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Eine offene Mobile Health Plattform zur Erfassung und Verarbeitung

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1. Beschreibung Task URI BAR Performance has may have Resource y contain Kas own N Individual or organization Description used in establish may involve Policy Abbildung 5 5Konzept des Ressourcenmodelles Der URI wird verwendet um die Ressourcen zu identifizieren Jede Ressource muss in der Architektur einen einzigartigen Namen besitzen Der Autor einer Ressource kann sowohl ein Individuum als auch eine Organisation sein und verantwortet das Angebot und die Abfrage von Tasks Die Performance spiegelt eine Datenansicht des Zustands der Ressourcen wider Das wesentliche Ziel derDescription der Ressourcen ist die F rderung der Auffindbarkeit und des Zugriffes auf die Ressourcen Um dieses Ziel zu erreichen kann die Beschreibung der Ressourcen die Position Zugriffsm glichkeiten s mtliche von den Ressourcen angebotene Funktionen denZweck der Anwendung Postconditions etc enthalten Diese Inhalte k nnen mit der Policy der Beschreibung der verwendeten Regeln in Wechselbeziehung stehen Dieser Text unterteilt die Ressourcen in solche mit funktionalen und nicht funktionalen Eigenschaften Dies entspricht der beschriebenen Methode von 116 und 117 Auch in 118 wird diese Methode verwendet allerdings wird sie bez glich der Ressourcen nur als Webserviceber cksichtigt ob darauf von einem anderen Nutzer oder Dienst zugegriffen werden kann oder nicht Auf der Grundlage der beiden vorher genan
2. L4 e FOUND_DEVICE a _ Y n CONNECT_DEVICE Abbildung 4 5IPM MC Bluetooth Device Discovery Prozess 3 Verwendung von Bluetooth f r die Kommunikation Das Ziel eines Pairing Methodes mit einem Sensormodul ist eben der Aufbau von Kommunikation mit diesem Die Bluetooth Daten bertragung erfolgt ber das RFCOMM Protokoll Dieses Protokoll unterst tzt die Logical Link Control der unteren Layer und das virtuell serielle Kommunikationsprotokoll RS232 ber dem Layer des Anpassungsprotokolls L2CAP 87 Im Grunde genommen bieten diese Standards einen Mechanismus und dieser Mechanismus kann zwischen zwei Bluetooth Ger ten mit Pairing ein Kommunikations Socket ffnen Wenn zwei Bluetooth Ger te miteinander verbunden werden sollen muss eines der Bluetooth Ger te als Server fungieren w hrend das andere als Client fungiert Der Server ist verantwortlich f r das Empfangen der Verbindungsanfrage Nach Empfang der Verbindungsanfrage errichtet er die Bluetooth Verbindung ber Bluetooth Socket und antwortet auf die Anfrage des Clients Im vorliegenden System fungieren die Sensormodule als Server der IPM MC dagegen fungiert als Client und sendet eine Verbindungsanfrage 4 Daten bermittlung Nachdem die Ger te mit IPM MC verbunden sind ermittelt IPM MC eine BluetoothSocket Verbindung Ab diesem Zeitpunkt ist eine gemeinsame Datennutzung zwischen den Ger ten m glich Zun chst werden ber die
3. Abbildung 6 15Diagramm der erfassenen physiologischen Parameter 2 Implementierung Abbildung 6 16 zeigt die Hauptbedienungsoberfl che des Study Manager Moduls ber den Button Subject Matrix gelangt man in die Untersuchungsdetails Auf der linken Seite der Werkzeugleiste wird die gegenw rtig ausgew hlte Studie 7est dargestellt Die Hauptbedienungs Oberfl che verwendet eine Matrix f r die Darstellung aller laufenden Untersuchungen in Test Study Zur Auswahl einer konkreten Untersuchung wird auf Ausf hrlichen Inhalt betrachten geklickt Daraufhin k nnen die erfassten physiologischen Daten in die spezifische Untersuchung eingesehen und exportiert werden Abbildung 6 16Hauptbedienungsoberfl che des Studienmanagers 3 Service Beschreibung f r HSB Module Service StudyManagerService Resource Inbound Endpoint Study Object Outbound Endpoint SOAP Message XML to Study Object Interface publicinterfaceStudyManagerService publicvoidcreateStudy IoSession session publicvoidaddEvent IoSession session publicvoidaddSubject IoSession session publicvoideditStudy IoSession session publicvoiddeleteStudy IoSession session publicvoid exceptionCaught IoSession session Throwable cause 122 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 6 3 5 Datenmanagement Im System des IPM ZS f hren h ufig mehrere Benutzer Operationen im Datenbanksyst
4. ussesessssessnsnneensnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnsnsnnnnennsnennennsnann 102 Tabelle 6 1 Rollen imiIPM ZS 2 2 u2 EE zen isn nie Zaitslineinnafe 118 Tabelle 6 2 Tabelle Measurement seen casdusacesdiartdecsinecds 125 Tabelle 6 gt 3 IPM Server Umgebung 2 2 then ish neh 127 Tabelle 7 1 Confusion Matrix der Nachster Nachbar Klassifikation BI 141 Tabelle 7 2 Confusion Matrix der Bayes Klassifikation cccccccccssssssecececsssesscseceecescessesssaeeeeeesseesees 142 Tabelle 7 3 Confusion Matrix der Entscheidungsbaum kKlassifikationsalgorithmus 142 Tabelle 7 4 Einfluss verschiedener Merkmale auf die Einteilung der Daten 143 Tabelle bTestergebnisse E EEE E A E EE 145 Tabelle S1Versuchsergebntsse 151 Tabelle 8 2 Durchgef hrt Study Ust 151 Tabelle 8 3 Mittelwerte der normalisierten HRV Parameter Liegen 1 Schlafen 2 153 Abk rzungsverzeichnis Abk rzungsverzeichnis IPM Institut f r Pr ventivmedizin IPM mHealth Institut f r Pr ventivmedizin Mobile Healh System IPM MC Mobile Client des IPM mHealth System IPM ZS Server System des IPM mHealth System API Application Programming Interface BAN Body Area Network BSCBase Station Controller BSSBase Radio Sub System BTSBase Transceiver Stations EKG ECG Elektrokardiogramm EEG Elektroenzephalografie EMG Elektromyografie FIFOFirst In First Out GGSNGateway GPRS Support Node GPRSGeneral Packet
5. Abbildung 4 9 Ablauf der Sensordatenanalyse 1 Definition die Schnittstelle der Datenanalyse Wie vorher beschrieben ist ein entscheidender Schritt um eine dynamische Analyse des Sensordatenstroms zu erreichen die Definition eines universellenDatenparsers als Analyseschnittstelle In der Schnittstelle wird nicht die konkrete Analysemethode implementiert sondern in ihr wird der allgemeine Vorgang des Analyseablaufs definiert Nachfolgend werden zwei unterschiedliche bertragungsprotokolle von kommerziellen Sensoren als Beispiel separat betrachtet Es handelt sich um Multi Parameter Sensoren Hidalgo Equivital 95 welche auf Bluetooth und Wahoo Speea 96 auf ANT basieren Die beiden Sensoren k nnen die Daten zu EKG K rpertemperatur Geschwindigkeit Bewegung und Entfernung sammeln siehe Abbildung 4 10 4 11 Daraus l sst sich erkennen dass in normalen bertragungsprotokollen stets ein solches Format definiert ist lt lt spezifisches Zeichen Daten gt gt Das spezifische Zeichen dr ckt den konkreten Befehl oder Datentyp aus Beim Equivital bertragungsprotokoll beispielsweise definiert r ACSII 114 den Herzfrequenz Datentyp Nachdem im Bytestrom ein r entdeckt wurde sind die folgenden zwei Bytes als Herzfrequenz Wert zu interpretieren 73 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Data Item Message Type Data Prior to Coding Raw Disclosure Output Primary ECG e 0 bit raw A
6. Europa Space Agency http www esa int ESA Telemedizin Standardization Coordination Group http www who int ehscg en Sapsford S M Faure M A Begg S M Boundary Mesh Motion Eine neue Vernetzungstechnik zur Einbindung der Str mungsdynamiksimulation fl ssiger K rper 1999 MTZ Motortechnische Zeitschrift 60 2 pp 80 93 Clark R A Inglis S C McAlister F A Cleland J G F Stewart S Telemonitoring or structured telephone support programmes for patients with chronic heart failure Systematic review and meta analysis 2007 British Medical Journal 334 7600 pp 942 945 Dolin R H Alschuler L Beebe C Biron P V Boyer S L Essin D Kimber E Lincoln T Mattison J E The HL7 clinical document architecture 2001 Journal of the American Medical Informatics Association 8 6 pp 552 569 Mildenberger P Eichelberg M Martin E Introduction to the DICOM standard 2002 European Radiology 12 4 pp 920 927 H yrinen K Saranto K Nyk nen P Definition structure content use and impacts of electronic health records A review of the research literature 2008 International Journal of Medical Informatics 77 5 pp 291 304 Dodge C Schneider R Sander C The HSSP database of protein structure sequence alignments and family profiles 1998 Nucleic Acids Research 26 1 pp 313 315 Milenkovi A Otto C Jovanov E Wireless sensor networks for personal health monitoring I
7. lt payload type filterexpectedT ype java lang Exception gt lt filtering router gt lt outbound gt lt service gt 3 Die Message wird an den StudyManagerService tbermittelt Vor dem Beginn der Messung wird die Patientenkonfiguration berpr ft lt servicename StudyManagerService gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path StudyManagerServiceRouter transformer refs NameStringToChatString respo nseTransformer refs ChatStringToString synchronous true gt lt inbound gt lt componentclass org hsb mhealth StudyManagerService StudyManagerServicelmpl gt lt outbound gt Beim bermitteln der empfangenen Informationen berpr ft der StudyManagerService ob neue Einstellungen beim Patienten vorhanden sind Falls dies so ist werden die Informationen erneuert und es wird damit begonnen die empfangenen Messdaten in der Datenbank abzuspeichern lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path DatenManagerRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedType org hsb mhealth hello NameString gt lt filtering router gt Wenn eine nderung fehlschl gt wird der Fehler Warndienst gestartet lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path AlarmServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype java lang Exception gt 130 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems lt filtering router gt lt outbound
8. 167 168 169 170 Literaturverzeichnis Xu J Zhang T Lin D Mao Y Liu X Chen S Shao S Tian B Yi S Pairing and authentication security technologies in low power Bluetooth 2013 Proceedings 2013 IEEE International Conference on Green Computing and Communications and IEEE Internet of Things and IEEE Cyber Physical and Social Computing GreenCom iThings CPSCom 2013 art no 6682199 pp 1081 1085 Shah S H Igbal A Shah S S A Remote health monitoring through an integration of wireless sensor networks mobile phones amp Cloud Computing technologies 2013 Proceedings of the 3rd IEEE Global Humanitarian Technology Conference GHTC 2013 art no 6713719 pp 401 405 Douglas F Loosley C High PerformanceClient Server John Wiley and Sons Inc 1997 Denning J P The Locality Principle Communications of the acm vol 48 no 7 pp 19 24 July 2005 172 Anhangsverzeichnis Anhangsverzeichnis Anhang A Spezifikationen Sensorsysteme A 1 Hidalgo Ltd Equivital Technische Spezifikationen Device Classification Shock Protection Type BF Applied Part Internally Powered Equipment Environmental Protection IP67 0 4m 30mins Flammable Gas Protection Unprotected Mode of Operation Continuous FDA Device Class II Classification EU Device Classification Class IIb Chest Harness Belt Size circumference S
9. 2 Sensoren welche ANT f r die drahtlose Kommunikation im Nahbereich verwenden Darunter fallen in der Liste Wahoo Speed Wahoo Heartrate Garmin Tempe und die eigenst ndig entwickelten Sensoren 3 Sensoren welche Bluetooth Low Energy f r die drahtlose Kommunikation im Nahbereich verwenden Darunter fallen in der Liste Mio Alpha und Polar H7 Da gegenw rtig die Unterst tzung von Zigbee durch Smartphones noch unausgereift ist werden in dieser Arbeit keine Zigbee Sensoren verwendet 4 2 2 Wesentliche Module des Erfassungsclients Die Entwicklung des IPM MC auf der Grundlage einer mobilen Plattform muss auf vielf ltiges Wissen ber Multithreading und die Kommunikation von Smartphones zur ckgreifen 83 Konkret beinhaltet dies 1 Kenntnisse der Programmierung von Multithreading auf der Android Plattform 2 der Netzwerkprogrammierung von Bluetooth ANT TCP SOCKET Oder HTTP Netzwerk Programmierung und 4 Kenntnisse ber Content Provider etc Entsprechend des Gesamtentwurfs aus Abschnitt 3 3 wird beim Entwurf des IPM MC das Konzept derkomponentenbasierten Entwicklung verwendet Das gesamte System wird untergliedert in die vier Module Sensorinteraktionsmodul Visualisierungsmodul Netzwerkkommunikationsmodul und Verwaltungsmodul Die Struktur der verschiedenen Funktionsmodule wurde in Abbildung 4 3 dargestellt Jedes Modul erf llt seine vorgesehene Aufgabe eigenst ndig und ist unabh ngig von den jeweils anderen ber die Dat
10. LIBRARIES ANDROID RUNTIME Media work Core Librarie LINUX KERNEL Flash Memory Abbildung 4 1Architektur des Android Systems 71 4 1 1 Android Entwicklungstechnologie Anders als Software Anwendungen auf Windows Linux IOS oder anderenBetriebssystemen besitzen die Anwendungen der Android Plattform keinen gemeinsamen von allen Nutzern verwendeten Einsprungspunkt Jede Software Anwendung ist vollst ndig unabh ngig und l uft in ihrem eigenen Anwendungsprozess die Anwendungen st ren sich nicht gegenseitig Nach den unterschiedlichen Funktionen unterteilt Android die Applikation in vier Kern Klassen Content Provider Broadcast Receiver Service und Activity Diese werden gew hnlich als die Big Four der Komponenten bezeichnet allerdings fallen l ngst nicht alle Anwendungen in diese vier Klassen Der Austausch von Informationen zwischen gleichen und unterschiedlichen Komponenten wird ber Intent erreicht In Android wird auch die View Klasse definiert welche der Visualisierung derOberfl che dient Wenn die oben genannten Komponenten verwendet werden sollen muss in der Konfigurationsdatei der Applikation AndroidManifest xml eine entsprechende Einstellung erfolgen Die Struktur und der Ablauf der Anwendungsprogramme in Android sind in Abbildung 4 2 zu sehen 62 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Content Provider Intent P Intent Receiver External events h A
11. Springen Aktion wurde im Beispiel f lschlicherweise als Laufen klassifiziert und eine Stehen Aktion wurde als Gehen klassifiziert Dies zeigt dass diese beiden Aktionen beim Klassifikationsalgorithmus eventuell zu Konfusionsproblemen f hren k nnen Bayes Klassifikators Die Confusion Matrix des Naiven Bayes Klassifikators 154 befindet sich in Tabelle 7 2 Aus der Confusion Matrix l sst sich erkennen dass auch die Pr zision des Naiven Bayes Klassifikators verh ltnism ig hoch ist Insgesamt liegt die Pr zision bei 93 333 Allerdings zeigt die Matrix dass der Naive Bayes Klassifikator Stehen und Gehen drei Mal verwechselt 141 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung dabei hat er in einem Fall Gehen als Stehen klassifiziert und in zwei F llen Stehen als Gehen Dies zeigt f r die Analyse des Algorithmus dass die verschiedenen Merkmale der beiden Aktionen Gehen und Stehen nahe beieinander liegen und die Merkmale nicht gut von einander getrennt werden k nnen Wenn der Grad der Korrelation der drei Merkmale Maximalwert Minimalwert und Mittelwert verh ltnism ig gro ist so kann dies zu Verwechslungen beim naiven Bayes Klassifikator f hren Tabelle 7 2 Confusion Matrix der Bayes Klassifikation Classification Activity Jump Walk Stand ing Down Up stairs Running ing stairs Jump 8 0 0 0 0 l Walking 0 10 1 0 0 0 Standing 0 2 10 0 0 0 Down stairs 0 0 0 6 0 0 Ups
12. wird eine Verbindung mit heterogenen Peripheriesystemen hergestellt und die Kernmodule angeboten wie Routing Transaction Management Transformation Message Broker Transportation Management Security etc Peripheriesysteme senden eine Anfrage ber Transport des HSB das HSB f hrt mittels Transformer die Konvertierung des Datenformats durch danach erfolgt mittels des nbound Router eine Filterung der Informationen intern ber den Konfigurationsfilter realisiert Der n chste Schritt erfolgt in Component des HSB eine Bearbeitung der Business Logik f r das Ergebnis wird ber den Outbound Router die Empfangsseite festgelegt Im Anschluss wird das Datenformat ber den Transformer konvertiert und ber Transport an die Empfangsseite weitergeleitet p Component D a o 3 _ d Abbildung 6 3Ablauf der Message Bearbeitung im HSB In dieser Abbildung 6 3 wird der klassische Ablauf der Bearbeitung im HSB aufgezeigt welcher die verschiedenen Kernmodule im HSB beinhaltet Dabei sind einige Bearbeitungs schritte nicht zwingend notwendig wie beispielsweise Inbound Router und Transformer Nachfolgend k nnen einige andere Bearbeitungsszenarien betrachtet werden Wenn eine Anwendung oder ein Modul als Service im HSB bearbeitet werden soll sind folgende Schritte notwendig 1 Definieren einer Service Vermittlung a Definition von Business Logik und Message bermittlung b Definition von Informationsformat und p
13. 1 Globally defined 2 FT_HANDLE ftHandle Variable for access of the FT232RL 3 FT_STATUS ftStatus Variable for the status of the FT232RL 4 5 void Output byte setup int iBytes 6 7 DWORD dwBytesWritten 0 8 9 Write data through the FT232RL Chip to the Transceiver 10 ftStatus FT_Write ftHandle amp setup iBytes E dwBytesWritten 11 CheckError ftStatus Check if the FTDI returns any error 12 13 Sleep 200 Wait 200 ms 14 A 1 2 Arduino Am Arduino wird zur Kommunkation mit dem ANT Netzwerk der nRF24AP1 Transceiver verwendet Der Transceiver bestehend aus dem nRF24AP1 Chip und Antenne ist mit dem Arduino uber die emulierte UART Schnittstelle verbunden Somit erfolgt die Kommunikation ber die Soft Serial Schnittstelle des Arduino 1 Soft Serial Setup for the ANT Transceiver 2 define rxPinANT 5 3 define txPinANT 6 4 5 NewSoftSerial antSerial rxPinANT txPinANT false Gn 7void Output char setup int iBytes 8 9 for int i 0 i lt iBytes i 10 antSerial print setup i 11 12 delay 200 Wait 200 ms 13 A 2 ANT Befehle Im Folgenden erfolgt eine kurze bersicht der in dieser Arbeit verwendeten ANT Befehle mit explizitem Code ihrer Verwendung Eine komplette Dokumentation aller Befehle sowie detailierteren Informationen wird in Dyn 76 gegeben Diese Befehle dienen dazu die Parameter einer ANT Verbindung zu konfiguriere
14. 30 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Dieses Kapitel befasst sich mit der systematischen Struktur eines medizinischen Wireless Sensornetzwerks Entsprechend der Eigenschaften der medizinischen Pflege und berwachung im Speziellen wird die Definition eines Sensornetzwerks f r medizinische Versorgung erl utert au erdem wird die Netzwerkstruktur eines modularen medizinischen Sensornetzwerks beschrieben 2 1 Definition eines medizinischen drahtlosen Sensornetzwerksystems Heute entwickelt sich die Forschung im Bereich der medizinischen Sensornetzwerke sehr schnell In Kapitel 1 wurden die relevanten Forschungsthemen vorgestellt Daraus ist deutlich zu ersehen dass die Forschungsinhalte aufgrund der Differenzen der technischen Niveaus und der Forschungszwecke voneinander abweichen Oft wird ein medizinisches drahtloses Sensornetzwerk wie folgt definiert Das Wireless Sensornetzwerk dient als Plattform f r die Umsetzung der fernmedizinischen Pflege Diese Definition ist allerdings sehr unscharf und kann daher nicht als eine einheitliche Definition verwendet werden Auf Basis der Beschreibung von Telemedizin und der drahtlosen Sensornetzwerk Beschreibung ist die Definition des medizinischen Sensornetzwerks wie folgt gegeben Dasmedizinische Sensornetzwerk ist eine Kommunikationsinfrastruktur die eine Vielzahl von Sensorknoten verbindet Eskann die physiologis
15. Vorgang gestartet l Gelesene bin re Bytestr me werden in einem ByteArray rawdata bye des Puffers abgelegt 2 Dann wird gepr ft ob 25 Datenpakete empfangen wurden Falls 25 Datenpakete angesammelt wurden wird der Datenanalyseprozess benachrichtigt mit der Datenanalyse zu beginnen 71 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients 3 Der Datenanalyseprozess ruft den Datenanalysemanager auf um die gesammelten Daten zu analysieren entsprechend der Parser Regelung 4 Der Parser legt die aus dem Analyse Prozess erhaltenen Daten im neuen ByteArray Sensordaten byte desPuffers ab 5 Falls 25 Datenpakete empfangen wurden und das Netzwerk als verbunden markiert ist wird der Echtzeit bertragungsthread informiert die Daten zur Server Seite zu bermitteln 6 IPM MC pr ft dann ob 100 Datenpakete angeh uft wurden Falls 100 Datenpakete angeh uft wurden wird der Display Thread gestartet um die Physiologischer Parameter zu visualisieren 7 Wenn der Patient die berwachungsaufgabe beendet sendet das System eine Nachricht um die Verbindung und Datenerfassungzuschlie en 4 3 4 Echtzeit Analyse der Sensordaten Sobald sich der Datenempfangsthread im Arbeitszustand befindet werden stetig Daten der Sensoren ber die drahtlose Verbindung ans System bertragen Der vorherige Sammelthread verantwortet nur den drahtlosen Empfang der Daten und ihre Speicherung im Puffer Ohne weitere Verarbeitung sind die Dat
