Introducció: El rol de la transmissió de dades a Sistemas Aceres artificial

El desenvolupament dels sistemes de desenvolupament de la insulina tancada, sovint anomenats sistemes de pàncrees artificials. Aquests sistemesleunt el seguiment dels nivells de sang i el lliurament de la insulina, imitant la funció d' un pàncrees sa i saludable. En el cor d' aquests sistemes de transmissió de la vida, els sensors han d' enviar glucose llegint a un algoritme de control, el qual ordena una bomba a la insulina a publicar una dosi adequada en temps real de l' hora de l' estil de l' estil de l' ROCE. Qualsevol dada pot tenir conseqüències serioses, fent que les dades tinguin un protocol de transmissió d' una qüestió de seguretat del pacient, no només per comoditat.

La darrera dècada ha vist un progrés notable en els protocols de transmissió de dades, propòsit de l' 2001- gana o adaptat pels dispositius mèdics. Els motors han establert demandes sobre conflictes: consum baix d' energia per a la vida de llarga bateria, una major fiabilitat en la presència de la interferència de la ràdio d' altres clients electrònics, robusta seguretat per evitar la manipulació, i el baix retard per a suportar els ajustos de la insulina. Aquest article examina els avenços més significatius en aquests protocols, els reptes que queden, i les instruccions futures que prometen anar a la integració de la xarxa emergent.

Per què els protocols de transmissió de dades són matèria a sistemes Acrores artificials

Un sistema de pàncrees artificial és un sistema cibernètic que fa referència a l' estat del pacient (el nivell de la sang gucosa) s' ha de comunicar amb un controlador múltiples vegades per minut. El controlador calcula la dosi necessària de la insulina i envia ordres de nou a la bomba. Qualsevol fracàs en aquest bucle de comunicació s' ha de deixar anar, el retard, el retard excessiu o la bretxa de seguretat pot portar a hipergèmia perillosa o hipotecia.

Els protocols de transmissió de dades defineixen les regles per a paquets, adreçant, transmetre i rebre aquests missatges. Han d' oferir:

  • [[FLT: 0] TALLA: [[FLT: 1] El temps rodó de l' entorn de Mrchtrip de l' ordre de la bomba ha d' estar sota d' uns segons per habilitar el control de la gluosa.
  • [[FLT: 0] Hi haalta fiabilitat: [[[FLT:] Achondament i els mecanismes de remissió han de renovar, cal assegurar-se que les dades crítiques arribin fins i tot en entorns sorollóss.
  • [[FLT: 0] Energia d' energia: [[[FLT:]] [mplanat o dispositius usant sovint s' executen amb el botó \ cel· la cel· la per mesos. El protocol ha de consumir energia mínima.
  • [[FLT: 0] Cecuritat i privacitat: [[[FLT:] Startup] Les dades del pacient incloent les tendències glucucoques i la insulina fent-se xifrat i autenticat per evitar les infeccions o malicioses de les dosis incorrectes.
  • [[FLT: 0] Interoperitat: [[[FLT: 1]] 9: diferents proveïdors, controladors i bombes haurien de ser capaços de comunicar-se mitjançant protocols estàndard per tal que els pacients puguin barrejar i coincidir amb components.

Sense protocols robustos, el pàncrees artificial no pot complir la seva promesa de millorar el control i qualitat de vida.

Avançant recent als protocols de transmissió de dades

Els esforços de recerca i indústria s'han concentrat en els estàndards que evolucionen i han creat nous protocols lleugers que han preparat per a la medicina IoT. A continuació hi ha els avenços més importants.

Energia baixa Bluetooth (compatada) amb perfils milloratsName

L' energia baixa del Bluetooth ha esdevingut el protocol de connexió de connexió dominant per als dispositius mèdics del consumidor degut al seu consum de baixa potència, baixa retard i adopció en els telèfon intel· ligents. El Bluetooth Efect (SIG) ha definit el protocol de connexió de l' energia de l' energia de l' energia, atès que el seu consum de baixa potència, baixa retard, i s' adopció de la baixa retard i s' adopció en els telèfons intel· ligents. El Bluetooth especial (SIG) per a personalitzar com funcionen i intercanvi de dades de la insulina. Millora de les dades de l' Ab] [FLT] +200] Data d' extensió[ FFLT] i [FTH: 2TULT]: PFTANH::::::: PMFT], que redueix la transmissió de la vida, que redueixen la velocitat de la vida i l' Second, que s' augmenten les dades de la velocitat de la vida.

Realworld artificial sistemes de pàncrees com el Tandem t: slim X2 amb els sistemes de blesestrovics de Dexcom G6 per transmetre lectura glucucoques cada cinc minuts, amb el controlador de bomba capaç de demanar actualitzacions més freqüents. Els investigadors també han demostrat que el problema de la seva nutrició va tancar els sistemes de púrup amb retard de 100 ms, suficient per a la correcció ràpida de glucseca.

Un repte amb el coexistència és coexistència amb Wi BerndFi i altres dispositius de la banda 2.4 GHz. POLESESESESESES en una freqüència adaptatiu, HEBER part del problema 5. 1 i posterior, l' Sota s' ha de reduir significativament les interferències canviant els canals dinàmicament. Per a un resum més profund, es refereix a la [[FLT: 0] tailsBGBGBGBGNHB de les característiques 5. 1 [FLT:]].

MQT per a la precipitació real de dades de l'ABarchTime

Originalment desenvolupat per a una missatgeria lleuger en entorns de missatgeria restringits, MQTT (Message Queuing Telemet transport) s' ha adaptat a la comunicació del dispositiu mèdic. El MQT usa un model de publicació que deducples de dades (sensors) des de consumidors (controladors i monitorització). Un suport trencat els missatges, permetent múltiples dispositius d' subscriure' subscriure' s a temes específics (p. ex., linkg., linkucol· links/ gitexutexyp).

Per a sistemes de pàncrees artificials, MQT ofereix dos avantatges crítics: [[FLT: 0] selfies [[[FLT: 1]] (així que els missatges estan en cua si un dispositiu temporal perd la connexió temporalment) i [[FLT: 2] Quity del servei (Qualització) nivells [[QoSF: 3] que garanteix el lliurament almenys una vegada (QS) o exactament (QS). En un pilot recent, un prototip híbrid tancat MQTloop (QTTT) utilitzat per una xarxa local de WiFi de l' CAD per aconseguir una pàgina de notícies local de l' última vegada que s' inicien les dades 1. 2 segons, fins i tot sota d' una operació de dades.

La seguretat és primordial en sistemes mèdics basats en MQTTPTTE. El protocol accepta l' encriptatge TLS, certificats X. 509 per autenticació al dispositiu i llistes de control d' accés. Els investigadors també han proposat extensions a MQT que afegeixen el xifratge de l' ANSI i la integritat atemorit per monitoritzar- lo. El MQT estàndard del MQT es manté amb el consorci OASIS; el seu lloc web web [FLT: 0]] [FLT: 1] proporciona les últimes especificacions i les millors pràctiques per a desplegament segura.

6LubtonN i IPv6 per a xarxes escalables

6LWPAN (IPv6 sobre les xarxes d' àrea sense fils LOSA) habilita la comunicació IPv6 en dispositius integrats per recursos. És especialment adequada per a xarxes d' àrea de cossos mèdics (BANs) on molts sensors prioritat de prioritat, monitors de ritme de cor, els seguidors d' activitat RODUCIS necessiten comunicar- se amb un únic dispositiu. Per usar l' IPv6, cada sensor té una adreça global, simplificant i eliminant la necessitat de les portes de traducció complexes.

Avançar a 6LWPAN per a les aplicacions mèdiques inclouen la introducció de [[[FLT: 0] Decapitador [[[[[FLT: 1]] (per a reduir el control superior dels paquets mèdics) i [[[FLT:]]]]] [[[FLT: 3] per a gestionar grans paquets IPv6 sobre la mida anterior del 80. 15. 4. frames real de la imatge del Southgroundworld han mostrat que 65N pot aconseguir una quantitat de paquet d' enviament a través de 99% amb moviments de cos i obstacles de ràdio típics.

