Autor: Kazuichi Ichikawa, Assistant Manager
Las instalaciones médicas exigen gestionar grandes cantidades de datos, desde imágenes hasta texto, generando de este modo una creciente demanda de una gestión eficiente de tales datos, una difusión más rápida y la coordinación de la información médica, así como una mejor comunicación entre los profesionales sanitarios dentro y fuera de las instalaciones.
Para cumplir estos requisitos, las instalaciones médicas están digitalizando la administración y los datos e incorporando comunicaciones inalámbricas mediante tecnologías como las redes WLAN (wireless LAN) y Bluetooth®.
Bluetooth, con sus funciones de bajo consumo, resulta adecuada para dispositivos llevados por los pacientes y para dispositivos médicos que transmiten y reciben pequeñas cantidades de datos. Algunos ejemplos: pulsioxímetros, medidores de la presión arterial, termómetros, electrocardiógrafos y electroencefalógrafos.
Las redes WLAN, por su parte, proporcionan comunicaciones de alta velocidad para transmitir imágenes y vídeo, de ahí que sean ideales para aparatos como endoscopios y equipos de radiología.
Otra tecnología utilizada en las instalaciones médicas es el sistema WMTS (Wireless Medical Telemetry System), que recurre a determinadas bandas de frecuencia para minimizar las interferencias de radio. Este sistema monitoriza datos vitales del paciente como el pulso cardíaco (ECG), la frecuencia respiratoria, la temperatura corporal y el nivel de oxígeno en sangre de los pacientes hospitalizados en un monitor central que se encuentra en la sala de enfermería. Estos equipos transmiten señales de radio a un sistema de antenas que se encuentra en la habitación del paciente, el cual envía los datos al monitor central donde se visualizan.
Problemas con las comunicaciones de dispositivos médicos
Las comunicaciones inalámbricas son ideales para los pacientes que llevan sensores que recogen datos biométricos ya que eliminan el cableado para transferir los datos y facilitan la configuración, la incorporación o la reubicación de los dispositivos. Sin embargo, pueden aparecer problemas como cortes de comunicación y bajas velocidades.
Un grave problema en las WLAN es el solapamiento de los canales de radio utilizados por varios dispositivos. Entre las bandas de frecuencia de las WLAN, la banda de 2,4 GHz es la usada por un mayor número de dispositivos y consiste en trece canales en intervalos de 5 MHz, entre 2412 MHz y 2472 MHz. Dado que el ancho de banda del canal es de tan solo 20 MHz, apenas se pueden usar tres canales en intervalos de 5 canales para evitar la interferencia procedente de los canales adyacentes; por ejemplo, los canales 1, 6 y 11. Además, en una instalación médica las interferencias también pueden proceder de equipos situados en plantas superiores e inferiores.
Figura 1. Configuración del canal y ancho de banda del canal de 2,4 GHz.
Otra cuestión importante es el aumento del número de dispositivos basados en la tecnología WLAN. En las instalaciones médicas hay un gran número de dispositivos WLAN, como los PC y las tablets que utilizan los doctores y el personal sanitario. Los pacientes también llevan dispositivos como smartphones y consolas de juegos portátiles que pueden provocar interferencias de radio o sobrecargar la red. Un número excesivo de dispositivos en la red crea dificultades para establecer una conexión inalámbrica y ralentiza las velocidades de comunicación.
El problema más habitual con WMTS es que no haya conexión inalámbrica porque la señal de radio es demasiado débil. Entre las causas se encuentran la baja tensión de la batería en el transmisor, la posición inadecuada de la antena, las interferencias procedentes de otros equipos inalámbricos o fuentes de ruido, y la atenuación de la señal debido a ampliaciones y cambios de disposición, entre otras razones.
Identificación de problemas en las comunicaciones inalámbricas
Los problemas con las comunicaciones en instalaciones médicas suelen estar relacionados principalmente con las interferencias y la atenuación, cuyas consecuencias pueden ser el mal funcionamiento de los equipos médicos o que sufran interrupciones en su comunicación. Como esto puede poner en peligro la seguridad del paciente, es importante identificar resolver las causas de tales problemas. Las comunicaciones inalámbricas se pueden identificar siguiendo una serie de procesos:
- Realizar una medida sencilla para comprobar la intensidad de la onda de radio. En una WLAN también se puede comprobar el número de puntos de acceso que pueden recibir los datos.
- Para las señales de radio cuya intensidad sea insuficiente, reconfigurar los equipos de radio o cambiar la posición de objetos que obstaculicen la propagación puede mejorar la intensidad.
- Si los problemas persisten, incluso cuando la intensidad de la señal es suficiente, es probable que haya interferencias. Se puede utilizar un analizador de espectro para identificar posibles interferencias y buscar la fuente.
- Tras identificar la fuente de la interferencia, plantearse cómo resolverlo.
La Figura 2 muestra el ejemplo de un método sencillo de medida basado en el uso de software gratuito para comprobar la intensidad de la señal en una WLAN. Cada forma de onda está asociada a un nombre de red (SSID) y un canal inalámbrico.
Figura 2. Ejemplo de medida en el entorno de la forma de onda de una WLAN mediante software gratuito.
Para las aplicaciones WMTS, el monitor central del WMTS incorpora una función sencilla de análisis de espectro que permite medir la intensidad de las señales de radio recibidas.
Si se observa que la intensidad de la señal de radio en una WLAN o WMTS es suficiente de acuerdo con los resultados de las medidas sencillas, pero persisten los problemas con las comunicaciones, se deduce que la causa es la interferencia originada por las ondas de radio emitidas por otros dispositivos.
Identificación de la interferencia y su fuente
La combinación de un analizador de espectro y antenas para la banda de radiofrecuencia a medir permite detectar y visualizar señales de radio que provocan interferencias en la misma banda de frecuencia, así como señales de radio WMTS y WLAN.
En el caso de que la intensidad de la señal de radio sea suficiente, pero las comunicaciones se estén viendo afectadas, se usa un analizador de espectro en tiempo real para capturar transitorios y cambios instantáneos de radiofrecuencia en el lugar en el que se produjo el problema inalámbrico, comprobando para ello tanto la intensidad de la señal como la interferencia. Es necesario realizar varias medidas en diferentes momentos ya que las condiciones de propagación de la radio varían dependiendo del día de la semana, de la hora del día y de que las puertas estén abiertas o cerradas.
Figura 3. Ejemplo de condiciones de la señal de radio medidas con un analizador de espectro en tiempo real.
En el ejemplo mostrado en la Figura 3 se observan señales en los canales 1, 3, 6 y 8 de la WLAN, pero 3 de estos canales se ven superpuestos por otras ondas de radio más intensas. También se observan picos acentuados debido a la presencia de señales de dispositivos Bluetooth y de radio de origen desconocido en el rango de frecuencias más altas. Estas otras señales de radio se pueden considerar problemáticas, especialmente si los equipos de la WLAN se pueden trasladar a otro lugar en el que estas otras señales de radio desaparezcan o disminuyan, y las comunicaciones mejoren.
Una vez confirmada la presencia de ondas de interferencia, se puede utilizar un carrito en el que se transportan un analizador de espectro alimentado por batería y una antena sintonizada a la frecuencia de las señales de radio a medir, con el fin de acotar el área en la que se produce la interferencia. También se emplea un ordenador portátil para controlar la secuencia de medida y registrar los resultados. El carrito se desplaza a lo largo de la sala para medir la intensidad de la interferencia en varios puntos. Como la fuente podría no estar en la misma planta, también se toman medidas en la planta superior e inferior, así como en los edificios adyacentes.