16. 12 177 Anhangsverzeichnis 13 delay 200 14 A 2 3 Kanal ID Die Kanal ID bestehend aus 2 Byte Device Number 1 Byte Device Type und 1 Byte Transmission Type wird durch den Sender definiert und jeder Nachricht automatisch angehangt Am Empf nger kann durch das Setzen einer Kanal ID die Verbindung zu einem bestimmten Sender hergestellt werden Wird als Kanal ID Null Wildcard gesetzt kann der Empf nger sich mit jedem Sender verbinden Parameter Kanal Number Device Number Device Type ID Transmission Type Nummer des ANT Individuelle Art des Senders Art der Kanals Nummer jedes bertragung Senders 1 void SetChannellD int iChannel int iDevice 2 3 byte setup 9 4 5 setup 0 0xa4 SYNC 6setup 1 0x05 MSG LENGTH 7 setup 2 0x51 MSG ID SetChannellD 8 setup 3 iChannel Channel Number 9 10 Set Channel ID depending on given device 11 setup 4 Device Number 12 setup 5 Device Number 13 setup 6 Device Type ID 14 setup 7 Transmission Type 15 16 switch iDevice 17 18 case WILDCARD All zero parameters to search for any device 19 setup 4 0x00 20 setup 5 0x00 21 setup 6 0x00 22 setup 7 0x00 23 break 24 case HRM Parameters for the Garmin HRM 25 setup 4 0x88 26 setup 5 0xA5 27 setup 6 0x78 28 setup 7 0x01 29 break 178 Anhangsverzeichnis 30 case FP Par
17. A 1 Sony Ericsson xperia arc S Prozessor Prozessor Name ARM Cortex A8 Prozessor Geschwindigkeit 1 4 GHz Anzahl Prozessor Kerne Single Core Betriebssystem Android 2 3 Gingerbread Ma e Gr e 125 x 63 x 9 mm Gewicht 117g SAR Wert 0 66 W kg mittel Akku Akku Li Ionen 1500 mAh Standby 19 2 Tage Sprechzeit 7 5 Stunden Datentransfer 174 Anhangsverzeichnis Bluetooth JA USB JA GPS JA ANT JA Speicher Speicherkapazit t 320 MB interner Speicher Arbeitsspeicher RAM 512 MB Steckplatz weitere Speicherkarte JA Art der Speicherkarte microSDHC Mobiles Internet GPRS JA WLAN JA EDGE JA UMTS JA HSDPA JA HSUPA JA LTE NEIN Anhang C ANT Message Protokoll and Programming Library A 1 Output Die Zusammenstellung der zu bertragenden Daten erfolgt identisch auf dem Arduino als auch in der Software Frontend Library Nur in der Ausgabe besteht ein Unterschied aufgrund der gegeben Hardware A 1 1 Rechner Am PC wird zur Kommunikation mit dem ANT Netzwerk der ANT USB Stick verwendet Die Verbindung zwischen dem nRF24AP1 Chip und dem Software Frontend wird durch den FT232RL Chip von FTDI realisiert Dieser USB Serial Konverter kann durch eine API von 175 Anhangsverzeichnis FTDI kon_guriert werden Somit m ussen die Byte Arrays auf folgende Weise am PC bertragen werden
18. Information to Support Healthcare Related Knowledge Work MobiHealthInf 2009 In Conjunction with BIOSTEC 2009 pp 87 96 Martinez Sarriegui I Zhu H Shan L Garcia S ez G G mez E J Hernando M E Modelling and formal specification of a multiagent telemedicine system for diabetes care 2009 ICAART 2009 Proceedings of the 1st International Conference on Agents and Artificial Intelligence pp 507 512 168 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 Literaturverzeichnis Aguilar K M Campbell R S Fiester A Simpson R L Hertel C Bringing care home How Telemonitoring can expand population health management beyond the hospital 2014 Nursing Administration Quarterly 38 2 pp 166 172 Warren S Lebak J Yao J Creekmore J Milenkovic A Jovanov E Interopera bility and security in wireless body area network infrastructures 2005 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Proceedings 7 VOLS art no 1615297 pp 3837 3840 Papazoglou M P Van Den Heuvel W J Service oriented architectures Approaches technologies and research issues 2007 VLDB Journal 16 3 pp 389 415 Yin J Chen H Deng S Wu Z Pu C A dependable ESB framework for service integration 2009 IEEE Internet Computing 13 2 pp 26 34 Mulesoft http www mulesoft org 2013 Apache CXF An Open Source Ser
19. Neben den sozialen und wirtschaftlichen Faktorensteht das Mobile Health System derzeit vor den folgenden drei gro en technischen Herausforderungen 1 Dynamik Auf dem Markt gibt es eine breite Palette von medizinischen Sensoren zur Messung von Daten aber es mangelt an einheitlichen Standards Momentan sind die meisten Telemonitoring Systeme f r spezielle Ger te ausgelegt Mit anderen Worten bei der Entwicklung eines Systems muss der Code f r jedes Ger t geschrieben und es m ssen an die Ger te angepasste Operations Workflows erarbeitet werden sodass die Skalierbarkeit des Systems erheblich eingeschr nkt wird Dies ist auch einer der wichtigen Gr nde daf r warum Telemonitoring noch nicht hinreichendweit verbreitet ist 6 2 Heterogenit t Aufgrund des Unterschieds der Struktur der Softwaresysteme von Telemonitoring Systemen und den herk mmlichen medizinischen Systemen wie Krankenhausinformationssystem KIS und Laborinformationssystem LIS kommt es zu Schwierigkeiten beim Austausch von Daten und Bereitstellung von medizinischen Diensten zwischen dem mHealth und anderen medizinische Anwendungen Es entstehen sogenannte Informationssilos 7 Dieser Aspekt schr nkt die Verbreitung von Telemonitoring ebenfalls ein 3 Big Data Massendatenspeicherung Anders als bei der Elektronischen Gesundheitsakte EHR m ssen mHealth Systeme in der Lage sein das 10 fache und sogar 100 fache an Vitaldaten zu speichern Wie z B
20. Pedometer Beschleunigungs Sensorenetc umfasst wie Tabelle 4 1 zu entnehmen ist Tabelle 4 1 Sensoren List Sensor Parameter Protokoll Hidalgo Equivital Muti parameter Vital Bluetooth 75 Acc ECG Zephyr HXM BT Heartrate RRinterval Bluetooth 76 Zephyr BioHaness3 Muti parameter Vital Bluetooth 77 Acc ECG Mio Alpha 78 Pulsuhr Bluetooth Low Energy Polar H7 79 Heartrate RRinterval Bluetooth Low Energy Wahoo Speed 80 Speed Step ANT Wahoo Heartrate Heartrate ANT 81 Garmin Tempe 82 Umgebungstemperatur ANT Eigene Mutiparameter ANT Entwicklung 74 Nach Funktion unterteilt kommen zwei Arten von Sensoren h ufig vor 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients 1 Sensoren zum Sammeln von physiologischen Parametern wie EKG Ger te HerzfrequenzMonitor Thermometer Atmungsmesser etc Darunter auch Hidalgo Equivital Zephyr BioHarness3in der Liste 2 Aktivit tssensoren wie Positionssensoren Schwerkraftsensoren Geschwindigkeits sensoren Gassensoren etc Diese beinhalten Wahoo Speed HidalgoEquivitalEQ01 und Zephyr BioHarness3 in der Liste Unterteilt nach der verwendeten Kommunikationsschnittstelle gibt es drei h ufig auftretende Arten von Sensoren 1 Sensoren welche Bluetooth f r die drahtlose Kommunikation im Nahbereich verwenden Darunter fallen in der Liste Hidalgo Equivital Zephyr BioHarness2 und Zephyr BioHarness3
21. Sie k nnen in Composed Service und Single Service differenziert werden Wenn ein Dienst eine Message Anfrage einer Anfrage Utility erh lt so wird dieser Dienst aktiviert Zu diesem Zeitpunkt entsteht zwischen Anbieter und Anfrager des Dienstes ein Kommunikationskanal durch die bermittlung von Informationen ber Message Die Ausf hrung dieses Dienstes und der Austausch ber Message befolgen die in den Policies definierten Regeln Sicherheit Preconditions und Postconditions Im Folgenden wird jedes Modul detailliert dargestellt Der Schwerpunkt liegt an dieser Stelle jedoch auf den Service Modulen Dieses Kapitel folgt in der Beschreibung der Richtung von oben nach unten Zun chst einmal werden das Ressourcen Modul und seine Merkmale kurz vorgestellt Danach werden die Details der Service Module erl utert In der Folge wird dann der Schwerpunkt auf die verschiedenen Layer und Level in der Architektur gelegt Zuletzt wird dargelegt wie der Dienst spezifische Darstellungen definiert 97 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen 5 4 2 Beschreibung der Ressourcen Das Ressourcen Modul ist die Grundlage der SOTH Architektur wie auch die Grundlage der Dienste Es wird verwendet um die vom Nutzer des Systems angefragten Tasks aufzurufen mittels der Dienste Abbildung 5 5 zeigt die vier Merkmale jeder Ressource UR 115 Autor Ansicht und
22. dass die Exaktheit der Erkennung von Stehen und Springen verh ltnism ig hoch ist auch Treppen hinaufsteigen und Treppen hinabsteigen kann mit verh ltnism ig hoher Genauigkeit bestimmt werden aber Laufen Gehen etc sind bei der Erkennung fehleranf llig Die Versuchsergebnisse zeigen zudem dass wenn der Tester fortlaufend mehrere Bewegungen durchf hrt die Erkennung des bergangs von verschiedenen Bewegungen extrem fehleranf llig ist Der Grund f r diese fehlerhafte Erkennung liegt in der Auswahl des Zeitfensters f r das Sammeln der Testdaten In dieser Arbeit wurde ein Zeitfenster von 10 Sekunden gew hlt also f hrt derIPM MC f r den Benutzer alle 10 Sekunden eine Bewegungserkennung durch Wenn in den 10 Sekunden danach eine nderung des Verhaltens des Benutzers erfolgt k nnen innerhalb der 10 Sekunden Datenabschnitte die korrespondierenden Beschleunigungsdaten verschiedener Bewegungen vermischt werden wodurch die Bewegungen des Benutzers und die Merkmale der Daten nicht bereinstimmen was letzten Endes zu einer fehlerhaften Erkennung der Bewegungen f hrt Dieses Problem kann durch die Auswahl eines vergleichsweise kurzen Zeitfensters gel st werden Das kurze Zeitfenster kann m glicherweise zu geringeren Problemen mit der bereinstimmung zwischen den Bewegungen und den korrespondierenden Datenmerkmalen f hren Tabelle 7 5 Testergebnisse Zeit Benutzerverhalten Erkennungserg
23. gesendeten Daten Der Parameter dwBuffer bestimmt die L nge der zu versendenden Daten Ist der Wert der Antwort True dann war die Daten bertragung erfolgreich ist er False dann war die bertragung nicht erfolgreich Der Arbeitsprozess des Fern bertragungsthreads ist Abbildung 4 15 zu entnehmen 81 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Rohdaten von Sensoren Y Start Listener Prozesse und Sensor Prozesse lt Y Listener Prozesse Laufen Y Nein Sensordaten Empfangen Ja Y Daten in den Send Buffe Speichern ai Ja v Nein Buffer gt 50 Y SendPaket mit TCP Socket Verbindung Abbildung 4 15Arbeitsprozess des TCP Socket Fern bertragungsthreads 5 Tempor rer lokaler Speicher Wenn keine Netzwerkverbindung besteht werden die Daten tempor r im lokalen Datenbanksystem des IPM MC gespeichert Nachdem die Netzwerkverbindung wieder hergestellt ist l dt der Client die lokal gespeicherten Daten hoch und stellt die Synchronisierung der Daten wieder her In dieser Arbeit wurde das in Android integrierte Datenbanksystem Sqlite verwendet um die Informationen abzuspeichern 104 Zun chst wird eine Hilfsklasse f r das Datenbanksystem eingerichtet Diese Klasse erbt von der System API Die Version des Datenbanksystems ist 1 0 die Bezeichnung der Tabelle ist physiologicalMessage Nachdem die relevanten Variablen definiert wurden wird die Datenbank eingerichtet Mit der Methode
24. um die St rke und Richtung der Beschleunigung zu bestimmen 3V Abbildung 7 3ADXL330 3 Axis Accelerometer 149 Der Benutzer w hlt die Bandbreite des Beschleunigungssensors aus durch die Verwendung der CX CY und CZ Kompensatoren an den Anschl ssen XOUT YOUT und ZOUT Die Bandbreite kann entsprechend der Anwendung gew hlt werden und reicht von 0 5 Hz bis 1600 Hz f r die X und Y Achse und von 0 5 Hz bis 550 Hz f r die Z Achse Der ADXL330 ist in einem kleinen unauff lligen Plastikgeh use von 4 mm x 4 mm x 1 45 mm 16 lead erh ltlich Der ADXL330 verwendet eine einzige Struktur um die X Y und Z Achse zu erfassen Aus diesem Grund sind die Richtungen stark orthogonal und es gibt nur eine geringe Empfindlichkeit zwischen den Achsen Eine mechanische Fehlstellung des Sensors ist der Hauptgrund f r die Empfindlichkeit zwischen den Achsen Die mechanische Fehlstellung kann selbstverst ndlich auf der Systemebene durch Kalibrierung ausgeglichen werden 7 1 2Dreiachsige Beschleunigungssensoren Dreiachsige Beschleunigungssensoren sind eine Art von Sensoren welche in Echtzeit die Einzelwerte zur X Y und Z Achse ermitteln ber einen Beschleunigungswert k nnen die Sensoren einen Geschwindigkeitswert und die Verschiebung messen Wie Abbildung 7 4 zeigt verl uft die X Achse im System auf der Ebene des Ger ts und von links nach rechts die 135 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Y Achse verl uft
25. 2 die andere Kategorie kann von Durchschnittspersonen zuhause bedient werden oder unter Verwendung von medizinischen Fernbetreuungssystemen betreut werden welche physiologische Informationen sammeln und an den Arzt senden Sensoren werden am Patienten angebracht und bermitteln Informationen an die Uberwachungsgerate Komplizierte Ger te viele Verbindungen k nnen Patienten nerv s und angespannt machen wodurch m glicherweise der Gesundheitszustand des Patienten beeinflusst werden kann Die in der Diagnose erhaltenen Informationen k nnen daher vom tats chlichen Zustand abweichen was dem Patienten und dem medizinischen Personal Probleme bereiten und die Richtigkeit der Diagnose beeinflussen kann Gleichzeitig kann bei einer notwendigen h ufigen Erhebung von physiologischen Daten z B bei chronisch Kranken oder alten Patienten die Erhebung zuhause stattfinden Die Messungen k nnen so in einem vertrauten und bequemen Umfeld stattfinden wobei der Einsatz kabelloser Ger te die Vernetzung zwischen medizinischen Sensoren und berwachungsger ten f rdert und bei der berwachung verh ltnism ig gro e Freiheiten einr umt wodurch einerseits pr zisere Messungenm glich sind und andererseits dem Patienten auch ein unn tiger Gang zum Krankenhaus erspart wird Gleichzeitig k nnen auf einer Station eines Krankenhauses zahlreiche Analysen ber das kabellose berwachungsnetzwerk mit den Krankenbetten ausgetauscht werden Hierdurch k nnen
26. 2 Send HTML be 3 4 Return Monitoring State LJ i i 3 5 Update Monitoring State 7 Monde sonen Zeck l U j 1 i 1 4 1 Check new Acticity state H Mirine ranraman Sate i i i 42 1 Send acceleration T 4 2 2 Return Activity State i i back pe 4 i Ao LJ l i i i i 5 2 Send Feedback MITP HTTPS j Abbildung 6 19 Messszenario im IPM mHealth System Der gesamte Verlauf des Prozesses muss der Konfiguration von hsb config xml entsprechen Jedes Modul ist in HSB ein mule descriptor Wie die Messages empfangen werden wird ber den Konfigurationsendpoint des inbound router Knotens definiert und die Richtung der Messages beim Ausgang wird ber den Endpoint der Konfiguration des outbound router Knotens eingestellt Das Folgende ist die Konfiguration der IPM Server Umgebung Tabelle 6 3 IPM Server Umgebung AMD based 2 6 GHz 4 GB RAM and Intel based 3 GHz 4 GB RAM servers Windows Server 2008 Java Run time Environment 1 7 0_45 Mule current general availability package A JMS provider server IP 139 30 204 203 Port 7222 A Apache application server IP 139 30 204 203 Port 8080 A Socket Kommunikation server IP 139 30 204 203 Port 5598 Zun chst m ssen am Anfang der Konfigurationsdatei einige Transformer definiert werden welche die im Datenfluss bermittelten Informationen in die verschiedenen von den unterschiedlichen Modulen verwendb
27. Abbildung 5 2 zu sehen Der Inhalt von Level 5 ist in den Ressourcen enthalten 5 2 1 Business Collaboration Management Model BCM Im ersten Level dem obersten Level wird der Koordinator der Kooperation zwischen verschiedene Business Modell festgelegt Ein Business Modell kann nicht direkt ein anderes Business Modell anfragen da sichdieses auf demselben Level befindet Zwei oder mehr als zwei Business Modelle m ssen koordiniert werden um einen Dienst Zustand zu bewirken Daher muss definiert werden wie die jeweiligen Elemente bei der Ausf hrung des Dienstes mitwirken z B welches Element startet den Dienst und welches Element beendet den Dienst Das Business Collaboration Management ist verantwortlich f r die Beschreibung und Verwaltung dieser Koordination Gew hnlich m ssen zwei Business Modelle mit einem oder mehreren anderen Business Modellen interagieren ein ausf hrlicher Koordinationsplan wird verwendet um ihre Anforderungen zu befriedigen Der Entwickler der Implementierung der Dienste muss der Beschreibung der Koordination zustimmen Da jeder sein Gegen ber verstehen muss ist die Verwendung einer normierten Beschreibungssprache sehr wichtig In SOTH kann die verbreiteteste Choreographie Sprache WS CDL 111 verwendet werden WS CDL kann eine pr zise Koordination zwischen beliebigen Teilnehmern beschreiben ungeachtet der unterst tzten Plattform oder des Implementierungsmodells Das Choreographie Modell besch
28. Anwendungsszenarien im System bestimmt determiniert die Vernetzungsstruktur des Systems die grundlegenden Arbeitsleistungen des Systems 42 Dies liegt daran dass Netzwerkdesigner die gestalteten und verbesserten Inhalte dem Netzwerklayer zuordnen m ssen F r die speziellen Anwendungen im Bereich der medizinischen Versorgung werden in dieser Arbeit bei der Systemarchitektur folgende Methoden verwendet Auf Basis der Zusammenfassung der grundlegenden Anwendungsszenarien der medizinischen Versorgung werden die haupts chlichen Anforderungen des Strukturdesigns festgelegt Basierend darauf werden sie in mehrere ausf hrlichere Anforderungen unterteilt und diese Anforderungen werden der passenden Netzwerkschicht zugeordnet Bei dem Design jeder Schicht m ssen die Anforderungen gestaltet und optimiert werden um hierarchische Rahmenl sungen zu bilden und schlie lich einen ganzheitlichen Rahmen zu erhalten Abbildung 2 2 stellt den Aufbau des ganzheitlichen Rahmens des medizinischen Sensornetzwerks dar _ ln Solutiong Ben layer pr Layer 1 Solutiong Health care Application System Requirment Req 2 Layer gt Layer 2 Solutiong Final Solutiong Req 3 Layer3 Layer 3 Solutiong Abbildung 2 2Layout des medizinischen Sensornetzwerksystems In Bezug auf den systematischen Rahmen des Gesundheitssystems bestehen bereits mehrere internationale standardisierte Definitionen Sie umfassen zwe
29. Auswertung Abbildung 4 14 bermittlung der physiologischen Daten vom IPM MC an den IPM Server 1 Authentifizierung des Sensors Um Datenlecks und unrechtm ige Verbindungen durch andere Ger te im drahtlosen Netzwerk zu verhindern wird ein geheimer Schl ssel f r den Zugriff auf den Erfassungsclient f r physiologische Daten verwendet Entsprechend der Erkenntnisse der Analyse von drahtlosen Sensornetzwerken aus Abschnitt 2 2 werden gew hnlich die Daten eines Erfassungssensors nur an ein IPM MC bermittelt Es handelt sich um eine eindeutige Entsprechung 102 2 Server Login durchf hren der Identifikation Um eine vern nftige Kontrolle der Anwendungsbefugnis beim IPM MC und Login ins Monitoring Zentrum zu erreichen wird eine Authentifizierung mit Nutzername und Passwort beim Aufbau einer Verbindung zwischen IPM MC und IPM ZS ben tigt Dies soll verhindern dass unberechtigte Clients Zugriff auf das Monitoring Zentrum erhalten und unberechtigterweise an die Daten gelangen oder diese besch digen 3 Einrichten des Netzdienstthreads Service 80 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Nach der Authentifizierung startet das IPM MC den Socket Service Thread im Hintergrund und beh lt die berwachung und bermittlung der Daten bei Service ist eines der vier von Android angebotenen Hauptmodule Es handelt sich um eine Art von Serviceprozedur welche normalerweise diskret im Hintergrund l uft Sie besitzt d
30. Die anderen Befehle werden als optional angesehen Sie sind anzuwenden um von den jeweiligen Default Werten abweichende Parameter Einstellungenvorzunehmen Nachdem ein Kanal konfiguriert worden ist ist dieser durch den ffnen Kanal Befehl zu ffnen aktivieren und damit f r Datentransfer zu nutzen Zur Beendigung eines Kanals und zur Versetzung 69 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients eines der Sensoren in den Ruhezustand wird der schlie en Kanal Befehl angewendet Er deaktiviert aber den Kanal und gibt ihn nicht frei Bevor ein neuer ANT Kanal mittels Assign Kanaldefiniert werden kann ist es notwendig den Befehl Unassign Kanal anzuwenden Zur Freigabe s mtlicher Kan le und zum Neustart des ganzen ANT Systems ist der Reset ANT Befehl einzusetzen Dieser Befehl sollte beim Systemstart zuerst durchgef hrt werden um das Zur cksetzen des ANT Systems in einen definierten Zustand zu verwirklichen Eine genaue Aufstellung aller Befehle wird in Dyn 90 angegeben Anhang A stellt einen kurzen berblick ber die wesentlichen Befehle einschlie lich derer Implementierung dar Drahtlosen Verbindung mit dem Sensor errichten Datenkanal ffnen Echtzeit Datenerfassungsthread Sensordatenanalysesthread Sensordaten Visualisierung Sensordaten auf den Server bertragen Abbildung 4 7Ablauf des Echtzeit Sensordatenerfassungsprozesses 4 3 3 Echtzeit Datenerfassungsprozess
