基于WiFi 與LiFi 融合的醫(yī)療應(yīng)用探索

◆莊一峰

（廈門市兒童醫(yī)院 福建 361000）

1 引言

現(xiàn)今，信息互聯(lián)是全世界發(fā)展的趨勢方向，是衡量經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的重要標志。醫(yī)院信息化建設(shè)一定程度代表著醫(yī)院管理水平的高低和服務(wù)能力的強弱。醫(yī)院信息化水平的提高，將實現(xiàn)醫(yī)院管理系統(tǒng)與臨床系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展，創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)模式，提高醫(yī)務(wù)工作者的工作效率，繼而提升醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)的服務(wù)能力和水平，更好為人民服務(wù)。

醫(yī)院信息化建設(shè)可以幫助醫(yī)院實現(xiàn)醫(yī)療質(zhì)量的持續(xù)改進，保證醫(yī)療安全科學(xué)規(guī)范、有據(jù)可循，對醫(yī)療資源進行精細化管理，降低成本，加強內(nèi)部控制，為醫(yī)院管理決策提供有力依據(jù)。醫(yī)院是關(guān)系人民生命健康的重要單位，醫(yī)院的工作效率直接影響到為人民服務(wù)的質(zhì)量，信息化建設(shè)是促進醫(yī)院現(xiàn)代化建設(shè)、提高醫(yī)院經(jīng)營質(zhì)量和效益、提升醫(yī)院綜合競爭力不可或缺的必要因素[1]。

信息化建設(shè)對醫(yī)療的改造有如下作用：一、改善患者就醫(yī)體驗、促進傳統(tǒng)醫(yī)療向價值醫(yī)療的轉(zhuǎn)變；二、滿足患者健康數(shù)據(jù)高效交換的需求，醫(yī)療團隊之間共享可供決策參考信息的能力；三、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿科技可應(yīng)用于醫(yī)院信息系統(tǒng)，幫助處理海量復(fù)雜數(shù)據(jù)，指導(dǎo)臨床預(yù)測、精準醫(yī)學(xué)。

2 WiFi 技術(shù)

WiFi（Wireless Fidelity）技術(shù)已廣泛成為大眾生活標配，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備支持WiFi。WiFi 具有兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即一對多和點對點。最常用的是一對多，如日常使用的無線路由器就是“路由器+AP”模式，可接入多個設(shè)備。此外，WiFi 還可實現(xiàn)點對點結(jié)構(gòu)，比如兩臺筆記本可以通過WiFi 直連起來而不經(jīng)過無線路由器。無線網(wǎng)絡(luò)在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認證”，實質(zhì)上是一種商業(yè)認證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接電腦，而無線保真則是通過無線電波來聯(lián)網(wǎng)；常見的就是無線路由器，在其電波覆蓋的有效范圍內(nèi)，都可以采用無線保真連接方式進行聯(lián)網(wǎng)[2]。

目前最新的WiFi6 采用了MIMO、OFDMA 等5G 技術(shù)，支持2.4G和5.8G 雙頻、多用戶同時接入、與移動基站的漫游切換。同時WiFi6 通過更有效的數(shù)據(jù)編碼提高了吞吐量，更多數(shù)據(jù)被打包到了相同的無線電波中，編碼和解碼這些信號的芯片也更加強大，還可以處理額外工作。傳統(tǒng)的WiFi 使用2.4G 頻段，隨著使用2.4Ghz 頻段的設(shè)備愈來愈多，相互之間干擾增強，因此第六代WiFi 技術(shù)研制了運行在5GHz 以上的高頻段。理論上5G 頻段相較2.4G 速率更快，但兩者各有優(yōu)缺：2.4G 穿墻衰減更少，傳播距離更遠，但使用設(shè)備多，干擾大；5G 網(wǎng)速更穩(wěn)定，速率更高，但穿墻衰減大，覆蓋距離小。

但WiFi 技術(shù)其本身亦存在不少安全隱患，特別是公共場所免費WiFi，有可能被偷梁換柱或成為釣魚陷阱，甚至被黑客攻擊導(dǎo)致用戶信息泄露。央視“315 晚會”現(xiàn)場就演示了黑客如何利用偽WiFi 獲取晚會現(xiàn)場觀眾手機的系統(tǒng)、品牌型號、照片等隱私數(shù)據(jù)。

