Daten als Lebensretter Die richtige Vernetzungsstrategie für das IoT im Gesundheitssystem

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Das Internet der Dinge bietet viele Chancen für das Gesundheitssystem. Dazu gehört neben der einfachen Erfassung von Vitaldaten die engmaschige Überwachung von Erkrankten. Doch nicht jede Vernetzungsoption ist für jedes Anwendungsszenario am besten geeignet.

Daten sind im Gesundheitswesen von enormer Bedeutung. Ohne regelmäßige Messungen von Körpertemperatur, Insulinspiegel oder Blutdruck werden Krankheiten weder erkannt noch erfolgreich behandelt. Vor allem im Krankenhaus ist eine engmaschige Erfassung vieler Messwerte üblich - allerdings nur noch selten manuell. Stattdessen verbinden sich die Messgeräte mit dem Internet of Medical Things (kurz: IoMT) und senden die Daten gleich an den richtigen Ort.

Die Anwendungsszenarien des IoMT sind breit gefächert. Krankenhäuser oder Arztpraxen erhalten dadurch eine große Flexibilität. Das Internet der medizinischen Dinge widmet sich neben der Datenmessung auch der In-House-Lokalisierung von Krankenbetten oder Medizintechnikprodukten. Das erleichtert die Bestandsverwaltung und die Suche nach Ausrüstung. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Sturzerkennung auf Krankenstationen oder in Pflegeheimen. IoT-Armbänder, -Halsketten und andere Wearables alarmieren das Pflegepersonal, wenn ein Patient oder ein Heimbewohner Hilfe benötigt.

Doch das IoT im Gesundheitswesen bietet auch Anwendungen für Arztpraxen. So nutzen Patienten tragbare IoT-Geräte, um ihre Herzfrequenz, den Blutzuckerspiegel oder andere Werte 24 Stunden am Tag zu überwachen - nicht mehr mit kiloschwerer Elektronik, sondern mit wenige Gramm leichten Wearables. Möglichkeiten gibt es viele und die Geräte werden immer kleiner und smarter. Ihre Gemeinsamkeit: Sie sind abhängig von einer hochwertigen Konnektivität per Funk oder Kabel.

Netze aus der Computerwelt: Ethernet und WiFi

Die Hersteller von IoMT-Geräten haben einige Optionen für die Konnektivität ihrer Produkte. Doch welche Möglichkeiten sie unterstützen, hängt vom Einsatzszenario ab. So ist das kabelgebundene Ethernet immer noch die beste Option für fest installierte Geräte, die gar nicht oder nur selten bewegt werden. Dazu gehört die in Operationssälen oder Intensivstationen übliche Medizintechnik. Voraussetzung ist dabei in allen Räumen inklusive der Gänge ausreichend Ethernet-Anschlüsse.

Für viele andere intern genutzte Produkte liegt eine Ausrüstung mit WiFi-Schnittstelle nahe. Die Technologie ist ein leistungsfähiger Ersatz für die Vernetzung mit Ethernet und bietet hohe Up- und Downloadgeschwindigkeiten. In den meisten Fällen reicht es aus, jede Etage eines Gebäudes mit einigen Basisstationen auszurüsten. Anschließend gibt es überall Empfang und die Geräte besitzen nun eine ähnlich breitbandige Verbindung wie über Kabel. Allerdings hat WiFi auch einige Einschränkungen.

Der Funkstandard war ursprünglich für die Vernetzung von Bürocomputern gedacht. Es gibt zwar die Möglichkeit, unterschiedliche Netze aufzubauen und parallel zu nutzen, doch WiFi setzt nur zwei relativ schmale Bänder des gesamten Funkspektrums ein. So können sich benachbarte Netze stören. Zudem ist WiFi nur schlecht für batteriebetriebene Geräte geeignet, da der Stromverbrauch hoch ist. Die Abhängigkeit von Basisstationen verhindert echte mobile Geräte, die das Gebäude oder Gelände des Krankenhauses verlassen können.

Bluetooth und Mobilfunk als Alternative

Eine stromsparende und bereits seit vielen Jahren wieder genutzte Alternative ist Bluetooth. Die meisten kennen das Netzwerk zur Kopplung von Tastaturen, Freisprecheinrichtungen oder Wearables mit dem Smartphone. Im Gesundheitswesen wird Bluetooth häufig für das Asset-Tracking von Medizinprodukten genutzt. Dafür und auch für die Übertragung von Vitaldaten via Bluetooth sind nur sehr geringe Bandbreiten erforderlich.

Zudem unterstützen neuere Systeme nicht nur den Zugang über Basisstationen, sondern arbeiten auch mit sogenannten Mesh-Netzwerken. Bei ihnen erhöht jedes angeschlossene Gerät die gesamte Reichweite des Netzwerks deutlich. Leider gibt es auch Einschränkungen: Bluetooth erlaubt je nach technologischen Standard nur eine Maximaldistanz von etwa einem Kilometer zwischen Sender und Empfänger. Das ist für größere Krankenhausgelände ausreichend, aber nicht für mobile Anwendungen, beispielsweise in der Ausstattung von Notarztfahrzeugen.

Deshalb ist Mobilfunk eine für das IoMT am besten geeignete Technologie. Sie funktioniert praktisch überall, grundsätzlich auch innerhalb von Gebäuden. Die Konnektivität wird in diesem Fall über ein öffentliches LTE/5G-Netz der großen Telefonanbieter aufgebaut. Mit speziellen IoT-SIM-Karten oder eSIMs ist zudem ein europa- oder weltweiter Einsatz möglich. Eine weitere Option von IoT-SIMs ist der Fallback auf das traditionelle 2G-Netz. Es reicht bei technischen Problemen in den Mobilfunknetzen aus, um zumindest wichtige Vitaldaten zu übertragen.

Gerätenetzwerke für M2M-Kommunikation

Als ausschließliche mobile Lösung außerhalb von Gebäuden ist Mobilfunk unschlagbar, doch innerhalb kann es unter Umständen zu Verbindungsstörungen kommen. Die vom Mobilfunk genutzten Funkfrequenzen besitzen häufig nur eine geringe Mauerwerksdurchdringung. Um hier eine Alternative anzubieten, bauen zurzeit die großen Telekommunikationsunternehmen spezielle IoT-Geräte Netzwerke auf, die zum 5G-Standard gezählt werden. Dies ist in erster Linie Narrow Band IoT (kurz: NB IoT), das besonders für Verbindungen im medizinischen Internet der Dinge geeignet ist.

NB IoT ist Machine-To-Machine-Kommunikation (kurz: M2M) optimiert. So bietet es zwar nur vergleichsweise niedrige Bandbreiten, die allerdings für jedes Einsatzszenario im medizinischen Internet der Dinge ausreichen. Auf der Positivseite steht erstens die sehr gute Fähigkeit zur Durchdringung von auch starkem Mauerwerk. Das Netz reicht deshalb in hoher Qualität bis in Untergeschosse hinein. Zweitens hat es nur sehr geringe Anforderungen an den Stromverbrauch. NB-IoT-Geräte sind auf niedrige Verbrauchswerte optimiert, sodass sie über Jahre hinweg mit einer einzigen Batterie arbeiten.

In Deutschland ist der Ausbau von NB IoT bereits weit fortgeschritten. Aber es gibt auch Alternativen, unter anderem ZigBee, LTE-M und Cat-M1. Einige Anbieter propagieren das Open-Source-Netzwerkprotokoll LoRaWAN. Es besitzt ebenfalls eine gute Mauerwerksdurchdringung und nutzt nur wenig Strom. Der Nachteil: Hardwarehersteller müssen jeweils eine eigene LoRaWAN-Infrastruktur einrichten, was die Kosten erhöht.

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Verschiedene Anwendungsszenarien

Jede Vernetzungsform hat unterschiedliche Vorteile und Nachteile. Doch Mobilfunkverbindungen sind für das Internet der Dinge aus guten Gründen sehr beliebt: Sie sind einfach zu nutzen, bieten innen, außen und unterwegs eine starke Abdeckung und haben einen hohen Datendurchsatz. Einfache Medizinprodukte wie Betten oder Pflegewagen profitieren allerdings eher von Bluetooth. Klein gebaute Mobilgeräte werden am besten über ein stromsparendes Low Power Wide Area Network (kurz: LPWAN) wie NB IoT angeschlossen - mit einer dafür geeigneten SIM-Karte. Daraus folgt, dass Krankenhäuser und Arztpraxen ihre Anwendungsszenarien und Vernetzungsstrategien genau definieren sollten. Nur dann erhalten sie eine optimale und budgetorientierte Vernetzung.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Industry of Things.

* Martin Giess ist Geschäftsführer von Emnify.

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