31. Durchf hrung der Untersuchung essen 146 8 1 1 Untersuchung der Auslastung desIPM Servere 146 8 1 2 Ergebnisse der Untersuchung 148 8 1 3 Echtzeit Daten bertragungstest sscscccccccceseessnsscesecessssesnsesecscssesseascesecsesseeneaaseeseesseseeaaes 150 8 1 4 St bilit tstest mss enable bin msn 150 8 1 5 Leistungsaufnahme des Smortpohones 151 8 2 Anwendung in der EE 151 8 2 1 Untersuchung physiologischer Parameter w hrend Langzeitfelduntersuchungen 152 8 2 2 Beanspruchung von Chemikern technischen Assistenten und Biologen des Center for Life Science Automation Celisca ssccccesssccceesssceceesseseceesseseceessesecsessesecsesseecsessssecsesussecseasseceensseees 154 Inhaltsverzeichnis 9 Zusammenfassung und AUSDHIICK ccccccnnssceccccssssccccesssccccecssceccccesssceccassceccecsssseeeoes 156 9 1 Zusammenfassung EE 156 STE CR cn Henning 157 Literaturverzeichnis u a 160 Anhangsverzeichnis un s ege ege Eege GE degt 173 Kurzreferat Abstratt nun ara ee eege 180 THESEN aa ee 182 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 1 Architektur des IPM mHealth Swvstems 12 Abbildung 1 2 Telemonttoring System 17 Abbildung 1 3 Bild vom Radio doctor 18 Abbildung 1 4Body Media System DO 20 Abbildung 1 5 Beziehung zwischen Health Care WSN und Kommunikationsgeraten cccceseeees 23 Abbildung 2 1 Logische Struktur des medizinischen SensornetzwerksystemS ssssesssees
32. J Brooks D Marques A Home telemonitoring in COPD A systematic review of methodologies and patients adherence 2014 International Journal of Medical Informatics 83 4 pp 249 263 Wang W Liu Z A learning method for pedestrian activity classification 2014 Chinese Journal of Electronics 23 1 pp 129 134 Hidalgo Limited Equivital EQ 01 Vital Signs Monitor Health Care PractionerGuide Dokumentation Hidalgo Ltd 2006 Huang B Wu X Pedometer algorithm research based matlab 2012 Advances in Intelligent and Soft Computing 168 AISC VOL 1 pp 81 86 Hidalgo Limited Equivital EQ 01 Vital Signs Monitor User Application Guide Dokumentation Hidalgo Ltd 2006 Small Low Power 3 Axis 3 gIMEMS AccelerometerAnalog Devices Inc 2007 Abe B T Olugbara O O Marwala T Classification of hyperspectral images using machine learning methods 2014 Lecture Notes in Electrical Engineering 247 LNEE pp 555 569 Frigo M Johnson S G The designandimplementation of FFTW3 2005 Proceedings of the IEEE 93 2 pp 216 231 Ying Y Garrett J H Oppenheim 1 J Soibelman L Harley J B Shi J Jin Y Toward data driven structural health monitoring Application of machine learning and signal processing to damage detection 2013 Journal of Computing in Civil Engineering 27 6 pp 667 680 Nauman T W Thompson J A Semi automated disaggregation of conventional soil maps using knowle
33. Radio Service GSMGroupe Special Mobile GUIDGlobally Unique Identifier HIMSSHealthcare Information and Management Systems Society HL7 HealthLevel 7 HSDPAHigh Speed Downlink Packet Access HSPAHigh Speed Packet Access HSUPAHigh Speed Uplink Packet Access HSBHealthcare Service Bus ICNIRPInternational Commission on Non Ionising Radiation Protection IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IPMinstitut f r Praventivmedizin ISM BandIndustrial Scientific and Medical Band MSCMobil Switch Center PDAPersonal Digital Assistant PINPers nliche Identifikationsnummer PKG PCGPhonokardiogramm PCUPacket Control Unit RNCRadio Network Controller 10 Abk rzungsverzeichnis RSNARadiological Society of North America SARSpezifische Absorptionsrate SDKSoftware Developers Kit SEMSensor Electronics Module SGSNServing GPRS Support Node SPPSerial Port Profile TCPTransmission Control Protocol UDPUser Datagram Protocol UMTSUniversal Mobile Telecommunications System UTRANUMTS Terrestrial Radio Network WISEWireless Intelligent Sensor WLANWireless Local Area Network 11 1 Einleitung 1 Einleitung 1 1 Zielstellung Die heutige Lebenswelt in den hochenentwickelten Industriel ndern ist zunehmend durch einen aktuten Bewegungsmangel eines gro en Teils der Bev lkerung gekennzeichnet Insbesondere die Beurteilung der Belastbarkeit von Risikopatienten mit einer Herz Kreislauf Erkrankung im Alltag ist bisher kaum oder nur s
34. Services Specification Program Betrachten wir die Interoperabilit t aus der Perspektive der Entwicklung von Business Anwendungen so muss in einem Projekt oder bei mehreren Projekten wie oben erw hnt eine Vielzahl von medizinischen Data Messaging Standards und Nachrichten Standards einfach und vollst ndigintegriert werden hnliche Projekte wie HSSP bieten eine Spezifikation wie die dazugeh rigen Funktionen und Schnittstellen von medizinischenDienstenzu beschreiben sind In den Vereinigten Staaten wurde bundesweit NHIN eingef hrt damit EHR Informationen besser ausgetauscht werden k nnen Analysieren wir aus technischer Sicht den Business Layer und Interoperabilit t und analysieren wir die Projekte aus dem f nften und sechsten Rahmenprogramm der EU FPS FP6 so ist SOA eine Methode welche immer mehr verwendet wird 38 1 4 1 Interoperabilit t von Telemedizin Systemen Die Digitalisierung von medizinischen Daten und Behandlung bedeutet nicht nur dass die rzte bei der Diagnose und Behandlung mit mehr M glichkeiten arbeiten k nnen sondern auch dass der Austausch die Speicherung der Zugriff und die Weiterleitung von medizinischen Daten f r die ganze Gesellschaft vereinfacht werden Allerdings hat ein Krankenhaus eine sehr komplexe Struktur und die verschiedenen Fachabteilungen haben unterschiedliche Bed rfnisse sodass es f r ein einzelnes Produkt von einem Unternehmen schwierig ist alle Fachgebiete abzudecken Daher gibt es in
35. Systems Dies sind die Faktoren welche das Monitoring Zentrum bei der Konvertierung zun chst bestimmen muss Verschiedene MessageTypes haben unterschiedliche Bearbeitungsabl ufe Wenn der IPM MC Befehlsinformationen des IPM ZS empf ngt m ssen die Befehle weitergeleitet werden Wenn Warninformationen erhalten werden muss im n chsten Schritt der Level der Warnung bestimmt werden und dann eine entsprechende medizinische Behandlung aufgerufen werden 3 Service Beschreibung f r HSB Module Service CommunicationService Resource Inbound Endpoint Tcp Socket Outbound Endpoint SOAP Message DataMessage CommandMessage AlarmMessage String to Java Object Interface publicinterface CommunicationService publicvoid sessionOpened IoSession session public ServerSessionHandler publicvoid messageReceived IoSession session Object message publicvoid messageSent IoSession session Object message throws Exception publicvoid sessionClosed IoSession session throws Exception publicvoid sessionIdle IoSession session IdleStatus status publicvoid exceptionCaught IoSession session Throwable cause 6 3 2 Benutzerverwaltung 1 Modulfunktion Dieses Modul bietet zwei grundlegende Funktionen Es gestattet anderen Diensten die berpr fung ob der Nutzer im System eingeloggt ist berpr fungsfunktion und es bietet die Verwaltungsfunktion des Hinzuf gens L schens Editierens und Wiederherstellens von Nutze
36. Systems Es bedient sich der medizinischen Sensoren als Gesundheits Datenerfassungsschnittstelle und sendet die erfassten physiologischen Daten ber ein drahtloses Nahbereich Kommunikationsnetzwerk an den lokalen Gateway mobiles Ger t Erst dann werden die Daten an das Datenerfassungszentrum des Telemonitoring Systems gesendet Im medizinischenZentrum werden die Daten analysiert Diagnosen erstellt und entsprechende Dienste bzw Gegenma nahmen angeboten Auf diese Weise wird das Modell des Remote Health Care 2 12 1 Einleitung realisiert Das auf leichten tragbaren Sensoren 3 basierende System erm glicht den Patienten eine relativ gro e Bewegungsfreiheit So k nnen die Patienten ohne zeitliche und rtliche Einschr nkungen jederzeit auf die Betreuung des medizinischen Personals zur ckgreifen und sich im Notfall auf notwendige Rettungsma nahmen verlassen Die neue auf Sensoren und mobiler Kommunikation basierende L sung ist eine Verbesserung derveralteten Kabel basierten medizinischen Erfassungssysteme und stellt f r die Telemedizin eine vielversprechende zukunftsweisende Entwicklung dar 4 Andererseits trotz einer zehnj hrigen Entwicklung befindet sich das medizinische Telemonitoring aber noch in vielerlei Hinsicht auf Forschungsniveau 5 Bis heute wurde die Anwendung wenn auch in deutlich zunehmendem Ma e nicht in gro er Breite verfolgt Durch die Analyse der aktuellen Forschungsarbeit zeigt sich eindeutig
37. Wert energiewert S schaften nearest 95 55 93 20 95 55 91 11 94 16 95 55 neighbor Bayes 93 37 91 11 93 33 88 11 93 33 93 33 Decision tree 82 10 80 80 80 82 33 80 Durch den Vergleich und die zusammenfassende Analyse der verschiedenen Algorithmen ergibt sich dass die N chster Nachbar Methode im Vergleich zu den anderen Klassifikationsalgorithmen eine h here Genauigkeit und verh ltnism ig hohe Effizienz besitzt 143 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung 7 2 5 Analyse des Bewegungserkennungsprozesses Das WEKA Data Mining Werkzeug bietet ein Java Develop Paket WEKA wird mit unserem HSB verbunden um die in WEKA integrierte N chster Nachbar Methode zu verwenden womit das Verhalten und der Zustand des Patienten in Echtzeit analysiert und differenziert werden sollen Der Prozess der Bewegungserkennung verl uft wie in Abbildung 7 8 zu sehen Extraktion der Merkmale der 1 N chster Nachbar gt Beschleunigungssensordaten Klassifikation d Klassifizierung Training der Sampledaten H Bewegungsstatus Speichern Abbildung 7 8Prozess der Bewegungserkennung Zun chst muss ein Training Sample beschafft werden Das im oberen Abschnitt im IPM MC getestete Training Sample wird in das Monitoring System berf hrt und in trainfile arff benannt Damit der Klassifikator das Training Sample lesen kann muss der Dateifluss von trainfile arff im WEKA Dateifl
38. bei einem 2 kanaligen EEG 256HZ das ber 24 Stunden ausgezeichnet wird fallen f r einen Patienten mehrere Millionen Daten 256 2 60 60 13 1 Einleitung 24 an und diese Daten sind oft dynamisch und semistrukturiert Dies beinhaltet auch eine sehr hohe Anforderung an die technische Auslegung der Monitoring Server Systeme In dieser Arbeit wurde ein Mobile Health mHealth Systementwickelt das konsequent auf tragbaren Sensoren basiert Um die oben genannten Probleme zu l sen wurde im Rahmen dieses Systems ein SOA Service Oriented Architecture basiertes offenes Telemonitoring Framework SOTH konzipiert und eingesetzt SOTH verwendet den SOA Ansatz zur Erzeugung eines strukturellen Rahmens f r Ingenieure und Softwareentwickler um ihnen Hilfestellungen bei der Entwicklung von Komponenten einer Mobile Health Plattform zu geben In dieser Plattform werden die medizinischenDiensteinheiten als das Ergebnis der Kombination von verschiedenen abstrakten Ebenen betrachtet was zur losenKopplung der medizinischen Leistungen und zur Verbesserung der Interoperabilit t zwischen den Software Dienst Modulen f hrt In den mobile clients MC wurde eine Middlewarekonzipiert um verschiedene Nahbereich Kommunikationstechnologien zu unterst tzen Die Middleware erfasst die aktuelle interne und externe Rechnerumgebung des Ger ts und gibt diese Informationen an den oberen Anwendungs Layer ber eine einheitliche Schnittstelle weiter Auf
39. ckzuf hren ist Eine entsprechende Optimierung der Datenbankkonfigurationen wurde dabei nicht ber cksichtigt In den folgenden Abbildungen sind die Prozessorzeiten des Serversystems ohne Abbildung 8 2 und mit fortlaufender Datenbankabfrage Abbildung 8 3 sowie die des Kommunikationsservers Abbildung 8 4 bis zur Auslastung dargestellt Die Teilbelastung des Prozessors durch den Kommunikationsserver zeigte keine Abh ngigkeit von den Datenbankabfragen Au erdem konnte aufgrund der geringen Aufl sung bei niedriger Client Anzahl kaum eine Ver nderung in der genutzten Prozessorzeit festgestellt werden 1 Client 2 Clients 4 Clients 15 6 Clients 10 8 Clients 10 Clients Prozessorzeit in 1000ms 800ms 600ms 500ms 400ms 300ms 200ms 150ms 100ms 50ms 25ms Sendeintervall Abbildung 8 3Prozessorzeiten des gesamten Serversystems bei verschiedenen Belastungen mit fortlaufender Datenbankabfrage 148 8Evaluierung und Anwendung Die Teilbelastung des Prozessors ber den Kommunikationsserver stellte keine Abh ngigkeit von den Abfragen der Datenbank dar Zudem erfolgt auch die Registration der Wartezeiten zwischen der Best tigung eines Datensatzes und dem Versand sowie den erfolgten Verarbeitungs und bertragungsfehlern Hierbei wird das Erscheinen von Fehlern als geeigneter Indikator um die Auslastungsgrenze einzusch tzen angesehen Meistens waren die Daten nach einer gewissen Datenmenge nicht
40. createDB wird eine SQL Anfrage durchgef hrt mit der Methode onUpgrade wird die Tabelle aktualisiert Beispielsweise kann die Tabelle ber die Methode createDB wie folgt gehandhabt werden private SOLiteDatabase openDatabase try ien pachk exists Uh A path mkdirs aie Vic peel sie A try f createNewFile catch IOException e e printStackTrace if database null returndatabase 82 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients database SQLiteDatabase openOrCreateDatabase f null returndatabase catch Exception e System out println e getMessage returnnull publicstaticvoid createDB try System out println create a database if isTableExist daten database execSQL create table daten id INT KENSENUTOTNGREMENT Wioherswersibielablinle sel wrelicelayelte 210 earls EE al tee varena Sl dee Eelere DI eener varehar Re Ee EE EI RS Te Lf la sRablekscist erinkercvalaaten 4 database execSQL create table rrintervaldaten id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT untersuchung id varchar 20 time varchar 50 Erinteryal varchar 50 belastung varchar 50 subject varchar 50 if isTablekxist subject database execSQL create table subject id INTEGER PRIMARY KEY AUTOTNEREMENT subject ad varchar 20 study id veramen 20 Sieuichy Uinaemie 1e verehen 50 S7 if isTablekxist belastung database
41. die Atemfrequenz gro e Differenzen zwischen den unterschiedlichen T tigkeiten 154 8Evaluierung und Anwendung Im Laufe der Untersuchungen waren unterschiedliche Effekte zum Handling des mobilen Rechnersystems zu ermitteln Sie lie en sich durch entsprechende Ma nahmen entfernen oder in ihrem Ausma begrenzen Diesbez glich wurden zum Beispiel nicht gebrauchte Buttons nach M glichkeit nicht aktiviert um eine unabsichtliche Bet tigung und die hiermit verkn pfte Aktivierung anderer Anwendungen bzw die nicht gewollte Best tigung von Eingaben zu vermeiden Zudem war eine mangelnde Alarmierung des Probanden bei unabsichtlichem Liegenlassen des Rechnersystems zu ermitteln Jedoch lie sich als entgegenwirkende Ma nahme an der Stelle lediglich eine Alarmierung mittels des vergessenen mobilen Rechnersystems verwirklichen Dies gen gt jedoch unter gewissen Bedingungen nicht Die geeignetere Alarmierung ber das Sensorsystem kann durch die komplizierte Detektion eines nicht gewollten Abbruchs mit hohen Kosten durch den Produzenten des Sensormoduls erreicht werden 22 005 20 00 18 007 16 00 Atemfrequenz mean 14 004 45 12 004 e T T T T T T Lab sitzend Computerarbeit Messung Vorbereitung Labstehend Vorbereitung sitzend stehend Abbildung 8 9Einfluss unterschiedlicher T tigkeiten sitzend und stehend auf die Atemfrequenz Die Einschr nkungen in Hinblick auf die kleinen Akkulaufzeiten der mobilen Re
42. die Behandlung des Patienten enorm vereinfacht sowie das Informationsmanagement 47 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung modernisiert und die Arbeitseffizienz des Krankenhauses gesteigert werden Dar ber hinaus kann das Telemonitoring System auf das Personal abgelegener Krankenh user und anderer medizinischer Einrichtungen ausgeweitet und so jederzeit die notwendige medizinische Behandlung gebotenwerden Des Weiteren ist es m glich wenn erforderlich Fernkonsultationen vorzunehmen Abbildung 2 4 berwachung der physiologischer Daten in Echtzeit 59 Die Anwendung von drahtlosen Sensornetzen im Gesundheitsbereich beinhaltet im Wesentlichen berwachung von Kranken Diagnose Verwaltung der Medikamente des Krankenhauses Beobachtung von Sch dlingen und kranken Tieren sowie Fern berwachung von physiologischen Daten Mittels der Verbindung drahtloser Kommunikationsmedien werden physiologische Daten an eine medizinische Datenbank bermittelt und den Kranken Freiheiten verschafft gleichzeitig ist eine berwachung der Daten in Echtzeit m glich Abbildung 2 4 Bei der medizinischen Behandlung und berwachung ist die Vollst ndigkeit und Sicherheit individueller medizinischer Daten ein wesentlicher zu ber cksichtigender Faktor Diese Arbeit er rtert einen Sicherheitsrahmen f r ein medizinisches Informationssystem und betrachtet eventuelle Behinderungen von Signalen oder einen m glichen Denial of Service einer
43. einem Krankenhaus oft eine gro e Anzahl von heterogenen autonomen verteilten medizinischen Bildgebungsger ten Datenbanken Informationssystemen und wissensbasierten Anwendungen etc von verschiedenen Unternehmen und dadurch wird die Interoperabilit t von heterogenenmedizinischen Systemen immer wichtiger Mit der Interoperabilit t im medizinischen Bereich sind die genaue effiziente und konsistente Kommunikation und der Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Informationssystemen und Anwendungssoftwares gemeint Dabei k nnen die ausgetauschten Informationen richtig 27 1 Einleitung eingesetzt werden Die Verbesserung der Interoperabilit t des Informationssystems f hrt zur Minimierung der Gesundheitskosten Dar ber hinaus erhalten die Patienten eine zeitnahe und wirksame medizinische Dienstleistung Die oben genannten Aspektef hren dazu dass das Feld der mHealth Dienstleistungen spezielle Anforderungen hat und vom Umfang her extrem gro ist Dies erfordert einen ganzheitlichen Plan der die Informationstechnik der Systeme f rdert In der Implementierungsphase m ssen die Business Anforderungen und die funktionalen Anforderungen noch genauer umgesetzt werden Zudem muss im Entwurfsprozess des Systems stets ganzheitlich vorgegangen werden um eine bessere Interoperabilit t zwischen den Systemen zu erreichen 1 5 Gliederung der Arbeit Auf Basis der Eigenschaften des Telemonitorings besonders des mHealth Systems zeigt die
44. entspricht einer Datenrate von 1 83 3 Datens tzen pro Sekunde Um die Prozessorzeiten zu messen wurden die Microsoft Management Console 156 Gesamtauslastung der CPU und der Process Explorer 157Jeingesetzt Dieser macht die getrennte Messung der Auslastung des Kommunikationsservers m glich Der Nachteil bei der Anwendung des Process Explorers besteht darin dass er die Prozessorauslastung gering aufl st sie wird lediglich in 0 81 Schritten ausgegeben 147 8Evaluierung und Anwendung 1 Client 2 Clients 10 4 Clients 6 Clients 8 Clients 10 Clients Prozessorzeit in SSS SSS gt R 7 1000ms 800ms 600ms 500ms 400ms 300ms 200ms 150ms 100ms 50ms 25ms Sendeintervall Abbildung 8 2Prozessorzeiten des gesamten Serversystems bei verschiedenen Belastungen keine fortlaufende Datenbankabfrage 8 1 2 Ergebnisse der Untersuchung Wie zu erwarten war zeigte sich durch eine h here Belastung des Kommunikationsservers h here Datenraten bzw Anzahl bertragender Clients auch eine entsprechend h here Auslastung der CPU Dabei verh lt sich die Gesamtlast des Serversystems mit und ohne Datenbankabfrage mit einer entsprechenden Differenz ann hernd proportional zur Last des Kommunikations Servers Teil der Gesamtlast Es zeigte sich besonders bei der Gesamtlast mit zus tzlicher Datenbankabfrage eine starke Steigerung der CPU Auslastung was auf dieMySOL Datenbankanwendung zur
45. gt lt service gt 4 Die Message wird an den DatenManagerService weitergeleitet und der Empfang und die Abspeicherung der Messdaten werden gestartet Das String Format wird in das vom Datenmanagement Modul verwendbare sql Format umgewandelt lt servicename DatenManagerService gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path DatenManagerRouter transformer refs NameStringT oChatString responseTransformer refs ChatStringToString synchronous true gt lt inbound gt lt componentclass org hsb mhealth DatenManagerService DatenManagerServicelmpl gt lt outbound gt Durch die bermittelten Informationen erh lt der DatenManagerService die Parameter und untersucht ob die Werte der Norm entsprechen Sind sie korrekt so werden die Daten abgespeichert und der Datenanzeige Service gestartet lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path LiveViewServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype org hsb mhealth hello NameString gt lt filtering router gt Weichen die Daten von der Norm ab so wird der Warn Service gestartet lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path AlarmServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype java lang Exception gt lt filtering router gt lt outbound gt lt service gt 5 Die Message wird an das LiveViewService Modul weitergeleitet und die Daten ausgelesen Auf einer HTTP Seite werden