3 LiFi 技術(shù)

LiFi（Light Fidelity）技術(shù)即可見光無線通信又稱“光保真技術(shù)”，是一種利用可見光波譜進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜聼o線傳輸技術(shù)。LiFi 是利用已安裝好的設(shè)備（如LED 燈），通過在燈泡上植入一個微小芯片形成類似于AP 的設(shè)備，使終端隨時能接入網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)通過改變房間照明光線的閃爍頻率進行數(shù)據(jù)傳輸，只要在室內(nèi)開啟電燈，無須WiFi也可聯(lián)網(wǎng)。

LiFi 是用可見光來實現(xiàn)無線通信，利用電信號控制發(fā)光二極管發(fā)出的肉眼看不到的高速閃爍信號來傳輸信息。LiFi 技術(shù)不依靠無線電波、不產(chǎn)生電磁干擾，且在偏遠地區(qū)比WiFi 更容易方便聯(lián)網(wǎng)，因此LiFi 可被應(yīng)用于周遭環(huán)境受限的地區(qū)，如煤礦工人可以通過LiFi 使用地理定位系統(tǒng)等。LiFi 技術(shù)使用光來傳輸信息，數(shù)據(jù)傳輸直接發(fā)生，安全保密性和傳輸效率極高。LiFi 網(wǎng)速理論上比WiFi 更快，可高達50Gbps，而WiFi6 的最高傳輸速率僅有9.6Gbps，這之間相差了5 倍之余，可見光的頻譜寬帶更是電磁波寬帶的一萬倍，這可以讓人們體驗到超高速網(wǎng)絡(luò)所帶來的快感。

可一旦有墻體或者物體擋住了光源，LiFi 便沒有了信號。WiFi無線電波穿透力很強，可穿透一定厚度的墻壁，盡管WiFi 聲明傳輸數(shù)據(jù)是加密保護的，但終究是開放的，網(wǎng)絡(luò)信息安全性相對較低，而基于可見光無線通信技術(shù)的LiFi 只有在有光的地方才能上網(wǎng)，光不像無線電波一樣具備穿透力很強的特性，因此燈光若被阻擋，網(wǎng)絡(luò)信號便會中斷，其安全性相比WiFi 更高。在輻射方面，WiFi 是以人們看不見的無線電波傳輸，局部電磁輻射較強，而LiFi 則是通過可見光來進行傳輸，它對人類而言是綠色、健康、無輻射的一種物質(zhì)。所以，用光來作為無線通信的媒介，是一種可持續(xù)發(fā)展、更健康、更可取的方向，并且還能減少能源的消耗[3]。

LiFi 的缺點主要在其解決了電子終端接收信號的問題，對于反向通信目前暫無很好的技術(shù)解決手段；另一方面LiFi 技術(shù)使用光來傳輸數(shù)據(jù)，受外部環(huán)境光源影響較大，且通信距離也有限，暫時還沒有完全成熟的技術(shù)方案和相關(guān)標準。

4 WiFi 與LiFi 在醫(yī)療行業(yè)結(jié)合的運用探索

4.1 醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用

在醫(yī)療領(lǐng)域中，諸多用于監(jiān)護、檢查、治療的電子醫(yī)療設(shè)備大都工作于2.4GHZ 的頻段上。使用WiFi 技術(shù)進行無線數(shù)據(jù)傳輸，很容易與上述電子醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生干擾，不僅影響設(shè)備的正常工作，通信質(zhì)量還會顯著下降。世界衛(wèi)生組織曾建議，在醫(yī)院范圍內(nèi)電磁輻射應(yīng)低于600mv/m，且醫(yī)院中的電磁敏感區(qū)域（如MR）內(nèi)便攜式電子設(shè)備應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)。LiFi 技術(shù)使用開放頻段的可見光作為載波進行信息交換，信息通過多功能芯片進行編碼，多功能芯片把已編碼信息加載到LED 燈具上，光源將這些信息通過改變LED 偏置電壓/電流以高頻閃爍的形式發(fā)出；接收端的光電探測器接收到光信息，并將其發(fā)送至解碼芯片進行解碼，最后被終端所接收。LiFi 技術(shù)與醫(yī)療設(shè)備之間由于工作頻段不同，互不干擾，從而可以同時保證設(shè)備的正常運行以及在不同環(huán)境中的高質(zhì)量通信。所以，在放置醫(yī)療設(shè)備的臨床科室里，可以由WiFi 技術(shù)向LiFi 技術(shù)逐步過渡并進而慢慢取代。

