישומים קטנים רבים ושונים אלו יתכנסו יחד כדי ליצור מכלול שלם. דמיינו לעצמכם שאתם בני משפחה של חולה ששכח את התרופות שלו. אתם מקבלים התרעה על כך ויכולים לדעת היכן החולה נמצא, לבדוק את הסימנים החיוניים שלו מרחוק ולראות אם בריאותו מדרדרת, ואז לקבל מידע ממערכת ניווט הרכב שלכם היכן בית החולים הקרוב עם מספר המיטות הפנוי הגדול ביותר, נתיב התחבורה המהיר ביותר לשם ואף היכן ניתן לחנות.

טכנולוגיות מאפשרות: להפוך את ה-IoT בתחום הבריאות לאפשרי
השימוש המוצלח ב-IoT בדוגמאות לעיל מעולם הבריאות מבוסס על מספר טכנולוגיות מאפשרות. ללא טכנולוגיות אלו, לא ניתן היה להשיג את השימושיות, הקישוריות והיכולות הדרושות ליישומים בתחומים כניטור בריאות.
חיישנים חכמים, המשלבים חיישן ומיקרובקר, מאפשרים לנצל את היכולות של ה-IoT למען הבריאות על ידי מדידה מדויקת, ניטור וניתוח של מגוון מדדי בריאות. מדדים אלו כוללים סימנים חיוניים בסיסיים כגון קצב פעימות הלב ולחץ דם, רמות גלוקוז וריווי חמצן בדם. חיישנים חכמים ניתן גם לשלב בתוך בקבוקי גלולות ולחבר אותם לרשת כדי לגלות האם החולה נטל את התרופה במועד ובמינון הנכון. כדי שחיישנים חכמים יפעלו ביעילות, על מרכיבי המיקרובקר לשלב בתוכם מספר יכולות חיוניות:
הפעלה חסכונית באנרגיה הינה חיונית לשמירת טביעת רגל פחמנית קטנה של המכשיר ולהארכת תוחלת החיים של הסוללה – תכונות המסייעות להפוך מכשירי IoT לשמישים ככל הניתן. החברה, המציעה כבר שנים רבות עיבוד חסכוני באנרגיה, עובדת כיום על פיתוח מכשירים נטולי סוללות המנצלים טכניקות של קציר אנרגיה באמצעות שימוש בממיר DC-DC עם צריכת אנרגיה נמוכה במיוחד.
יכולות משולבות של דיוק אנלוגי מאפשרות לחיישנים להשיג רמת דיוק גבוהה בעלות נמוכה. החברה מציעה טכנולוגיה מאפשרת זו בתוך מיקרובקרים המכילים רכיבים אנלוגיים, כגון ממיר אנלוגי לדיגיטאלי (ADC) ברמת רזולוציה גבוהה ומגברי שרת חסכוניים באנרגיה.
ממשקי משתמש גראפיים משפרים את השימושיות בכך שהם מאפשרים לצגי המכשירים לספק מידע מפורט רב וגישה קלה יותר למידע. מעבדי היישומים i.MX של החברה עם רמת העיבוד הגראפי הגבוהה תומכים בפיתוח ממשקי משתמשים גראפיים מתקדמים.
Gateways הם רכזות מידע האוספים נתוני חיישנים, מנתחים ומשדרים אותם לענן באמצעות טכנולוגיות של רשת תקשורת מרחבית (ז.
Gateways ניתן לתכנן למסגרות קליניות או ביתיות; במסגרות ביתיות, הם יכולים להוות חלק ממערכת קישוריות רחבה יותר המנהלת גם צריכת אנרגיה, אמצעי בידור ומערכות אחרות בבית. פלטפורמת הרכזת הביתית לאיסוף מידע בריאותי של החברה כוללת רכיב gateway. מתכנני מכשירים רפואיים יכולים גם להשתמש בפלטפורמה ליצירת מכשירי גישה מרחוק לניטור מרחוק.
רישות אלחוטי גובר על המגבלות
הפיסיות של רישות של פתרונות מחווטים מסורתיים כגון Ethernet ו-. החברה מציעה מיקרובקרים התומכים בקישוריות אלחוטית למכשירים המבוססים על תקנים אלחוטיים נפוצים כגון ®Bluetooth
ו-Bluetooth Low Energy () ורשתות
מרחב אישי (PAN – Personal Area Network) שנעשה בהן שימוש עם מכשירים אישיים ו-®Wi-Fi ו-Bluetooth לרשתות תקשורת מקומיות (LAN – Local Area Networks) במרפאות או בבתי חולים. הדבר מוביל אותנו לאתגר המפתח העומד בפני ה-IoT בבריאות: תקנים.

