In der Medizin steigt die Nachfrage nach der automatischen Erfassung, Übertragung und Auswertung von medizinischen Daten, die direkt am Patienten gemessen werden. Die Verfügbarkeit und Verarbeitung dieser Daten kann einerseits die Versorgungsqualität verbessern, indem die Daten zeitnah, umfangreicher und besser dokumentiert werden, andererseits die Kosten für die Behandlung senken, indem Personal gezielter eingesetzt werden kann.
Durch laufende Überwachung der Körperdaten können Patienten früher entlassen werden, was die Kosten reduziert. Gleichzeitig steigt das Sicherheitsgefühl des Patienten, weil er weiß, dass das Auftreten von Komplikationen schneller bemerkt wird. Die Möglichkeit, bei Unwohlsein sofort die Körperdaten auswerten lassen zu können, senkt in vielen Fällen den Stress für den Patienten und die Zahl von Notrufen, die ebenfalls mit Stress und Kosten verbunden sind. Es gibt also gute Gründe, das Monitoring von Patientendaten auszubauen. Geschieht dies per Funk, ist die Bewegungsfreiheit des Patienten nicht allzu sehr eingeschränkt. Je nachdem, wo das Patienten-Monitoring stattfinden soll, können dafür unterschiedliche Systeme eingesetzt werden.
Das Handy als Gateway
Ein System für das Patienten-Monitoring besteht aus mehreren Teilen. Sensoren erfassen die Messdaten am Patienten und senden sie im einfachsten Fall direkt an ein Auswertegerät. In diesem Fall muss sich der Patient allerdings in unmittelbarer Umgebung befinden. Soll sich der Patient in größeren Entfernungen frei bewegen können, etwa auch zu Hause, müssen die Daten über Weitverkehrsnetze per GPRS oder UMTS übertragen werden (Abbildung 1).
Ist es nötig, mehrere Messdaten am Patienten gleichzeitig zu erfassen und eventuell vor der Übertragung vorzuverarbeiten, werden die Sensoren mit einem zentralen Gerät am Körper verbunden (Body Gateway). Zwischen Sensoren und Body Gateway (Body Area Network, BAN) ist ebenfalls eine drahtlose Verbindung mit unterschiedlichen Funkverfahren möglich. Ist eine Übertragung über Mobilfunknetze wie GPRS oder UMTS erforderlich, bieten sich Mobiletelefone und PDAs an. Da sie in zunehmendem Maße über Programmierschnittstellen verfügen, lassen sie sich auch für speziellere Anwendungen einsetzen. Da viele Mobiltelefone und PDAs eine Bluetooth-Schnittstelle besitzen, kann die Bluetooth-Funktechnik auch in Sensoren oder in das Body Gateway integriert werden.
Medizindaten standardisiert übertragen
Die Übertragung von medizinischen Daten über Bluetooth war bisher nicht standardisiert. Dies führte dazu, dass Geräte verschiedener Hersteller unterschiedliche Arten der Datenübertragung über Bluetooth verwendet haben. Dies betrifft sowohl den Aufbau der Datenpakete als auch die Verpackung der Daten und das verwendete Bluetooth-Profil. Auf dieser Basis ist der Einsatz von Patienten-Monitoring in großem Stil nicht möglich. Die Bluetooth SIG [1], die Vereinigung der Bluetooth-Hersteller, hat daher begonnen, ein „Bluetooth Health Device Profile“ für die Übertragung von Medizindaten zu standardisieren. Die Profile besitzen in der Bluetooth-Spezifikation eine zentrale Bedeutung. Sie definieren den kompletten Protokoll-Stack, meist inklusive der Anwendungsschicht, und erlauben daher die Interoperabilität der Bluetooth-Geräte auf Anwendungsebene, zum Beispiel die Kommunikation zwischen Mobiltelefon und Headset oder Mobiltelefon und Freisprecheinrichtung. Sie ermöglichen außerdem, dass ein Gerät auf die für die spezifische Anwendung notwendigen Funktionen beschränkt bleibt und damit klein und Strom sparend aufgebaut werden kann (Abbildung 2).
