Medizinische Geräte im Internet der Dinge

Der Begriff Internet of Things (IoT) ist in aller Munde. Konkret geht es um das digitale Vernetzen von Objekten der realen Welt mit dem Internet. Für den Kunden verspricht man sich einen großen Mehrwert, da Prozesse automatisiert, optimiert und neue Funktionen hinzugefügt werden können. Das IoT richtet sich hierbei nicht nur an professionelle Kunden, sondern auch an den Massenmarkt. Uhren (die sogenannten Smartwatches) erhalten beispielsweise immer mehr Sensoren, mit denen der Puls, Sauerstoffgehalt im Blut und sportliche Aktivitäten aufgezeichnet werden können. Diese Daten werden in einer Cloud gesammelt und könnten unter anderem von Ärzten genutzt werden, um Informationen über den Zustand eines Patienten zu erhalten. Könnte man diese Technologie auch in einem medizinischen Gerät umsetzen, um dieses etwas „smarter“ zu machen?

Internet der Dinge

Einsatzort

Zuerst sollte man überlegen, wo das Gerät zum Einsatz kommen soll. Möchte ich einen Patienten zu Hause beaufsichtigen und gegebenenfalls eingreifen können, falls sich dessen Zustand verschlechtert oder kommt das Medizingerät nur im mobilen Umfeld zum Gebrauch. Man greift also auf unterschiedliche Technologien zurück, um eine Verbindung mit dem Internet herzustellen. Der sicherste Einsatzort ist das eigene Zuhause, da eine stabile Verbindung durch DSL, Kabel oder Hybrid-Systeme möglich ist. Diese Redundanz hat man im mobilen Einsatz nicht. Man ist einer inkonstanten Netzabdeckung ausgesetzt. Funklöcher, Technologiewechsel und langsame Datenraten erschweren die Verwendung. Ein Beispiel für den mobilen Einsatz könnte ein EKG-Monitor oder Defibrillator sein, der in einem Krankenwagen installiert ist. Der Patient wird über Sensorik kontinuierlich beobachtet. Je nachdem was überwacht wird, kommen große Datenmengen zustande. Diese soll ein Arzt im Krankenhaus zeitnah erhalten, sodass er sich auf den bevorstehenden Einsatz richtig vorbereiten kann. Er erhält bereits wichtige Informationen, die zur Zeiteinsparung führen und dem Patienten später eventuell das Leben retten können. Für den neuen Mobilfunkstandard Long Term Evolution (LTE) ist das Versenden von großen Datenmengen kein Problem. Was aber tun, wenn in einem Dorf nur Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) oder gar kein mobiles Internet zur Verfügung steht? Der Worst Case im genannten Beispiel ist, wenn der Arzt keine Auskunft erhält. In diesem Anwendungsfall wäre es wahrscheinlich noch verkraftbar und man würde wie bisher Vorgehen. Sollten wichtige Funktionen des Öfteren ausfallen, wird der Kunde beim nächsten Kauf doch eher einen anderen Hersteller bevorzugen. Der Ruf des Herstellers wird geschädigt. Was aber noch wichtiger ist, ist die Sicherheit des Patienten, die dadurch gefährdet werden könnte.

Im nachfolgenden werden ein paar weitere mögliche Einsatzorte aufgelistet:

Der demografische Wandel schreitet immer weiter voran und folgend werden immer mehr Jobs in der Pflege benötigt. Leider gibt es schon jetzt einen Mangel an Auszubildenden und die Situation wird nicht besser. Deshalb wird es immer wichtiger neue Innovationen im Bereich Ambient Assisted Living (AAL, zu Deutsch Altersgerechte Assistenzsysteme für ein selbstbestimmtes Leben) zu fördern. Dabei geht es um die häusliche Überwachung von älteren, kranken und benachteiligten Menschen. Mögliche Anwendungen können sein:

• Sensorik in Socken/Schuhen, die das „Weglaufen“ von Demenzkranken erkennt
• Schlafüberwachung, die den Pflegedienst auf Unregelmäßigkeiten aufmerksam macht
• Mit Sensorik ausgestattete Tabletten Dosen, die das richtige einnehmen von Medikamenten überwacht und nur das Fach für den richtigen Wochentag öffnet
• Sturzsensoren in der Wohnung, z. B. im Boden

Auch für vorbeugenden Maßnahmen kann die Technologie eingesetzt werden. Der Kunde zieht einen viel größeren Vorteil aus den Produkten, wenn Krankheiten bereits im Keim erstickt werden. Auch große Technologie-Unternehmen haben diesen Trend erkannt und entwickeln seit geraumer Zeit Produkte für den Massenmarkt. Geräte, die es bereits gibt:

• Smartwatches und Sportarmbänder, die das Aktivitätsverhalten des Benutzers aufzeichnen
• Vernetzte Waagen
• Headsets mit integrierter Puls Messung
• Vernetzte Blutdruckmessgeräte
• Vernetzte Blutzuckermessgeräte
• Sportschuhe mit integrierter Sensorik

Produkte, die es zukünftig geben könnte:

• Toiletten mit ausgestatteter Sensorik, die Mangel erkennen und z. B. Empfehlungen für eine bessere Ernährung geben
• Sportarmbänder mit integrierter Sensorik für die Messung des Blutzuckers und Blutdrucks
• Tragbare und im Körper integrierte Sensoren

Aber auch im klinischen professionellen Umfeld lässt sich das Internet der Dinge integrieren. Hier können Ärzte und Patienten gleichermaßen profitieren. Mögliche Anwendungsfälle in einer Klinik könnten sein:

• RFID Chips, die den Patienten und die richtige Behandlung identifizieren. So könnten in Zukunft Verwechslungen vermieden werden.
• Sensoren in den Betten erkennen starken Schweißausbruch oder unwohl befinden des Patienten und rufen bei Bedarf eine Schwester. In akuten Fällen könnte gleich der passende Facharzt gerufen werden
• Überwachung des Lagerbestands und automatisches Nachbestellen von Medikamenten und Gerätschaften

Mögliche Begrenzungen

Im mobilen Einsatz muss mit Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit gerechnet werden. Im schlimmsten Fall kann es zu Verbindungsabbrüchen kommen. Man muss sich von vornherein klar sein, wie groß die später zu übertragenen Daten sind und wie schnell diese benötigt werden. Mit der vierten Generation der Mobilfunktechnik (LTE Advanced) können Spitzendatenraten bis zu 1000 Mbit/s im Upload realisiert werden. Zurzeit sind Upload Raten von 20 bis 40 Mbit/s praxisnäher. Aber auch hier ist Vorsicht geboten. Die LTE Geschwindigkeiten sind von Provider zu Provider unterschiedlich. Oft wird mit LTE geworben, aber die Geschwindigkeit ist auf 12 Mbit/s gedrosselt. Solche Angaben findet man meist nur im Kleingedruckten. Hinzu kommt, dass LTE nicht überall verfügbar ist. In den Ballungsgebieten ist das natürlich kein Problem, doch sollte es sich um ein mobiles Gerät handeln, kann dieses auch auf dem Land unterwegs sein. Man muss also mit stark schwankenden Datenraten und ständigen Technologiewechsel rechnen. Auch das Datenvolumen muss ausreichend groß dimensioniert sein. Ist das Volumen aufgebraucht, wird die Übertragungsrate auf wenige kbit/s gedrosselt. Technische Störungen des Gateways sind nicht auszuschließen. Begrenzungen dürfen aber nicht nur auf der Mobilfunkseite berücksichtigt werden, auch der Server auf den die Daten hochgeladen werden, kann Schuld an einer Drosselung sein. Viele LTE Module bieten auch ein Kommunikationsverfahren über AT-Befehle an. Diese könnten auch eine Möglichkeit darstellen, dass die Datenrate langsamer ist als erwartet.

Sicherheit und Datenschutz

Letztes Jahr teilte ein großer Insulinpumpen-Hersteller mit, dass die eigenen Produkte gehackt werden können. Eine Sicherheitslücke ermöglicht Angreifern das Gerät zu manipulieren und den Anwender gesundheitlich zu schädigen. Auch wenn man in diesem Fall nicht weiter als 800 Meter von der Insulinpumpe entfernt sein darf und man technisches Wissen verfügen muss, um das Gerät zu kapern, kann der Patient stark verunsichert werden. Jedes Gerät, das mit dem Internet verbunden ist, ist im Prinzip dieser Gefahr ausgesetzt. Gerade bei Medizingeräten im klinischen Einsatz stellt das eine besonders große Gefahr dar. Die Patientensicherheit ist daher der wichtigste Punkt. Daten dürfen nicht manipulierbar und die gesamte Datenverarbeitungskette muss gesichert sein. Kriminelle könnten Daten stehlen oder ganze Prozesse lahmlegen. Aber nicht nur Hacker können eine Gefahr darstellen, auch Bugs in der Datenverarbeitungskette können verheerende Folgen haben. Ein Sensor misst beispielsweise falsche Daten und löst so einen Notarzt-Einsatz aus. Ein Fehler in der Datenbank führt dazu, dass der Patient die falschen Medikamente bekommt. Durch die Vernetzung mehrerer Geräte miteinander kommt es zu einem komplexen System, in dem jedes Glied richtig arbeiten muss. Je mehr Daten über einen Patienten gesammelt werden (Vitalparameter über Fitnesstracker, Krankenhausbesuche, Medikamente und Krankheiten, etc.) desto transparenter wird dieser. Versicherungen könnten dies zum eigenen Vorteil nutzen und die Preise dementsprechend anpassen.
Bei einer immer größer werdenden Anzahl an Sensorik sollte man sich die Frage stellen, wie diese gewartet werden können.

Die Datenschutzrechte des Patienten sind in § 6 Abs. 1 BDSG festgelegt. Folgend werden die Rechte des betroffenen Patienten aufgelistet:

• Recht auf Auskunft
• Recht auf Benachrichtigung
• Recht auf Akteneinsicht
• Anspruch auf Datensperrung
• Anspruch auf Datenlöschung
• Anspruch auf Datenkorrektur
• Recht auf Widerspruch
• Schadenersatzanspruch
• Anspruch auf fremder Hilfe
• Recht auf Strafanzeige

Diese Patientenrechte können durch ein Rechtsgeschäft nicht begrenzt oder ausgeschlossen werden.

Fazit

Das IoT bietet viele Möglichkeiten, die auch für Medizingeräte angewendet werden können:

• Einfachere Wartung und kostengünstigere Produkte
• Mehr Funktionen, die einen Mehrwert für Patienten bieten
• Komplett neue Geräte, die so noch nicht realisiert werden konnten

Das IoT wie es oben beschrieben wurde, gibt es bereits heute. Geräte werden von Tag zu Tag mit immer aufwändigerer Sensorik ausgestattet. Die Chancen wurden bereits erkannt. Allerdings bleiben weitere Fragen offen. Weiterhin ist nicht bekannt, welche Folgen das IoT für die Hersteller, Benutzer und Patienten hat.

Über Daniel Saffer

Seit April 2017 gehört Daniel Saffer zum MEDtech-Ingenieur Team. Aktuelle Aufgabengebiete umfassen die hardwarenahe Entwicklung in C und die Entwicklung einer skalierbaren GUI-Plattform für medizinische Geräte basierend auf Android.