46. m glich parallel den Gesundheitszustand mehrerer Patienten zu berwachen und auf etwaige im Netzwerk auftretende Ereignisse schnell zu reagieren Das Netzwerkkommunikationsmodul garantiert die Zuverl ssigkeit der drahtlosen Kommunikation Wenn das IPM MC eine Daten bertragung durchf hrt wird eine TCP Socket Verbindung zwischen IPM MC und mHealth Server erstellt Um mit dem zentralen Monitoring Zentrum eine Netzwerkverbindung aufzubauen ist zun chst eine Authentifizierung n tig danach wird eine Anfrage gesendet und auf Antwort des Monitoring Zentrums gewartet Sofern eine Zugriffserlaubnis SOK empfangen wird wird mit dem Upload der Patientendaten begonnen Wird eine Zugriffsverweigerung SNO empfangen wird der Prozess abgebrochen und in den n chsten Informationsloop bergegangen Wenn sich der Patient 79 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients aus dem Netzwerk ausloggen muss wird dem Monitoring Zentrum eine Logout Information CQT gesendet und danach die Socket Schnittstelle geschlossen Es wird ein Informationsloop gestartet und auf den n chsten Start des Netzwerks gewartet Das Funktionsverlaufsdiagramm ist Abbildung 4 14 zu entnehmen Untersuchung Starten Y Tep Socket Verbindung Einrichten Und Listening die daten vom Client z Datenpaket Empfangen Ja Y i Nein Datenpaket Erneutes Datenpaket Validieren Ja MEN KEN In der Datenbank Daten
47. mit Hilfe einer Plattform as a Service PaaS 165 umgesetzt und eingesetzt werden Au erdem nutzt es anderen Gesundheitseinrichtungen um Dienste ber eine Software als ein Service SaaS 166 ohne Investitionen f r Hardware oder Softwarelizenzen in Anspruch zu nehmen Die Entwicklung solcher Systeme hat auch den Vorteil dass verschiedene Programmiersprachen und verschiedene Arten von Ger ten verwendet werden k nnen und einfach miteinander verbunden sind Es bietet eine hohe Flexibilit t in Bezug auf Programmiersprachen und Ger te jedoch mit dem Nachteil der Heterogenit t die h ufig zu mehr Komplexit t f hrt Das IPM mHealth System wird in aktuellen arbeitsmedizinischen Untersuchungen f r eine psychomentale Beanspruchung bereits erfolgreich eingesetzt Die Probanden waren hierzu mit dem Erfassungssystem ausgestattet Dies macht es dem Untersuchungsf hrer m glich standortunabh ngig den Untersuchungsverlauf zu berwachen In Zukunft werden folgende Forschungspunkte zu ber cksichtigen sein 1 Tragbares Design mit geringem Energieverbrauch Das Sensor System sollte miniaturisiert werden um ein l ckenloses Design zu realisieren die Probleme wie Instabilit t der Signale geringe Bequemlichkeit und kurze Lebensspanne sollten gel st werden 2 Weitere Optimierung des Systems Das ausgereifte Bluetooth 4 0 167 Chip sollte die Bluetooth 2 1 Technologie ersetzen der Server der Datenbank und die Funktion zur Daten Li
48. on Information Technology in Biomedicine 13 6 art no 4757292 pp 946 954 Anacleto R Figueiredo L Almeida A Novais P Server to Mobile Device Communication A Case Study 2013 Advances in Intelligent Systems and Computing 219 pp 79 86 Chen D Han X Wang W Use of SQLite on embedded system 2010 Proceedings 2010 International Conference on Intelligent Computing and Cognitive Informatics ICICCI 2010 art no 5565996 pp 210 213 Papazoglou M P Van Den Heuvel W J Service oriented architectures Approaches technologies and research issues 2007 VLDB Journal 16 3 pp 389 415 Wang M G Mao Y J Li W The application of telemedicine technology 2014 Lecture Notes in Electrical Engineering 269 LNEE pp 3261 3268 Benharref A Serhani M A Novel cloud and SOA based framework for E health monitoring using wireless biosensors 2014 IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics 18 1 art no 6515329 pp 46 55 Chen L C Chen C W Weng Y C Shang R J Yu H C Chung Y Lai F An information technology framework for strengthening telehealthcare service delivery 2012 Telemedicine and e Health 18 8 pp 596 603 Abousharkh M Mouftah H Service oriented architecture based framework for WBAN enabled patient monitoring system 2011 Proceedings of the 2nd Kuwait Conference on e Services and e Systems KCESS 11 art no 18 K stner C Apel S Kuhlemann M G
49. outbound endpoint path systemErrorHandler gt lt default service exception strategy gt lt service gt 2 Die Message wird an das IdentificationService Modul weitergeleitet und der vom Client gesendete Benutzername und das Passwort werden berpr ft lt servicename IdentificationServie gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path IdentificationServieRouter transformer refs NameStringTo ChatString responseTransformer refs ChatStringToString synchronous true gt lt inbound gt lt componentclass org hsb mhealth IdentificationServie IdentificationServielmp gt lt outbound gt 129 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems ber das bermitteln der empfangenen Informationen erh lt der IdentificationService die Parameter und f hrt eine Identit ts berpr fung durch Die vom Bus an den IdentificationService bermittelten Typen werden beurteilt und falls die berpr fung bestanden ist wird mit dem Empfang der vom Client gesendeten Daten begonnen und die Daten in dem vom Bus bermittelten n chsten Modul abgespeichert lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path StudyManagerServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedType org hsb mhealth hello NameString gt lt filtering router gt Andernfalls wird der Warn Service gestartet lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path AlarmServiceRouter synchronous true gt
50. richtig in die Datenbankeinzutragen und verursachten somit entsprechende Fehlermeldungen bei s mtlichen Clients Jedoch entstanden fehlende Empfangsbest tigungen welche normalerweise durch nochmalige bertragungen ausgeglichen und damit wie bliche bertragungsfehler ohne Probleme zu behandeln waren Gerade bei gr eren Belastungen herrscht eine gro e Proportionalit t bei der Erscheinung der mangelnden Best tigungen zwischen den Clients Das hei t solch ein Fehler bei einem Client f hrt normalerweise auch zu einem Fehler bei den anderen Clients Der Grund f r diese Wirkung sind erste Auslastungserscheinungen dieser wurde erst bei der berschreitung von 1 als Auslastungsgrenze eingesch tzt Die Wartezeiten zwischen der Best tigung des Datensatzes und dem Versand werden als nicht aufschlussreich angesehen Die Wartezeiten stellten Abh ngigkeiten von erscheinenden Fehlern sowie von ungewissen Einfl ssen dar Der Grund hierf r liegt in der unterschiedlichen Netzwerkbelastung Die Abh ngigkeit von den erscheinenden Fehlern ist hierbei mit der notwendigen Fehlerbehandlung ber das Simulationsprogramm verbunden Unter Ber cksichtigung der geschilderten Konditionen und Kriterien entstehen die u ersten Belastungsgrenzen aus der Untersuchung f r den Kommunikationsserver und die Datenbank auf dem angewendeten Serversystem Die Verh ltnisse zwischen Anzahl und Datenrate der transferierenden Clients f r die maximale Belastung sind in Abbild
51. setzen die Analyse f r Rohdaten des Sensors Equivitalum publicclass EquivitalDataPaser implements SensorDataParser private SensorData sd new SensorData Override publicint findNextAlignment byte buffer rose aos a OF 3 e Ice llemeicda ee if packetValid buffer i return i 75 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients return 1 Override publicbooleanvalidateFrame byte buffer int i int message buffer i amp OxFF int datal buffer i 1 amp OxFF ine data2 Surrez 2 amp II p boolean messageType message gt 95 amp amp message lt 127 boolean checkDatal datal gt 31 amp amp datal lt 96 boolean checkData2 data2 gt 31 amp amp data2 lt 96 if messageType amp amp checkDatal amp amp checkData2 returntrue else returnfalse Override publicsynchronized SensorData parseFrame byte readBuff int messageType readBuff 0 amp OxFF if messageType 114 if value null String hertratevalue hrd toString sd setHeartRate hertratevalue 3 Schnittstelleborientiert Entwurf Nachdem die konkrete Analyse Klasse vorhanden ist kann im n chsten Schritt das auf die Schnittstellen orientierteDesign realisiert werden Wie in Abbildung 4 12 zu erkennen z hlen sowohl der Datenparser f r den Wahoo Sensor als auch der Datenparser f r Equivital zur Subklasse der Datenparser Schnittst
52. solchen medizinischen Behandlungsumgebung genauer Die wesentlichen Anwendungsbereiche von drahtlosen Sensornetzwerken in medizinischen berwachungssystemen sind folgende 1 Entwicklung neuer Medikamente Am K rper des Patienten werden Sensoren zur berwachung von K rpertemperatur Atmung Blutdrucketc angebracht Der Arzt kann sich ber Telemonitoring ber den Zustand des Patienten informieren Die vom Sensornetz ber einen l ngeren Zeitraum gesammelten physiologischen Daten werden ausgewertet und 48 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung m glicherweise noch eine DNA Analyse vorgenommen Diese Daten sind f r die Entwicklung neuer Medikamente von gro er Wichtigkeit 2 berwachung lterer Patienten Interne Sensoren k nnen die T tigkeiten von lteren Menschen berwachen und so beispielsweise auf St rze aufmerksam machen Diese winzigen Sensoren erlauben den beobachteten Zielen einen h heren Grad an Freiheit und erm glichen dem Arzt anf ngliche Symptome zu bestimmen Gegen ber einem medizinischen Zentrum bleibt so der beobachteten Person ein h herer Grad an Lebensqualit t erhalten An der Harvard University wurde das Projekt Codeblue 60 gestartet bei welchem ein Sensornetzwerk mit Hardware und Software aufgebaut wird welches Patienten medizinische Betreuung in Echtzeit bietet Codeblue basiert auf medizinischen Sensoren und publish subscribe Routing und ist in der Lage medizinische b
53. survey on the state of the art and the 802 15 4 and ZigBee standards 2007 Computer Communications 30 7 pp 1655 1695 Yang L Giannakis G B Ultra wideband communications 2004 IEEE Signal Processing Magazine 21 6 pp 26 54 Zhang W Passow P Jovanov E Stoll R Thurow K A secure and scalable telemonitoring system using ultra low energy wireless sensor interface for long term monitoring in life science applications 2013 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering art no 6653979 pp 617 622 Varshney U Pervasive healthcare and wireless health monitoring 2007 Mobile Networks and Applications 12 2 3 pp 113 127 161 26 Bie 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Literaturverzeichnis Krishna S Boren S A Balas E A Healthcare via cell phones A systematic review 2009 Telemedicine and e Health 15 3 pp 231 240 Eysenbach G CONSORT EHEALTH Group CONSORT EHEALTH improving and standardizing evaluation reports of Web based and mobile health interventions 2011 Journal of medical Internet research 13 4 pp e126 Gerd S Grundlagen der Vermittlungstechnik R v Decker Heidelberg 1992 International Telecommunication Union http www itu int en Pages default aspx Telemedicine Alliance Project Telemedicine 2010 Visions for a personal medical network 2004 European Space Agency Brochure ESA BR 229 39 p
54. und die Leistung durch W nde hindurch ist sehr schwach besonders im Fall von Stahlbeton ist der Sendebereich ungen gend Dar ber hinaus ist der Preis eines Bluetooth Chips hoch woraus sich hohe Systemkosten ergeben was eine eingeschr nkte Verbreitung zur Folge hat Das Auftauchen der Bluetooth Technologie hat drahtlose Kommunikation im Nahbereich erm glicht aber Eigenschaften wie das verh ltnism ig komplizierte Protokoll und der relativ hohe Stromverbrauch machen sie ungeeignet f r Haushaltsnetzwerke welche geringe Kosten und einen geringen Stromverbrauch ben tigen 43 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung 2 3 3 3 ZigBee ZigBee ist eine Drahtlosnetzwerk Technologie f r den Nahbereich mit geringer Komplexit t niedrigem Stromverbrauch und geringen Kosten ZigBee basiert auf dem Standard IEEE802 15 4 60 und operiert haupts chlich auf dem lizenzfreien 2 4 GHz Band Die bertragungsgeschwindigkeit ist niedrig und betr gt auf dem 2 4 GHz Band 250 Kbps die bertragungsreichweite betr gt 10 75 m die klassische Entfernung betr gt 30 m Das ZigBee Netzwerk ist sehr flexibel und kann bis zu 254 Slave oder Master Ger te aufnehmen Technische Eigenschaften wie geringe Zeitverz gerung geringer Stromverbrauch niedriger Preis hohe Leistungsf higkeit Zuverl ssigkeit und Sicherheit er ffnen zahlreiche Einsatzm glichkeiten f r die ZigBee Technologie Obwohl ZigBee in der Konzeption von intelligentem Wohnrau
55. wird ein weitergehender berblick ber den derzeitigen Standard im Bereich der medizinischen Versorgung weltweit dargestellt In diesem Abschnittwerden die Standards im Bereich der medizinischen Versorgung nach Kommunikation System und Devices Interconnection medizinische Information und Daten management geordnet dagestellt siehe Tabelle 1 3 Tabelle 1 3 Standard Healthcare WANS Fcc47 CFR for Radio Transmitter Frequency allocations egeneral rules Kommunika Requirements Part 2 and requlations tion ETSI EN300674 FCC47 CFR Part 15 18 using radio frequency equipment and Kommunika and 95 systems tion ETS300339 ETS30068 EMC for radio and or specific Kommunika frequency radio Communication tion equipment IEEE802 11x IEEE802 15x ISO IEEE Using radio frequency equlpment Kommunika 11073X 73 ITU and system tion ETSI EN 302 195 1 ISO14708 general safety requirements of active System und implantable medical devices Devices ANSIC63 19 Compatibility between wireless System und devices and hearing aids Devices IEEE 1073 X ISO TR 16056 1 Communocation at the point of care Interconnect 1S0 TR16056 2 1SO TR and interoperability of TH systems ion 18307 ISO IEEE1 1073 30300 ISO and networks for Health 12052 HL7 informatics DICOM US Universal Healthcare Identifier UHID Classification and codes of basic Medizinische 25 1 Einleitung personal information including
56. 1 3Mobile Health Systeme Stand der Forschung und Technik Die Entwicklung des Telemonitorings ist derzeit noch unausgewogen Das Entwicklungsniveau in den USA und Europa ist viel h her als in anderen L ndern Schon sehr fr h haben sich europ ische L nder mit diesem Bereich besch ftigt und viel in die Entwicklung dieser Technik investiert Daher haben diese L nder bereits eine ausgereifte unterst tzende Technologie im Telemedizin System erreicht Die Hauptanwendungsbereiche umfassen derzeit noch Telemonitoring Telekonsultation Tele Therapie und Notdienst im Krieg Mehrere Subsysteme der Telemedizin weisen ein hohes Entwicklungsniveau auf 14 Beispielsweise sind das Krankenhausinformationssystem KIS die elektronische Patientenakte und das Picture Archiving and Communication System PACS sehr ausgereift Abbildung 1 3 Bild vom Radio doctor In Luxemburg wird das Satellitennetzwerkf r das medizinische e learningverwendet 15 Durch Satellitenkommunikation die ein effektives Kommunikationsmittel ist kann ein gro es Gebiet abgedeckt werden Durch diese Technik werden viele entlegene Gebieteerreicht was mit konventionellen Kommunikationsmitteln nicht einfach m glich ist Der Vorteil ist ein schneller Datentransfer der es erm glicht Telemedizinz B im fliegenden Flugzeugoder auch demfahrenden Schiff zu verwirklichen Der gr te Nachteil sind die hohen Kosten daher ist die Verbreitung der Technik sehr begrenzt Aus geographischen G
57. 25 a lt S 3 2 So a lt ER Yo S 53 Qa EJ EN ei 9 50 gt E A 2 SZ 6 3g 8 8 3 a oY on e C a 2 28 S PN a SS S e S 5 5 D a 8 a g Abbildung 7 5Verlauf der Bewegungserkennung 136 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung 7 2 Entwurf des Bewegungserkennungsalgorithmus Der grundlegende Verlauf der Bewegungserkennung ist folgender 1 Zun chst werden Beschleunigungssensordaten eingeholt und gegl ttet 2 Danach werden spezifische Sensorwerte innerhalb eines definierten Zeitfensters extrahiert Mittelwert Maximalwert Standardabweichung etc 3 Das WEKA Werkzeug wird verwendet um die Messdaten unter den verschiedenen Zust nden zu klassifizieren 150 4 Zuletzt wird mit dem N chsten Nachbar Algorithmus die Bewegungserkennung des Patienten vervollst ndigt siehe Abbildung 7 5 7 2 1 Erfassung der Beschleunigungssensordaten ber den Aufruf der im IPM MC angebotenen Sensorkommunikationsmodule k nnen die Rohdaten der Equivital Beschleunigungssensoren erfasst werden Es wird eine eigene Klasse Sensor EventListener Accelerometer eingerichtet Diese Klasse erbt die Klasse SensorEventListener von Android API Die Klasse SensorEventListenerAccelerometer bietet folgende Funktionen Registrierung von Sensor Services Widerrufen von Sensor Services nderung von Sensordaten und nderung der Genauigkeit des Sensors Der Aufrufprozess entsprich
58. 8 Dahlman E Beming P Knutsson J Ovesj F Persson M Roobol C WCDMA The radio interface for future mobile multimedia communications 1998 IEEE Transactions on Vehicular Technology 47 4 pp 1105 1118 164 67 68 69 70 71 12 73 74 75 76 TR 78 79 80 81 82 Literaturverzeichnis Dolin R H Alschuler L Boyer S Beebe C Behlen F M Biron P V Shabo A HL7 clinical document architecture release 2 2006 Journal of the American Medical Informatics Association 13 1 pp 30 39 Potlapally N R Ravi S Raghunathan A Jha N K Analyzing the Energy Consumption of Security Protocols 2003 Proceedings of the International Symposium on Low Power Electronics and Design pp 30 35 Jha A K Desroches C M Campbell E G Donelan K Rao S R Ferris T G Shields A Rosenbaum S Blumenthal D Use of electronic health records in U S Hospitals 2009 New England Journal of Medicine 360 16 pp 1628 1638 Neubert S Behrendt S Rieger A Weippert M Kumar M Stoll R Echtzeit Telemonitoring System in der Pr ventivmedizin In Duesberg F Hrsg E Health 2012 Informationstechnologien und Telematik im Gesundheitswesen Medical Future Verlag Solingen 2011 pp 249 252 Http developer android com 2014 Park G Y Yun J H Choi Y L Kim J W Development of android application for wireless control of omnidirectiona
59. 963 7349 8091 30038 212 78159 HR_HRV 1 139 133 9034 18 64351 1 47791 2 1382 120 5042 15 35289 40379 LF HF 1 139 4 7510 3 44489 27319 2 1382 3 7308 3 66393 09629 Die Untersuchung der Methodik des eingesetzten Systems ist eines der Hauptziele der Untersuchungsreihe Die Untersuchungsperiode wurde als repr sentativ angesehen 78 der Probanden war dieser Meinung siehe Abbildung 8 7 Die Messung der Herzschlagfrequenz durch einen Brustgurt wurde in der Nachtphase als negativ betrachtet vereinzelt entstanden wegen der Messmethode Messfehler oder Unterbrechungen der Aufzeichnung Die Angaben in Bezug auf die Frequenz der Erhebung der Frageb gen weisen keinen deutlichen Trend auf Die Selbstprotokollierung verursachte eine zunehmende Selbstbeobachtung bei subjektiv nicht beeinflusstem Verhalten 5 4 2 v lig 6 Bewertung Abbildung 8 7H ufigkeitsverteilung der Antworten auf die Frage Waren die vergangenen 24 Stunden repr sentativ f r Sie 153 8Evaluierung und Anwendung Zusammenfassend gelten das Untersuchungsinventar und das angewendete System als geeignet f r Langzeituntersuchungen unter Feldbedingungen Die Probandenr ckmeldungen weiseneine gute Verwendbarkeit und niedrige Kreativit t auf Besonders die integrierte Datenanalyse und die Datenaufbereitung galten als positiv 8 2 2 Beanspruchung von Chemikern technischen Assistenten und Biologen des Center for Life Science Automation Celisca
60. Anschlie end wurde die zweite Untersuchung durchgef hrt Dabei wurde die Beanspruchung von technischen Assistenten Chemikern und Biologen des Zentrum for LifeScience Automation celisca untersucht 164 Hierf r wurde das mHealth System von den Proban den eine Arbeitswoche lang getragen und zwart glich 8 bis 9 Stunden um die physiologischen Parameter und das subjektive Beanspruchungsempfinden aufzuzeichnen Hierbei arbeiteten die Probanden an einem bestimmten Standort teilweise waren sie geb ude bergreifend t tig Der Fokus dieser Testphase bestand darin die Stabilit t des Systems bei der nicht ortsabh ngigen Beaufsichtigung der Probandendaten zu pr fen Die hierbei entstehende Fehlerquote bei dem Transfer war kleiner als 0 08 Sie war durch einen erneuten Transfer des Datensatzes zu berichtigen In Abbildung 8 8ist die Online Visualisierung mit den Beispieldaten eines Probanden durch den Arbeitstag mit den richtigen Belastungskategorien dargestellt D Abbildung 8 8Online Visualisierung mit den Beispieldaten eines Probanden im Verlauf eines Arbeitstages mit den richtigen Belastungskategorien Bei diesen Untersuchungen beeinflusst die physische Komponente den Probanden zus tzlich zu der psychomentalen und der emotionalen Komponente In Abbildung 8 9 wird zum Beispiel die Beziehung der k rperlichen Belastung zur Atemfrequenz gezeigt Wegen der unterschiedlichen T tigkeiten und der verwendeten Muskelarbeit zeigt
