शरीर के भीतर नेटवर्किंग से पहनने योग्य उपकरण और प्रत्यारोपण एक इकाई की तरह काम कर सकेंगे

संचार माध्यम के रूप में शरीर

चिकित्सा प्रौद्योगिकी ने दो दशकों में दो अलग-अलग वर्गों में विभाजित होकर काम किया है। पहनने योग्य उपकरण — पैच, रिंग, घड़ियाँ और रिमोट-मॉनिटरिंग बैंड — त्वचा पर या उसके ठीक नीचे रहते हैं, जहाँ उन्हें चार्ज करना आसान, बदलना आसान और फ़ोन से जोड़ना आसान होता है। प्रत्यारोपण योग्य उपकरण — न्यूरोस्टिमुलेटर, हृदय ताल उपकरण, दवा-वितरण पंप और गहरे ऊतक के बायोसेंसर — वहाँ काम करते हैं जहाँ वास्तव में नैदानिक क्रिया होती है, लेकिन उन तक पहुँचना कठिन, उन्हें बदलना महंगा और उन्हें छोटी बैटरियों तथा कड़ी तापीय सीमाओं के भीतर सीमित रहना पड़ता है। साइंस (खंड 393, अंक 6818, पृष्ठ 1322–1328) में प्रकाशित एक शोधपत्र इन दोनों दुनियाओं के बीच की खाई को संबोधित करता है और एक इन-बॉडी नेटवर्किंग प्रणाली प्रस्तुत करता है, जिसका उद्देश्य पहनने योग्य और प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सीय उपकरणों को किसी बाहरी हब के बजाय सीधे एक-दूसरे से संवाद करने देना है।

यह अंतर पहली नज़र में जितना दिखता है उससे कहीं अधिक मायने रखता है। अधिकांश मौजूदा प्रणालियाँ हर संकेत को बाहर की ओर भेजती हैं: एक प्रत्यारोपण प्रोग्रामर को रिपोर्ट करता है, एक पहनने योग्य उपकरण फ़ोन को रिपोर्ट करता है, और दोनों डेटा धाराओं का मिलान कहीं क्लाउड में किया जाता है। यह संरचना विलंब बढ़ाती है, रोगी द्वारा रिले उपकरण साथ रखने पर निर्भर करती है, और कनेक्टिविटी टूटने पर स्पष्ट विफलता स्थितियाँ पैदा करती है।

सीधे डिवाइस-से-डिवाइस लिंक क्यों मायने रखते हैं

उपकरणों के दो वर्ग, एक नैदानिक लक्ष्य

पहनने योग्य उपकरण निरंतर, कम-भार वाली संवेदन में उत्कृष्ट हैं: हृदय गति, ग्लूकोज़, गति, तापमान, त्वचा चालकता। प्रत्यारोपण योग्य उपकरण हस्तक्षेप में उत्कृष्ट हैं: पेसिंग, उत्तेजन, अंतःक्षेपण। नैदानिक रूप से सबसे रोचक उपचार तब उभरते हैं जब संवेदन और हस्तक्षेप एक लूप में जुड़ जाते हैं — ऐसा उपकरण जो किसी शारीरिक परिवर्तन को भाँप लेता है और कुछ ही सेकंडों में उस पर प्रतिक्रिया देता है, बिना किसी चिकित्सक या नेटवर्क राउंड ट्रिप की प्रतीक्षा किए। उस लूप को बंद करने के लिए संवेदन करने वाले तत्व और कार्य करने वाले तत्व को आपस में बातचीत करनी होती है, और कई प्रस्तावित डिज़ाइनों में ये दोनों तत्व त्वचा की बाधा के आमने-सामने की ओर स्थित होते हैं।

घर पर उपयोग से आवश्यकताएँ बदल जाती हैं

अस्पताल का प्रोग्रामर बड़ा, मुख्य विद्युत से चलने वाला और प्रशिक्षित कर्मचारियों द्वारा संचालित हो सकता है। दैनिक जीवन के लिए बनी प्रणाली ऐसी नहीं हो सकती। उसे अस्पष्ट, गति और मुद्रा के प्रति सुदृढ़, और बिना निगरानी के चलते रहने के लिए सुरक्षित होना चाहिए। इससे डिज़ाइन की समस्या कच्ची बैंडविड्थ से हटकर विश्वसनीयता, ऊर्जा दक्षता और प्रतिकूल परिस्थितियों में पूर्वानुमेय व्यवहार की ओर चली जाती है।

भौतिकी की समस्या: ऊतक के भीतर से संकेत भेजना

मानव ऊतक रेडियो के लिए एक प्रतिकूल माध्यम है। यह अधिकतर जल है, यह नमकीन है, और इसकी विद्युत चालकता आवृत्ति के साथ बढ़ती है, इसलिए संकेत उन तरीकों से क्षीण और प्रकीर्ण होते हैं जिनकी मुक्त-अंतरिक्ष लिंक बजट में अपेक्षा नहीं की जाती। मानव शरीर गति भी करता है, आकार बदलता है और व्यक्तियों के बीच बहुत भिन्न होता है — शरीर की संरचना, प्रत्यारोपण की गहराई और मुद्रा सभी यह तय करते हैं कि कोई लिंक कैसे व्यवहार करेगा।

इसलिए इंजीनियरों ने किसी एक पर स्थिर होने के बजाय कई भौतिक वाहकों की खोज की है। चिकित्सा उपयोग के लिए अनुकूलित रेडियो योजनाएँ भेदन के लिए डेटा दर का सौदा करती हैं। अल्ट्रासाउंड गहरी पहुँच और सटीक स्थानिक सीमा प्रदान करता है लेकिन सावधान ध्वनिक युग्मन की मांग करता है। गैल्वेनिक और अन्य चालकीय दृष्टिकोण ऊतक को ही चैनल के रूप में उपयोग करते हैं, जो कम दूरी पर कुशल हो सकता है लेकिन धारा सीमाओं और इलेक्ट्रोड व्यवहार पर प्रश्न उठाता है। प्रत्येक विकल्प में परास, बैंडविड्थ, ऊर्जा लागत और नियामक मिसाल का अलग मिश्रण होता है, और पहनने योग्य तथा प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों को फैली एक नेटवर्किंग प्रणाली को इनमें तालमेल बिठाना होता है या जानबूझकर इनमें से चुनाव करना होता है।

ऊर्जा, ऊष्मा और सबसे कड़ी बाधा

प्रत्यारोपित उपकरण के डिज़ाइन को ऊर्जा बजट से अधिक कुछ भी आकार नहीं देता। जो बैटरियाँ प्रत्यारोपित की जा सकती हैं वे छोटी होती हैं, और उन्हें बदलने का मतलब आमतौर पर एक और प्रक्रिया होता है। संचार पर खर्च किया गया हर मिलीवाट चिकित्सा के लिए उपलब्ध नहीं रहता, और अपशिष्ट ऊष्मा की हर मात्रा को ऐसे ऊतक में नष्ट करना होता है जो अधिक गर्मी सहन नहीं कर सकता।

यह बाधा इन-बॉडी नेटवर्क को असममितता की ओर धकेलती है। एक प्रत्यारोपित नोड शायद कभी-कभार और संक्षेप में प्रसारित करे, केवल ज़रूरत पड़ने पर जागे, जबकि एक बाहरी पहनने योग्य उपकरण — जिसकी बैटरी बहुत बड़ी होती है और जिसकी सतह हवा में ऊष्मा छोड़ सकती है — संचार का भारी बोझ उठाए। ऊर्जा संचयन, चाहे गति से हो, तापीय प्रवणता से या बाहरी क्षेत्रों से, पूरक हो सकता है लेकिन प्राथमिक सेल की जगह शायद ही ले सके। इसलिए वास्तविक नैदानिक उपयोग के लिए बनी नेटवर्किंग प्रणाली को ऊर्जा को प्रथम-श्रेणी का डिज़ाइन चर मानना होता है, न कि बाद का विचार।

सुरक्षा, गोपनीयता और नियामक अंतराल

जैसे ही एक पहनने योग्य उपकरण और एक प्रत्यारोपण एक-दूसरे से बात कर सकते हैं, सुरक्षा परिधि रोगी के भीतर चली जाती है। वह विरोधी जो उस लिंक में आदेश डाल सकता है, अब केवल डेटा नहीं पढ़ रहा; वह शायद चिकित्सा को भी प्रभावित कर सके। उपकरणों के बीच प्रमाणीकरण, आदेशों के लिए अखंडता संरक्षण और लिंक टूटने पर सौम्य क्षरण — ये सब वैकल्पिक सुविधाओं के बजाय सुरक्षा आवश्यकताएँ बन जाते हैं।

गोपनीयता भी इसी तर्क का पालन करती है। प्रत्यारोपित सेंसर से मिलने वाला निरंतर शारीरिक डेटा उन सबसे संवेदनशील सूचनाओं में से है जो कोई व्यक्ति उत्पन्न कर सकता है, और जो नेटवर्क इसे उपकरणों के बीच ले जाता है वह नए ऐसे बिंदु बनाता है जहाँ इसे रोका या रखा जा सकता है। विभिन्न क्षेत्राधिकारों के नियामक प्रत्यारोपण योग्य और पहनने योग्य उपकरणों को अतिव्यापी लेकिन समान नहीं ढाँचों के तहत देखते हैं, और दोनों श्रेणियों को फैली एक प्रणाली उस सीमा पर असहज ढंग से बैठती है। ऐसे प्रश्न अपेक्षित हैं कि आखिर उस लिंक को कौन मान्य करता है जिसे किसी भी उपकरण का निर्माता पूरी तरह नियंत्रित नहीं करता।

मानक, अंतर-संचालनीयता और आगे की राह

यह शोधपत्र ऐसी पत्रिका में प्रकाशित हुआ है जो तैयार उत्पादों के बजाय आधारभूत कार्य प्रकाशित करती है, और प्रदर्शित इन-बॉडी नेटवर्किंग अवधारणा तथा अस्पताल द्वारा मंगाए जा सकने वाले उपकरण के बीच का अंतर वर्षों में मापा जाता है। इस रास्ते में कई चीज़ें होनी ज़रूरी हैं:

• अंतर-संचालनीयता: विभिन्न निर्माताओं के उपकरणों को बिना विशेष पेयरिंग प्रक्रियाओं के एक-दूसरे को खोजने और भरोसा करने में सक्षम होना चाहिए।
• मान्यकरण: लिंक का प्रदर्शन रोगियों के आकार, प्रत्यारोपण की गहराई और दैनिक गतिविधियों में बना रहना चाहिए, केवल बेंचटॉप फैंटम में नहीं।
• नियामक स्पष्टता: नेटवर्क के लिए सुरक्षा मामले का स्वामित्व किसी को उठाना होगा, केवल अंतिम बिंदुओं का नहीं।
• नैदानिक साक्ष्य: चिकित्सीय लूप बंद करने से मौजूदा देखभाल की तुलना में मापनीय रोगी लाभ दिखना चाहिए।

यात्रा की दिशा स्पष्ट है। चिकित्सा अधिक से अधिक सेंसर और अधिक से अधिक एक्चुएटर जमा कर रही है, और मूल्य तेजी से किसी एक उपकरण में नहीं बल्कि इस बात में है कि वे मिलकर कार्य करते हैं या नहीं। एक इन-बॉडी नेटवर्क जो हमारे पहनने योग्य उपकरणों को हमारे प्रत्यारोपण से जोड़ता है, उस समन्वय का एक मार्ग है — और यह याद दिलाता है कि चिकित्सा प्रौद्योगिकी की अगली पीढ़ी को शायद उसके घटकों से कम और उनके बीच के संबंधों से अधिक परिभाषित किया जाएगा।

यह लेख साइंस (AAAS) की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।