In-body communicatie

Techniek en gezondheidszorg hebben elkaar al geruime tijd gevonden. En dat is nodig ook. Op dit moment is ongeveer 11,5 procent van de wereldbevolking ouder dan 60 jaar. In 2050 zal dit percentage zijn opgelopen tot 22 procent. Een uitschieter is Japan. Daar is op dit moment meer dan 30 procent van de bevolking ouder dan 60 jaar. In 2050 zal dit voor meer dan 60 landen het geval zijn. De vergrijzing van de wereldbevolking betekent ook dat de druk op de gezondheidszorg zal toenemen. En hier komt de techniek om de hoek kijken. Het is niet voor niets dat robotica, bijvoorbeeld door middel van zorgrobots, in Japan één van de belangrijkste wetenschapsgebieden is in samenwerking met de zorg.
 
Om de medische zorg effectiever en zorgvuldiger te kunnen verrichten kunnen sensoren in en om patiënten gegevens verzamelen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een pil die kan worden ingeslikt en vervolgens metingen kan doen terwijl hij de darmen van een patiënt doorloopt. Op de Universiteit Twente is daarvoor een speciale pil ontwikkeld die darmkanker kan detecteren in een vroeg stadium, een lab-on-a-chip.
 
De volgende stap is communicatie tussen de sensoren in het menselijk lichaam in een gesloten systeem. Dus niet de gegevens van de verschillende sensoren naar een centrale computer brengen en daaruit gegevens halen, maar de gegevens van de diverse sensoren met elkaar laten communiceren en vervolgens acties ondernemen. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van diverse sensoren ten behoeve van neurostimulatie bij Parkinsonpatiënten. Door informatie van sensoren uit het hele lichaam te combineren kan een optimale neurostimulatie worden verkregen.
 
Dit vergt datacommunicatie in het menselijk lichaam. Dit wordt een implanted wireless body sensor network (iBSN) genoemd. Maar hoe moet deze communicatie plaatsvinden? Traditioneel wordt voor draadloze communicatie gebruik gemaakt van hoog frequent elektromagnetische golven (zoals bij WiFi, GSM en Bluetooth). Deze elektromagnetische golven worden echter sterk verzwakt in het lichaam, waardoor (relatief) hoge vermogens nodig zijn om de communicatie te realiseren. Daarnaast zijn ze buiten het lichaam ook waarneembaar en beïnvloedbaar… Dit brengt uiteraard een behoorlijk beveiligingsrisico met zich mee.
 
In de Telecommunication Engineering-groep op de Universiteit Twente worden momenteel nieuwe ideeën verder uitgewerkt. Om de communicatie in het menselijk lichaam te realiseren wordt gebruik gemaakt van de beschikbare kanalen in het lichaam. Voorbeelden van deze kanalen zijn de bloedvaten en het zenuwstelsel. Beide kanalen strekken zich uit over het hele lichaam. Zo kunnen bloedvaten ook gezien worden als kleine buisjes waarin een elektromagnetische golf zich kan voortplanten. Het zenuwstelstel kan gezien worden als een systeem waar met receptoren informatie kan worden overgebracht, zoals dat nu al wordt gedaan bij neurostimulatie.
 
Het beste idee voor 2014 is dan ook om bestaande kanalen van het menselijk lichaam te gebruiken voor datacommunicatie tussen sensoren in het gehele lichaam.
 
 

Mark Bentum is hoofddocent op de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica van de Universiteit Twente en onderzoeker bij ASTRON (Nederlands instituut voor radioastronomie). Zijn onderzoek ligt op het gebied van radiotechnieken, telecommunicatie, sensornetwerken en ruimtevaarttechnologie. Hij is hoofd van de vakgroep Telecommunication Engineering en tevens opleidingsdirecteur van de opleiding Electrical Engineering.