תקני קישוריות: מאפשרים למכשירי IoT לפעול יחד
תקנים מהווים אתגר לכל סביבה שבה מכשירים רבים צריכים לתקשר ביניהם – וזהו בדיוק הצורך של ה-IoT בתחום הבריאות. כיום הדיעה הרווחת היא כי התקינה ההולכת ומתרחבת של פרוטוקולי תקשורת הינה קריטית לקידום האימוץ של ה-IoT.
למרבה המזל, ארגוני תקינה עובדים כיום על גיבוש קווים מנחים לתקשורת אלחוטית בין מכשירי ניטור ועם ספקי שירותי בריאות. ארגון Continua® Health Alliance, ש-Freescale חברה בו, הוא קואליציה של חברות שירותי בריאות וטכנולוגיה שנוסד בשנת 2006 לגיבוש קווים מנחים לפתרונות בריאות אישית הידודיים. הארגון כבר פרסם מערך של מפרטים להבטחת הידודיות. בעתיד, ארגונים הרוכשים מכשיר המאושר על-ידי Continua יוכלו להיות סמוכים ובטוחים כי הוא יתקשר עם מכשירים מאושרים אחרים ביישומים מונחי-IoT.
תקני המכשירים של Continua הם חלק ממערך תקנים רחב יותר הכולל תקני טכנולוגיית מידע שנקבעו על ידי ארגון התקינה הבינלאומי (®ISO) והתקנים ההנדסיים שנקבעו על ידי אגודת מהנדסי החשמל והאלקטרוניקה (®IEEE).
בטכנולוגיה אלחוטית, תקני IEEE לרשתות תקשורת מקומיות (LAN) מגדירים רשתותWi-Fi () ו- (IEEE 802.15.4). תקנים לרשתות על פני מרחב אישי (PAN) כוללים את Bluetooth ו-BLE ותקני IEEE 802.15.4j ו-IEEE 802.15.6 שהם תקני IEEE הקשורים לרשת אזור הגוף (BAN – Body Area Network). תקנים לרשתות סלולאריות כוללים את
™ GSM/UMTS ו-CDMA. רשתות אלחוטיות קנייניות עדיין ממלאות תפקיד מסוים במערכות בריאות בכלל וביישומי IoT בפרט, אך נראה כי תפקידן הולך ומצטמצם ככל שהענף ממשיך להתקדם לארכיטקטורות מבוססות תקנים.

IoT בתחום הבריאות:
זה הזמן
מהפכת ה-IoT שנחזתה לפני שנים רבות כבר יצאה לדרך, כפי שהדוגמאות המוזכרות לעיל מעידות. וזהו רק קצה הקרחון שכן שימושים חדשים ממשיכים להתפתח כדי לתת מענה לצורך הדחוף בטיפול רפואי נגיש ושווה לכל כיס. בה בעת, אנו רואים כיצד אבני הבניין של ה-IoT של מיכון ותקשורת M2M ממשיכות להתבסס בתחומים שונים עם תוספת של שכבת שירות המשלימה את התשתית. Freescale שמחה מאוד להיות חלק ממהפכה זו על ידי אספקת פתרונות עיבוד וקישוריות מקצה לקצה לפתרונות בריאות מונחי-IoT, ופועלת לגיבוש תקנים לפתרונות אלו והאצת תהליכי החדשנות למען ארגונים המעוניינים לממש את התועלת הטמונה ב-IoT בתחום הבריאות.