Jerzy Świątek, Politechnika Wrocławska Warszawa, maj 2013

1. CS3Zastosowania Internetu PrzyszłościZadanie 3.2 – Sieci e-zdrowieUniwersalna Platforma Komunikacyjna (PWr)SmartFit (PWr)E-Diab (PWr)Astma (AGH)Prywatna sieć e-zdrowie Rodziny (PCSS) Jerzy Świątek, Politechnika Wrocławska Warszawa, maj 2013

2. Zadanie 3.2 Aplikacja:Uniwersalna Platforma Komunikacyjna

3. Kompozycja i personalizacja usług

4. Uniwersalna Platforma Komunikacyjna W pełni funkcjonalny prototyp platformy umożliwiający: negocjację wartości parametrów komunikacyjnych specyficznych dla aplikacji (sygnalizacja w service stratum), mapowanie wymagań komunikacyjnych aplikacji na wymagania warstwy transportowej w IPv6 QoS, sygnalizację do sieci – styk SCF – RACF, integrację wielu aplikacji na wspólnej platformie komunikacyjnej Zintegrowano aplikacje eDiab, SmartFit i Online Lab Prototyp platformy dla potrzeb testów wydajnościowych sygnalizacji: przykładowe usługi (moduły) rozporoszonej aplikacji, moduł generowania scenariuszy użycia testowej aplikacji praca w sieciach: IPv6 QoS, IPv6 best effort, IPv4 best effort RACF - Resource Access Control Facility 4

5. Uniwersalna Platforma Komunikacyjna Platforma obsługa TCP, UDP, XMPP dla połączeń między usługami rejestracja usług korzystających z UPK możliwość dodania opisu usługi dla potrzeb automatycznego zestawiania scenariuszy konfiguracja komponentów platformy w pliku zewnętrznym Sygnalizacja w service stratum konfiguracja usług oraz rezerwacja zasobów obliczeniowych – XML-RPC, negocjacje specyficzne dla aplikacji – XMPP definiowanie własnych negocjatorów – sygnalizacja specyficzna dla aplikacji konfiguracja domyślnego negocjatora – automatyczna obsługa typowych przypadków Sygnalizacja do sieci (SCF – RACF): obsługa żądania zestawienia połączenia z wieloma usługami obsługa żądania rozpoczęcia przepływu danych pomiędzy wieloma usługami w ramach danego scenariusza obsługa żądania zestawienia połączeń podanych jako graf połączeń pomiędzy wieloma usługami mającymi wziąć udział w danym scenariuszu obsługa żądania przerwania danego scenariusza obsługa żądania sprawdzenia stanu danego scenariusza UDP – User Datagram Protocol TCP - Transport Control Protocol XMPP - Extensible Messaging and Presence Protocol 5

6. Uniwersalna Platforma Komunikacyjna- scenariusze testowe Testy wydajnościowe: sygnalizacji dla większych scenariuszy i intensywności napływu żądań (losowe scenariusze testowe), sygnalizacji po integracji z warstwą transportową (losowe scenariusze testowe), sygnalizacji dla pojedynczej aplikacji (rzeczywiste scenariusze – np. SmartFit), sygnalizacji dla wielu zintegrowanych aplikacji (rzeczywiste scenariusze eDiab, SmartFit i Astma). Testy poprawności działania systemu zintegrowanego z IPv6 QoS w testbedzie CeBIT. 6

7. Uniwersalna Platforma Komunikacyjna- wyniki testów Testy dotyczyły wydajności sygnalizacji service stratum z wykorzystaniem usług testowych, Warunki: 8 usług na 2 oddzielnych maszynach, scenariusze wymagające zestawienia od 1 do 5 połączeń, intensywność napływu żądań realizacji scenariuszy: 1-5 żądań/s, Rezultaty: średni czas zestawienia połączeń dla scenariusza: 300ms, dla 95% żądań czas obsługi krótszy niż 550ms.

