BLE in der Medizintechnik

Ob zwischen Smartphone und Kopfhörer oder zwischen Laptop und Drucker – kabellose Verbindungen sind längst in unserem Alltag angekommen. Die Verbindung klappt in der Regel problemlos und ohne dass Kabel die Bewegungsfreiheit einschränken oder als Stolperfallen irgendwo herumliegen. Die Vorteile kabelloser Verbindungen kommen auch im Bereich der Medizintechnik zum Tragen, etwa im E-Health-Bereich, oder bei der Verbindung von OP-Geräten, wo Hersteller und Anwender gerne auf lästiges Verkabeln verzichten würden.

Besondere Anforderungen

Allerdings gelten hier besondere Anforderungen. Allen voran müssen Verbindungen zwischen Medizingeräten besonders zuverlässig und störungsfrei sein. Bei E-Health-Anwendungen ist darüber hinaus der Formfaktor zu beachten, denn große Sender mit schweren Batterie-Packs oder zu schnell entladene Batterien würden den Vorteil eingesparter Kabel schnell zunichtemachen. Energieintensive Technologien sind damit schnell aus dem Rennen. Auch hinsichtlich Security gelten besondere Anforderungen. Die Verbindung sollte jederzeit vor unbefugten Zugriffen geschützt sein, um Manipulationen der Geräte oder einen Diebstahl von Patientendaten zu verhindern.
Nun gibt es zwar eine große Vielfalt verschiedenster Funktechnologien für kurze und mittlere Distanzen, aber unter den besonderen Bedingungen im Medical-Bereich schrumpft der Kreis der ernsthaften Kandidaten schnell zusammen. Wollen Entwickler nicht auf eine proprietäre Lösung setzen, bleiben nur wenige Standards wie ZigBee, ANT oder Bluetooth Low Energy (BLE) im Rennen.

Nicht nur technische Parameter sind relevant

Je nach Anwendungsfall werden ab jetzt konkrete technische Parameter relevant – v. a. Senderreichweite, Stromverbrauch und (damit verbunden) Datendurchsatz. Darüber hinaus gibt es aber noch ein weiteres Kriterium: Sollen etwa bei E-Health-Anwendungen Sensoren mit einem Smartphone gekoppelt oder auf Intensivstationen die Werte von Geräten mit handelsüblichen Smartphones oder Tablets ausgelesen werden, ist es von Vorteil, wenn die Empfänger bzw. Endgeräte bereits über entsprechende Schnittstellen verfügen. Bei Bluetooth ist dies der Fall, denn die meisten Smartphones, Tablets oder Laptops haben heute eine Bluetooth-Schnittstelle.
Aber Bluetooth ist auch in technologischer Hinsicht sehr gut für Medical-Anwendungen geeignet. Da ist zunächst der geringe Energieverbrauch des BLE-Standards: Im Ruhezustand verbrauchen moderne BLE-Chips etwa 4 µW, ein typischer Funkvorgang schlägt mit ca. 1 mW zu Buche. Legt man diese Werte zugrunde, kann ein Blutzuckermessgerät, das kontinuierlich etwa alle 10 Sekunden einen aktuellen Wert überträgt, bis zu zwei Wochen mit einer 3-Volt-Knopfzelle auskommen.

Zuverlässigkeit und Sicherheit

Mit BLE können auch die hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit medizinischer Geräte umgesetzt werden. Dazu gibt es viele Sicherheitsmechanismen, beispielsweise Möglichkeiten, per Checksummen zu überprüfen, ob Daten auch korrekt übertragen wurden. Darüber hinaus sind verschiedene Sicherheitsfunktionen bereits im Standard definiert, wie etwa eine PIN-Authentifizierung für den Zugriff auf schützenswerte Daten oder eine energieoptimierte AES-Verschlüsselung.
Angriffe oder unautorisierte Manipulation durch Dritte erschwert Bluetooth zudem dadurch, dass die Kommunikationskanäle ständig und unvorhersehbar gewechselt werden (Frequenzsprung-Verfahren oder Frequency-Hopping).
Aufgrund der weiten Verbreitung wird der Standard außerdem von unterschiedlichsten Akteuren regelmäßig auf Schwachstellen untersucht. Dabei entdeckte Lücken werden durch die Bluetooth Special Interest Group in der Regel zeitnah geschlossen.

Standard-Profile und -Services erleichtern die Entwicklung

Last but not least: Für zahlreiche Medical-Anwendungen gibt es bereits standardisierte BLE-Profile und Services. So können etwa bei der Entwicklung eines Blutzuckermessgeräts die gebräuchlichsten Funktionalitäten bereits durch Standard-Services abgebildet werden – neben dem Blutzuckerwert z. B. den Trend (Entwicklung der Werte), Warnungen bei stark schwankenden Werten, Kalibrierungsmöglichkeiten oder historische Daten. Für andere Anwendungen wie z. B. Messung des Blutdrucks oder der Herzfrequenz stehen bereits ähnliche Profile und Services zur Verfügung, die Entwicklungsaufwand und -zeit verringern.