Un dels desenvolupaments més prometedors és la integració de 650 gWPAN amb els recursos web [[FLT: 0Constroduïts Protocol d' aplicació (CAP) [[[FLT: 1]. CoAP proporciona una interfície web RESTful que permet que els dispositius mèdics es puguin consultar i controlar com a recursos web. Una prova recent de LaTeX va demostrar un sistema de pàncrees artificial on el bombó de la insulina i el sensor es comunica sobre una xarxa de 650Nsh, amb el controlador allotjat en una portal· la casa. La capacitat de puc assegurar que si un dispositiu surt de l' interval, els missatges es poden reenviar a través d' altres dispositius crítics per a la mobilitat.

Per a més informació sobre 650 estàndards i consideracions de seguretat, el suport [[FLT: 0]IETF RFC 4919[ FLT: 1] defineix l' entorn de treball bàsic, mentre que més recent ha afegit DTLS (Datagram Transport Security) per al final de l' encriptatge konversation[ 166% 1 @ label.

Xarxa vetxal ("TSN) sobre Ethernet

Mentre la majoria dels sistemes de pàncrees artificials usen protocols sense fils, creixen interès en la xarxa cable 2001-lars (TSN) per monitorar i per sistemes futurs implantables o de vida. TSN s'estén un tel· lació estàndard amb planificació determinant, vinculat a finals (rosegons), i pèrdua de paquet zero a través de redundància. El període IEEE 802. El temps de desenvolupament de l' escriptori de l' oficina de l' hora de l' any 802. El temps de l' hora de l' hora de l' arc de control i per a que els sistemes mèdics permeten transmetre la forma crítica sense contingut de les altres fluxos de dades.

Tot i que TSN és més habitual en sistemes industrials i automotoris, els investigadors clínics estan explorant la seva aplicació en robots quirúrgics i la major part de monitorització de l' Òrcessiu Òrcàtic. Per a un pàncrees artificial utilitzat en un arranjament de l' hospital, TSN podria proporcionar una comunicació de seguretat de la zona de seguretat de la pacient Printings Obbos, sensors de control centralitzat. El servidor [[FLT:]]] [IEN PLN PK [FLT:] manté estàndards que finalment podrien adaptar- se per a dispositius mèdics.

Repteos fent front als protocols actuals

Malgrat un progrés significatiu, diversos obstacles impedeixen que el desplegament gran dels protocols de transmissió de dades ideals en sistemes de pàncrees artificials.

Interoperabilitat i estàndardització

Els diferents fabricants sovint usen piles de comunicació propietari, fins i tot quan usen la mateixa tecnologia de ràdio subjacent. Un sensor de Dexcom G7 pot usar el cogot amb un perfil personalitzat d' aplicacions, mentre que una bomba de l' Omnipod usa un servei de la insulina diferent. Aquest pacient de fragmentació força els pacients per usar parelles de sensor específics de l' arc de ràdio 2001- 1Epumums i evita que una autèntica INCLOU i 255. 255. 255. 255. 255. 255. 255. L' esforç com ara el [FLT:] $] LS el perfil mèdic del dispositiu [% FLT1 i el valor [FLT] 2IE07E- 107] 1073 de la família [F3]: 2) apunti a aquestes interfícies, però l' adopció de les que s' adopció de les ha de ser incompletes. [FLT] [FTAtFTAtxup] [FTANANANANANANANANANANANANUDUB] [5] ptBUBUBUBUBUBUBUBUBUBU:

Vulneritats de seguretat en dispositius mèdics sense fils

Els riscos de seguretat han esdevingut una preocupació central com a sistemes de pàncrees artificials es converteixen en més connectats. Els investigadors han demostrat els atacs a l' antic itecres basats en pantalles de l' giva que permeten un adversari llegir dades gucucoques o injectar falsos lectures. Mentre que els protocols moderns incorporaven l' encriptatge (ESRIBUBI o AES 255.25) i l' adreça aleatori, les a la implementació poden portar a vulbarbilitats. Un nombre creixent de papers acadèmics ressaltant la necessitat de verificació formal de protocols d' implementació i actualitzacions regulars que solucionen errors recentment. Per a una revisió completa de seguretat, el FDA[ 0DTA: assessorament de la assessorament mèdic per als dispositius mèdics[ F1: El qual proporciona una lectura essencial per als desenvolupadors.

Energia energy energy energyizationLaty Trade Trade Tradeoffs

Tots els protocols sense fils afronten un intercanvi fonamental de l' ordre RECTE: transmet més sovint durant l' exercici o els àpats més elevats redueix la expectativa però buida la bateria ràpidament. En un pàncrees artificial, on el sensor pot necessitar enviar dades cada 5 cm de 5 cmCAR (i a vegades més sovint durant l' exercici o els àpats), el protocol ha de ser molt fissssssssss. S' estan estudiant els esquemes de transmissió i el deure de l' croniació de l' eficàcia, on el dispositiu redueix el seu interval de transmissió durant períodes de transmissió estable i incrementa quan s' augmenti ràpidament o cau. La màquina pot predir la transmissió òptima, l' exploració, la fluïdesa del sistema de la vida.

MultiCEMENTDeviva Coordenació i Interferència

Els pacients sovint porten múltiples dispositius mèdics sense fils, simultàniament, antonència, un monitor continu de la insulina, un rellotge intel· ligent, i potser un monitor de ritme cardíac. Tots operaven en el mateix 2.4 GHz IM (BLE, WiFi, Zigbee). Fins i tot amb una freqüència impermeable, pot causar col· lisions de col· lisions. Avançat existència de mecanismes com ara el temps de la intervencial múltiples accés (DMA) i les planificacions es mantenen en protocols de generació de l' aplicació de l' Xhanson, però requereixen una sincronització estreta entre dispositius de gestió i cura per un controlador central.

Pyíctons: Protocols Next assignmentGenerations i habilitació de Technologies

Mirant endavant, diverses tecnologies prometen millorar la fiabilitat, la seguretat i la fluïdesa de la transmissió de dades en sistemes pàncrees artificials.

Integració amb les xarxes 5G

Cinquèation cel· laular de la generació de xarxes gOS ofereixen un sensor ultrakoncindible de comunicacions de baixa potència (URLLC) amb les primeres precaucions com a 1 ms i ample ample de banda. Per a un usuari de pàncrees artificial, un sensor de 5GStornalig amb una resolució de càlcul per a un algorisme de control de núvol basat en el núvol, mentre que es troben en el temps real de l' hora. Aquesta arquitectura de Pykton i basada en el núvol permet més algorismes sofisticats (com ara el control de model proditiu) que són massa pesats per a un microcontrolable. De tota manera, la reformància en les xarxes cel· la cel· la introdueixen nous riscos: forats de cobertura, la xarxa de l' error de la xarxa de la xarxa de la xarxa de l' Sputnik, i l' atac inicial. Els estudis inicials, tal com ara s' informaen d' aquests informes [FLT] [FTANANANANA: 0: tabITF1: tabnameT] [CT] [CT] [CT] [CIT] ] ] ELS de la revista de

Computació a les vores i aprenentatge Federats

El càlcul de vora mou el processament de dades més a prop del pacient bisptxup, bé en el telèfon intel· ligent que actua com a controlador o en una porta local a casa. Això redueix la eficàcia i la dependència de la xarxa en el núvol. Els protocols de transmissió de dades estan evolucionant per a permetre els dispositius de vora dinàmicament entre les condicions locals i remots basant- se en condicions de xarxa. Per exemple, un protocol podria fer una ruta urgent a través d' un enllaç de bomba a baix energia, mentre que les dades rutindes s' envien a núvol per a una durada de l' anàlisi de la conversió de l' aviació.

L' aprenentatge Federed bidy, on els models d' aprenentatge de màquines estan entrenats a través de molts dispositius sense compartir disseny de dades en brut ugandix també influencia el protocol. Els nous protocols han de donar suport a les actualitzacions de model segur i agregregres sense que es puguin exposar a la informació pacient pluidentifiable. Aquesta és una àrea activa de recerca en xarxes d' àrea de cossos sense fil.

Ultra Ultra Ultra UltraWide (UWB) per a la transferència de dades d'anejament i ràpida

Ultra volumura de tot el vídeo (IEE 802. 15. 4 2001- 20) ofereix gran ample i extremadament poc retard sobre distàncies curtes (p. ex. la seva capacitat de mesurar distància amb centímetre mòbil fa que no sigui útil per a la transmissió de dades, sinó també per determinar la posició relativa de la bomba de la insulina i el sensor de la consciència es pot millorar l' estimació del canal i reduir més energia. L' UB ja s' usa en inrevés i s' està jutjant a dispositius mèdics. Els prototips d' un pàncrees artificial usant una taxa de dades d' abòbència de 6. 8 m, mentre que només consumeix un 1, 5, 5 minuts, 5, 5, 5, 5, 000, hora que el cost principal de transmissió activa és més elevat i el cost més elevat per a la transmissió.

Aprendre màquina per configuració del protocol adaptatiu

La intel·ligència artificial s' està aplicant a paràmetres de configuració dinàmicament. Per exemple, un agent de reforç pot aprendre la potència òptima de transmissió, la taxa de dades i l' eficàcia per a un entorn de libctàncies específiques de pacient (home, oficina, gimnàs). Aquesta adaptació millora l' eficiència i la fiabilitat simultàniament. Les simulacions recents mostren que un protocol adaptatiu pot reduir errors per 40% de configuració en comparació amb bateria estàtic durant el 25 de 25%. La implementació real del KPlatoChall del món requereix que es desconnecti sense una àrea d' alt croni computacional on es produeix petites (màclate en microcontroladors) s' està fent un progrés ràpid.

Quantum FrobisherRestruït per a la seguretat de LongTerm

Amb l' aparició dels ordinadors quàntiques, els actuals algoritmes criptogràfics (RSA, ECDH) es tornaran a trencar. Els dispositius mèdics tenen llargues anys de vida (5% 10 anys) i les dades pacient han de romandre confidencials per a més temps. La recerca en post dia de la criptografia (PQC) per als dispositius controlats està començant a influir en el disseny del protocol en la medicina IoT. Estàndards com NIST=tecs CRISILLKyber i el Falcó s' avalua per a la implementació més lleuger en microcontrols petits. Tot i que s' adopció està lluny d' anys, el RADULTIMS que ja estan planejant una transició suau per a una transmissió de dades de PCIFIFECT.

Conclusió

L' èxit dels sistemes de pàncrees artificials descansa fortament en els protocols de transmissió de dades subjacents. Els avenços recents de l' energia millorada del Bluetooth Perfil d' energia baixa i MQT Jints publica el model de dades de l' energia de WPAN WPAN COPUv6 i les garanties determinants de la xarxa Time includesiu CSensitive En les àrees ideals de la gestió de la salut sense resoldre, segura i de la diabetis d'usuari. Encara que els reptes de la diabetis i la seguretat interoperabilitat, l' energia de l' intercanvi de COPIUvles, multikutipvogeniva, i multikutinteminació de l' existència de l' existència de l' agenda Europea continuen investigant activa.

Cercant endavant, la integració del càlcul de 5G i la vora, les ràdios ultraLinux, la màquina Alexandrelar 255. 255. 255. 255. humanament, i la criptografia de l'angencial quàntica empenyrà més enllà els límits. Com que la tecnologia madura, els pacients beneficiaran de més autònoma, fiable i segurs dispositius de pàncrees que milloraran la qualitat de vida. El progrés en protocols de transmissió de dades no és simplement un component vital d' enginyeria RT, és un component vital en la batalla que s' està executant cada dia per la càrrega de la diabetis.