藍(lán)牙技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療電子設(shè)備中的應(yīng)用

 摘要：簡要介紹藍(lán)牙技術(shù)，介紹其在現(xiàn)代醫(yī)療電子設(shè)備中的應(yīng)用，闡述藍(lán)牙在醫(yī)療電子設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)條件和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)等，并討論了使用安全性問題。

0 引言

藍(lán)牙(bluetooth)技術(shù)是一種個(gè)人無線網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)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(lián)合推出的一項(xiàng)先進(jìn)的近距離無線通信技術(shù)。

1998年2月，以愛立信為首，聯(lián)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(lán)牙無線電接入技術(shù)，即在全球范圍內(nèi)建立和運(yùn)用通用、先進(jìn)的無線接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止有數(shù)千家的企業(yè)參與支持和開發(fā)藍(lán)牙技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品。

藍(lán)牙技術(shù)的最終目標(biāo)就是要建立一種全球統(tǒng)一的無線連接標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家生產(chǎn)的各種移動(dòng)、便攜設(shè)備和固定終端，在近距離內(nèi)用無線電自動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)互操作與資料共享。

藍(lán)牙系統(tǒng)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(lán)牙軟件(協(xié)議棧)單元四個(gè)功能單元組成，如圖1所示。

藍(lán)牙技術(shù)以其獨(dú)特、實(shí)用的魅力，從開始誕生就吸引了眾多的關(guān)注，它通過一個(gè)9mm*9mm的微芯片和藍(lán)牙無線收發(fā)器嵌入各種便攜式設(shè)備，傳輸距離為10米，取代所有數(shù)字設(shè)備上的有線接口。例如計(jì)算機(jī)、主機(jī)、鍵盤、打印機(jī)和顯示器之間通過藍(lán)牙技術(shù)的連接，可以省去紛亂的連接線;手機(jī)應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，可以使手機(jī)和耳機(jī)分離，方便開車和商務(wù)活動(dòng)。由此可見藍(lán)牙技術(shù)可以隨著人們的需要不斷在擴(kuò)大使用范圍，日益進(jìn)入了各行各業(yè)之中，同樣在醫(yī)療設(shè)備中也在逐漸引進(jìn)該技術(shù)。

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

一、藍(lán)牙技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療電子設(shè)備中的應(yīng)用

藍(lán)牙系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的主要模式圖如圖2所示：

1.藍(lán)牙最初考慮的多數(shù)應(yīng)用都是用于取代有線連接。醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)院每臺(tái)設(shè)備基本都是獨(dú)立的系統(tǒng)，因此各種設(shè)備，都配有自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和打印機(jī)等外設(shè)系統(tǒng)，都是數(shù)據(jù)線獨(dú)立連接，因此，讀取機(jī)器狀態(tài)、重新配置設(shè)備、傳感器數(shù)據(jù)、病人資料、病人監(jiān)護(hù)、安全訪問數(shù)據(jù)、資產(chǎn)追蹤等為了安全性考慮，都是獨(dú)立的系統(tǒng)，最常見的現(xiàn)象如手術(shù)室，放射科室，可以看見到處是電纜線連接，交錯(cuò)地散在地上，一旦出了儀器故障，要花費(fèi)醫(yī)生很大的功夫順著電線檢查每個(gè)接口是否連接好，整理線就很費(fèi)事，這樣浪費(fèi)很多時(shí)間，時(shí)間對(duì)搶救病人而語言是十分寶貴的。在有藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)接后的各個(gè)設(shè)備，就解決了醫(yī)療設(shè)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(hào)，將生物電信號(hào)，通過電纜傳輸?shù)结t(yī)療設(shè)備中，進(jìn)行分析。其間，因?yàn)殡娎|的連接，限制了患者的位置和運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)下患者在一定范圍活動(dòng)的生物電信號(hào)的情況。

3.有些醫(yī)療的禁區(qū)，如層流病房、手術(shù)室、放射攝片室、放療室、搶救室等，不是適宜所有醫(yī)務(wù)人員的進(jìn)出，必須要有嚴(yán)格的隔離制度，藍(lán)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(jìn)行，減少了工作人員直接進(jìn)出的機(jī)率，同時(shí)不妨礙醫(yī)生的治療和會(huì)診的工作。

二、藍(lán)牙在電子醫(yī)療設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)條件

1.多機(jī)通信中必須保證主機(jī)與所選擇的

從機(jī)進(jìn)行可靠的通信，而且通信接口必須具有較強(qiáng)的識(shí)別能力，對(duì)于藍(lán)牙多機(jī)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(xié)議。(陳德軍 左偉姜德生，藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用，中文核心期刊《微計(jì)算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2007年第23卷第4-2期，262-264)2.藍(lán)牙協(xié)議的組成：藍(lán)牙協(xié)議作為開放性的近距離高速通信標(biāo)準(zhǔn)，主要包括以下4個(gè)方面內(nèi)容：藍(lán)牙核心協(xié)議議(BB、LMP、L2CAP、SDP)、電纜替代協(xié)議(RFCOMM)、電話控制協(xié)議(TSC Binary、AT命令集)以及選用協(xié)議(PPP、TCP/IP、DUP/IP、OBEX、WAP、……)。根據(jù)具體的應(yīng)用，藍(lán)牙協(xié)議可以進(jìn)行靈活的配置，并鼓勵(lì)盡可能利用各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)的融合。因此除了藍(lán)牙核心協(xié)議是必需的，其他三方面協(xié)議根據(jù)應(yīng)用的具體需要而定。

3.生理電信號(hào)傳輸?shù)囊蠛蛯?shí)現(xiàn)：生理電信號(hào)是由生物體在生命活動(dòng)中由機(jī)體、組織、器官、細(xì)胞等各級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生的特定表征轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)，反映特定的生命活動(dòng)細(xì)節(jié)。這里主要指的是針對(duì)一維生理電信的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸，如：心音、心電、腦電、肌電、胃電，以及轉(zhuǎn)為電信號(hào)的血壓、脈搏、呼吸等生理參數(shù)。

按照信號(hào)的頻率圍可以分成三類：(1)低頻信號(hào)，即最高頻率小250Hz,以心電為代表;(2)中高頻信號(hào)，主要是心音;(3)寬帶高頻信號(hào)，指肌電。由于藍(lán)牙在ACL數(shù)據(jù)分組共有7種，其中適合生理信號(hào)的帶有2種校驗(yàn)機(jī)制的是DMI、DM3、DM5分組，在8位或12位采樣系統(tǒng)中，心電等低頻信號(hào)應(yīng)采用DM1據(jù)分組，心音信號(hào)應(yīng)采用DM3數(shù)據(jù)分組，肌電信號(hào)應(yīng)采DM5數(shù)據(jù)分組。

三、藍(lán)牙在醫(yī)療電子設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

1.抑制無線電電磁干擾：藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s.跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)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(jī)碼)不斷地從一個(gè)信道到另一個(gè)通信信道，藍(lán)牙系統(tǒng)內(nèi)地收發(fā)雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信地，而其他無線電設(shè)備不可能按同樣地規(guī)律進(jìn)行工作。所以從很大程度上抑止了無線電。

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

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

對(duì)人體生命參數(shù)的無線實(shí)時(shí)監(jiān)控是廣大醫(yī)患的共同愿望，但基于傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來有無法避免的缺點(diǎn)。藍(lán)牙不僅可以取代個(gè)人電腦周邊的數(shù)據(jù)線纜，也能夠滿足監(jiān)護(hù)病區(qū)中的患者周邊無線化的需求。通過病區(qū)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙監(jiān)護(hù)網(wǎng)與有線局域網(wǎng)的無縫連接，從而結(jié)合多種不同網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，帶給患者簡潔舒適的環(huán)境。

四、藍(lán)牙的使用安全性問題

任何醫(yī)療設(shè)備的使用，首先要保證對(duì)人的絕對(duì)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(shí)驗(yàn)證明，微波爐的使用，會(huì)使數(shù)據(jù)傳送的速度減慢300k/s,除此之外，擴(kuò)頻設(shè)備、跳頻設(shè)備、無線LAN等均會(huì)使數(shù)據(jù)傳送速度減慢。但是國際SIG在各種環(huán)境中做過實(shí)驗(yàn)，低功率藍(lán)牙產(chǎn)品對(duì)其他同類產(chǎn)品干擾微乎其微，相反，其他產(chǎn)品對(duì)藍(lán)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(xié)議棧中加以強(qiáng)調(diào)，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(dāng)藍(lán)牙設(shè)備靠近人體時(shí)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(xiàn)藍(lán)牙產(chǎn)品的輻射對(duì)人體有影響。藍(lán)牙的問題主要是由于藍(lán)牙使用和微波爐一樣的頻率范圍，是否會(huì)帶來不良的后果目前雖然尚無定論，但是一些組織分析認(rèn)為藍(lán)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(dòng)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(lán)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(jù)需要進(jìn)一步減小藍(lán)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(lán)牙取代現(xiàn)有有線系統(tǒng)的機(jī)會(huì)不斷增加，短期內(nèi)發(fā)展速度將會(huì)比較快。通過無線連接來增加產(chǎn)能速度雖然較慢，但長期潛力較大，有很好的發(fā)展前景。