8. Uniwersalna Platforma Komunikacyjna- wyniki testów scenariusze jednopołączeniowe  scenariusze i intensywności losowane scenariusze czteropołączeniowe 

9. Zadanie 3.2Aplikacja:SmartFit

10. Wspomaganie treningu sportowca SmartFit aplikacja wspierająca trening sportowca • - parametry modelu wysiłek fizyczny-stopieńwytrenowania • plan treningu sieć usługi SmartFit pomiary, transmisja WiFi • rekomendacje dotyczące treningu sportowca: • fizycznego • technicznego pomiary, transmisja Bluetooth bezprzewodowa sieć dostępowa • stopień wytrenowania • umiejętności techniczne sportowca

11. SmartFit aplikacja wspierająca trening sportowca Zalety • realizacja usług z uwzględnieniem stanu sieci i zasobów; • możliwość integracji usług zaprojektowanych na potrzeby innych aplikacji; • możliwość personalizacji usług; • adaptacja do wymagań użytkownika. Funkcjonalność • Bezprzewodowa akwizycja danych • kinematycznych (przyspieszenie liniowe), prędkość kątowa • fizjologicznych (EMG, EKG, puls) • Przetwarzanie danych • filtrowanie • klasyfikacja • modelowanie • estymacja parametrów modelu • Wspomaganie podejmowania decyzji • w konstrukcji planu treningu fizycznego • rekomendacje dla treningu technicznego • detekcja upadków

12. SmartFit- implementacja komunikacja bezprzewodowa pomiędzy urządzeniem mobilnym a czujnikami pomiarowymi: Shimmer-Research i Zephyr Technology; komunikacja bezprzewodowa pomiędzy urządzeniem mobilnym a zdalnym serwerem: serwis www; baza danych; moduły przetwarzania danych; moduły wspomagania podejmowania decyzji. prezentacja danych z czujników pomiarowych oraz wyników ich przetwarzania (serwis www): moduł prezentacji bieżących wyników pomiarów z czujników bezprzewodowych; moduł prezentacji aktualnej lokalizacji użytkownika; moduł geolokalizacji z wykorzystaniem systemu GPS; integracja z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną. 12

13. Aplikacja działająca na urządzeniu mobilnym: moduł wyświetlania w czasie rzeczywistym pomiarów z czujników; moduł szacowania stopnia wytrenowania sportowca; moduł szacowania wydatku energetycznego podczas treningu; moduł monitorowania treningu i wykrywania sytuacji niebezpiecznych (detekcja upadku). moduł zapisu historii treningu. SmartFit- funkcjonalność 13

14. serwis www: moduł wyświetlania w czasie rzeczywistym pomiarów z czujników; moduł lokalizacji sportowca podczas treningu (system GPS); moduł monitorowania sportowca podczas treningu: wykrywanie sytuacji niebezpiecznych (np. dla trybu detekcji upadku); rozpoznawanie typów aktywności oraz czasu ich trwania; szacowanie wydatkowanej podczas treningu energii; moduł oceny techniki sportowca. SmartFit- funkcjonalność 14

15. Przeprowadzono następujące testy dla aplikacji SmartFit: integracja aplikacji SmartFit z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną; testy wydajności aplikacji – profilowanie kodu celem optymalizacji mechanizmu dostarczania funkcjonalności programu; testy zużycia energii – wyznaczenie elementów najbardziej kosztowych energetycznie (Bluetooth, Wi-Fi, wizualizacja danych); testy obciążenia warstwy sprzętowej – oszacowanie wpływu pracy programu na temperaturę podzespołów; test aplikacji z wykorzystaniem transmisji GPRS. SmartFit- testy

16. Zadanie 3.2Aplikacja:eDiab

17. eDiabSystem wspomagania podejmowania decyzji archiwizacja estymacja parametrów modelu Glukoza-Insulina wspomaganie decyzji sieć usługi eDiab pomiary profile glikemii i ciśnienia ocena stanu zdrowia prognoza stężenia glukozy po posiłku stężenie glukozy ciśnienie stan zdrowia bezprzewodowa sieć dostępowa

