Medico-applikationernes store mængder af data – fra billeder til tekst – stiller store krav til en effektiv håndtering af data med en hurtigere datadeling og koordination af medicinsk information samt en forbedret kommunikation både inden for og uden for medicinske faciliteter
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 7 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Kazuichi Ichikawa, assistant manager, Anritsu
For at opfylde behovet fra medicosektoren til håndtering af de stadigt større datamængder, som skal deles sikkert og effektivt i den digitaliserede medicinske administration af data, er anvendelse af trådløs kommunikation med blandt andet trådløse LAN- og Bluetooth-teknologier en nødvendighed.
Bluetooth egner sig med sine energibesparende funktioner fint til patientbårent udstyr og til medicinsk udstyr, der kommunikerer relativt små datamængder. Eksempler inkluderer pulsoximetri, blodtryksmålere, termometre samt EKG- og EEG-udstyr.
Trådløs LAN giver high-speed kommunikation til overførsel af billeder og video, hvilket er ideelt til udstyr som endoskoper og radiografiske apparater.
En anden teknologi, som bruges i medicoteknikken, er WMTS (Wireless Medical Telemetry System), der anvender dedikerede frekvensbånd for minimering af radiointerferens. WMTS moniterer vitale patientdata som hjerterytme (EKG), åndedræt, kropstemperatur og iltmætning i blodet på indlagte patienter med data overført til en monitor i patientovervågningen. Udstyret transmitterer radiosignaler til et antennesystem i patientens stue, hvorfra signaler og data videresendes til en central monitor til visning hos plejepersonalet.
Problemer med medicinsk apparatkommunikation
Trådløs kommunikation er ideel til patienter, der bærer sensorer til indsamling af biometriske data, da man slipper for kabling til dataoverførsel og gør det nemt at opstille, tilføje eller flytte apparater. Der kan dog opstå problemer, som kommunikationsafbrydelser og lave datahastigheder.
Et stort problem i trådløs LAN er overlappet af radiokanaler, der deles af flere enheder. Af de frekvensbånd, der bruges til trådløst LAN, understøttes 2,4GHz-båndet af det største antal enheder. Tretten kanaler er dedikeret med 5MHz-intervaller, fra 2412MHz til 2472MHz. Da kanalbåndbredden er 20MHz, kan kun tre kanaler med 5-kanals intervaller bruges til at undgå interferens fra hosstående kanaler, for eksempel kanal 1, kanal 6 og kanal 11. Desuden kan interferens på medicinsk udstyr også stamme fra udstyr på etagerne ovenover og nedenunder.
Et andet centralt problem er væksten i antallet af enheder, der er afhængige af trådløs LAN-teknologi. I medicinske faciliteter er der et stort antal trådløse LAN-enheder, herunder pc’er og tablets, der bruges af læger og personale. Patienter medbringer også egne enheder som smartphones og bærbare spillekonsoller, der kan forårsage radioforstyrrelser eller overbelaste netværket. For mange enheder på netværket resulterer i besvær med at etablere en trådløs forbindelse og/eller langsomme kommunikationshastigheder.
Det mest almindelige problem med WMTS er manglende trådløs forbindelse på grund af, at radiosignalet er for svagt. Årsagerne omfatter lav batterispænding i senderen, forkert antenneplacering, interferens fra andet trådløst udstyr eller støjkilder samt dæmpning af signalet på grund af tilføjelser og layoutændringer.
Identifikation af trådløse kommunikationsproblemer
Kommunikationsproblemer opstår primært i medicinsk udstyr som følge af interferens og dæmpning, hvad der kan få det medicinske udstyr til at fejle eller lide under afbrydelser i kommunikationen. Da det potentielt kan være til fare for patienternes sikkerhed, er det vigtigt at identificere og løse årsagerne til problemerne. Inden for trådløs kommunikation kan fejl og mangler identificeres med de følgende processer:
• Brug en simpel måling til at tjekke styrken af radiosignalet. Inden for trådløs LAN skal antallet af access-punkter, der kan modtage data, også tjekkes.
• Hvis radiosignaler ikke er stærke nok, så kan en flytning af radioudstyret eller en ændret placering af objekter, der kan forhindre udbredelsen af signalerne, hjælpe til at forbedre styrken af radiosignalerne.
• Hvis problemet fortsætter trods tilstrækkelig sendestyrke, så bør man mistænke interferens som værende problemet. En spektrumanalysator kan bruges til at identificere mulig interferens og kilden til samme.
• Efter identificering af støjkilden skal man overveje, hvordan man skal løse interferensproblemerne.
Et eksempel på en simpel målemetode baseret på brugen af gratis software til tjek af trådløs LAN-signalstyrke er vist i figur 2. Hver waveform er udstyret med et netværksnavn (SSID) og en trådløs kanal.
I WMTS-applikationer er den centrale monitor i WMTS udstyret med en ret enkel spektrumanalysatorfunktion, der tillader måling af styrken i de modtagne (receive) radiosignaler. Hvis styrken af radiosignalet i et trådløst LAN eller en WMTS er tilstrækkelig efter de helt simple målinger – og problemet fortsætter – så skal man nok forvente interferens fra radiobølger udsendt af andre apparater.
