医疗心脏起搏器 远程定时炸弹?

2012-12-10 21:00:03来源: 果壳网

    在最新的一集美剧《国土安全》中,主角Brody把副总统心脏起搏器的序列号告诉恐怖分子Nazir,直接导致副总统的起搏器错误工作,杀人于无形。这种方法,真的是可能的吗?病人最贴近的保护神,会不会突然变成被遥控的定时炸弹?从原理上讲,这也许并不是天马行空的艺术想象。

1.jpg

心脏起搏器:帮助心脏按频率跳动

    心脏起搏器是一种医疗器械,被用于心脏疾病的治疗。确切的说,通常是用于那些罹患慢速心律失常的患者的治疗,比如病态窦房结综合征、高度房室传导阻滞、房颤伴R-R长间歇等等。在发病时,患者的心跳会突然减慢,如降低到每分钟30跳左右,这将会严重威胁到他们的生命安全。而起搏器的作用,简单来说,就是在此刻短促多次的触发电脉冲刺激心肌,带动心脏按照预先设定的频率跳动,从而达到挽救生命的目的。

    1932年,美国生理学家阿尔伯特•海曼在前人研究的基础上,将一个电子装置装在了自己的身上,并连接一部手摇发电机,从而制造出了第一台有实用价值的心脏起搏器,“心脏起搏器”这个名字也从此沿用至今。当然,这种装置显然太过笨重,只能用于住院治疗的患者。1958年,美国工程师厄尔•巴克制造出了第一台体积、重量都较小,可以随身携带的心脏起搏器,这才让心脏起搏器迅速推广开来。

    最初的心脏起搏器都是挂在体外的,通过贴在胸口上的片状电极发挥作用;或是用细小的针状电极植入到皮下,通过电线连接体外的电池盒。这种做法,则可能为日后的感染留下隐患,因此后续的研究,就着眼于延长电池的寿命。现在的科学技术,已经能做到让心脏起搏器里的电池正常工作10年以上,患者一次手术植入后,就能持续享受它的保护很长时间。

    随着电子技术的不断进步,如今的心脏起搏器也更加小巧、功能更强大。它们能够监测患者的心跳情况并记录在案,甚至通过特定的传感器,将这些数据通过网络发送给医生;这些数据可以为医生针对不同患者的情况调整治疗方案,更好的实现个性化治疗;也会根据患者的心跳情况,在预设的治疗模式中实时选择,确保电刺激的效果。有了它的保护,心律失常患者就敢于在白天从事户外活动,在夜晚安然入睡,而不用随时提心吊胆自己什么时候发病了。在1992-2002年这十年中,美国就有260万台以上的心脏起搏器和心脏除颤器被植入患者体内。

隐藏的危险

    然而,任何技术的进步都会带来新的问题,心脏起搏器也不例外。一般认为,高强度的电磁场,对于佩戴植入式心脏起搏器的患者而言是不安全的。大到有核磁共振的房间,小到家用电磁炉,都可能干扰到起搏器的正常工作,给患者的健康带来危险。这些算是明枪易躲,而随着无线射频技术的发展,另一种风险也在悄悄袭来,却是暗箭难防。

    今年5月,在美国国土安全部(Department of Homeland Security)发表的一份报告中,援引麻省大学的一项研究,对植入式心脏除颤器(ICD)、起搏器等植入式治疗设备(Implantable Medical Devices, IMD)的使用提出了预警。

    这方面的研究中,特别值得一提的是2011年8月在拉斯维加斯举行的一次“黑帽”研讨会(Black Hat conference,或称黑客研讨会)。在这次会议上,来自于McAfee公司的安全工程师杰伊•拉德克里夫(Jay Radcliffe)通过无线设备和自己的笔记本电脑,成功的遥控了46米外的一台自动注射泵。如果某个糖尿病患者正佩戴着这台注射泵,操纵者就可以命令它频繁、大剂量的向佩戴者的体内注入胰岛素,使他因为血糖太低而昏迷乃至死亡。

    实际上,这台价值6000美元的注射泵属于杰伊自己。作为一个糖尿病人,他已经佩戴注射泵达11年之久,这让他感到不寒而栗。“你掌握了设备的控制权,就等于掌握了你身体里的化学物质的控制权。”

    而由哈佛大学医学院的威廉姆•梅塞尔(William H. Maisel)教授等人于公布的一项结果中,对ICD的安全性进行了评估。

剧中副总统用的起搏器。(图:showtime)

