Viel Ruhe spart Energie bei Bluetooth Low Energy

Effizienz bezieht sich maßgeblich auf den Energieverbrauch der medizinischen Geräte. Es ist vor allem dieser Punkt, in dem sich BLE vom klassischen Bluetooth unterscheidet, und der für den Einsatz in der Medizintechnik vorteilhaft ist. Denn Geräte, die am oder im Körper getragen werden, sollten möglichst klein und leicht sein. In einer Tastatur mögen zwei 9-Volt-Batterien nicht stören, bei einem Gerät, dessen Sensor unter der Haut platziert werden muss, hingegen schon. Zudem sollte gerade bei implantierten Geräten die Lebensdauer der Batterie möglichst groß sein, um Operationen zwecks Service weitesgehend zu vermeiden.

Bild 2: Bei der kontinuierlichen Glukosemessung erfasst ein Sensor fortlaufend den Blutzuckerwert und sendet die Daten per Bluetooth an eine Smartphone-App, bei Bedarf auch an Geräte weiterer zugriffberechtigter Personen.

Bild 2: Bei der kontinuierlichen Glukosemessung erfasst ein Sensor fortlaufend den Blutzuckerwert und sendet die Daten per Bluetooth an eine Smartphone-App, bei Bedarf auch an Geräte weiterer zugriffberechtigter Personen. Exco

Das Prinzip des Energiesparens bedingt den möglichst sparsamen Datenaustausch. Im Ruhezustand verbrauchen heutige BLE-Chips etwa 4 µW. Eine gewöhnliche Knopfzelle mit einer Kapazität von 20 mAh und einer Nennspannung von 1,5 V könnte diesen Ruhezustand etwas mehr als 300 Tage aufrechterhalten. Bei einem typischen Funkvorgang steigt die Leistung hingegen auf ca. 1 mW an, sodass die Haltbarkeit der Batterie im Dauerfunkbetrieb nur noch etwas mehr als einen Tag beträgt. Je nach Funktionalität können allerdings auch andere Operationen die Batterie belasten. Sparsame Kommunikation ist also absolut entscheidend und lässt sich durch einen möglichst häufigen Ruhezustand gewährleisten.

Nachdem zwei Geräte einander gefunden und ihre Verschlüsselung vereinbart haben, können diese Nachrichten austauschen. Letztere bestehen aus einer begrenzte Anzahl von Bytes, auch Oktetten genannt, und umfassen bei Bluetooth 5 bis zu 256 Byte. Inhalte sind beispielsweise Messdaten oder einfache Steuerkommandos.

Anwendungsbeispiel Blutzuckermessung mit BLE

Bei der kontinuierlichen Blutzuckermessung (Continuous Glucose Measuring, CGM) kommunizieren ein Blutzuckermessgerät, das der Patient am Körper trägt, und ein Empfangsgerät, beispielsweise dessen Smartphone, miteinander (Bild 2). Der Patient erhält in regelmäßigen zeitlichen Intervallen – etwa minütlich – seinen durch ein Messgerät ermittelten Blutzuckerwert auf sein Smartphone übermittelt. Zusätzlich kann er dem Messgerät vordefinierte Kommandos übermitteln, wie das Setzen einer Warnschwelle, welche bei Überschreitung ein Alarmsignal zur Folge hat.

In diesem Anwendungsfall ist die ausgetauschte Datenmenge sehr gering. Pro Minute sind einige Bytes nötig, um den Blutzuckerwert, den zugehörigen Zeitstempel und gegebenenfalls einige wenige ergänzende Informationen zu übermitteln. Kommandos durch den Nutzer treten in noch viel größeren Zeitabständen auf. Um die benötigte Datenmenge maximal zu komprimieren, sind spezielle Datenformate als Charakteristiken vordefiniert. So repräsentieren zum Beispiel Byte 2 und 3 den Blutzuckerwert in mg/dl, während Byte 4 und 5 den Zeitstempel in Sekunden seit Start der Messung angeben. Weitere Bytes enthalten größtenteils optionale Zusatzinformationen. Übertragen werden nur die Zahlenwerte, erst der Empfänger ordnet dann die entsprechenden Einheiten zu.

Analog sind auch Kommandos aufgebaut. So wird in einer anderen Charakteristik festgelegt, dass das erste Byte ein definiertes Kommando aufruft – beispielsweise steht 7 für das Kommando „obere Warngrenze setzen“ – und die nachfolgenden Bytes beschreiben die notwendigen Parameter für dieses Kommando. Im Fall „obere Warngrenze setzen“ liefern die nachfolgenden Bytes dann den Wert der oberen Grenze. Die Datenfolge „7 150“ bedeutet dann, bei Überschreitung des Blutzuckerspiegels von 150 mg/dl einen Alarm auszulösen.

 

Im Folgenden beschreibt der Artikel, welche Services sich mit BLE realisieren lassen.

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