61. D reading sequence no Secondary ECG2 c Belt Sensor Respiration f Accelerometer Vertical Axis reading see below for to milli g Accelerometer Lateral Axis l reading elerometer Longitudinal Axis w 0 bit raw A D reading Skin Temperature Jt calibrated value in 0 1 C ie 0 to 204 7 C Impedance Respiration 10 bit raw A D reading R R Interval r 9 bit value in 1 256 s units i e 0 000 to 1 996 sec sequence number see 3 4 below Summary Disclosure Outputs Belt Respiration Rate U 2 bit value in 0 1 bpm ie 0 0 to 409 5 bpm Heart Rate h 2 bit value in 0 1 bpm ie 0 0 to 409 5 bpm Impedance Respiration Rate j 2 bit value in 0 1 bpm ie 0 0 to 409 5 bpm EDR Respiration Rate d 2 bit value in 0 1 bpm Abbildung 4 10 Daten bertragungsprotokoll f r den Mutisensor EQ01 Hidalgo Coambidge UK 97 Byte Description Length Value Units Rollover 0 Data Page Number 1 Byte Data Page Number N A N A 1 Reserved 1 Byte Value OxFF N A N A 2 Reserved 1 Byte Value OxFF N A N A Measure of strides accumulated in time Strides per 3 Cadence Integer 1 Byte 256 gt nt Set to 0x00 when unused Minute 1 16 Cadence Upper4 Fractional cadence S A Strides per N A Fractional bits Set to 0x00 when unused Minute Instantaneous speed Is intended to be appropriately Instantaneous Lower 4 filtered by the SDM such that the receiving unit can 4 m s N A Speed Integer bits directly dis
62. EKG Zeichner im IPM MC verwendet die drawline Methode von Canvas in der Android 2D Bibliothek Diese Methode wird von der Methode handleMessage des Handlers aufgerufen Nachdem die Daten in einen 256 Byte Puffer geschrieben wurde gibt drawline diese in einer Zeichenoberfl che mit der Gr e 1000 256 aus Durch das berschreiben der alten Datenbl cke mit neu gesammelten Datenbl cken wird die Wirkung einer sich bewegenden EKG Zeichnung erzielt Siehe Abbildung 4 13 78 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients ae t e MHealthClient Abbildung 4 13EKG Diagramm vom IPM MC 4 5 Netzwerkkommunikationsmodul Nach der Darstellung der Daten ist der n chste Schritt die bermittlung der physiologischen Parameter vom IPM MC an das Telemonitoring Zentrum zur Abspeicherung Das Netzwerk Kommunikationsmodul ist ein besonders wichtiger Teil im Entwurf des IPM MC denn das Netzwerkkommunikationsmodul macht eine Echtzeit bermittlung der physiologischen Parameter des Patienten an das zentrale Monitoring Zentrum m glich und das gesamte mHealth Client Server System zu einer organischen Einheit Die Hauptaufgabe des Netzwerkkommunikationsmoduls ist die drahtlose Kommunikation mittels GPRS UMTS WIFI 101 GPRS verf gt theoretisch ber eine maximale Download Geschwindigkeit von 85 6 kbps und eine maximale Upload Geschwindigkeit von 42 8 kbps und die bermittlung der Daten an das IPM Server Hierdurch ist es dem Monitoring Zentrum
63. Eine offene Mobile Health Plattform zur Erfassung und Verarbeitung von physiologischen Parametern in der Pr ventivmedizin Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor Ingenieur Dr Ing der Fakult t f r Informatik und Elektrotechnik der Universit t Rostock F p A CRA ZIN AN bere GEHT Gop X RA N vorgelegt von Dipl Inf Weiping Zhang geb am 21 02 1982 in Shanghai Rostock April 2014 urn nbn de gbv 28 diss2014 0182 8 1 Gutachter Prof Dr med habil Regina Stoll Institut f r Pr ventivmedizin Universit tsklinikum Rostock 2 Gutachter Prof Dr Ing habil Kerstin Thurow Institut f r Automatisierungstechnik Universit t Rostock 3 Gutachter Prof Dr Karen Frith College of Nursing University of Alabama in Huntsville Verteidigungsdatum 01 09 2014 Danksagung Mein herzlicher Dank gilt Frau Prof Dr med habil Regina Stoll die mir an ihrem Institut dieM glichkeit einer interdisziplin ren Dissertation einr umte und die mir jederzeit mit Rat und Tat zur Seite gestanden hat Ebenso m chte ich mich bei Frau Prof Dr Ing habil Kerstin Thurow und Herrn Prof Dr Ing Norbert Stoll f r die Vermittlung die Themenvergabe und die hilfreiche Unterst tzung insbesondere in der Anfangs und der Endphase meiner Arbeit bedanken Weiterhin danke ich auch dem gesamten Team des Instituts f r Pr ventivmedizin f r die gew hrte Unterst tzung wobe
64. Einige Technologien der Umsetzung sind bereits enthalten mittels des FTP des VPN HTTP HTTPS oder TCP SOCKET etc k nnen sie f r die bertragung der Daten verwendet werden 68 Jede Methode hat ihre eigenen Vor und Nachteile Die konkreten Umsetzungsmethoden werden in Kapital 6 detailliert analysiert Telekommunikation TEC Monitoring Zentrum Abbildung 3 3 Fernverbindung zwischen Patientenger ten und dem Monitoring Zentrum 3 2 3 Datenschnittstelle Bei der Krankenbetreuung zuhause m ssen medizinische Dienstleistungen stets mit der Datenanalyse und dem Gesundheitszustand des Patienten koordiniert werden Spezifisch autorisierte medizinische Fachkr fte k nnen auf die Daten des Patienten in der medizinischen Datenbank zugreifen und den Gesundheitszustand des Patienten einsehen Die medizinischen Analysemodule wandeln diese Daten in verst ndlichere Informationen um und bieten eine notwendige Basis f r die Diagnose Dabei muss gesichert werden dass diese Anwendungen stets ungehindert und reibungslos mit dem Server verbunden sind und die vom berwachungszentrum gebotenen verschiedenen Dienste z B Datenabfrage Sicherheit etc anfragen k nnen ber das Protokoll m ssen entsprechend der festgelegten offenen Standards auch strikte Sicherheits Prozesse implementiert werden 3 3 Entwurf der Schnittstellenfunktionen zwischen den Systemmodulen Ein Telemonitoring Prozess Aktion besteht aus einer Sequenz von separaten kleinen logi
65. Entsprechend der Aufgabe des mHealth Systems und der funktionalen Teilung muss das Echtzeit Taskmodul drei Funktionen erf llen 1 Der erste Schritt ist die Errichtung einer drahtlosen Verbindung mit dem Sensor 2 Danach erfolgt das Einholen in Echtzeit von Rohdaten welche die Sensoren erfassen 3 Zuletzt erfolgt eine Analyse der Rohdaten in Echtzeit der bytecode wird in die entsprechende Information konvertiert Da der Aufbau der drahtlosen Verbindung und die Datenerfassung nacheinander erfolgen m ssen diese beiden Schritte im selben Thread zustande gebracht werden Daher werden die drei Schritte des Echtzeit Taskmoduls in zwei Threads aufgeteilt Ein Thread ist der Echtzeit Datenerfassung gewidmet der andere der Echtzeit Analyse Nach dem Aufbau der drahtlosen Verbindung zum Sensor liest der IPM MC best ndig die gesammelten Signaldaten Diese Daten m ssen 70 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients notwendigerweise gleichzeitig und parallel vom anderen Prozess bearbeitet werden da sie ansonsten von den sp teren Daten berschrieben w rden was zu Datenverlusten f hren w rde Daher muss die Thread Technologie 91 verwendet werden um einen Echtzeit Prozess zu ffnen welcher speziell diese Daten analysiert Die Arbeitsprozesse der verschiedenen Threads des IPM MC sind in Abbildung 4 7 zu sehen Sobald der Medizinische Untersuchungsprozess 92 begonnen wird muss der Patient zun chst eine Untersuchungsstudie
66. G LTE werden weltweit breit zur Netzwerkbildung eingesetzt Gem der Beschreibung in der Literatur 25 26 werden hier die Haupteigenschaften der das medizinische Sensornetzwerk betreffenden drahtlosen Kommunikationstechniken aufgef hrt siehe Tabelle 1 2 Tabelle 1 2 Eigenschaften der Wireless Technologien 9 135kHz 315 600kHz 12 5 20MHz 30 37 5MHz 402 405MHz Medical 402 405MHz Implant Communicatio 23 1 Einleitung n Service MICS EEE ee ae BAN PAN 125 106kbits s OOK ASK 134 2kHz 13 56M DECT PAN lt 50m 1 88 32 64 384kbits TDD TDMA TU Lem Ill Near Field BAN PAN 13 56MHz 106 212 424kb Communicatio its s n NFC IEEE802 15 1 PAN 2 4GHz 72Ikbits s750k FHSS TTT KK Eee II IEEE802 15 3a High rate PAN 2 4GHz gt 100Mbits OQPSK OF UWB ee N ec cla IEEE802 15 4 PAN 868MH2z 905MH 20kbits s 40kbi BPSK Zigbee TT II GT ee _ BANPAN Bluetoot IEEE802 15 6 BAN PAN gt IGbits s 1 IEEE802 15 11 WLAN lt 100m 6 54Mbits s OFDM WW a IEEE802 15 11 WLAN lt 100m 2 4GHz 1 2 5 5 11 DSSS CCK wifi b Mbits s IEEE802 15 11 WLAN 2 4GHz lt 22Mbits s OFDM Ku g IEEE802 16 x WLAN lt 50km 2 11GHz 0 5 30Mbits s OFDM WiBro IEEE802 20 WLAN 1 25 5GHz 08 3 2 4 16 For Mbits s mobile userspee d lt 250k m h Hiper LAN WLAN lt 150m 11 54 Mbits s 2 Hiper Acess WLAN lt 5km 11 43 5GHz 25 100Mbits s LOS PMP back bone acceee for GSM 1 3 4 Mobiles Computing Mit der Ent
67. HL7 Data processing P module D E gt Physiological del Management A S A parm gt Diagnostic parameters je EN and data des ay zen module Monitoring System Client Healthcare Monitoring System Medical Terminal Abbildung 3 1 Systemarchitektur des IPM mHealh Systems 3 1 1 MobilerErfassungsclient Das Projekt IPM mHealth umfasst ein Langzeit Telemonitoring welches es dem medizinischen Personal gestattet den Gesundheitszustand von Patientenaus der Entfernung zu kontrollieren Der mMobile Erfassungsclient wird beim Patienten eingerichtet er beinhaltet das in Kapitel 2 vorgestellte medizinische drahtlose Sensor Netzwerk und ein lokales Gateway Controller Unit meist dient das Smartphone als CU Diese beiden sind wechselseitig miteinander verbunden Die CU hat die Aufgabe medizinische Daten von Sensoren zu empfangen zu analysieren und ber GPRS 2G oder 3G Mobile Netzwerk die Daten auf den Zentralserver weiterzuleiten 66 Um das korrekte Einrichten und die korrekte Funktionsweise des Monitoring Systems zu garantieren muss das IT Personal amAnfang die grundlegende Einstellung f r die CU entsprechend der Sicherheitsstrategie und der 52 3 Anforderungsanalyse Bed rfnisse von Arzt und Patient einstellen Danach kann diese Konfiguration auch durch Synchronisieren mit dem Zentral Server System wieder aktualisiert werden 3 1 2Fern berwachungszentrale Die Aufgabe eines mHealth Servers umfasst welche physiologischen Parame
68. Informatics 103 pp 299 306 Carter J L Wegman M N Universal classes of hash functions 1979 Journal of Computer and System Sciences 18 2 pp 143 154 Trigo J D Martinez Espronceda M Eguzkiza A Serrano L An HTML5 based ECG viewer 2013 Computing in Cardiology 40 art no 6713543 pp 979 982 169 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 Literaturverzeichnis Valky G Lehocki F Modern approach in multiple patients ECG monitoring 2012 Proceedings IEEE EMBS International Conference on Biomedical and Health Informatics Global Grand Challenge of Health Informatics BHI 2012 art no 6211526 pp 131 134 De Ridder M Constantinescu L Bi L Jung Y H Kumar A Kim J Feng D D Fulham M A web based medical multimedia visualisation interface for personal health records 2013 Proceedings of CBMS 2013 26th IEEE International Symposium on Computer Based Medical Systems art no 6627787 pp 191 196 Moratilla J M Alonso Calvo R Molina Vaquero G Paraiso Medina S Perez Rey D Maojo V A data model based on semantically enhanced HL7 RIM for sharing patient data of breast cancer clinical trials 2013 Studies in Health Technology and Informatics 192 1 2 p 971 Liu J Sun Q Information processing based on SQLite for target tracking system 2013 Applied Mechanics and Materials 278 280 pp 2065 2068 Cruz
69. Information health und Daten Management ISO TS 18308 Supports using sharing and Medizinische exchanging Electronic health records Information across different health sectors und Daten countries and models of healthcare Management delivery 1 4 Standards f r den Datenaustausch im Gesundheitswesen Seit den 80er Jahren des 20 Jahrhundertsversuchen viele Forschungseinrichtungen und Unternehmen f r medizinische Systeme unter Ber cksichtigung von Sicherheit und Vertraulichkeit der Datenvon Patienten elektronische Patientenakten mit unterschiedlichen Funktionen an unterschiedlichen Orten leicht zug nglich zu machen Bis jetzt ist bereits viel erreicht worden und es gibt viele erfolgreiche Konzepte Im Folgendenwerden sieausgehend von zwei Aspekten n mlich Nachrichten und Gesch ftsanwendungen betrachtet und vorgestellt HL7 HealthLevel7 aus der Perspektive der Nachricht betrachtet kann die Entwicklung der Interoperabilit t auch in zwei Ebenen unterteilt werden Messagesebene und Dateisebene Die Verwendung einer international standardisierten Nachrichten Architektur verbessert die Lesbarkeit von ausgetauschten Nachrichten HL7 ist derzeit der am weitesten verbreitete Standard f r den Datenaustausch im medizinischen Bereich 35 DICOMstandardisiert den Austausch von medizinischem Imaging und den dazugeh rigen Daten sodass DICOM oft als Erg nzung zu HL7 Anwendungen dient Mehr und mehr medizinische Einrichtungen verwenden das e
70. Moduls 111 6 3 1 Kommunik tionsserver anliegen EAS PAALA iaa aani 112 6 3 2 Ben tzerverWdlt n EE 116 Inhaltsverzeichnis 6 3 3 Live Visuglisterunggemodu senretene rraren ire orare eaae a ara a So r roae eer ia ierste 119 G34Studien AMonggement 121 6 3 5 Datenmanagement niria a Ea EE a a a re ea lenken 123 6 3 5 1 Str kt r d r Datenbank iirinn n a a aa a 123 6 4 Implementierung der Services 125 6 4 1 HSB S rvice hteo One Ee ENEE u Dh sa 125 GA ZAnwendungeszenorlen 126 7 Entwurf derautomatisierten Aktivitatserkennung ccccccssssccccccssssceccssssceccecssseeseees 133 7 1 Vorstellung des Equivital Eq01 Multiparameter Sensors 133 7 1 1 ADXL330 3 Axis Accelerometer AA 134 7 1 2Dreiachsige Geschleunigungesensoren ssccccceceeeenesnscesecesssnsnsnassececesnsnesasassecsessesneasassessenees 135 7 2 Entwurf des Bewegungserkennungsaleorttbmus 137 7 2 1 Erfassung der Beschleunigungssensordaten sssscccccceseseensnscsececesessensssssesecssesneaasassessesees 137 7 2 2 Gl ttung der Beschleunigungssensordoten 138 7 2 3 Extraktion der Merkmale der Beschleunigungssensordoten en 139 7 2 4 Analyse des Klassifikationslernprozesses ccccsssssessssccecesessensaesesecesesnesnassesscssesnessassessesees 140 7 2 5 Analyse des BewegungserkennungsprozesseS ssessccccccessseessnsseesecessseesssassesscesessesasassessesees 144 SEvaluierung und Anwendung usssccisseeicsnauensssnan dE anerkennt une EES ESE EE 146 8 1 Aufbau und
71. Netzwerk Systeme und dem aktuellen Internet Session Protokoll zu erreichen und die nahtlose Abdeckung der medizinischen Versorgung zu realisieren Geringe Unterschiede bestehen zwischen der Kommunikations Tr gerschicht und dem OSI Modell Der Schwerpunkt liegt darauf Probleme wie physikalische Schicht Sicherungsschicht und Netzwerkschicht zu l sen Es muss darauf hingewiesen werden dass die in dieser Arbeit behandelten wichtigen Kommunikationstechniken sich auf die Kommunikations Tr gerschicht konzentrieren welche das Design des Routing Protokolls und Session Protokolls umfassen 2 3 Die Schl sseltechnologien des medizinischen drahtlosen Sensornetzes Im Fern berwachungssystem sind die Verwaltung der medizinischen Versorgung das Durchf hren von Krankheitsdiagnosen und die Arbeitsvorbereitung medizinischer Organisationen die wichtigsten Forschungsrichtungen Krankheitsdiagnosen schlie en die automatisierte Diagnose sowie die Erkennung und Klassifizierung von unterschiedlichen Krankheiten ein Die Verwaltung der medizinischen Versorgung bedeutet die Speicherung das Management und die Umwandlung der medizinischen Daten 46 Die Anwendung der drahtlosen Technologie in der medizinischen Versorgung kann nicht nur die Effizienz und Qualit t 47 der Versorgung erh hen sondern auch den Zeitaufwand und die Kosten der Patienten erheblich reduzieren womit die medizinischen Kosten der ganzen Gesellschaft reduziert werden In diesem Ab
72. S A 52 3 1 1 M bilerErfassungsclient uuassauenstmeunis nina beiinamnnin a 52 3 1 2Fern berw chungszentrale u ni aenessksslisenein hingehen 53 3 1 3 IPM Auswertungsmodule 00 sc ccccceseseessncccesecesesnessscesececssnsnenaeaeseescsseeeaaesssecesseneaasaessseceseseeaaes 53 3 2 Integration der Subsysteme cccccccccccesssesssseseeeceeecessesssaesececeesceesnseasececeesesesessasaeeeeess 54 3 2 1 Nahbereich Kommunikation des meolrb Cliente 54 3 2 2 Fernmeldeverbindun EE 55 EE Eeer eene E Ehe 56 3 3 Entwurf der Schnittstellenfunktionen zwischen den Systemmodulen sssssssssenssssssesseees 56 3 3 1 Schnittstelle zwischen Patient und Monitoring Center 57 3 3 2 Schnittstelle zwischen mHealth Client und mHealth Server 58 3 3 3 Schnittstelle zwischen Healthcare Monitoring Zentrum und den Auswertungsmodulen 59 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients cccssssccccssssseccccsssececeessscees 61 2 1 Aner Oia Plater aaa essen 61 4 1 1 Android Entwicklungstechoologle 62 4 2 Entwurf und Umsetzung des Ertfassungschents 63 4 2 1 e EE 63 4 2 2 Wesentliche Module des Criossungschente 65 AS Sensor Komm nikatio re een a rail 66 4 3 1 Drahtlose Verbindung von IPM MC ber Bluetooth 66 Inhaltsverzeichnis 4 3 2 Verbindung von IPM MC Uber ANITA 69 4 3 3 Echtzeit DatenerfassungsprozZeSS sssssscccccccssessessscesececssnsneaasaeseescsseenesasssseceseseeaassessceseseesaes 70 4 3 4 Echtzeit Analyse der S
73. S registriert und die Gesundheitsdaten des Nutzers m ssen abgespeichert sein 1 Der Nutzer verwendet Keytool um den eigenen public und private Key zu erzeugen 2 Der Nutzer bermittelt den public Key an den Identification Service stellt Informationen zur berpr fung zu Verf gung Nutzername und Passwort 3 Der Nutzer meldet sich beim Identification Service an und bermittelt den eigenen Nutzernamen und sein Passwort Das korrekte Passwort ist ber HASH Algorithmus 138 im Identification Service gespeichert Entsprechen sich beide so wird eine Session Nummer f r die Kommunikation zur ck bermittelt 4 Der Nutzer fragt beim Messdienst die Daten des Patienten an Der Dienst berpr ft die gebotene Kommunikation ruft den Speicher Module auf und bermittelt die angefragten Daten identifikationService Response Abbildung 6 12Klassediagrammder Identifikations Service 2 Implementierung Die grundlegende Funktion des Identification Service beinhaltet dass es anderen Diensten erm glicht wird festzustellen ob es sich um einen registrierten Nutzer und eine regul re Anmeldung handelt welche nicht gesperrt locked ist Das bedeutet ob eine Berechtigung f r die Benutzung des Accounts besteht Beispielsweise k nnte ein Nutzer einen Dienst einige Zeit nicht mehr ben tigen oder es k nnten administrative Probleme auftreten z B 117 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Abrechnungs
74. Sensorger te erm glicht und das Ziel der Erweiterbarkeit vom mHealth System erreicht In der Implementierungsphase des mHealth Zentral Systems IPM ZS wurde derHealthcare Service Bus HSB verwendet HSB bringt durch die Verkn pfung verschiedener Dienste und die Zusammenlegung von Systemen Daten Anwendungen und Prozessen ein flexibleres Design mit sich Dar ber hinaus nutzt diese Arbeit eine Kombination aus Softwaretechnik und Untersuchungsumgebung vom Institut f r Pr ventivmedizin der Universit t Rostock als Grundlage um eine telemedizinische Untersuchungsplattform mit hohem Verallgemeinerungsgrad in der arbeits und pr ventivmedizinischen Forschung zu entwerfen Bei der Datenauswertung wird beispielhaftein automatisierter Aktivit tsanalyse Algorithmus auf der Grundlage von Beschleunigungssensoren entwickelt Aktivit tsprofile k nnen einerseits eigenst ndig als Grundlage diagnostischer Aussagen dienen anderseits k nnen sie in Kombination mit anderen Messgr en deren 15 1 Einleitung Aussagekraft ma geblich erweitern Bewegungserkennung kann als Klassifizierungsproblem des maschinellen Lernens aufgefasst werden Die Nearest Neighbor Classification wird verwendet um die Messdaten unter den verschiedenen Zust nden zu klassifizieren und die Bewegungserkennung des Patienten zu vervollst ndigenund effektiv zu interpretieren 1 2 Technologien und Geschichte der Telemedizin In diesem Abschnitt werden basierend
75. StrongARM 4 128 National 1024 MAMPS SA 1100 Semiconduct or LMX3162 Crossbo Atmel ATmega 4 128 RFM 40 w MICA 128L TR1000 Crossbo Atmel ATmega 4 128 Chipon CC 40 w 128L 1000 MIC2DO T Crossbo Atmel ATmega 4 128 Chipon CC 38 4 w 128L 1000 MICA2 Crossbo Atmel ATmega 4 128 Chipon CC 250 w 128L 1000 MICAZ EYES Ne TIMP430F 149 2 60 RFM 57 6 dap TR1001 Tabelle 2 1 listet verschiedene Sensor Netzwerk Plattformen auf Nutzer k nnen nach ihren Bed rfnissen verschiedene Sensor Netzwerk Hardware gestalten Verschiedene Sensoren haben eine stark unterschiedliche Lebensdauer Bei Volumen und Kosten bestehen ebenfalls gro e Differenzen Tabelle 2 2 zeigt dass der Energieverbrauch einen signifikanten Unterschied zwischen den verschiedenen Arten von Sensorknoten aufweist Bei einem drahtlosen Sensornetzwerk verbrauchen die Datensendung und bertragung die meiste Energie Gew hnlich erh ht jeder Bestandteil des Sensorknotens durch die Reduktion der Datensendung den Lebenszyklus Normalerweise hat ein Sensorknoten nur einen Datenkanal Die haupts chliche Arbeitsfrequenz liegt auf den ISM B nden 53 zwischen 868MHz 433MHz und 2 4MHz Die ben tigte Energie zur bertragung von 1bit Daten entspricht der Energie die 1000 CPU Zyklusberechnungen verbrauchen Deshalb ist es sinnvoll durch die Reduktion der Daten bertragung die Lebensdauer des Netzwerks zu verl ngern 38 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgun
76. Time JourneyVersion Device PK Deviceld Task Manufact T janufactor MeasurementType PK taska 0 Fo Driver PK MeasurementTypeld Model EES Journeyld MeasurementTypeName MeasurementTypeld MeasurementTypeUnit Deviceld Periodicity StartDate EndDate Abbildung 6 18 Tabellenstruktur in der IPM ZS Datenbank Tabelle 6 2 Tabelle Measurement Field Type Description ID Index Measurement ID Type Index Measurement Type ID Patient ID Char 10 Patient ID Value Char 20 Measurement Vaule Time Datetime Read Time 3 Service Beschreibung f r HSB Module Service DataManagerService Resource Inbound Endpoint JDBC Outbound Endpoint SOAP Message String to Java Object Interface publicinterfaceDataManagerService publicvoid getConnection IoSession session publicvoidgetDBHelper IoSession session Object message publicvoid exceptionCaught IoSession session Throwable cause 6 4 Implementierung der Services 6 4 1 HSB Service Integration Im obigen Teil finden sich die Einzelheiten der Interaktion zwischen den verschiedenen Services im Mess Szenario Diese bieten jeweils verschiedene Schnittstellen wie JMS SOAP Webservice HL7 etc In diesem Abschnitt wird auf der Grundlage des Beispiels dieses 125 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Szenarios erl utert
77. Verwendung der Methoden getInputStream und getOutputStream Input und Output Daten ermittelt Danach werden ber die Methoden read byte und write byte Daten entweder gelesen oder geschrieben Hier muss aber beachtet werden dass der Datenfluss sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben 68 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients blockierenkann 88 Es muss deshalb ein unabh ngiger Arbeitsthread zur Verwaltung eingerichtet werden Der Inhalt des Echtzeit Datenverarbeitungsthreads wird im n chsten Abschnitt erl utert 4 3 2 Verbindung von IPM MC ber ANT Die Verbindung von IPM MC ber ANT ben tigt Unterst tzung durch die ANT Radio Service Library 89 In dieser API finden sich Bedienungsmethoden f r ANT Verbindungen Der Aufbau einer drahtlosen Verbindung ber ANT ist im Wesentlichen dieKonfiguration eines ANT Kanals mit IPM MC Abbildung 4 6 Etablieren eines ANT Kommunikationskanalszwischen Master und Slave Knoten Konfiguration eines ANTKanals Das ANT Protokoll stellt viele Befehle zur Verf gung Zur Etablierung eines ANT Kanals istes notwendig folgende Befehle zu transferieren e Assign Kanal e Set Kanal ID e Set Network Key e Set Kanal Search Timeout e Set Kanal RF Frequency e Set Kanal Period Essentiell fiir die erfolgreiche Konfiguration einer Verbindung ist jedoch nur der Assign Kanal Befehl welcher die Ubertragungsrichtung des Kanals definiert siehe Abbildung 4 6
78. able physiologisches berwachungsger t in Form eines Armbandes 20 Es kann die K rpertemperatur den Kalorienverbrauch sowie die K rperaktivit t messen und die Informationen an einen PC zur Analyse und Verarbeitung senden In Tabelle 1 1 sind die derzeitig wichtigsten Sensoren dargestellt 20 1 Einleitung Tabelle 1 1 Typische Sensoren verwendet in WSN basierten Health Care systems Pulse oximete Blood oxygen Cardiac respiratory Generi MONIN saturation Pulse rate MIT Plethysmog BP HR Oxygen Cardiac integrated raphic ring saturation heart rate wearable sensor variability sensor AMON sensors SpO2 BP ECG temper Cardiac integrated AMON ature wearable sensor ECG blood oxygen Cardiac respiraton integrated UbiMon saturation BP wearable sensor HRV BP sensors HR blood oxygen Seniors chronic cardi integrated wea Mobi 1 3 2 Drahtlose Sensornetzwerke Mit der Entwicklung der Mikroelektronik und Computertechnologie der drahtlosen Kommunikationstechnik und des mikroelektromechanischen Systems steht die drahtlose Sensornetzwerktechnologie im Fokus der Aufmerksamkeit der Wissenschaftler und Experten Es wird deutlich dass das drahtlose Sensornetzwerk die Informationswelt mit der nat rlichen Welt verbindet und die Interaktionsweise zwischen Mensch und Natur ver ndert Das drahtlose Sensornetzwerk besteht aus Sensorknoten Aggregationsknoten und einem Management Modul Sensorknoten sind tblicherweise in ein Mikro
79. achrichtigungen welcher in dieser Arbeit verwendet wird ist Abbildung 4 17 zu entnehmen Dabei setzen sich Datenpakete aus Ger teinformationen Kontrollmethoden und Zustandscode zusammen Der konkrete Inhalt im Detail Device Information Device Type Device ID Kontrolle Type Kontrolle Parameter Zustandscode _Kontrollmethoden Abbildung 4 17 Formate der Datenpakete f r Verwaltungs und Kontrollbenachrichtigungen 1 Die Ger teinformationen setzen sich aus den zwei Bestandteilen Ger tetyp und Ger te ID zusammen An aktiven Ger ten gibt es 2G 3G Modems Netzwerkbr cken und WiFi Sensoren mit geringem Stromverbrauch Die Ger te ID wird dazu verwendet um ein aktives Ger t eindeutig zu identifizieren 2 Die Kontrollmethode setzt sich aus den zwei Teilen Operationstyp und Operationsparameter zusammen An Operationstypen gibt es die vier Arten Ger t 86 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients starten Ger t beenden Ger t neu starten und die Regelung der Frequenz der bermittlung Die ersten drei Operationen setzen einen Standardwert Der korrespon dierende Operationsparameter der vierten Art von Operation ist die neue Frequenz der bertragung 3 Der Zustandscode ist das Ergebnis der oben erw hnten Verwaltung und Kontrolle ob z B eine Operation erfolgreich war oder fehlgeschlagen ist durch diese Information kann der IPM ZS die Anfrage wiederholen 4 6 Management Modul f r Untersuchung
80. achung der Umgebungstemperatur das Telemonitoring Zentrum den Befehl zum Neustart des Temperatur Sensors ausgeben Kontrollbenachrichtigungen unterteilen sich haupts chlich in die folgenden zwei Arten Zustandsabfrage und Steuerung wie in Abbildung 4 16 zu sehen Die Hauptfunktionen sind folgende 85 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients IPM mHealth mobile Client Abfrage des Geratezustands Sensoren IPM mHealth Server Kontrolle des Ger ts Abbildung 4 16Kontrollbenachrichtigungen des IPM Servers 1 Funktion der Abfrage des Ger tezustands Um die Ger te zusteuern m ssen zun chst die Informationen ber den Zustand des Ger ts abgefragt werden Es wird berpr ft ob das Ger t aktiv ist ob es normal funktioniert und ob die Frequenz der bermittelten physiologischen Parameterinformationen den Anforderungen entspricht 2 Funktion der Verwaltung und steuern des Ger ts Neben der Steuerung von Start und Beenden des Erfassungsclients ist es ebenfalls noch n tig dass entsprechend der Ergebnisse der Diagnose des Patienten durch das medizinische Personal die Frequenz der bermittlung durch die Erfassungsclients f r physiologische Parameter mit welchen der Patient ausger stet ist angepasst wird und je nach Ergebnis eine R ckmeldung erfolgt Die oberen beiden Teile sind die Hauptaufgaben der Kontrollbenachrichtigungen Der Entwurf des Formats der Datenpakete f r Verwaltungs und Kontrollben
81. aeaeeeeeceseeseuaeeeeeeseessesnaaeess 73 Abbildung 4 10 Daten bertragungsprotokoll f r den Mutisensor EQ01 Hidalgo Coambidge UK 97 PLEITE ible ad bilateral Vleet bee ad ees been Eeer 74 Abbildung 4 11 Daten bertragungsprotokoll f r den Beschleunigungssensor Wahoo Fitness 98 74 Abbildung 4 12 UML Klasse Diagramm der Schnittstellenorientierten Sensordatenanalyse 77 Abbildung 4 13EKG Diagramm vom IPM MC ssssssssssssssssssssesressssssrrernrssssssrrernrssssrsrrernnssssrsrreennsssseseeeene 79 Abbildung 4 14 bermittlung der physiologischen Daten vom IPM MC an den IPM Server 80 Abbildung 4 15 Arbeitsprozess des TCP Socket Fermnt bertragungstbreads 82 Abbildung 4 16 Kontrollbenachrichtigungen des IPM Servers cc cccccccesssssssscecececessesssseseeeesesssessaaeees 86 Abbildung 4 17 Formate der Datenpakete f r Verwaltungs und Kontrollbenachrichtigungen 86 Abbildung 4 18Vorgang der Synchronisierung von Untersuchunginformationen zwischen IPM MC Und IPM ZS ntsc ea ar ren riefen 87 Abbildung 4 19 IDMMC Fragebogen iinei e E aE EE aT 88 Abbildung 5 1 Hierarchische Domainmodelle die Br cke zwischen Anforderungen und den Diensten aE E E E A E A A A 89 Abbildung 5 2 SOTH Archttektur 91 Abbildung 5 3 Kommunikation zwischen Diensten des gleichen Layer 95 Abbildung 5 4 Konzept der SOTH Architektur ccccccsssscececesessesseaeeececeseeseaeseeeeeceseeseaaeaeeeesesssessaaees 97 Abbildung 5 5 Konzep
82. aher oftmals kein Ul und es kommt zu keiner Interaktion mit dem Nutzer Dies beeinflusst in keiner Weise den Betrieb anderer Prozeduren 4 Einrichten einer TCP Socketverbindung Dieser Thread ruft die API Funktion von Android Socket auf um die Kommunikation zu bewerkstelligen Der Android Sockets Standard definiert wie dieses Internetprotokoll verwendet wird 103 Um die Effizienz der Fern bertragung zu erh hen wurde das Netzwerkmodul so geschrieben dass der IPM MC 50 Datenpakete zu einem Dateninhalt der Fern bertragung macht und ein Datenpaket von 8 Byte zum Server sendet Im Verlauf der bertragung k nnen die Datenpakete auch in mehreren Teilen bertragen werden um sicherzustellen dass beim Sendevorgang keine Datenpakete verloren gehen wodurch Korrektheit und Zuverl ssigkeit garantiert wird An dieser Stelle verwendet diese Arbeit die FunktionSendPacket Die Funktion sendet vor dem Versenden der eigentlichen Datenpakete die Information ber die Datengr e an den Server Dadurch kann das Gegen ber entsprechend der Gr e der Datenpakete erkennen ob beim Empfangsvorgang Datenpakete verloren gegangen sind was einen partiellen Verlust von Datenpaketen verhindert Die Funktion Sendpacket wird wie folgt definiert SendPacket intsocket intbuffer intdwBuffer Der Parameter Socket bestimmt denTCP Socket des Verbindungsaufbaus ber eben diesen Socket werden die Daten gesendet Der Parameter Buffer bestimmt den Pufferbereich der
83. altes des Anforderungsdokuments Dieser Inhalt ist mit der f nf Layer Architektureinfach verst ndlich Das Modell dieses Levels wird dazu verwendet die Business Schnittstelle und Bedingungen wie Umweltrestriktionen Strategie Sicherheit etc zu definieren welche das Business ausf hren k nnen enth lt aber keinesfalls irgendwelche Einzelheiten zur Umsetzung 5 2 3 Control Service Model CM Das Control Model beschreibt die Verbindung zwischen Business Level und Applikation Level n mlich die Verbindung zwischen dem Business Model und seiner Umsetzung Bei der SOTH Architektur handeltes sich um eine mittels Technologie strikt festgelegte Business Logik Jeder Business Prozess wird von notwendigerweise auszuf hrenden Tasks gebildet bis das erwartete Business Ergebnis erreicht ist Einige Prozesse sind sehr einfach und beinhalten nur wenige zugeh rige Tasks Andere wiederum k nnen sehr komplex ausfallen und umfassen hunderte verschiedene Tasks Eine optimale Methode zur Errichtung eines effektiven Business Models kann auch f r eine zuk nftige Erweiterung verwendet werden An dieser Stelle k nnen normierte Marker und Beschreibungssprachen gew hlt werden um die Interaktivit t zwischen den Modellen zu garantieren In SOTH wird der Einsatz von BPMN 112 und BPEL 113 erwogen Ersteres verwendet Tabellenmarkierungen um die verstandenen internen Business Prozesse darzulegen und eine Wahrscheinlichkeit f r die gemeinsame Nutzung dieser M
84. ameters for the Garmin Foot Pod 31 setup 4 0xAA 32 setup 5 0xF0 33setup 6 0x7C 34 setup 7 0x01 35 break 36 case SC Parameters for the Garmin Speed Cadence 37 setup 4 0x06 38setup 5 OxAF 39 setup 6 0x79 40 setup 7 0x01 41 break 42 default In the default case use the wildcard to find any device 43 setup 4 0x00 44 setup 5 0x00 45 setup 6 0x00 46 setup 7 0x00 47 break 48 49 50 setup 8 CreateChecksum setup 8 51 52 Output setup 9 53 179 Kurzreferat Abstract Kurzreferat Abstract Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Telemonitoring Systems das eineeffektivere Durchf hrung von Untersuchungen vornehmlich im Bereich der Arbeits und Pr ventivmedizin erm glicht Die Aufzeichnung authentischer Daten in den entsprechendenUmfeldern der Probanden und die kontinuierliche berwachung des Untersuchungsverlaufstrotz einer rtlichen Trennung der Beteiligten bieten neue M glichkeiten in Belastungs Beanspruchungs Untersuchungen In den mobile clients wurde eine Middlewarekonzipiert um verschiedene Nahbereich Kommunikationstechnologien zu unterstiitzen Die Middleware erfasst die aktuelle interne und externe Rechnerumgebung des Ger ts und gibt diese Informationen an den oberen Anwendungs Layer ber eine einheitliche Schnittstelle weiter Auf diese Weise wurde auf Hardware Ebene das Ziel der flexiblen Anbindung mit hete
85. antwortlich die vom IPM MC erhaltenen Daten dynamisch darzustellen Um im Browser die Funktion dieser live Vital Daten inkl EKG darzustellen wird in dieser Arbeit die Canvas Component von HTMLS5 verwendet Der konkrete Zeichenprozess wird in drawCanvas implementiert die Implementierungsmethode entspricht der Literatur 139 140 EKG Funktion initialisieren XML EKG Daten A UlBuffer Analysierte Daten in Array abspeichern getContext A 4 lineTo ge gt R ckgabe Canvas Punkte Verbindung Objekt createPanel F 7 i Die Wellenform A fi il en bewegt sich 250 Pixel Context beginPath moveTo Startpunkt f r Canvas An die angegebene Objekt Stelle zu bewegen Lu N chste Datenpaket kommt Beenden Abbildung 6 14Verlauf der verschiedenen Funktionen im EKG Zeichenprozess 2 Implementierung Nachdem der Browser die vom Datenmanagementmodul gesendeten Daten empfangen hat wird zun chst eine Analyse des XML Formats durchgef hrt und im Vitaldaten Buffer abgespeichert welcher als Anzeigepuffer fungiert Danach wird mit JavaScript das Canvas 119 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Objekt bet tigt und ein Bild gezeichnet Konkret ist drawCanvas f r das dynamische Zeichnen verantwortlich es bedient die Canvas Tag von HTMLS 141 und verwendet die im Anzeigepuffer vorhandenen Daten und zeichnet auf dem von CreatePanel e
86. aren Formate umwandeln Beispielsweise m ssen von HTTP Request stammende Informationen vom String Format ins HL7 Format konvertiert werden Um diese Art von Information zu konvertieren wird wie beim in Abbildung 6 20 gezeigten Konvertierungsmodul verfahren 127 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Fa mn gt Lee L fg HttpRequest XMLString T nu Message HSB ven GE Va HttpRequestToNameStringTransformaer XMLToHL7Transformaer Abbildung 6 20 HSB Transformer Modell Nach dem Empfang der Informationen wird diese Art von Informationen zun chst von HttpRequestToNameString konvertiert Der Eingang des Konvertierungsmoduls ist HttpRequest dieses wird in ein String Objekt konvertiert Nachdem das String Objekt durch das XSLT Konvertierungsmodul hindurch ist Template bereits festgelegt CDA Schema wird die Information dann in das ben tigte HL7 Format umgewandelt lt mule hsb configuration id Enterprise Applications Mashup version 2 0 gt lt custom transformer name ByteArrayToString class org hsb mhealth ByteArrayToString gt lt custom transformername StringToByteArray class org hsb mhealth StringToByteArray gt lt custom transformername StringToNameString classorg hsb mhealth StringToNameString gt lt custom transformername NameStringToChatString class org hsb mhealth NameStringToChatString gt lt custom transformername ChatStringToString class org hsb mheal
87. art failure Systematic review and meta analysis 2007 British Medical Journal 334 7600 pp 942 945 Pantelopoulos A Bourbakis N G A survey on wearable sensor based systems for health monitoring and prognosis 2010 IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics Part C Applications and Reviews 40 1 art no 5306098 pp 1 12 Wurm E M T Hofmann Wellenhof R Wurm R Soyer H P Telemedicine and teleder matology Past present and future 2008 JDDG Journal of the German Society of Dermatology 6 2 pp 106 112 Estrin D Sim I Open mHealth architecture An engine for health care innovation 2010 Science 330 6005 pp 759 760 Jovanov E Milenkovic A Otto C De Groen P C A wireless body area network of intelligent motion sensors for computer assisted physical rehabilitation 2005 Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation pp 2 3 Zandi F A bi level interactive decision support framework to identify data mining oriented electronic health record architectures 2014 Applied Soft Computing Journal 18 pp 136 145 Akyildiz I F Su W Sankarasubramaniam Y Cayirci E Wireless sensor networks A survey 2002 Computer Networks 38 4 pp 393 422 Weinstein R S Lopez A M Joseph B A Erps K A Holcomb M Barker G P Krupinski E A Telemedicine telehealth and mobile health applications that work Opportunities and barriers 2014 American Journal of Medicine 127 3
88. auf dem Markt 2 Der Einsatz selbst entwickelter Sensoren Beide Konzepte haben ihre Vor und Nachteile Beim ersten Konzept k nnen auf dem Markt eingekaufte Sensoren oftmals nicht alle Anforderungen der Anwendung in der Praxis erf llen Zudem sind Sensoren f r mehrere Parameter verh ltnism ig kostspielig Beim zweiten Konzept reduziert die Entwicklung eigener Sensoren zwar die Kosten ist aber oftmals zeitaufw ndig und die entwickelte Hardware erf llt auch nicht unbedingt die Anforderung zum Sammeln jeglicher Art von physiologischen Parametern 63 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Daher werden in dieser Arbeit sowohl einige auf dem Markt befindliche Sensoren gleichzeitig aber auch eigenst ndig entwickelte Sensorenvon 74 verwendet Dieses System erfasst haupts chlich mittels dieser Ger te individuelle Gesundheitsdaten und f hrt danach die bermittlung Analyse Darstellung sowie die Auswertung der Daten durch Ein Ziel des Entwurfs des Datenerfassungsclients IPM MC ist die flexible Unterst tzung neuer Sensorger te ohne dass dabei die gesamte Systemstruktur oder der Code berarbeitet werden m sste Auf diese Weise soll auch die Erweiterbarkeit des Systems verbessert werden Die konkrete Umsetzung hiervon wird im nachfolgenden Abschnitt erl utert zuvor soll aber die bereits im System eingebundene Sensorhardware aufgelistet werden welche haupts chlich drahtlose Thermometer EKG Ger te
89. auf den vielen n tzlichen Arbeiten von Wissenschaftlern und Experten im Bereich medizinisches Telemonitoringin den letzten Jahren die mittels der mit Mobile Health Systemenverbundenen wichtigen Techniken sowietragbare Technologie drahtlose Sensornetzwerke Kommunikationstechnologien mobiles Computing Netzwerk Storage Technology NST Standardisierunguntersucht Das Ziel ist alle technischen Komponenten des mobilen Monitoringsystems umfassend zu analysieren Mit dem technischen Fortschritt im Industrialisierungsprozess steht die menschliche Gesundheit vor immer mehr Herausforderungen Auf der einen Seite nehmen mit der Erweiterung der menschlichen Kommunikationsm glichkeiten die Einfl sse und das Ausma von verschiedenen Krankheiten zu Beispielsweise haben die neu entstandenen Erkrankungen wie Vogelgrippe SARS und das Influenza A Virus H1N1 einen schockierenden Einfluss auf die Menschheit ausge bt Um gegen sie besser vorgehen zu k nnen m ssen bessere Monitoringeinrichtungen gegen den Ausbruch von Krankheiten aufgebaut werden Auf der anderen Seite ist es bei einer alternden Bev lkerung notwendig das Gesundheitsmonitoring und Pflegesystem f r das Alter besonders f r alte Menschen mit chronischen Krankheiten zu implementieren und zu vervollkommnen Nicht nur in Europa sondern auch in Asien oder in Nordamerika k nnen bei der gegebenen Anzahl professioneller Pfleger und des Versorgungsgebiets die Herausforderungen die aus der Alterung
