Design of an authentication system for medical device accessories with integrated usage optimization

Thumbnail Image

Files

master_Nyblom_Henna_2025.pdf (4.07 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-04-29

Department

Major/Subject

Human Neuroscience and Technology

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

101

Series

Abstract

Counterfeit medical device accessories have become a global concern, posing serious risks to patient safety through infections and treatment failures, while also causing financial losses to businesses, damaging trust in healthcare, and leading to unnecessary repairs. Misuse of accessories, such as the reuse of disposables, further increases these risks. Integrating authentication technologies into medical accessories offers a promising solution. Authentication ensures the use of genuine components and enables usage tracking. Combined with Remaining Useful Life (RUL) estimation models, it can optimize accessory management, reduce maintenance, prevent premature disposal, and enhance patient safety and operational efficiency. This thesis explores the feasibility of incorporating authentication and RUL estimation into medical accessories. A literature review evaluated available authentication methods, followed by the development and testing of an NFC-based prototype. Additionally, a market analysis was done to assess the possible impact of incorporating authentication, and a RUL model was created to explore usage optimization. Prototype testing showed that NFC-based authentication reliably verified accessory authenticity. The RUL model performed well with dry ventilation but showed reduced accuracy with humidified and nebulized environments, emphasizing the need for broader data collection. The results suggest that combining authentication and RUL estimation in medical accessories can improve patient safety, streamline workflows, and promote sustainability. Although technical and regulatory challenges remain, this work provides a foundation for advancing authentication and lifespan management technologies in medical accessories.

Lääkinnällisten laitteiden väärennettyjen lisävarusteiden käyttö on muodostunut maailmanlaajuiseksi ongelmaksi. Väärennösten käyttö aiheuttaa potilasturvallisuudelle vakavia riskejä, kuten infektioita ja hoitojen epäonnistumisia, sekä taloudellisia tappioita yrityksille, heikentää luottamusta terveydenhuoltoon ja lisää tarpeettomia korjaus- ja huoltokustannuksia. Lisävarusteiden väärinkäyttö, kuten kertakäyttöisten tuotteiden uudelleenkäyttö, kasvattaa näitä riskejä entisestään. Autentikointitekniikan hyödyntäminen lääkinnällisten laitteiden lisävarusteissa tarjoaa lupaavan ratkaisun näihin haasteisiin. Autentikointi varmistaa aitojen ja yhteensopivien komponenttien käytön sekä mahdollistaa käytön seurannan. Kun autentikointiin yhdistetään lisävarusteiden jäljellä olevan käyttöiän (RUL) laskentamalli, voidaan lisävarusteiden hallintaa optimoida, huollon tarvetta vähentää, ennenaikaista hävittämistä estää ja potilasturvallisuutta sekä toiminnan tehokkuutta parantaa. Tämä opinnäytetyö tutkii autentikoinnin ja RUL-arvion sisällyttämisen mahdollisuuksia lääkinnällisten laitteiden lisävarusteisiin. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen olemassa olevista autentikointimenetelmistä, NFC-pohjaisen prototyypin suunnittelun ja testauksen, markkina-analyysin autentikoinnin vaikutusten arvioimiseksi sekä RUL-mallin kehittämisen lisävarusteiden käytön optimointia varten. Prototyypin testauksessa lisävaruste pystyttiin tunnistamaan ja autentikoimaan luotettavasti. RUL-malli toimi hyvin kuivissa ventilaatiopiireissä, mutta kostutetuissa ja nebulointia sisältävissä olosuhteissa ennustetarkkuus heikkeni, mikä korostaa kattavamman datankeruun tarvetta. Tulokset viittaavat siihen, että autentikoinnin ja RUL-laskennan yhdistäminen voi parantaa potilasturvallisuutta, tehostaa työnkulkua ja edistää kestävää kehitystä. Vaikka teknisiä ja sääntelyyn liittyviä haasteita vielä on, tämä työ tarjoaa vahvan perustan autentikoinnin ja käyttöiän hallinnan kehittämiselle lääkinnällisten laitteiden lisävarusteissa.

Förfalskade tillbehör till medicintekniska produkter har blivit ett globalt problem och utgör allvarliga risker för patientsäkerheten genom infektioner och behandlingsmisslyckanden. De orsakar också ekonomiska förluster för företag, minskar förtroendet för hälso- och sjukvården och leder till onödiga reparationer. Felaktig användning av tillbehör, såsom återanvändning av engångsartiklar, ökar dessa risker ytterligare. Integrering av autentiseringsteknik i medicinska tillbehör erbjuder en lovande lösning. Autentisering säkerställer att äkta och kompatibla komponenter används och möjliggör spårning av användningen. I kombination med modeller för beräkning av återstående livslängd (RUL) kan tillbehörshanteringen optimeras, underhållsbehovet minskas, förtida kassering förhindras och både patientsäkerhet och driftseffektivitet förbättras. Detta examensarbete undersöker möjligheten att integrera autentisering och RUL-beräkning i medicintekniska tillbehör. Arbetet omfattar en litteraturöversikt över befintliga autentiseringsmetoder, utveckling och testning av en NFC-baserad prototyp, samt en marknadsanalys för att utvärdera autentiseringens potentiella effekter. Dessutom utvecklades en RUL-modell för att optimera användningen av tillbehören. Prototyptestningen visade att NFC-baserad autentisering tillförlitligt kunde verifiera tillbehörens äkthet. RUL-modellen presterade väl vid torr ventilation, men visade minskad noggrannhet under fuktiga och nebuliserade förhållanden, vilket understryker behovet av en bredare datainsamling. Resultaten tyder på att kombinationen av autentisering och RUL-beräkning kan förbättra patientsäkerheten, effektivisera arbetsflöden och främja hållbarhet inom användningen av medicinska tillbehör. Trots kvarstående tekniska och regulatoriska utmaningar lägger detta arbete grunden för vidareutveckling av autentiserings- och livslängdshanteringstekniker för medicinska tillbehör.

Description

Supervisor

Nieminen, Heikki

Thesis advisor

Sermi, Tommi

Keywords

authentication, near field communication, medical device accessory, machine learning, remaining useful life, accessory misuse, predictive maintenance

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506164715

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI