基于WiFi 與LiFi 融合的醫療應用探索

◆莊一峰

（廈門市兒童醫院 福建 361000）

1 引言

現今，信息互聯是全世界發展的趨勢方向，是衡量經濟發展和社會進步的重要標志。醫院信息化建設一定程度代表著醫院管理水平的高低和服務能力的強弱。醫院信息化水平的提高，將實現醫院管理系統與臨床系統的協同發展，創新醫療服務模式，提高醫務工作者的工作效率，繼而提升醫療衛生機構的服務能力和水平，更好為人民服務。

醫院信息化建設可以幫助醫院實現醫療質量的持續改進，保證醫療安全科學規范、有據可循，對醫療資源進行精細化管理，降低成本，加強內部控制，為醫院管理決策提供有力依據。醫院是關系人民生命健康的重要單位，醫院的工作效率直接影響到為人民服務的質量，信息化建設是促進醫院現代化建設、提高醫院經營質量和效益、提升醫院綜合競爭力不可或缺的必要因素[1]。

信息化建設對醫療的改造有如下作用：一、改善患者就醫體驗、促進傳統醫療向價值醫療的轉變；二、滿足患者健康數據高效交換的需求，醫療團隊之間共享可供決策參考信息的能力；三、大數據、人工智能等前沿科技可應用于醫院信息系統，幫助處理海量復雜數據，指導臨床預測、精準醫學。

2 WiFi 技術

WiFi（Wireless Fidelity）技術已廣泛成為大眾生活標配，越來越多的物聯網設備支持WiFi。WiFi 具有兩種組網結構，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，可接入多個設備。此外，WiFi 還可實現點對點結構，比如兩臺筆記本可以通過WiFi 直連起來而不經過無線路由器。無線網絡在無線局域網的范疇是指“無線相容性認證”，實質上是一種商業認證，同時也是一種無線聯網技術，以前通過網線連接電腦，而無線保真則是通過無線電波來聯網；常見的就是無線路由器，在其電波覆蓋的有效范圍內，都可以采用無線保真連接方式進行聯網[2]。

目前最新的WiFi6 采用了MIMO、OFDMA 等5G 技術，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 通過更有效的數據編碼提高了吞吐量，更多數據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。傳統的WiFi 使用2.4G 頻段，隨著使用2.4Ghz 頻段的設備愈來愈多，相互之間干擾增強，因此第六代WiFi 技術研制了運行在5GHz 以上的高頻段。理論上5G 頻段相較2.4G 速率更快，但兩者各有優缺：2.4G 穿墻衰減更少，傳播距離更遠，但使用設備多，干擾大；5G 網速更穩定，速率更高，但穿墻衰減大，覆蓋距離小。

但WiFi 技術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，甚至被黑客攻擊導致用戶信息泄露。央視“315 晚會”現場就演示了黑客如何利用偽WiFi 獲取晚會現場觀眾手機的系統、品牌型號、照片等隱私數據。

3 LiFi 技術

LiFi（Light Fidelity）技術即可見光無線通信又稱“光保真技術”，是一種利用可見光波譜進行數據傳輸的全新無線傳輸技術。LiFi 是利用已安裝好的設備（如LED 燈），通過在燈泡上植入一個微小芯片形成類似于AP 的設備，使終端隨時能接入網絡。該技術通過改變房間照明光線的閃爍頻率進行數據傳輸，只要在室內開啟電燈，無須WiFi也可聯網。

LiFi 是用可見光來實現無線通信，利用電信號控制發光二極管發出的肉眼看不到的高速閃爍信號來傳輸信息。LiFi 技術不依靠無線電波、不產生電磁干擾，且在偏遠地區比WiFi 更容易方便聯網，因此LiFi 可被應用于周遭環境受限的地區，如煤礦工人可以通過LiFi 使用地理定位系統等。LiFi 技術使用光來傳輸信息，數據傳輸直接發生，安全保密性和傳輸效率極高。LiFi 網速理論上比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絡所帶來的快感。

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 聲明傳輸數據是加密保護的，但終究是開放的，網絡信息安全性相對較低，而基于可見光無線通信技術的LiFi 只有在有光的地方才能上網，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，網絡信號便會中斷，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。所以，用光來作為無線通信的媒介，是一種可持續發展、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解決手段；另一方面LiFi 技術使用光來傳輸數據，受外部環境光源影響較大，且通信距離也有限，暫時還沒有完全成熟的技術方案和相關標準。

4 WiFi 與LiFi 在醫療行業結合的運用探索

4.1 醫療設備應用

在醫療領域中，諸多用于監護、檢查、治療的電子醫療設備大都工作于2.4GHZ 的頻段上。使用WiFi 技術進行無線數據傳輸，很容易與上述電子醫療設備產生干擾，不僅影響設備的正常工作，通信質量還會顯著下降。世界衛生組織曾建議，在醫院范圍內電磁輻射應低于600mv/m，且醫院中的電磁敏感區域（如MR）內便攜式電子設備應保持關閉狀態。LiFi 技術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出；接收端的光電探測器接收到光信息，并將其發送至解碼芯片進行解碼，最后被終端所接收。LiFi 技術與醫療設備之間由于工作頻段不同，互不干擾，從而可以同時保證設備的正常運行以及在不同環境中的高質量通信。所以，在放置醫療設備的臨床科室里，可以由WiFi 技術向LiFi 技術逐步過渡并進而慢慢取代。

4.2 醫療數據安全

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院公共WiFi 進行“特殊處理”，假若就醫者連接上了這類WiFi，不法分子就有可能盜取你正在使用應用的賬密。很多人在不同網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，數據只往人們所設定的方向進行傳播，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，由此區隔出WiFi 與LiFi 在數據保護方面的差異。在樓宇外的黑客或入侵者可以透過WiFi 潛入室內計算機，但是透過LiFi 傳輸的信息只能在LED燈照明范圍內存取。因此，可以將LiFi 技術應用于醫院的重要部門和關鍵位置保障其醫療數據安全，并結合WiFi 技術能夠更好地傳輸、保存信息。

4.3 醫療數據傳輸

在醫院手術室、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實時監控、報告患者的運動和生命體征。同樣的，對于醫務工作者來說，LiFi 能夠跟蹤并重新定位關鍵醫療設備的位置，尤其是不同部門定期共享的設備。考慮到WiFi 使用發展相當受限的射頻技術，像是患者及其家屬的電子終端設備和醫療設備相互爭搶帶寬。而隨著智能醫療器械等更多能使用WiFi 的產品設備陸續面世，加上來自移動網絡的數據分流，數據堵塞的情況日益嚴重，信息傳輸的質量也跟著受到影響。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，二者結合起來可以很大程度地解決數據傳輸的難題。LiFi 其傳輸速率相比WiFi 更快，數據保密性更強，電磁輻射及干擾更低。在醫院里，降低電磁輻射不光是為了保護患者，也同樣是保護醫務工作者及醫療設備?？梢姽馔ㄐ偶夹g的加入，定是促進醫療發展的一大步。

5 結束語

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