現在、市場には多くのポータブル医療機器が存在しますが、そのほとんどはワイヤレス接続技術を使用してスマートフォンやクラウドサービスにデータを送信しており、そのほとんどはBluetoothワイヤレス伝送技術を使用しています。この記事では、ポータブル医療機器のワイヤレス接続技術の開発動向と、それに関連するソリューションを紹介します。 シリコンラボ。
ポータブル医療機器の応用による遠隔外来診療の実現
ポータブル医療機器は、血圧、心拍数、血糖値などのデータなど、患者の生理学的状態を継続的に監視および追跡するために使用できます。医療専門家はBluetooth経由でスマートフォン アプリに接続し、収集された健康データをリモートで表示できます。医師は遠隔外来診療アプリケーションを介してデータにアクセスできるため、急性期後およびリハビリ期間の患者を便利かつ非侵襲的な方法で継続的に監視できます。患者は自宅で日常生活を楽しむことができ、医師は遠隔で効率的かつ安全に診断、観察、診察を行うことができ、ウイルスや病気の蔓延を効果的に防ぐことができます。そのため、外来ケアサービスを実現するためには、無線接続技術を活用したポータブルかつウェアラブルな医療機器が非常に重要です。
血糖値測定器、持続血糖モニター、血圧モニター、パルスオキシメーター、インスリンポンプ、心臓モニタリング システムなどの最も一般的なポータブル医療機器は、最も広く使用されているワイヤレス接続テクノロジーであるBluetooth Low Energy (BLE) を選択しています。ただし、ワイヤレス デバイスとアプリケーションを有効にするには、正確で安全、長寿命、低コストの動作を実現するために、堅牢なIoTデバイスのセキュリティ、小型フォーム ファクタ、高いエネルギー効率を考慮する必要があります。一般的なBLEワイヤレス テクノロジーはすべての条件を満たし、デバイス メーカーに最適なワイヤレス ソリューションを提供します。
ワイヤレスポータブル医療機器の市場は急速に成長している
世界中の政府は、入院患者のケアをより費用対効果の高い外来ケアサービスに移行することで、急性および重篤な症例に対処するための高価な病院資源を節約しています。世界の外来ケアサービス市場は毎年4.8%成長し、2026年までに1,130億米ドルに達すると予想されています（2018年は770億米ドル）。COVID-19パンデミックによりこの傾向が加速しています。世界中の多くの被害が大きい地域では、緊急治療のために病院の収容能力を迅速に解放する必要があり、効率的で安全かつ患者に優しい遠隔医療サービスを実現するために、個人用のBluetooth医療機器が緊急に必要とされているからです。
世界的なヘルスケアの変革は、ワイヤレスポータブル医療機器の市場にも反映されています。2025年までにデバイスの売上は年平均12%の成長が見込まれ、総収益は170億米ドル増加すると予測されています。多くの既存のデバイスメーカーと多くの新しいスタートアップ企業が、この高収益業界で利益を上げたいと考えています。この大きな発展の傾向により、世界市場で発売される新しいワイヤレスポータブル医療機器の数は過去最高に達するでしょう。
ポータブル医療機器のセキュリティとプライバシーの問題
現代の医療では、費用対効果の高い遠隔外来ケア サービスを実現するために、より多くのワイヤレス医療機器が必要です。この継続的かつテクノロジーに支えられたヘルスケアの変革により、ワイヤレス医療機器市場の世界的な成長が促進されました。しかし、急成長する市場と医療のデジタル化の熱狂の中で、セキュリティとプライバシーの問題は忘れられがちです。
ポータブル医療機器は個人の健康データを収集、処理、送信できるため、機器のセキュリティが設計上の最も重要な考慮事項になります。患者のプライバシーを保護するために、ポータブル医療機器をさまざまな複雑な論理的、物理的、無線攻撃から保護するために、データ転送はあらゆるレベルで保護する必要があります。
2020年、米国食品医薬品局（FDA）はSweynToothの脆弱性に関する警告を発しました。潜在的な脆弱性により、ワイヤレスBLEをサポートする医療機器にリスクが生じ、これらの機器がクラッシュして動作を停止したり、不正なコマンドのアクセス権が開かれたり、個人情報が漏洩したりして、Bluetooth医療機器のユーザーを脅かす可能性があります。しかし、露出した脆弱性が増加していることを考慮すると、ヘルスケア業界とデバイスメーカーは、製品の設計と開発においてワイヤレス セキュリティを優先する必要があります。
Bluetooth医療機器のセキュリティ対策
Bluetooth医療機器を設計する際には、特別な注意を必要とする高度なセキュリティ上の考慮事項が多数あります。たとえば、ハッカーが悪意のあるコードを挿入してデバイスを操作し、間違ったソフトウェアを実行したり、ハードウェアが複製されたりするのを防ぐために、実行前にソフトウェアを認証する必要があります。これは、複製されたシステムオンチップ（SoC）、モジュール、偽のスマートフォンアプリケーションにより、ハッカーが簡単に認証プロセスを通過し、デバイスや個人データにアクセスできるようになるためです。
さらに、保護されていないUSBポートはコンピューターの内部アーキテクチャに簡単にアクセスできるため、製品には開いたポートが残りません。また、GlobalPlatform.orgが公開しているDTSec保護プロファイルを採用し、IoTプラットフォーム向けセキュリティ評価標準 (SESIP) に合格するなど、セキュリティ認証を取得したBluetooth SoCや国際的なセキュリティ認証を取得した製品を使用することも必要です。
さらに、差分電力解析 (DPA) 攻撃の機会を排除することも必要です。攻撃者は、チップセット全体に誘導ループを実装し、誘導電流とシステムの電力消費を監視して、多数の暗号化操作サンプルから電力トレースを収集し、リークモデリングに基づく数学的信号分析機能を実行して、セキュリティキーを再生成します。したがって、セキュリティ キーを保護することは非常に重要です。最善の解決策は、個々のデバイスの欠陥に応じてランダムで一意のキーを作成できる物理的に複製不可能な関数 (PUF) です。PUFキーはセキュリティ キー ストレージ内のすべてのキーを暗号化し、アプリケーションは機密性を維持しながらこれらのキーを処理できます。
さらに、安全な無線 (OTA) アップデートを実行し、OTAファームウェア アップデートをルート オブ トラストおよびセキュア ローダーと組み合わせ、アップデート ファイルの信頼できるソースを認証し、プロセス全体を暗号化し、セキュア ブートを通じてファームウェア イメージが変更されていないことを保証する必要があります。製品の設計および開発のプロセスで上記の安全上の注意事項を厳守すれば、Bluetooth医療機器のセキュリティは大幅に向上します。
完全なBluetoothセキュリティアプリケーションソリューション
Silicon Labsは、Bluetoothアプリケーションの要件に応じて、Secure Vaultファームウェアの採用、世界初のワイヤレスSoCによるArm PSAレベル3認証の取得、ワイヤレスの脅威からアプリケーションを保護するためのBluetoothスタック上のすべての標準セキュリティ機能の実装、ハードウェアでサポートされているmbed TLSをBluetoothアプリケーションの信頼できる実行環境として使用してチップレベルのセキュリティを実現するなど、関連ソリューションを導入しました。Silicon Labsのハードウェアは、セキュア ブート、信頼のルート、セキュア ローダー、セキュアOTAアップデート、暗号化エンジン、真の乱数ジェネレーター、Secure Vaultテクノロジーを通じて強力なセキュリティを実現します。
アプリケーションの違いに応じて、倉庫での製品保管から販売、使用までの期間を含むポータブル医療機器の製品耐用年数は数日から数か月に及ぶ場合があり、電力の最適化がより困難になり、設計上の重要な考慮事項となります。Silicon LabsのEFR32シリーズ2チップセットの独創的なレイアウト設計により、スタンバイ モードとアクティブ モードでのSoCの総電力消費量 (MCUと無線を含む) が最小限に抑えられます。デバイスに適したコイン型電池を採用し、10年以上の動作が可能です。また、デバイスが店頭で販売される前に製品の保存期間を延長するインテリジェントな方法も提供します。
さらに、高精度も医療機器の設計における主要な考慮事項の1つです。Silicon LabsのEFR32シリーズ2アナログ フロント エンド ハードウェアには、16ビットのアナログ - デジタル コンバータ、12ビットのデジタル - アナログ コンバータ、および高精度のオンチップ電圧リファレンスが含まれています。高度なシリーズ2設計により、Bluetooth無線動作中にアナログ周辺機器が期待どおりに動作することが保証され、顧客は高精度の医療製品を設計できるようになります。
Silicon Labsが発表したEFR32BG22C222F352GM32は、76.8 MHz ARM Cortex-M33コアを含むEFR32BG22シリーズ2ワイヤレスSoCの1つで、セキュリティ機能を統合しながら十分な処理能力を提供し、高速暗号化、セキュア ブートの読み込み、デバッグ アクセス制御を提供します。このデバイスには、QFN32パッケージに352 kBフラッシュ メモリと32 kB RAMが搭載されています。EFR32BG22シリーズ2ワイヤレスSoCは、BLEデータ伝送、位置情報サービス、Bluetoothメッシュ ネットワークの低電力ノード アプリケーションに使用でき、最大6 dBmの最大出力と -98.9 (1 Mbit/s GFSK) dBmの優れた受信感度を提供します。さらに、EFR32BG22シリーズ2 SoCは、EFR32BGシリーズ1 SoCと同じツールを使用し、開発キット、ソフトウェア開発キット (SDK)、モバイル アプリケーション、およびSilicon Labsの特許取得済みネットワーク アナライザを通じて、移行を容易にし、市場投入までの時間を短縮します。
結論
現代の医療システムでは、安全な外来診療チャネルを通じて高齢者を効果的に治療するために、多くのスマートワイヤレスデバイスが必要になります。Bluetooth医療機器市場は、機器メーカーやスタートアップ企業にとって大きな発展のチャンスです。堅牢で妥協のないセキュリティを提供するSilicon LabsのBluetoothソリューションは、ワイヤレス医療機器の開発に最適な選択肢となります。