剧中副总统用的起搏器

    他们发现,在几米远的距离上,通过一台未经制造商授权的设备及软件,就可以对一台ICD进行控制。比如,他们可以检测到一个从设备几米外经过的病人是否带有ICD,可以读出它的序列号,甚至读取它其中储存的患者心跳数据;更可怕的是,还能改变仪器的设置、命令其放电或停止放电。倘若这是一台正在患者身体里工作的植入式治疗设备,其结果可想而知,甚至进行文中开头提到的那样隐秘的暗杀,也不是不可能的。而心脏起搏器的工作原理与ICD并无本质差别,上述研究恐怕对于起搏器也是一个巨大的预警。

    该研究中使用的ICD,与外部控制器之间使用的是175kHz频率的通讯,作用距离较短;但新型的ICD等设备,普遍兼容175kHz和402-405MHz的植入医疗设备通讯频率(MICS),后者的通讯距离则要长得多。这样,患者家中的传感器可以方便的与之通讯,及时把数据传给医生,但也为心怀叵测的入侵者提供了更便利的条件。(但像剧中那样真正从一个不知道在哪里的电脑直接遥控,应该还需要一个实时连接到互联网上的起搏器)

    仔细看看?这个起搏器上的图例说明,只有把盒子里的圆头贴在起搏器上,才可以通过电脑操纵起搏器。

有进攻,就有防守

    那么,面临这样恐怖的风险,是不是就无法应对了呢?答案显然也是否定的,我们能够做的防御手段,还相当的多。首先,低安全系数的设备来自于制造商的安全意识缺乏。实际上,上述用于试验的设备,普遍都没有任何信息安全措施,连最简单的信号加密和口令问答都没有,才让黑客们如入无人之境。而现在的射频技术中,信息往往都是 加密传输的 ,在技术上实现安全控制并无困难。这样,即便入侵者成功的与IMD进行了通讯,其发出的指令信号也会因为对不上“暗号”而被系统拒绝,无法肆意妄为。

 4.jpg

WISP-射频信号报警装置

    同时,可以对IMD设备中预先固化一部分安全程序,对于极端的指令拒绝执行。比如,在胰岛素自动注射泵中,就可以加入一项安全检查指令,当短时间内累计注射的胰岛素达到一定剂量,或者是单次注射的剂量超过安全范围,就自动停止注射,这也能够让黑客们的目标难以实现。

    实际上,从硬件层面增加安全性,也是一个相当好的方法。例如,一个简单的按钮开关,就可以挡住那些非法读取IMD数据、篡改IMD设置的企图,既经济又可靠。

    另外,还可以采用一些主动防御的手段。在梅塞尔教授的研究中,他们就尝试制造了一个简单的防御装置:这个被称为“无线识别和感知平台”的装置其实很寒酸,但效果却非常的好。研究人员将其包裹在牛肉之中,然后用之前入侵ICD的实验装置靠近牛肉,结果WISP成功的识别出了这些连续的射频通讯信号并蜂鸣报警。如果这样的系统挂在植入了心脏起搏器的患者的脖子上或口袋里,当附近存在有意或无意的射频通讯信号时,它就能提醒患者及时躲开相关区域,让那些不怀好意的人无计可施。

    而由美国普度大学、普林斯顿大学的联合研究小组研发的防御装置,可能要更复杂一些。这个叫做MedMon(“医学监控”)的装置可以对周围的无线射频信号进行多层次的分析,如果判断有可能会危害IMD的信号存在,就会及时报警。这个和WISP一样,都可谓是釜底抽薪的方案。

    另外,对于那些心脏状况不是非常非常差的患者来说,在起搏器遭到攻击后,如果及时抢救,并且迅速断开被破坏的起搏器,安装临时起搏器的话,应该还是有很大机会救命的。(这么来看剧中Brody要等到总统完蛋才叫医生还是有必要的……)

    实际上,高科技在带来更便利的生活时,也总都会给犯罪分子提供新的可乘之机,这本身没有什么奇怪的。而立法者、执法者及其技术盟友们要做的,就是用高科技手段来堵塞这些漏洞,保护民众的安全。这不仅要有技术层面的改进,更依赖于公众安全意识的增强。借用王大伟教授的话来说,“人防、物防,还得加上心防”。

关键字:医疗

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2012/1210/article_3324.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
医疗

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved