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2020-07-09 浏览量:798 点赞:857 收藏:571
心律调节器被骇怎幺办? 你的心跳就是密码

心律不整的患者配戴植入体内的心律调节器,随时监控并调整心跳,但此类装置其实并不安全,它有可能会伤害人体组织,有可能没电,甚至有可能骇客入侵进而害死患者。科学家利用病患自己的心跳当密码,可以大幅减少植入式医疗装置反而变成杀人工具的问题,而从干细胞中培养出光敏感心肌细胞,甚至可能与原生细胞共存,完全取代植入装置的功用。

心心相映保你一命

如果你常看电视影集,可能见过某些人用攻击对方心律调整器的方式致人于死地。怎幺做到的?其实这些心律调节器也是一种无线装置,你甚至可能在家里或公司里的Wi-Fi路由器上看到它。为什幺要设计成这样开放?因为在遇到紧急状况时,急救员需要快速存取装置里的资料以便救人一命,但是也因此留了一扇让人随意进入的大门。

所以,如果被骇,心律调节器本身就可以夺去使用者的性命,如果他正好是什幺大人物或关键的目标的话,再多保镖也没有用;一般人也别以为没人想害你,谁知道有没有此类专家失心疯拿着发射器乱按,你的心律调节器又正好接收到他的讯号?

因此美国德州莱斯大学(Rice University)的电子与电脑工程师 Farinaz Koushanfar 与研究生 Masoud Rostami 就设计了一款叫"Heart to Heart"的认证系统,为植入式的医疗装置提供安全保障。他们的研究成果将在11月于德国柏林召开的电脑与通讯安全会议上发表。

“Heart to Heart"利用病患本身的心跳做为「密码」,并且必须与病患接触到才能使用。植入装置本身要有相关软体,以便与急救员手持的外部装置沟通。外部装置会先撷取一段病患的心电图,并与体内的植入装置比对,两边资料相同,其他人才能存取植入装置的资料。

心律调节器被骇怎幺办? 你的心跳就是密码
急救员手持暱称为Programmer的外部装置与病患的植入医疗装置(IMD)比对密码,才能存取资料。(Photo Credit: Rice University)

Rostami 表示心跳的讯号每一秒都不同,此认证系统撷取的资料,也就是比对用的密码,也因此每次都不一样,无法预测或预先準备。 Koushanfar 表示"Heart to Heart"可以应用在数百万已经使用中的植入装置,而且耗电量低,不是一般电脑使用的加密技术,透过无线网路,更新软体也很容易。

光敏感心肌细胞产生心跳

现在的心脏起搏器或除颤器都是一个实体的装置,必须以侵入性的方式安置在胸部或腹部,以确保心跳维持在适当的频率,不会太快也不能太慢。不过是实体的,就有可能因为电极的关係伤害到体内的组织,或是电池如果没电的话,马上就有生命危险。因此史丹福大学医学院心血管医师 Oscar Abilez 针对心律不整所研究的生物工程与光驱动、非实体装置的解决方案,就格外有意义。

他利用干细胞发展出一种光敏感心肌细胞,里头包含一种叫 opsins 的蛋白质,当光线照到它时,会发出电子讯号给整个细胞,如此便能控制心跳的频率。目前为止他们已经可以做到让 opsins 针对特定波长的蓝光反应,并且释出黄光回馈。

未来在植入这些心肌细胞后,必须与既有的细胞「连线同步」,因此目前他们正在尝试让人体内细胞能接受这些外来的心肌细胞。他们的最终目标是让外来的心肌细胞与原生细胞紧密结合,例如彼此形成间隙连接(gap junctions),如此一来随着时间推移,连光驱动这个程序都可以省略。

心律调节器被骇怎幺办? 你的心跳就是密码
(Photo Credit: Wikimedia Commons)

他们要做的工作还有很多,比方说光的来源为何?是否会跟之前的实体装置一样,必须要在胸部植入一条光纤线并连接光源,或是也许放在体外就可以做到?Oscar Abilez 表示,这项研究进行到临床阶段至少还要10年。

(Opening Photo Credit: National Science Foundation)

相关资料
Rice team improves safety of implanted medical devices
Heart-to-Heart (H2H): Authentication for Implanted Medical Devices
Turn A Heart On And Off With The Flick Of A Switch
INSPIRE: Optogenetic Control of the Human Heart – Turning Light into Force


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