藍牙技術在現代醫(yī)療電子設備中的應用

0 引言

藍牙(bluetooth)技術是一種個人無線網絡的通信協議，它起源于是1998年由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞、東芝等5家公司聯合推出的一項先進的近距離無線通信技術。

1998年2月，以愛立信為首，聯合東芝、IBM、Intel和諾基亞成立了特別興趣小組(SpecialInterest Group)，共同發(fā)布了藍牙無線電接入技術，即在全球范圍內建立和運用通用、先進的無線接口技術標準。到目前為止有數千家的企業(yè)參與支持和開發(fā)藍牙技術及其相關產品。

藍牙技術的最終目標就是要建立一種全球統一的無線連接標準，使不同廠家生產的各種移動、便攜設備和固定終端，在近距離內用無線電自動連接，實現互操作與資料共享。

藍牙系統一般由天線單元、鏈路控制(固件)單元、鏈路管理(軟件)單元和藍牙軟件(協議棧)單元四個功能單元組成，如圖1所示。

藍牙技術以其獨特、實用的魅力，從開始誕生就吸引了眾多的關注，它通過一個9mm*9mm的微芯片和藍牙無線收發(fā)器嵌入各種便攜式設備，傳輸距離為10米，取代所有數字設備上的有線接口。例如計算機、主機、鍵盤、打印機和顯示器之間通過藍牙技術的連接，可以省去紛亂的連接線;手機應用藍牙技術，可以使手機和耳機分離，方便開車和商務活動。由此可見藍牙技術可以隨著人們的需要不斷在擴大使用范圍，日益進入了各行各業(yè)之中，同樣在醫(yī)療設備中也在逐漸引進該技術。

隨著現代社會不斷發(fā)展，現代醫(yī)療事業(yè)也取得蓬勃發(fā)展。醫(yī)院病房監(jiān)護系統和醫(yī)療會診系統的出現為現代醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展做出突出貢獻。但其最大的弊端就是病人身上的線纜，不但給病人的行動帶來很大的不便，而且在病人需要大面積活動時不得不中斷對病人病情的監(jiān)控或需要人力監(jiān)控。

一、藍牙技術在現代醫(yī)療電子設備中的應用

1.藍牙最初考慮的多數應用都是用于取代有線連接。醫(yī)療設備在醫(yī)院每臺設備基本都是獨立的系統，因此各種設備，都配有自己的計算機系統和打印機等外設系統，都是數據線獨立連接，因此，讀取機器狀態(tài)、重新配置設備、傳感器數據、病人資料、病人監(jiān)護、安全訪問數據、資產追蹤等為了安全性考慮，都是獨立的系統，最常見的現象如手術室，放射科室，可以看見到處是電纜線連接，交錯地散在地上，一旦出了儀器故障，要花費醫(yī)生很大的功夫順著電線檢查每個接口是否連接好，整理線就很費事，這樣浪費很多時間，時間對搶救病人而語言是十分寶貴的。在有藍牙技術聯接后的各個設備，就解決了醫(yī)療設備使用者的麻煩。

2.有些醫(yī)療儀器，如腦電圖、心電圖等電生理儀器，是從患者的體表接受電電信號，將生物電信號，通過電纜傳輸到醫(yī)療設備中，進行分析。其間，因為電纜的連接，限制了患者的位置和運動，只能在臥位接受體檢，于是不能了解到在其他體位，甚至是運動狀態(tài)下患者在一定范圍活動的生物電信號的情況。

3.有些醫(yī)療的禁區(qū)，如層流病房、手術室、放射攝片室、放療室、搶救室等，不是適宜所有醫(yī)務人員的進出，必須要有嚴格的隔離制度，藍牙在這些地方就能發(fā)揮很到的作用，醫(yī)生可以使有些檢查和治療無線遙控進行，減少了工作人員直接進出的機率，同時不妨礙醫(yī)生的治療和會診的工作。

藍牙系統在醫(yī)療領域應用的主要模式圖如圖2所示：

二、藍牙在電子醫(yī)療設備中的實現條件

1.多機通信中必須保證主機與所選擇的從機進行可靠的通信，而且通信接口必須具有較強的識別能力，對于藍牙多機通信更容易受到干擾，因此除了要求外界的干擾盡可能少外，還需要有比較可靠的通信協議。

2.藍牙協議的組成：藍牙協議作為開放性的近距離高速通信標準，主要包括以下4個方面內容：藍牙核心協議議(BB、LMP、L2CAP、SDP)、電纜替代協議(RFCOMM)、電話控制協議(TSC Binary、AT命令集)以及選用協議(PPP、TCP/IP、DUP/IP、OBEX、WAP、……)。根據具體的應用，藍牙協議可以進行靈活的配置，并鼓勵盡可能利用各種高層協議，保證現有網絡技術與藍牙技術的融合。因此除了藍牙核心協議是必需的，其他三方面協議根據應用的具體需要而定。

3.生理電信號傳輸的要求和實現：生理電信號是由生物體在生命活動中由機體、組織、器官、細胞等各級系統產生的特定表征轉化成的電信號，反映特定的生命活動細節(jié)。這里主要指的是針對一維生理電信的藍牙數據傳輸，如：心音、心電、腦電、肌電、胃電，以及轉為電信號的血壓、脈搏、呼吸等生理參數。

按照信號的頻率圍可以分成三類：

(1)低頻信號，即最高頻率小250Hz,以心電為代表;

(2)中高頻信號，主要是心音;

(3)寬帶高頻信號，指肌電。

由于藍牙在ACL數據分組共有7種，其中適合生理信號的帶有2種校驗機制的是DMI、DM3、DM5分組，在8位或12位采樣系統中，心電等低頻信號應采用DM1據分組，心音信號應采用DM3數據分組，肌電信號應采DM5數據分組。

三、藍牙在醫(yī)療電子設備中的實現目標

1.抑制無線電電磁干擾：藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段。藍牙的數據速率為1Mb/s.跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道(Hop channel)，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列(偽隨機碼)不斷地從一個信道到另一個通信信道，藍牙系統內地收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信地，而其他無線電設備不可能按同樣地規(guī)律進行工作。所以從很大程度上抑止了無線電。

2.建立“個人微型網”(Personal areanet)：藍牙采用了擴頻技術，使整個藍牙頻段內噪聲影響變得最低。與其他工作在相同頻段地系統相比，藍牙調頻更快，藍牙設備與其他無線通信設備相比是低功耗地，藍牙技術地無線電收發(fā)器地鏈接距離可達10米，使用高增益天線可以將有效通信范圍擴展到100米。不限制在直線范圍內，甚至設備不在同一個房間內也能相互鏈接，并且可以鏈接多個設備，活動最多可達7個，在線設備可達200個，這樣就可以把用戶身邊地設備都鏈接起來，形成一個“個人微型網”.

3.不使生物電信號受影響：藍牙技術具有傳輸信號穩(wěn)定、不易受干擾和不受物體阻礙等優(yōu)點，一般情況下通過藍牙技術，能有效取代傳統病房監(jiān)護系統中病人身上的醫(yī)療傳感器與分析儀、PDA和電腦等分析設備之間的線纜。

對人體生命參數的無線實時監(jiān)控是廣大醫(yī)患的共同愿望，但基于傳統電子技術實現起來有無法避免的缺點。藍牙不僅可以取代個人電腦周邊的數據線纜，也能夠滿足監(jiān)護病區(qū)中的患者周邊無線化的需求。通過病區(qū)藍牙網關，可以實現藍牙監(jiān)護網與有線局域網的無縫連接，從而結合多種不同網絡的優(yōu)點，帶給患者簡潔舒適的環(huán)境。

四、藍牙的使用安全性問題

任何醫(yī)療設備的使用，首先要保證對人的絕對安全性，才有可能投入臨床使用，才能被被醫(yī)患雙方接受使用。安全性包括信息安全和生態(tài)安全。

1.信息安全

有實驗證明，微波爐的使用，會使數據傳送的速度減慢300k/s,除此之外，擴頻設備、跳頻設備、無線LAN等均會使數據傳送速度減慢。但是國際SIG在各種環(huán)境中做過實驗，低功率藍牙產品對其他同類產品干擾微乎其微，相反，其他產品對藍牙的干擾可通過軟件或硬件方法解決。所以信息安全問題更多地是在軟件協議棧中加以強調，由軟件工程師去主要解決。

2.生態(tài)安全

生態(tài)安全問題是指當藍牙設備靠近人體時是否帶來危，主要是否有電離輻射等，這是使用的醫(yī)患雙方都十分敏感的問題。由世界衛(wèi)生組織、IEEE等專家組成的小組表示，檢測中并未發(fā)現藍牙產品的輻射對人體有影響。藍牙的問題主要是由于藍牙使用和微波爐一樣的頻率范圍，是否會帶來不良的后果目前雖然尚無定論，但是一些組織分析認為藍牙輸出功率很小，只有1mW,是微波爐使用功率的百萬分之一，也僅是移動電話的輻射的幾分之一，而在這些輸出中僅僅只有一小部分被物體吸收，基本檢測不到局部有溫度增加。由于藍牙理想的連接范圍為5厘米~5米，但是可以通過增大發(fā)送電平可以將距離延長至100米，因此可以根據需要進一步減小藍牙輸出功率，縮短其連接范圍，這樣就更為安全了。

長期來看，藍牙取代現有有線系統的機會不斷增加，短期內發(fā)展速度將會比較快。通過無線連接來增加產能速度雖然較慢，但長期潛力較大，有很好的發(fā)展前景。