Das Health Device Profile ist das erste wirklich branchenspezifische Profil. Dies hängt mit den spezifischen Anforderungen der Medizintechnik zusammen, auch wenn diese nicht homogen sind. Für die Entwicklung des Profils wurden Anwendungsfälle gesammelt, in denen Bluetooth eingesetzt werden kann. Aus diesen wurden die Anforderungen abgeleitet, auf denen die Spezifikation aufbaut.
Einsatzbereich Patienten-Monitoring
Die zentralen Anwendungsfälle für das Health Device Profile beziehen sich vor allem auf das Patienten-Monitoring in den verschiedenen Ausführungen. Daneben werden auch einige Anwendungen innerhalb von Krankenhäusern oder Arztpraxen abgedeckt.
Das Health Device Profile besteht aus zwei Teilen. Der eine beschreibt die Übertragungsprotokolle, die für medizinische Daten im Bluetooth-Stack genutzt werden sollen. Der andere beschreibt die Struktur der medizinischen Daten selbst. Während der erste Teil von der Medical Working Group der Bluetooth SIG selbst spezifiziert wurde, wird im anderen Teil auf die IEEE-11073-Spezifikation verwiesen, die den Datenaustausch zwischen medizinischen Geräten auf verschiedenen Übertragungsmedien definiert. Die Bluetooth SIG spezifiziert hier also die Datenformate nicht selbst, sondern kooperiert mit den für die Standardisierung von medizinischen Geräten maßgeblichen Organisationen. Dies reduziert einerseits den Aufwand, andererseits erhöht es auch die Akzeptanz des Health Device Profile bei den Herstellern von Medizingeräten (Abbildung 3). Die neuen Übertragungsprotokolle, die in den Bluetooth-Stack integriert wurden, erlauben diverse neue Funktionen. Dazu gehört die exakte zeitliche Synchronisation von mehreren über Bluetooth verbundenen Sensoren, die für Laufzeitmessungen benötigt werden. Eine andere Funktion ist die parallele Übertragung von unterschiedlichen medizinischen Daten über eine Bluetooth-Schnittstelle. Diese wird benötigt, wenn mehrere Sensoren gleichzeitig Messwerte aufnehmen.
Medizinspezifische Profilteile
Um die parallele Übertragung von Daten unterschiedlicher Medizinsensoren zu ermöglichen, definiert das Bluetooth Health Device Profile ein zusätzliches Protokoll, das ein Multiplexing ermöglicht. Es basiert also nicht auf einer seriellen Verbindung, sondern besitzt eine komplexere Übertragungsschicht, die in den Endgeräten implementiert wird.IEEE-11073-StandardDer Standard IEEE 11073 spezifiziert ein Datenaustauschformat für Medizingeräte. Dieses ist zunächst unabhängig von der Übertragungstechnik und kann über verschiedene Netze eingesetzt werden. Es enthält Definitionen für die Art, wie medizinische Daten verpackt und gekennzeichnet werden, sodass der Empfänger die Daten zuordnen und automatisch analysieren kann. Das Protokoll basiert auf binären Datenformaten und schließt Zeitstempel und Formatierungsangaben mit ein.
Da das IEEE eine von der Bluetooth SIG unabhängige Organisation ist, arbeiten beide Gremien nach unterschiedlichen Plänen. Es besteht jedoch der Wille, die Spezifikationen so zu gestalten, dass sich Bluetooth Health Device Profile und die IEEE 11073 gemeinsam in Produkten nutzen lassen. Es wird auch angestrebt, die Zeitplanung so abzustimmen, dass sich beide Spezifikationen gleichzeitig implementieren lassen. Das Bluetooth Health Device Profile wird daher zu den ersten Übertragungstechnologien gehören, die mit dem Standard IEEE 11073 einsetzbar sind. Datenformate nach dem IEEE-11073-Standard sind zunächst vorgesehen für die Übertragung von Herz- und Kreislaufmessungen sowie Blutzuckerwerten. Weitere Datenformate für andere Anwendungsbereiche sind geplant.
SynchronisationZur Bestimmung der Herzfunktion ist der Blutdruck eine wichtige Größe. Neben den klassischen Verfahren der Blutdruckmessung lässt sich dieser Parameter auch aus der Laufzeit von Druckwellen durch das Gefäßsystem bestimmen. Um eine ausreichend exakte Laufzeitmessung durchführen zu können, müssen die Sensoren mit einer gemeinsamen Zeitbasis versehen sein. Dies leistet die Funktion der Zeitsynchronisation des Bluetooth Health Device Profile. Diese kommuniziert eine gemeinsame Zeit zwischen den Knoten des Bluetooth-Netzes mit einer Genauigkeit von weniger als zwei Millisekunden. Alle Sensoren können sich dieser Zeitbasis anschließen und ihre Messwerte mit einem entsprechenden Zeitstempel versehen. Der zentralen Auswerteeinheit ist es dadurch möglich, die Messwerte zeitlich zu vergleichen und die Laufzeit der Blutdruckwellen zu bestimmen. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Herz- und Kreislauffunktionen. Die Auswerteergebnisse können entweder lokal gespeichert oder an den Arzt übertragen werden. Die an der Spezifikation des Bluetooth Health Device Profile beteiligten Firmen haben mit der Implementierung bereits begonnen. Dies ist notwendig, muss doch im Spezifikationsprozess bereits in einer frühen Phase in Interoperabilitätstests nachgewiesen werden, ob das Profil zwischen den Geräten verschiedener Firmen funktioniert.
Das Bluetooth Health Device Profile verbessert die Möglichkeiten des Patienten-Monitoring über Mobiltelefone und andere Netzzugänge. Es könnte auch dem IEEE-11073-Standard zum Austausch medizinischer Daten zwischen Medizingeräten – auch mit anderen Übertragungsmedien (kabelgebunden oder kabellos) – zum Durchbruch verhelfen.
Bluetooth-Module integrieren
Die Integration von Bluetooth-Schnittstellen-Komponenten in Medizinprodukte kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es werden sowohl fertige Bluetooth-Module mit Health Device Profile verfügbar sein als auch Chips mit entsprechender Software.
Die Module sind kleine Leiterplatten, die mit Bluetooth-Chips und weiteren Komponenten bestückt sind, unter Umständen auch mit Antenne. Sie werden dann wie ICs auf die Leiterplatte des Gerätes aufgelötet. Bluetooth-Module werden bereits heute in Medizinprodukte integriert. Diese nutzen dann allerdings andere Profile als das Health Device Profile. Der Entwicklungsaufwand ist relativ gering, da die HF-Technik bereits im Modul enthalten ist. Die Bluetooth-Qualifizierung ist in vielen Fällen bereits erfolgt und damit für das Medizinprodukt nicht mehr erforderlich. Für große Stückzahlen ist die Integration von Bluetooth-Chips in das Produkt kostengünstiger als die Verwendung von Modulen. In diesem Fall wird meist ein Bluetooth-Protokoll-Stack in das Medizinprodukt portiert. Dadurch steigt der Entwicklungsaufwand an, allerdings ist die Flexibilität meist größer als bei Verwendung eines Moduls. Weil in diesem Fall die Bluetooth-HF-Technik direkt in das Medizingerät integriert ist, ist auch eine Bluetooth-Qualifizierung erforderlich.
Literatur
[1] Bluetooth Special Interest Group (SIG); http://www.bluetooth.com
Dieser Beitrag als PDF und weiterführende Informationen (ähnliche Beiträge, technische Daten, Direktlinks zum Hersteller etc.) sind online verfügbar auf www.EuE24.net
• more@click-Code: EEK80104