Identifikation af interferens og kilder til støj
Kombinerer man en spektrumanalysator med antenner, der er designet til brug i de radiofrekvensbånd, man måler på, kan man detektere og visualisere radiosignaler, som forårsager interferens i det samme frekvensbånd, hvor også WMTS- og de trådløse LAN-radiosignaler befinder sig.
I et tilfælde, hvor radioens styrke er tilstrækkelig, men hvor kommunikationen er kompromitteret, kan man bruge en real-time spektrumanalysator (RTSA) til at opfange transienter og øjeblikkelige ændringer i frekvensspektret på den location, hvor et trådløst problem er dukket op. En RTSA tjekker for både signalstyrke og interferens. Man behøver multiple målinger på forskellige tidspunkter, da radioudbredelse kan variere afhængigt af tidspunktet på ugedag, tidspunkt og om, hvorvidt døre står åbne eller er lukkede.
I eksemplet vist i figur 3 er der observeret signaler på kanalerne 1, 3, 6 og 8 for det trådløse LAN, men tre af disse kanaler bliver overlappet af andre og stærkere radiobølger. Stejle peaks som følge af Bluetooth-komponenter og radiosignaler af ukendt oprindelse i et højere frekvensområde er til stede. Disse andre radiosignaler kan anses som problematiske, især hvor det trådløse LAN-udstyr kan flyttes til et andet sted, hvor disse andre radiosignaler forsvinder eller bliver betydeligt mindre – og kommunikationen dermed også bliver bedre.
Ved bekræftelse af tilstedeværelse af fremmede signaler kan en trolley med en batteridreven spektrumanalysator og en antenne tunet til radiosignalernes frekvens bruges til at begrænse det område, hvor interferensen optræder. En laptop bruges til kontrol af målesekvenserne og til registrering af resultaterne. Hvis trolleyen flyttes rundt i en hospitalsbygnings areal, kan man undervejs måle interferensstyrken på flere fysiske punkter. Da støjkilden ikke nødvendigvis er på samme etage, kan man udføre målinger på etagerne over og under den location, hvor interferensen forstyrrer, men også i tilstødende bygninger.
Kilden til interferens kan identificeres ved at pege en strengt retningsbestemt antenne i forskellige retninger. Visse spektrumanalysatorer har en funktion, der indikerer styrken af det modtagne radiosignal med lyd (pitch og volumen), så en effektiv søgning på kilden kan udføres uden hverken skærm eller data. Kilden til støjen kan valideres ved at slukke for det aktuelle apparat eller overdække det med et ledende materiale for at se, om interferensen forsvinder på den måde.
Fremtidsudsigter for trådløs healthcare
De trådløse standarder og deres udvikling går mod højere hastigheder og kapacitet. Apparater, der er kompatible med Wi-Fi 6E- og Wi-Fi 7-standarderne, vil gøre kortere transmissionstider for medicinske data og en real-time monitering af højpræcise billeder til en mulighed. Hurtig low-latency 5G kombineret med hurtigere trådløst LAN vil overvinde de afstandsbegrænsninger, som medicinsk udstyr og -services oplever i dag.
Ved at kombinere 5G-mobilkommunikation med optiske fibre kan man med stor sikkerhed overføre high-definition billeder som 4K og 8K i real-time, hvilket igen vil bidrage til en udvidelse af telemedicinske applikationer. Med den samme teknologi kan man også dele billeder af patienter under nødtransporter og/eller opnå en bedre medicinsk behandling i fjerntliggende områder. Demoer af fjernkirurgi med brug af robotter er også ved at være en mere accepteret procedure.
Med den hurtigere trådløse kommunikation bliver virtual reality- (VR), augmented reality- (AR) og mixed reality- (MR) teknologier langt mere udbredt. Samlet kaldt XR kan disse teknologier bruges til medicinske undersøgelser, undervisning, kirurgisk support og rehabilitering. AR/XR kan for eksempel bruges til at konfirmere location for aktuelle patientorganer og blodkar efter CT-scanninger og andre billeder fra diagnostisk udstyr for at forbedre kirurgiske indgreb og effektiviteten i undervisningen.
Den trådløse kommunikation er i dag en vital del af den medicinske it-infrastruktur, og set fremad vil de trådløse løsninger kræve en introduktion af nye teknologier til at opnå hurtige, pålidelige og stabile forbindelser over både korte og lange afstande med lav latency, omfattende datasikkerhed, høje datarater og real-time video. Men i mange tilfælde skal der avanceret måleudstyr til for at sikre, at kommunikationen forløber med den forventede hastighed og kvalitet – og uden forstyrrelser fra støj og interferens fra andre apparater.
Billedtekster:
Figur 1: 2,4GHz kanalkonfiguration og -båndbredde.
Figur 2: Eksempel på en trådløs LAN Radio Wave Environment Measurement med brug af gratis software.
Figur 3: Eksempel på målinger af radiosignalforhold med brug af en RTSA.