90. bearbeitet die Antworten Der Anfrage Proxy dient der berwachung der vom Client empfangenen Daten Er f hrt f r alle empfangenen Daten eine Verifizierung und Evaluation der Parameter durch Der Antwort Proxy k mmert sich um die Antworten und Steuerungsaktionen des IPM ZS an den Client Die KS erh lt einige Antwort Task Queues aufrecht welche der Interaktion von Antwort Proxy und Anfrage Proxy dienen Entsprechend der Priorit t wird die Task Queue in verschiedene Listen eingetragen Wenn die KS bei der Evaluierung der Parameter abnormale physiologische Parameter feststellt dann wird ein Error Ergebnis sp ter als Antwort bermittelt Die Bearbeitung der physiologischen Parameter durch die Kommunikationsserver ist in Abbildung 6 11dargestellt Abfrage Feedback Lee vg Physiologische Parameter Verifizierung m 1 Patienteninformation A 2 Patientenversorgung physiologischen NEE Parameter Validierung 3 Kennzeichen der Physiologische Parameter Y Warnung Abbildung 6 11Bearbeitung der physiologischen Parameter durch die Kommunikationsserver 2 Implementierung 112 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 1 Anfrageproxy Im vorausgegangenen Kapitel 4 5 wurde bereits das gegenseitige Datenformat von IPM MC und IPM ZS vorgestellt Wenn derKS Parameter vom IPM MC empf ngt so wird eine Analyse anhand des erhaltenen Message Formats durchgef hrt damit das System dies
91. c kend Sonstiges Verkehr Zeitdruck a Patienten berg Kommunika Bitte geben Sie den Schwierigkeits abe tion grad des Einsatzes an l L Sonstiges Abbildung 4 19 IPM MC Fragebogen 88 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen Im vorherigen Kapitel wurden dielokaleSeite des mHealth Systems die Struktur des drahtlosen Sensor Netzwerks und das IPM MC er rtert In diesem Kapitel wird das SOA 105 Service Orientiertes Architektur Konzept verwendet um ein Framework auf offenen Strukturen zu definieren welches Ingenieure und medizinisches Personal anleitet auf einer elektronischen Serverplattform den mHealth Dienst zu entwerfen In dieser Plattform werden die medizinischen Diensteinheiten als Ergebnis der abstrakten Anordnung von verschiedenen Layern betrachtet dabei wurden verschiedene medizinische Dienste lose gekoppelt um die Interoperabilit t zwischen den Diensten zu erh hen Heute strengen weltweit bereits viele Staaten Forschungen im Bereich des Telemonitorings an Auch Deutschland verf gt diesbez glich ber zahlreiche Projekte welche bereits verwendet werden oder sich in der Entwicklung befinden 106 In dieser Arbeit wird ein Ablauf von zu integrierendem e Service im Bereich des Telemonitoring beschrieben Diese Beschreibung ber cksichtigt die normalen Anforder
92. cayola J De Bobadilla I F Martinez Espronceda M Serrano L Trigo J Led S Garc a J Optimization proposal of a standard based patient monitoring platform for ubiquitous environments 2008 Proceedings of the 30th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society pp 1813 1816 Atkins D Cullen T The future of health information technology Implications for research 2013 Medical Care 51 3 SUPPL 1 pp S1 S3 Testa M A Simonson D C Assessment of quality of life outcomes 1996 New England Journal of Medicine 334 13 pp 835 840 Ye W Heidemann J Estrin D An energy efficient MAC protocol for wireless sensor networks 2002 Proceedings IEEE INFOCOM 3 pp 1567 1576 Lorussi F Rocchia W Scilingo E P Tognetti A De Rossi D Wearable redundant fabric based sensor arrays for reconstruction of body segment posture 2004 IEEE Sensors Journal 4 6 pp 807 818 Baronti P Pillai P Chook V W C Chessa S Gotta A Hu Y F Wireless sensor networks A survey on the state of the art and the 802 15 4 and ZigBee standards 2007 Computer Communications 30 7 pp 1655 1695 Gungor V C Hancke G P Industrial wireless sensor networks Challenges design principles and technical approaches 2009 IEEE Transactions on Industrial Electronics 56 10 pp 4258 4265 Ekici E Gu Y Bozdag D Mobility based communication in wireless sensor netw
93. ch f r den Untersucher gegeben 180 Kurzreferat Abstract The aim of this thesis was the development of a telemonitoring system which allows a more effective execution of examinations in the field of occupational health and preventivemedicine The acquisition of authentic data in the familiar environments of the subjects andthe continuous monitoring of the examination process in spite of different locations of theparticipants offer new possibilities in examinations of stress and strain A SOA Service Oriented Architecture based open telemonitoring Framework SOTH was designed and used in the develop of the IPM mHealth system SOTH uses the SOA approach to create a structural framework for engineers and software developers to give them assistance in the development of components of a Mobile Health Platform In this platform the medical service units are considered as the result of the combination of different abstract levels which leads to loose coupling of medical services and to improve interoperability between software service modules In the mobile client a middleware was designed to support different short range communication technologies The middleware detects the current internal and external computing environment of the device and passes this information on to the upper application layer via a uniform interface It separates the collection of sensor information and the development of upper layer applications Therefore the
94. chanismus vom Android Bei IPM MC wurde der Message Handler als Variante der R ckruffunktion verwendet um den Aufrufenden zu benachrichtigen Der Handler Message Mechanismus des IPM MC beinhaltet im Wesentlichen die vier Teile Message MessageOueue Looper und Handler 1 Message ist eine Klasse in welcher Informationen der Nachrichten aufgezeichnetwerden Diese Klasse besitzt einige wichtige Attribute 2 MessageQueue In MessageQueue werden Warteschlangen von Message Objekten abgelegt die Ablege Methode beruht auf der FIFO Regel Das MessageQueue Objekt wird durch das Looped Objekt verwaltet und gesichert welches vom System automatisch generiert wird Ein Thread kann maximal ber eine MessageOueue verf gen MessageQueue Objekte k nnen ber die Methode myQueue von Looper erhalten werden 3 Looper wird zum Verwalten und Sichern der MessageQueue Objekte verwendet In einem Thread korrespondieren die Looper Objekte und MessageQueue Objekte Ein UI Thread generiert standardm ig ein Looper Objekt Uber die getMainLooper Methode des Looper Objekts kann die laufende Looper Instanz des UI Threads erhalten werden 4 Handler verantwortlich f r die Verwaltung der Nachrichten ber Handler Objekte werden Message Objekte abgerufen und danach ber die Methode sendMessage msg das Message Objekt der MessageOueue hinzugef gt Die handleMessage Methode des Handler Objekts verwaltet nach der FIFO Regel die Message Objekte 100 Der
95. che Module k nnen selbst Messages der 94 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen verschiedenen Layer senden und empfangen Unter diesen Umst nden ist es egal in welchem Layer ein Dienst bewegt oder verschoben wird es ver ndert das gesamte Modell Auf der Grundlage dass die Kommunikationsregeln nicht verletzt werden wird durch die Einf hrung des Business Collaboration Management Modell BCM das wesentliche Problem welches durch die Wiederverwendung von Diensten entsteht gel st Wenn eine zuvor definierte Kooperation abgerufen wird berwacht die BCM Komponente das vom Control Model erzeugte Ereignis W hrend die Ausf hrung koordiniert wird kontrolliert der BCM Task den Arbeitsablauf des Tasks Wird allerdings diese Kooperation beendet so geht die Kontrollbefugnis umgehend auf den Abrufenden des Dienstes ber Diese Methode wird verwendet um den Grad der Klarheit Schnelligkeit und Anonymit t der Architektur zu erh hen Se Business Model Business Model Control Model Control Model S v 1 e 8 Ki pe Ss es Abbildung 5 3 Kommunikation zwischen Diensten des gleichen Layers 5 3 1 Zusammenfassende Definition der Architektur Die oben angef hrten Punkte zusammenfassend kann die Architektur wie folgt definiert werden Im Business Collaboration Management Model wird die Aufgabe der ben tigten Koordination der Business Di
96. chen Parameter und Umgebungsparameter von einem oder mehreren Objekten der Pflege aufzeichnen und ber die selbst organisierte Form eines homogenen oder heterogenen Netzwerksunter verschiedenen Bedingungen einen bidirektionalen nahtlosen Informationsaustausch zwischen Objekten der Pflege und dem professionellem Management zu erreichen 39 Laut der obigen Definition besitzt das medizinische Sensornetzwerk folgende Merkmale 1 Die von Sensorknoten des medizinischen Sensornetzwerks aufgezeichneten Inhalte umfassen nicht nur wichtige physiologische Parameter wie Herzschlagfrequenz oder Puls sondern auch Umgebungsparameter wie Umgebungstemperatur oder Luftfeuchtigkeit So sollte das medizinische Sensornetzwerk den Transfer sowohl normaler Daten als auch von Echtzeitdaten unterst tzen 2 Aus Sicht der Struktur betrachtet umfasst das medizinische Sensornetzwerk Personal Area Netzwerke Indoor Sensornetzwerke und ffentliche Sensor Netzwerke Solche 31 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Netzwerke k nnen homogen oder heterogen sein So ist dabei eine offene Netzwerkstruktur f r die Vernetzung notwendig 3 Aus Sicht der Datenverwaltung kann die Datensammlung des medizinischen Sensornetzwerks zentralisiert dezentralisiert oder hybrid erfolgen Beim Protokolldesign ist es notwendig die Kompatibilit t von verschiedenen Datensammlungsmethoden zu ber cksichtigen 40 4 Aus Sicht der Netzwerk Bereitstellungs
97. chnersysteme waren durch zwei Ma nahmen auszugleichen Auf der einen Seite wurde die bertragungskomponente der IPM MC als Dienst gestartet und im Hintergrund des Systems laufen gelassen Die IPM MC liegt seit langer Zeit im Ruhestand sofern der Proband keine Interaktion mit IPM MCben tigt Auf der anderen Seite sind so genannte Notladeger te einzusetzen verwendete Kapazit ten 2680mAh 1700mAh Sie machen eine Verdopplung der Kapazit t des Original Akkus m glich 155 9 Zusammenfassung und Ausblick 9 Zusammenfassung und Ausblick 9 1 Zusammenfassung Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines mobilen Online Erfassungssystems das neue M glichkeiten f r Untersuchungen nach dem Belastungs Aktivit ts Konzept bietet Dabei stand die Echtzeit berwachung von physiologischen Parametern Bewegungen und diversen Eingabedaten unabh ngig vom Standort eines Probanden und des Untersuchers im Mittelpunkt Zur Umsetzung erfolgte die Durchf hrung einer Recherche gem geeigneter Systemkomponenten welche die notwendigen Eigenschaften in Hinblick auf die Datenerfassung und bertragung zur Verf gung stellen Hierbei konnte das mHealth System durch die folgenden Komponenten festgesetzt werden Sensorsystem mobiles Rechnersystem Serversystem Auswertungssystem Die Basiskomponente IPM MC der von einem Probanden mitgef hrten Ausr stung lie sich durch mobile Rechnersysteme wie zum Beispiel Smartphones verwirklichen ber sie sind
98. chnungen wird selbstverst dlich das K rpergewicht des Patienten ber cksichtigt 9 2 Ausblick Im zweiten Kapital werden zun chst Definition und Struktur des medizinischen drahtlosen Sensornetzwerks dargelegt Danach wird das neue Entwicklungsframwork SOTH f r Telemonitoring Applikationen vorgestellt sowieder Design und Validierungsprozess des SOTH Framwork detailliert erl utert Auf Basis des Layer Oriented Designs der SOTH Struktur werden eine Reihe von Modellierungsmethoden zur Beschreibung des Remote Healthcare Dienstes vorgebracht Der Schwerpunkt liegt darauf wie die Struktur eingesetzt werden kann um die Integration verschiedener medizinischer Komponenten in ein einheitliches mHealth System zu vereinfachen Kurz gesagt bietet die SOTH L sung einen integrierten Telemedizin Service der den Prozess von der Datensammlung bis hin zur Informationslieferung als ein Computing Utility abbildet Diese Implementierung beinhaltet mehrere praktische Vorteile wie z 157 9 Zusammenfassung und Ausblick B always on und eine Echtzeit Datenerfassung Dies beseitigt die manuelle Erfassungsarbeit sowie Tippfehler erleichtert den Einf hrungsprozess weil es bei einer drahtlosen Vernetzung keine Notwendigkeit f r eine Verkabelung oder andere physikalische Setupsgibt Aus Sicht der Softwareentwicklung f rdert das vorgeschlagene Design eine Wiederverwendbarkeit durch die Verwendung von Standard Dienstleistungen die
99. ctivity Je gt Activity Storage Device s Send Broadcast System Event Binder Notification Broadcast S d Service Receiver Abbildung 4 2Struktur und Arbeitsprozesse der Anwendungsprogramme in Android Die Entwicklungsumgebung von Android kann auf Windows Linux und Mac eingerichtet werden Um aber das Projekt bequem entwickeln zu k nnen wird in dieser Arbeit auf die Plattform des Windows XP SP2 zur ckgegriffen und als Software Entwicklungsumgebung werden die derzeit verh ltnism ig g ngigen JDK1 7 Eclipse3 6 2 AndroidSDK r15 ADT 15 verwendet Aufgrund des Umfangs wird an dieser Stelle auf die Konfigurationnicht im Detail eingegangen 4 2 Entwurf und Umsetzung des Erfassungsclients 4 2 1 Sensorsystem Bevor die Beschreibung der Implementierung von IPM MC erfolgt werden hier zun chst die in diese Arbeit integrierten medizinischen Sensoren vorgestellt DieFern berwachung ist das klassische Szenario einer drahtlosen Sensoranwendung 73 Die unteren Layer des mHealth Systems setzen sich aus vielen unterschiedlichen tragbaren Sensoren zusammen ber die Wahrnehmungsfunktion der Sensoren werden die physiologischen Parameter von Menschen gesammelt womit das Ziel der Langzeit berwachung des Gesundheitszustandes von Menschen in Echtzeit erreicht wird Gegenw rtig gibt es in vergleichbaren Anwendungen zwei Konzepte f r die Auswahl der Sensoren 1 Die Auswahl von Sensoren
100. d Grunds tze des Entwurfs des IPM mHealth Server Systems IPM ZS anhand der Anforderungen an das System aus den vorherigen Kapiteln erl utert Zun chst werden die Ziele des Entwurfs des Systems analysiert Nach der im vorherigen Kapitel ausgef hrten SOTH Struktur wird hier ein Healthcare Service Bus HSB entworfen Der HSB erlaubt es Entwicklern schnell und einfach mehrere medizinische Anwendungen als HSB Service zu verbinden damit der gesamte medizinische Service durch die Kombination verschiedene Module abbilden kann Im Teil der Systemarchitektur wird die Funktion jedes Moduls beschrieben In Kapitel 7 Implementierung desAktivit tserkennungsalgorithmus werden haupts chlich das Design und die Umsetzung einer Bewegungserkennung auf der Grundlage von Beschleunigungssensoren dargestellt Zun chst wird der f r diese Arbeit verwendete Sensor beschrieben Im Anschluss werden neue Abl ufe und Methoden dargelegt wie mittels Beschleunigungsdaten Patientenverhalten erkannt werden kann Am Institut f r Pr ventivmedizin wurden bereits mehrere medizinische Untersuchungen in Verbindung mit dem entwickelten System durchgef hrt In Kapitel 8werden dazu exemplarisch einige Untersuchungen n her erl utert Die Belastung und Stabilit t des Systems werden ebenfalls dargestellt Schlie lich werden die Vor und Nachteile der entwickelten Systems und neue L sungen zusammengefasst und Potenziale f r die zuk nftige Weiterentwicklunggenannt
101. d der Zustand der Autorisierung der Session beendet Die Zust nde des Systems sind in den Abbildungen 6 13 zu sehen ValidationFailure Logout a _ Idle k Verifyingldentity Loginedin Abbildung 6 13 Zustandsdiagramm der Benutzeranmeldung Entsprechend der praktischen Nutzung des Systems wurden im IPM ZS 3 Rollen definiert diese sind Administrator rzte Researcher und Patient Jeder Rolle wurden entsprechende Rechte zugeordnet Details werden in der folgenden Tabelle beschrieben Tabelle 6 1 Rollen im IPM ZS Permissions Permissions code Administrator System Admin 2 Manage all users rzte Researcher Responsible 1 Read all patient information and Person Monitoring Status Patient Normal user 0 Read record and Diagnostic results 118 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 2 Service Beschreibung f r HSB Module Service IdentificationService Resource Inbound Endpoint SOAP Outbound Endpoint String Message SOAP to String Interface publicinterfaceldentificationService publicSessionlogin String user String password publicSessionlogout String user String password publicvoid keepAlive IoSession session publicvoid changePassword String oldPass String newPass publicvoid exceptionCaught IoSession session Throwable cause 6 3 3 Live Visualisierungsmodul 1 Modulfunktion Das Visualisierungsmodul ist daf r ver
102. dText select from dictionary where type and value type thisreader sqlComm ExecuteReader if thisreader HasRows result false if result sqlComm CommandText select from Monite where DeviceID DevicelD thisreader sqlComm ExecuteReader if thisreader HasRows result false thisreader Close freturn result 3 Konvertierung des Datenformats Der IPM MC ist die Middleware 136 zwischen Body Area Network und Telemonitoring Zentrum Er beinhaltet zwei Aspekte von Kommunikation 1 Die Kommunikation von Client und Body Area Network 2 Die Kommunikation von Client und IPM Server Auf dem Applikation Layer gibt es einige Unterschiede zwischen den Protokollen der beiden entsprechenden Schnittstellen Um diese Protokolle zu konvertieren werden Datenstrukturen definiert welche die Konvertierung der Protokolle unterst tzen Im IPM ZS werden drei Arten von Messages definiert Dateninformationen welche vom Client eingehen Befehlsinformationen zur Steuerung des Body Area Network und Warninformationen welche an das IPM MC gesendet werden Um die Analyse dieser Informationen zu unterst tzen werden drei Datenstrukturen im System definiert DataMessage CommandMessage und AlarmMessage DataMessage beschreibt das Format der vom IPM ZS empfangenen Daten Messages Bei der Analyse der vom IPM ZS empfangenen Frames wird anhand von Struct DataMessage verfahren Die konkrete Definition lautet wi
103. das Empfangen von Sensormessdaten das Eingeben von Beanspruchungs und Belastungsdaten sowie das Weiterleiten der erfassten Daten an das Serversystem zu implementieren Hierzu fand auch die Entwicklung der Steuersoftware statt welche den notwendigen Einfluss des Probanden auf den Bedienungsprozess auf ein Minimum sinken lie ber ein speziell f r die Anwendung entwickeltes Protokoll k nnen die Mess und Dialogdaten sowie die f r die Steuerprozesse der Serversoftware ben tigten Informationen bertragen werden Das Protokoll stellt unterschiedliche Mechanismen zur Verf gung um unsichere Netzzust nde zu kompensieren welche f r einen v lligen Transfer der Daten n tig sind Die Anwendung von Mobilfunkstandards macht hierbei den standortunabh ngigen Transfer vom Client wie z B mobiles Rechnersystem und Sensorsystem auf das Serversystem m glich Das Serversystem IPM ZS gilt als das zentrale Element des Gesamtsystems und l sst das parallele oder quasiparallele Empfangen von Messdaten einiger mobiler Clients zu Das automatisierungstechnisch konzipierte und realisierte Serversystem f hrt zu einer erheblichen Verbesserung in der Versuchsdurchf hrung und auswertung bez glich der arbeitsphysiologischen Forschung und Diagnose Es verf gt ber vereinheitlichte Strukturen f r die Datenerfassung die Verwaltung und Methoden um die Auswertung und Analyse zu 156 9 Zusammenfassung und Ausblick erreichen Die modulare Systemstruktur t
104. den Clients zugelassen sind und auf der anderen Seite dass die simulierten Clients die Ressourcen nicht teilen m ssen Jedoch war im Laufe der ersten Testdurchl ufe des Untersuchungsaufbaus zu bestimmen dass die Auswahl der PCs Einfluss auf die Zeitmessung zwischen dem Versand und der Best tigung eines Datensatzes hat Deshalb wurde zur Untersuchung ein homogener Rechnerpool Intel Core 2 Quad 3GHz 8GB RAM eingesetzt damit die Ergebnisse auch in Hinblick auf die verschiedenen Client Anzahlen vergleichbar werden W hrend des verwendeten Versuchsaufbaus liegen der Kommunikationsserver und die Datenbank in einem kollektiven Serversystem Intel Xeon 2GHz 8GB RAM Hierbei ist zu erwarten dass die Datenbank gerade bei hochfrequenten und gro en Abfragen die Auslastung des Serversystems und somit den Archivierungsprozess des Kommunikationsservers stark beeinflussen wird Somit erfolgt die Durchf hrung des Untersuchungsablaufs je einmal ohne und einmal mit anderthalbsek ndlicher Datenbankabfrage durch die eingegangenen Daten der jeweils letzten 10 Minuten Im Laufe der Implementierung des Untersuchungsablaufes erfolgt die Kombination der Zahl der Clients 1 2 4 6 8 10 mit unterschiedlichen Datenraten Die Datenraten waren hierzu in der Simulationssoftware durch ein Sendeintervall in Millisekunden einzustellen Um die Versuche durchzuf hren wurden die Sendeintervalle 1000 800 600 500 400 300 200 150 100 50 25 12ms bestimmt Dies
