Ihmiskeho langattoman tietoliikenteen kohteena

Ryhmällä on kolme eri tutkimuskohdetta: langattomat kehoverkot (Wireless Body Area Network, WBAN), tiedonsiirtoketju aina mittauksista potilaan sähköiseen terveysrekisteriin sekä hoitotilojen uudenlaiset luotettavat tietoliikenneratkaisut.

WBAN on kokoelma pienikokoisia, vähän virtaa kuluttavia langattomia antureita, jotka pystyvät välittämään tietoja ja joita käytetään ihmiskehon toiminnan ja elintoimintojen sekä ympäristön seuraamiseen. WBAN-tietoliikenneyhteydet voidaan jakaa kehosta pois (off-body), kehon pinnalla oleviin (on-body) ja kehon sisäisiin (in-body, jossa voi olla sekä in-on- että in-in-viestintä): ryhmä tutkii näitä kaikkia vaihtoehtoisia yhteysmuotoja.

”Tällä hetkellä keskitymme tutkimuksessamme yhä enemmän kehon sisällä tapahtuvaan tietoliikenteeseen, mikä on mielenkiintoista, sillä kehon eri kudosten vaikutus on otettava huomioon langattomia yhteyksiä suunniteltaessa”, kertoo tiimiä johtava professori Jari Iinatti.

”Siirtyessämme kohti 6G:tä pyrimme ratkaisemaan haasteita, jotka liittyvät useiden yhteyksien samanaikaiseen käsittelemiseen, sillä tavanomainen kehon ulkoinen tai kehon pinnalla tapahtuva WBAN-tietoliikenne voidaan jo toteuttaa nykyisillä tekniikoilla. Kehon sisäinen yhteys on kuitenkin pitkälti tutkimaton alue ja siksi hyvin houkutteleva tutkimusaihe. Lisää haasteita aiheuttaa vaade järjestelmien yhteen toimivuudesta, sillä kaikkien tekniikoiden pitäisi toimia saumattomasti ympäristössä, jossa on tiiviisti satoja tai jopa tuhansia pieniä lääketieteellisiä ja muita IoT-laitteita.”

Ryhmä tutkii myös koko ketjua kehokeskeisestä tiedonvälityksestä sähköiseen terveysrekisteriin (EHR), mikä edellyttää nykyisten ratkaisujen, kuten LoRa-, NB-IoT- ja Bluetooth Low Energy -tekniikoiden hyödyntämistä ja hallintaa sekä niiden uudenlaista käyttöä ottaen huomioon terveydenhoidon tiedonhallintavaatimukset. ”Tarkastelemme turvallisia ja erittäin luotettavia ratkaisuja ihmisen elintoimintojen mittaamiseen ja terveystietojen toimittamiseen sairaaloiden ja muiden hoitolaitosten ulkopuolella”, Iinatti sanoo.

”Lopullinen tavoite on tarjota etäterveydenhoitopalveluita myös ihmisille, jotka asuvat maaseudulla kaukana terveyspalveluiden tarjoajista. Onnistuaksemme tässä keskitymme erilaisiin luotettaviin tiedonvälitystekniikoihin, joita voi sitten hyödyntää kunkin alueen erityistarpeiden ja saatavilla olevien palvelujen mukaisesti.”

Yksi lupaavimmista sairaaloiden suojatuista ratkaisuista, joita ryhmä tällä hetkellä tutkii, on näkyvää valoa käyttävä VLC-tekniikka (visible light communications https://www.oulu.fi/university/news/vlc), jota voidaan hyödyntää tiettyihin toimintoihin. ”Sen mahdollisia käyttökohteita ovat luottamuksellisten terveystietojen toimittaminen korkealla tietoturva- ja tietosuojatasolla välttäen radiosignaalien käyttöä”, Iinatti sanoo.

”VLC-tekniikan käyttö rajoittuu tietenkin yksittäiseen huoneeseen, mikä puolestaan estää salakuuntelun. Tutkimme myös mahdollisuuksia hyödyntää etätunnistuksen lähestymistapoja ihmisen eri elintoimintojen, kuten hengityksen tai sykkeen, tunnistamiseen erilaisilla radio- tai VLC-pohjaisilla mittausmenetelmillä.”

Standardoinnissa mukana

WiMeC johtaa EU-rahoitteista tutkimus- ja innovointihenkilöstön liikkuvuusprojektia ”MSCA RISE ROVER” (ID 872752), jossa luodaan uudenlainen järjestelmäarkkitehtuuri täydellistä, luotettavaa päästä päähän -tiedonsiirtoketjua varten. Järjestelmäarkkitehtuuri on heterogeeninen tietoliikennejärjestelmä, jossa on kuvantamis- ja paikantamisominaisuudet ja jota voidaan käyttää sairaalan ulkopuolella, esimerkiksi kodeissa ja syrjäisillä alueilla. ”Tiedeyhteisöä ja teollisuutta edustavat konsortion jäsenet työskentelevät neljässä maanosassa ja täydentävät erinomaisesti toistensa asiantuntemusalueita ultralaajakaistasta (UWB) aina mikroaaltojen käyttöön kuvantamisessa, paikannuksessa ja diagnostiikassa sekä liiketoiminnassa”, Iinatti toteaa. ”Suunnitelmissamme on esitellä ROVER-arkkitehtuuri projektin aikana vuoden 2023 loppuun mennessä.”

WiMeC-tiimi on pitkään ollut standardoinnin aktiivinen myötävaikuttaja IEEE 802.15.6- ja IEEE802.15.4-standardeihin liittyvistä toimista lähtien. ”Nykyinen ja tuleva vaikutuksemme ETSI TC SmartBAN PHY- ja MAC-standardeihin on luonnollista jatkoa tälle”, Iinatti sanoo. “Jotkin WiMeC:n WBAN MAC -tutkimuksen tulokset on patentoitu ja sisällytetty myös ETSI SmartBAN -standardiin, joka on eurooppalainen versio älykkäiden kehoverkkojen standardista. SmartBAN:n tavoitteena on tietenkin loppupeleissä luoda WBAN-standardi, jota tullaan aktiivisesti hyödyntämään myös Euroopan ulkopuolella.”

Tiimi etsii jatkuvasti uusia kumppanuuksia ja kehitysmahdollisuuksia sähköisen terveydenhoidon alalla. ”Seuraamme hyvin innokkaasti sitä, miten keksintöjämme, etenkin ETSI SmartBANiin ja muihin nykyisiin ja tuleviin standardeihin sisältyviä, toteutetaan todellisissa järjestelmissä ja tuotteissa tulevina vuosina”, Iinatti kertoo.