4.2 醫(yī)療數(shù)據(jù)安全

WiFi 的傳輸主要是利用無線電波傳輸，而電磁波又可以穿透物體進行傳播。從安全角度上看，這可能會被非法截取而泄露信息。一些不法分子會針對醫(yī)院公共WiFi 進行“特殊處理”，假若就醫(yī)者連接上了這類WiFi，不法分子就有可能盜取你正在使用應(yīng)用的賬密。很多人在不同網(wǎng)站上的賬號密碼是一樣的或者密碼過于簡單，且普遍存在多類賬號使用相同密碼，所以一旦不法分子截獲這些信息，就可通過“撞庫”、“拖庫”等辦法來分析、測試出用戶的密碼。然而LiFi 則是利用可見光進行信息傳輸，光的成分復(fù)雜，具有波粒二象性，可見光只能延直線傳播，不會穿透墻體的物體，數(shù)據(jù)只往人們所設(shè)定的方向進行傳播，這有利于信息的安全性。簡單來說，就是用光傳播的LiFi更加安全。無線電波能穿透墻和天花板，但光則無此能力，由此區(qū)隔出WiFi 與LiFi 在數(shù)據(jù)保護方面的差異。在樓宇外的黑客或入侵者可以透過WiFi 潛入室內(nèi)計算機，但是透過LiFi 傳輸?shù)男畔⒅荒茉贚ED燈照明范圍內(nèi)存取。因此，可以將LiFi 技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)院的重要部門和關(guān)鍵位置保障其醫(yī)療數(shù)據(jù)安全，并結(jié)合WiFi 技術(shù)能夠更好地傳輸、保存信息。

4.3 醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸

在醫(yī)院手術(shù)室、搶救室、病房等地方，利用LiFi 的低延遲特性，無須光纜便可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、報告患者的運動和生命體征。同樣的，對于醫(yī)務(wù)工作者來說，LiFi 能夠跟蹤并重新定位關(guān)鍵醫(yī)療設(shè)備的位置，尤其是不同部門定期共享的設(shè)備?？紤]到WiFi 使用發(fā)展相當受限的射頻技術(shù)，像是患者及其家屬的電子終端設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備相互爭搶帶寬。而隨著智能醫(yī)療器械等更多能使用WiFi 的產(chǎn)品設(shè)備陸續(xù)面世，加上來自移動網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分流，數(shù)據(jù)堵塞的情況日益嚴重，信息傳輸?shù)馁|(zhì)量也跟著受到影響。LiFi 使用光波的頻率，其帶寬是射頻頻寬的一萬倍以上，且不和WiFi 互相沖突，二者結(jié)合起來可以很大程度地解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。LiFi 其傳輸速率相比WiFi 更快，數(shù)據(jù)保密性更強，電磁輻射及干擾更低。在醫(yī)院里，降低電磁輻射不光是為了保護患者，也同樣是保護醫(yī)務(wù)工作者及醫(yī)療設(shè)備。可見光通信技術(shù)的加入，定是促進醫(yī)療發(fā)展的一大步。

5 結(jié)束語

WiFi 與LiFi 技術(shù)各有千秋，但LiFi 的市場應(yīng)用前景仍需要技術(shù)和時間的沉淀，從當前來看，初期還不能完全替代WiFi 技術(shù)，不過其具有高寬帶、安全、綠色、節(jié)能等優(yōu)勢，對于醫(yī)療信息化水平提升能起到不可估量的推動作用。隨著WiFi6 技術(shù)的擴大規(guī)模應(yīng)用，醫(yī)院的信息化建設(shè)有朝一日必將會通過WiFi 與LiFi 技術(shù)的相輔相成更上一層樓。