18. eDiabAplikacja do wspomagania terapii osób chorych na cukrzycę typu II Zalety • Usługi aplikacji udostępniane są w sieci • Realizacja usług z uwzględnieniem stanu sieci i dostępnych zasobów • Możliwość integracji usług różnych aplikacji • Personalizacja • Adaptacja Funkcjonalność • Akwizycja danych pomiarowych • stężenie glukozy we krwi • ciśnienie • Przetwarzanie danych • klasyfikacja • estymacja parametrów modelu • Wspomaganie podejmowania decyzji • prognozowanie stężenia glukozy • obsługa sytuacji krytycznych • generowanie powiadomień • ocena stanu zdrowia • Interfejs użytkownika • strona www • urządzenie mobilne (smartfon, tablet)

19. eDiab- implementacja • Komunikacja bezprzewodowa (Bluetooth) smartfon – czujniki: • glukometrGlucoTel, • ciśnieniomierz PressureTel, • Serwis www z bazą danych (pomiary, karta pacjenta, notatki lekarza) • Komunikacja smartfon – baza danych • Integracja z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną • Regułowabaza wiedzy dotycząca zależności między wynikami pomiarów a stanem pacjenta • Algorytm klasyfikacji przychodzących pomiarów • Algorytm estymacji parametrów modelu Glukoza-Insulina (MATLAB) 19

20. Bezprzewodowy transfer pomiarów stężenia glukozy z glukometru i ciśnienia z ciśnieniomierza do smartfona (Bluetooth) Transfer danych pomiarowych ze smartfona do systemu webowego (WiFi, GPRS - General Packet Radio Service) Dostęp do oryginalnych i przetworzonych danych pomiarowych przez stronę www dla uprawnionych osób (lekarz, pielęgniarka, rodzice itp.) Klasyfikacja pomiarów z uwzględnieniem norm medycznych Generowanie raportów z pomiarów (przebiegi czasowe, statystyki) Generowanie alarmów w przypadku sytuacji krytycznych Wysyłanie powiadomień e-mail do pielęgniarki i lekarza w przypadku zarejestrowania pomiarów sklasyfikowanych jako niebezpieczne i alarmowe eDiab- funkcjonalność 20

21. Przetestowano działanie systemu przy realizacji scenariuszy monitorowania podstawowego i adaptacji modelu pacjenta, dane przesyłane są prawidłowo nawet przy występowaniu przerw w połączeniu z serwerem baz danych Komunikacja w sieci IPv6 (Mikrotik) Integracja z UPK negocjacja parametrów połączenia z wykorzystaniem XML-RPC transfer danych pomiarowych z wykorzystaniem XMPP Zdalne połączenie z serwerem usług MATLAB (WiFi, 3G) eDiab- testy

22. Zadanie 3.2Aplikacja:Asthma

23. Asthma- koncepcja

24. Asthma- funkcjonalność • Osiągnięta funkcjonalność prototypu • AsthmaApp • Pozwala na przeprowadzenie testów pacjenta • Przesyła informacje do serwera Amonit • Umożliwia • łączność z rejestratorem osłuchu płuc przez interfejs Bluetooth • przeglądanie wyników testów • odczyt poziomu zanieczyszczeń na podstawie pozycji z GPS 24

25. Asthma- funkcjonalność • Osiągnięta funkcjonalność prototypu • Amonit • Panel administracyjny • zarządzanie kontami pacjentów i lekarzy • Panel lekarza • Przeglądanie wyników testów 25

26. Asthma- funkcjonalność • Osiągnięta funkcjonalność prototypu • Rejestrator osłuchu • Nagrania osłuchu 4ch/8kHz/16bit • Transmisja nagrań poprzez Bluetooth 26

27. Asthma- funkcjonalność AMONIT Implementacja algorytmów do detekcji świstów Integracja z systemem IIP Implementacja mechanizmów QoS Dodanie narzędzi do analizy wielokanałowych danych z osłuchu płuc Integracja z komunikatorem SIP AsthmaAPP Rozszerzenie programu o obsługę Bluetooth dla innych urządzeń (spirometr) Zwiększenie automatyzacji interfejsu do współpracy z rejestratorem osłuchu płuc Integracja z systemem sygnalizacji IIP Implementacja mechanizmów QoS Rejestrator osłuchu płuc Poprawa niezawodności działania prototypu