La fuente de la interferencia se puede identificar apuntando una antena altamente direccional en varias direcciones. Algunos analizadores de espectro incorporan una función que indica la intensidad de la señal de radio recibida mediante un sonido (tono y volumen) que permite buscar la fuente de manera eficiente sin una pantalla o datos. La fuente de la interferencia se puede validar apagándola o cubriéndola con una lámina conductora para ver si así desaparece la interferencia.
Perspectivas de futuro para la sanidad inalámbrica
Los estándares inalámbricos siguen evolucionando para proporcionar mayores niveles de velocidad y capacidad. Por ejemplo, los dispositivos conformes con los estándares Wi-Fi 6E y Wi-Fi 7 permitirán acortar los tiempos de transferencia de datos médicos y monitorizar imágenes de alta precisión en tiempo real. La rapidez de 5G con su baja latencia, unida a las velocidades más rápidas de las redes WLAN, superarán las limitaciones de distancia a las que se enfrentan los dispositivos y servicios médicos.
La combinación de comunicaciones móviles 5G y cables de fibra óptica permite intercambiar imágenes de alta definición como 4K y 8K en tiempo real, contribuyendo así a impulsar la telemedicina. La telemedicina basada en esta tecnología también puede compartir vídeos de pacientes durante traslados de emergencia y mejora la asistencia médica en zonas remotas. También se han empezado a hacer pruebas de demostración de cirugía remota mediante robots.
Gracias a las comunicaciones inalámbricas más rápidas, las tecnologías de realidad virtual (VR, por sus siglas en inglés), realidad aumentada (AR) y realidad mixta (MR) son cada vez más comunes. Estas tecnologías, denominadas XR en su conjunto, se pueden usar en reconocimientos médicos, formación, soporte quirúrgico y rehabilitación. Por ejemplo, las tecnologías AR/XR pueden confirmar dónde están los órganos del paciente y los vasos sanguíneos obtenidos por TC y otros equipos de diagnóstico de imágenes con el fin de mejorar la eficiencia en el ámbito de la cirugía y la educación.
Conclusión
Las interferencias suponen un problema importante que es necesario tener en cuenta al diseñar las redes inalámbricas destinadas a aplicaciones médicas. A medida que avanza la tecnología inalámbrica y que se congestiona el espectro, los problemas de interferencias se agravan y habrán de ser mitigados mediante pruebas exhaustivas y un diseño minucioso. Anritsu ofrece una amplia gama de equipos de prueba y una larga experiencia en la comprobación y evaluación de redes inalámbricas para instalaciones y aplicaciones médicas, como equipos de pruebas para Bluetooth y WLAN, analizadores de espectro, analizadores de redes vectoriales y monitorización del espectro hasta 5G, RAN y sistemas de pruebas de comunicaciones. Anritsu también está bien posicionada para suministrar productos destinados a comprobar y evaluar estándares avanzados Wi-Fi y 5G emergentes cuyo uso se generalizará en los próximos años.
Las comunicaciones inalámbricas, como parte esencial de la infraestructura TI de una instalación médica, exigirá introducir la tecnología para proporcionar, por ejemplo, conexiones rápidas, fiables y estables a cortas y largas distancias, baja latencia, seguridad integral, altas velocidades de transmisión de datos y vídeo en tiempo real.
Equipos de prueba para comunicaciones inalámbricas en instalaciones y aplicaciones médicas
Anritsu ofrece dos analizadores de espectro portátiles: el Field Master MS2080A, que puede medir frecuencias de 9 kHz a 6 GHz y tiene un ancho de banda de 40 MHz en tiempo real, y el Field Master Pro MS2090A, cuyo rango de frecuencia es de 9 kHz hasta más de 9 GHz con un ancho de banda de 110 MHz en tiempo real. Existen diversos tipos de antenas para investigar interferencias y Anritsu también dispone de tales antenas.
Figura 4. Analizadores de espectro en tiempo real.