28. Asthma- wyniki testów Pełna integracja (sygnalizacja, QoS) z system IIP Testy połączeń Rezerwacja kontraktu ruchowego Zwalnianie zasobów Testy interfejsu do prezentacji danych audio Komunikacja z urządzeniami Bluetooth Spirometr Rejestrator osłuchów Interfejs komunikatora SIP w panelu lekarza

29. Zadanie 3.2 Aplikacja:Biblioteka Cyfrowa Pacjenta

30. Biblioteka Cyfrowa Pacjenta założenia • Integracja rozproszonych treści medycznych w zindywidualizowanym kontekście pacjenta na bazie mechanizmów sieci CAN • Akwizycja danych z osobistych urządzeń medycznych z automatycznym zapisem w sieci • Wykorzystanie mechanizmów sieci CAN do współdzielenia danych medycznych z personelem medycznym, rodziną, usługami sieciowymi • Zastosowanie standardów wymiany danych medycznych Usługa Analiz Medycznych OpenMRS EHR System IIP Sieć Świadoma Treści Brama eZdrowia Rodziny Brama eZdrowia Rodziny PHR PHR Aplikacja mobilna Waga z analizatorem ciała Pulsoksymetr

31. Biblioteka Cyfrowa Pacjenta osiągnięta funkcjonalność • Akwizycja i gromadzenie treści w systemie klasy PHR (Personal Health Record – Osobisty Rekord Pacjenta) umieszczonym w sieci domowej pacjenta • Integracja systemów klasy PHR z systemami klasy EHR/EMR (Electronic Health Record/Electronic Medical Record – Elektroniczny Rekord Pacjenta) w Bibliotekę Cyfrową Pacjenta w oparciu o sieć świadomą treści (CAN) • Publikacja, udostępnianie i współdzielenie treści medycznych (z systemów PHR i EHR/EMR) w ramach Biblioteki Cyfrowej Pacjenta • Pobieranie treści medycznych z sieci CAN z poziomu interfejsu użytkownika – pacjenta (Brama eZdrowie Rodziny) oraz personelu medycznego (systemu typu HIS – Hospital Information System – Szpitalny System Informatyczny) • Dostęp do aplikacji z poziomu terminala mobilnego (WLAN) – akwizycja/publikacja i pobieranie treści

32. Biblioteka Cyfrowa Pacjenta weryfikacja: środowisko testowe OpenMRS Usługa Analiz Medycznych EHR PHR PHR Brama eZdrowie Brama eZdrowie Aplikacja Mobilna RI CAN Węzeł 5 PHR PHR PL-LAB Brama eZdrowie Brama eZdrowie RI CAN Węzeł 3 RI CAN Węzeł 1 PHR PHR Brama eZdrowie Brama eZdrowie

33. Biblioteka Cyfrowa Pacjenta weryfikacja: scenariusze testowe • Akwizycja danych z osobistych urządzeń medycznych w dowolnym czasie i miejscu • Współdzielenie danych z EHR z członkami rodziny • Współdzielenie danych z PHR z lekarzem • Automatyczna analiza danych medycznych i wykrywanie anomalii

34. Biblioteka Cyfrowa Pacjenta wnioski Sieć CAN stanowi alternatywę funkcjonalną dla realizacji dostępu do treści medycznych (w stosunku do istniejących systemów klasy PHR oraz EHR) Oparcie Biblioteki Cyfrowej Pacjenta o mechanizmy sieci CAN pozwala w transparentny sposób zintegrować dane przechowywane w systemach EHR (dane powstające w jednostkach służby zdrowia) i systemach PHR (dane „produkowane” przez samego pacjenta) Biblioteka Cyfrowa Pacjenta dostarcza pacjentom funkcjonalności pozwalającej rozwiązać obecne problemy współdzielenia cyfrowych danych medycznych pomiędzy wszystkich aktorów scenariuszy e-Zdrowie

35. Dziękuję za uwagę