105. der Menschen entstehen mit herk mmlichen Betreueungsmethoden nichteinfach berwunden werden 9 Es muss dar ber nachgedacht werden ob mittels bestimmter Techniken ein effektives verl ssliches und preiswertes Gesundheitsmonitoring und Pflegesystem zu schaffen ist um ein Echtzeit Monitoring der Patienten zu erreichen Seit vielen Jahren sind zahlreiche Experten damit besch ftigt 10 Bereits in den 1970er Jahren wurde das RemoteHealthcare System das aus einer Kombination von Kommunikationstechnologien und Medizintechnik bestand als eine der 16 1 Einleitung Zukunftstechnologien betrachtet 11 Diese Technik wurde Telemedizin genannt Es wird allgemein angenommen dass Telemedizin bedeutet dass mittels der modernen Informationstechnologie bzw bidirektionaler Audio Video Kommunikation Computer und Remote Presence Systemen die Fernpflege f r Patienten die Plattform f r die bertragung von Ferndaten und der Austausch von Informationen zwischen Patienten niedergelassenen rzten und medizinischen Experten m glich sind Abbildung 1 2 stellt anschaulich das Telemonitoring System dar Information Medizinische und Technik und Kommunika Versorgung Patient Mediziner tionstechnik MUV AKT Kommunikations Interface Medizinpersonal struktur Struktur Abbildung 1 2Telemonitoring System In der Tat sind die Vorstellungen der Anwendungen der Informations und Kommunikationstechnologie auf das medizi
106. dge driven data mining and classification trees 2014 Geoderma 213 pp 385 399 170 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 Literaturverzeichnis Mitchell J B O Machine learning methods in chemoinformatics 2014 Wiley Interdisciplinary Reviews Computational Molecular Science Article in Press Eastwood M Jayne C Evaluation of hyperbox neural network learning for classification 2014 Neurocomputing 133 pp 249 257 Finkelstein J Wood J Designing pervasive telemedicine applications using various gaming platforms 2012 Proceedings of the IADIS International Conference e Health 2012 EH 2012 Part of the IADIS Multi Conference on Computer Science and Information Systems 2012 MCCSIS 2012 pp 97 104 Neubert S Mobiles Online Erfassungssystem fiir telemedizinische Anwendungen in der arbeits und pr ventivmedizinischen Forschung Dissertation 2011 Stoll R Kreuzfeld S Weippert M Vilbrandt R Stoll N System for Flexible Field Measurement of Physiological Data of Operators Working in Automated Labs JALA 12 2 pp 110 114 Vilbrandt R Kreuzfeld S Stoll R Flexible Erfassung von Belastungs und Beanspruchungsparametern bei arbeitsmedizinischen Felduntersuchungen Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 41 10 pp 457 462 Neubert S Behrendt S Rieger A Weippert M Kumar M Stoll R Echtzeit Telemonitoring System in der Pr ventivmedizi
107. die Daten angezeigt lt servicename LiveViewService gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path LiveViewServiceRouter transformer refs NameStringT oChatString responseTransformer refs ChatStringT oString synchronous true gt lt inbound gt lt componentclass org hsb mhealth LiveViewService LiveViewServicelmpl gt 131 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems lt outbound gt ber die bermittelten Daten puffert LiveViewService die Parameter Die Daten werden in http Response abgespeichert und an die Client Seite zur ckgeschickt An dieser Stelle wird String in das HTTP Response Format umgewandelt lt filtering router gt lt payload type filterexpectedType org hsb mhealth hello NameString responseTransformer refs StringToHttpresponse gt lt filtering router gt Falls ungew hnliche Daten entdeckt werden wird der Warn Service gestartet lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path AlarmServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype java lang Exception gt lt filtering router gt lt outbound gt lt service gt lt servicename AlarmService gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path AlarmServiceRouter responseTransformer refs ExceptionToString synchronous true gt lt inbound gt lt service gt Die Fehlermeldung wird ausgedruckt und der HSB verlassen lt servicename SystemErrorHandle
108. die Vertraulichkeit Aufgaben umzusetzen die Zuverl ssigkeit der Daten und die Vertraulichkeit der Daten bertragung gew hrleistet werden Um die obigen Ziele zu realisieren muss das drahtlose Sensornetzwerk mehrere grundlegende Sicherheits mechanismen erreichen wie Vertraulichkeit Message Authentifizierung Integrit t der Nachrichten Authentifizierung Zertifizierungsbroadcast Sicherheitsmanagement usw Obwohl auf dem Gebiet der Sicherheitsforschung nicht so viele Informationen ber drahtlose Sensornetzwerke verf gbar sind resultieren aus den Merkmalen von drahtlosen Sensornetzwerken gro e Unterschiede der Forschungsmethoden und der Mittel f r die Umsetzung zwischen einem drahtlosen Sensornetzwerk und einem traditionellen Sicherheitsnetzwerk 10 Applikations Layer Technik Der Applikations Layer des drahtlosen Sensornetzwerks besteht aus Softwaresystemen Die Forschung im Bereich Applikations Layer bezieht sich vorwiegend auf die Koordination zwischen der Entwicklung verschiedener Anwendungssysteme und Multi Tasking Zudem behandelt die Forschung zur Anwendung von drahtlosen Sensornetzwerken Programmier sprachen f r drahtlose Sensornetzwerke die Methodik der Programmierung Software Entwicklungsumgebungen und Tools Software Testing Tools ein anwendungsorientiertes System Netzwerktests und Konfigurationsmanagementtools 2 3 3 Drahtlose Kommunikationstechnik f r den Nahbereich Es gibt verh ltnism ig viele drahtlose Kommun
109. die folgenden Bedingungen erf llen Selbstorganisation Robustheit hohe Energieeffizienz und Distributed Computing 56 Das aktuelle Hauptproblem ist wie mit Verkehrszeichen oder ohne Verkehrszeichen 40 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung mittels Abstandsbestimmungstechnik die Verteilung von Netzwerksensoren synchron positioniert werden kann um die absolute oder relative Position zu lokalisieren 6 Uhrzeitsynchronisationstechnik Uhrzeitsynchronisation ist ein wichtiger Mechanismus f r das drahtlose Sensornetzwerk NodeScheduling und Zielverfolgung ben tigen die Unterst tzung durch die Uhrzeitsynchronisation Kosten Volumen und Energieverbrauch sind wesentliche Einschr nkungsfaktoren f r die Uhrzeitsynchronisation des Sensornetzwerks Aufgrund der hohen Kosten sowie des hohen Volumens und Energieverbrauchs kann die traditionelle GPS Technologie nicht effektiv f r drahtlose Sensornetzwerke verwendet werden Beim Design der Uhrzeitsynchronisation des drahtlosen Sensornetzwerks m ssen Energieeffizienz Skalierbarkeit Robustheit und Stabilit t ber cksichtigt werden 7 Datenfusionstechnik Redundante Knoten fiihren zu redundanten Daten Durch die Reduzierung von redundanten Daten bei der Ubertragung im Netzwerk kann effektiv Energie eingespart werden Bei der Datensammlung von Sensorknoten ist es m glich durch ihre eigene Kalkulations und Speicherungsf higkeit eine Datenfusion zu realisieren um redunda
110. diese Weise wurde auf der Hardware Ebene das Ziel der flexiblen Anbindung mit heterogener Sensorik erreicht F r die Auswertungsmodule wurde in dieser Arbeit eine automatisierte Aktivit tsanalyse methode entwickelt Ziel dieserKomponente war die Auswertung von telemedizinisch erhobenen Vital Daten in Verbindung mit einer Bewegungsklassifizierung Diese bietet beispielhaftqualitativ neue M glichkeiten f r Langzeituntersuchungen verschiedener Vitalfunktionen Aktivit tsprofile k nnen einerseits eigenst dig als Grundlage diagnostischer Aussagen dienen andererseits in Kombination mit anderen Messgr en deren Aussagekraft ma geblich erweitern Die wichtigsten Innovationen und Forschungsergebnisse dieser Arbeit werden aus den drei relevanten Aspekten n mlich den drei Teilen des mHealth Systems im Folgenden zusammenfasst 1 lokale Seite des mHealth Systems Sensorsystem und Android basierte Mobile Clients IPM MC 2 Server Seite Zentrales Server System IPM ZS und 3 Auswertungsmodule Automatisierte Aktivit tsanalyse IPM AM beispielhaft 1 Diese Arbeit untersucht nunals erstes den Aufbau und die Struktur von drahtlosen Sensor Netzwerken 8 die der medizinischen Versorgung bzw dem Monitoring dienen Anhand der Merkmale der medizinischen Versorgung wird eine geeignete Definition des 14 1 Einleitung medizinischen Sensor Netzwerks herausgearbeitet Die Bereiche des Sensor Netzwerks f r die medizinische Versorgung di
111. drigsten Stromverbrauch dieser liegt dann nur im Bereich von Mikroampere Gleichzeitig ist die Zeitverz gerung bei ANT nur kurz und es besitzt eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit Das System kann bei Bedarf schnell den Ruhezustand verlassen und in k rzester Zeit bertragungen durchf hren Danach kehrt es schnell wieder in den Ruhezustand zur ck wodurch es durchschnittlich nur eine Leistung von einigen Mikroampere ben tigt Der mittlere Energieverbrauch von ANT liegt bei 115 uW wogegen der durchschnittliche Energieverbrauch von ZigBee bei 9 mW und damit deutlich h her liegt Im Vergleich zu den konkurrierenden Konzepten verf gt ANT also ber einen u erst niedrigen Energieverbrauch Vergleichbare Technologien halten bei hnlicher Anwendungsintensit t nur einige Monate oder sogar k rzer W hrend ANT also beispielsweise mit einer Knopfbatterie 5 Jahre l uft verbraucht sich diese bei Bluetooth innerhalb von 2 bis 5 Monaten ZigBee funktioniert mit zwei AA Batterien f r etwa 6 24 Monate Niedrige Kosten Zun chst einmal operiert ANT auf dem lizenzfreien 2 4 GHz Band was zus tzliche Kosten vermeidet Dar ber hinaus ben tigt das ANT Protokoll nur geringe Ausgaben Das Bluetooth Protokoll ben tigt 250 000 Byte ZigBee 100 000 Byte ANT dagegen lediglich 2000 Byte Au erdem sind die Kosten der bereits der ffentlichkeit pr sentierten ANT Produkte mit einem ANT Wireless Chip und die direkt darauf zur ck greifenden Module bisher al
112. dung der Punkte gezeichnet um die Ansicht eines medizinischen Live Diagramms zu schaffen Der Pseudocode der Zeichenfunktion ist wie folgt for i 0 i lt this vitalUIBuffer length i y 150 this vitalUIBuffer i ctx strokeStyle white if i gt 0 ctx moveTo i 1 preY ctx lineTo i y preY y Nachdem das erste Event Datenpaket analysiert und visualisiert wurde folgt das nachste Datenpaket woraufhin der oben genannte Zeichenprozess wiederholt wird Die Funktion wird nach vorne erweitert Sobald das Ende des Live Panel erreicht ist wird wieder von ganz links begonnen 120 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Was das Sensorsystem angeht so muss gew hrleistet sein dass pro Sekunde mindestens 200 Datenwerte gesammelt werden Entsprechend der eigenen Frequenz des Ger ts mit 500 Sample s wird in dieser Arbeit ein Datensammelintervall von 0 5 s verwendet Dies entspricht einer Datenmenge von etwa 250 Werten pro Intervall Daher bewegt sich die Funktion der Datenzeichnung alle 0 5 s um einen Abschnitt und die den 0 5 s entsprechenden 250 Werte werden in diesen Abschnitt eingetragen Entsprechend des Umfangs der vom Server jedes Mal gesammelten Datenpakete werden die Ger te des VitalBuffers auf 500 festgelegt Auf diese Weise stellt der Browser jedes mal etwa 250 Daten dar das Zeitintervall betr gt 0 5 s Dies soll den Zusammenhang der dynamischen Darstellung garantiere
113. e Informationen wie z B Herzfrequenz Atemfrequenz Temperatur etc gesammelt und danach an das Smartphone weitergeleitet Das Smartphone dient hier als ein lokaler Gateway 54 3 Anforderungsanalyse Es leitet die physiologischen Informationen dann eine Ebene h her weiter Die im BAN gesammelten Daten werden letztlich zum Server gesendet Lokales Gateway Das lokale Netzwerk Gateway IPM MC dient haupts chlich der Kommunikation des lokalen Netzwerks mit dem Telemonitoring Zentrum Nachdem das lokale Netzwerk Daten mittels eines in Kapitel 2 beschriebenen drahtlosen Nahbereich Kommunikationsprotokolls wie Bluetooth oder ANT empfangen hat erfolgt eine Voranalyse der physiologischen Daten und eine Protokoll Konvertierung weiterf hrende Details werden in Kapital 4 erl utert Die Auswahl des bertragungsprotokolls ist dabei sehr wichtig Es kann m glich sein dass Patienten f r dieselbenphysiologischen Parameter unterschiedliche Sensoren verwenden oder mit verschiedenen Arten von Sensoren ANT sensor Bluetooth sensor mit einem spezifischen IPM MC verbunden werden Danach wird der gegenw rtige Zeitpunkt hinzugef gt alles im Datenformat des Applikation Layer verpackt und an das IPM ZS weitergeleitet Das lokale Netzwerk Gateway empf ngt auch die Warnhinweise und Anweisungen des mHealth Zentrums und kann ggf die Anweisungen des mHealth Zentrums ber Nahbereich Kommunikationstechnologien an die Messelemente weiterleiten Mit diesen A
114. e SOA Plattform errichtet werden welche die urspr ngliche ersetzt um die interne Interaktion der Business Dienste zu unterst tzen In der SOTH Architektur wird die Beschreibung der medizinischen Dienste in zwei Layer unterschieden Ein Layer ist n her an der Technologie und der andere Layer n her am Businessangesiedelt Daher werden f r jeden Layer Attribute aufgef hrt gleichzeitig werden zwei separate Registrations Module etabliert intern und extern Dies wird im folgenden Abschnitt genauer er rtert 90 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen 5 2 Granularit t Das in diese Arbeit verwendete SOA Konzept betrachtet die mHealth Einheiten als das Ergebnis der abstrakten Anordnung verschiedener Layer wodurch dem System eine h here Flexibilit t verliehen wird Nach dieser Methode kann ein abschlie ender Dienst direkt ausgerichtet auf den Endverbraucher mehrere m glicherweise parallel laufende Lebenszyklen besitzen jeder Zyklus geht von einem unterschiedlichen abstrakten Layer aus Nachfolgend wird die Rolle jedes abstrakten Layers dargelegt und wie diese zusammenwirken um einen Service umzusetzen 110 i Users d di ez ext S egistry SS R gt Business ee A Collaboration E Business Level 1 Model Z Level 2 af n Control Control Model Level 3 Service Regist
115. e folgt MessageType Type int NodelD string password 114 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems byte ValueType float Value byte Interval DateTime Datetime ZentralCommandMessage ZCM wird verwendet um das Format der vom IPM ZS an das IPM MC gesendeten Befehle zu definieren Wenn ein Befehl die Frequenz des Samplings festlegt beschreibt die NodeID dann dieSensor ID Value beschreibt die neue Sampling Frequenz Wenn der Befehl den Neuaufbau des Netzwerks meint so sind NodeID und Value bedeutungslos und die beiden Felder k nnen vernachl ssigt werden Die konkrete Definition lautet wie folgt struct CommandMessage MessageType Type byte CommandNum int NodelD byte value DateTime Datetime AlarmMessage sind Warninformationen welche vom IPM ZS an das IPM MC gesendet werden Da die Lange der Warninformationen nicht festgelegt werden kann miissendiese in Message length verwendet werden um die Lange anzuzeigen AlarmMessage beschreibt die Hinweisinformation welche an den Client gesendet wird Die konkrete Definition lautet wie folgt struct AlarmMessage MessageType Type byte Level long length Array AlarmMess DateTime Datetime In den drei Datenstrukturen ist das Feld MessageType enthalten MessageType wird wie folgt definiert enum MessageType byte DATA COMMAND ALARM j 115 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server
116. e in Informationen zu unterteilen Durch die Position in Service wird die Art des Routers inbound outbound und response und seine Rolle pass through aggregator etc definiert Endpoint d Endpoint A Abbildung 6 8Router 8 Component Component ist das Kernst ck des Service und die Umsetzung der Business Logic des Service 110 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Component kann eine Java Class POJO Spring Bean ein Web Service oder ein Scipt etc sein Component definiert den Lebenszyklus desmHealth Service initialise start stop dispose Allerdings muss eine LifeCycle Schnittstelle von HSB realisiert werden Abbildung 6 9 Component 6 3 Entwurf und Umsetzung des mHealth Server Moduls In diesem Abschnitt wird das Kernmodul des IPM ZS weiter er rtert Das IPM ZS bietet rzten und Wissenschaftler eine Plattform f r die medizinische Fern berwachung und Datenerfassung Das in dieser Arbeit entwickelte System wird auch als Forschungsplattform dienen und unterst tzt die Durchf hrung von medizinischen Untersuchungen bei Instituten f r pr ventive Medizin der Universit t Rostock Seine Hauptaufgabe beinhaltet folgende Module Kommunikationsserver KS Benutzer Verwaltung BV Study Management SM Datenmanagement DM und Visualisierungsmodul VM Wie in Abbildung 6 10 zu sehen wird in jedem Teil ein Adaptionslayer zur Verbindung mit dem HSB eingerichtet Nach den in de
117. e mit Problemen behaftet sind werden n her untersucht So gibt es Defizite in den Bereichen Energieverbrauch Routing Topologie Kontrolle und Positionierung die die Entwicklung der drahtlosen Sensor Netzwerke hemmen Die vorhandenen Sensor Netzwerke die sich berwiegend auf den Nahbereich der Telekommunikation beschr nken werden verglichen Eine neue Nahbereichs Kommunikationstechnologie ANT wird eingef hrt Das in dieser Arbeit vorgestellte mHealth System verf gt sowohl ber die ANT als auch ber die Bluetooth Technologien und kann gleichzeitig auf diese zur ckgreifen und flexibel zwischen ihnen wechseln Um die einfache Integration mit verschiedenen Arten von Sensoren zu realisieren wurde in dieser Arbeit bei der Implementierung des Android basierten mobilenClienten IPM MC eine Middleware umgesetzt deren echtzeitf hige Kommunikationsmodule verschiedene drahtlose Kommunikationstechnologien unterst tzen wie Bluetooth ANT ANT und Bluetooth Low Energie Bei der Sensor Daten Analyse wird ein schnittstellen orientierter Ansatz verwendet Durch die Zusammenfassung und ausf hrliche Analyse der verschiedenen Sensor Kommunikationsprotokolle wurde eine Universal Schnittstelle definiert die den allgemeinen Vorgang des Analyseablaufsenth lt Im Wesentlichen wird der obere Layer Display Layer des IPM MC und der untere Layer Datenverarbeitung Layer ber diese Schnittstellen lose gekoppelt Hierdurch wird ein flexibler Austausch der
118. earbeiten Service Abbildung 6 5Service 3 Transport Transport verarbeitet den Empfang und das Senden von Nachrichten Der Prozess der Datenkonvertierung wird ebenfalls in Transport ber den Abruf des Transformers durchgef hrt 109 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Transport Connector i e Message Endpoint Transtor i f Message dispatcher J Endpoint Pe EE Messa ge Exception i Enapoint vided J requester stener Abbildung 6 6Transport 4 Connector Der Connector wird f r die Kontrolle spezifischer Protokolle verwendet wie beispielsweise http Connector JMS Connector etc 5 End Point End Point wird dazu gebraucht um spezifische verwendete Formate einer Art von Protokoll zu beschreiben wie beispielsweise listening polling auslesen schreiben an eine bestimmte Adresse etc Es werden die Kan le zum Senden und Empfangen von Messages definiert End Point kontrolliert wie Einheiten Instanzen auf niedrigem Layer im Connector verwendet werden k nnen End Point ist im nbound und Outbound Router definiert 6 Transformer Transformer wird verwendet um den Inhalt von Messages umzuwandeln byte byte String JMS text message XSL T Object Object to Abbildung 6 7Transformer 7 Router Der Router verwendet den Filter um die Nachrichten auf der Grundlage ihrer enthaltenen Attribut
119. eben Zudem werden die wesentlichen Eigenschaften der Sensornetzwerke untersucht In Kapitel 3 Anforderungsanalyse wird im Wesentlichen die grundlegende Architektur eines mHealth Systems vorgestellt Das Szenario und die gesamten Anforderungen des Systems werden ebenfalls geschildert Diese basieren auf den Business Anforderungen des oberen Applikation Layer technischen Anforderungen des unteren Layers sowie den Anforderungen der Schnittstellen Kapitel 4lautet Entwurf und Umsetzung des mHealth Mobile Client Entsprechend der Anforderungen an das System aus den vorherigen Kapiteln umfassen die mobilenErfassungsclients des IPM mHealth Systems drei Kernkomponenten Ein Sensor kommunikationsmodul welches mit den medizinischen Sensoren kommuniziert ein intelligentesEchtzeit berwachungsmodul und ein Daten bertragungsmodul f r die Weiterleitung erfasster physischer Parameter auf den Server In diesem Kapitel werden die Grunds tze des Entwurfs und die Implementierung der Komponenten detailliert beschrieben InKapitel 5 Einf hrung in SOTH wird die vorgeschlageneSOA basierte Open Telemonitoring Framework for Healthcare detailliertbeschrieben Nach der Layered Architecture wird eine Reihe von Methoden vorgestellt die zur Beschreibung von medizinischen Software Ressourcen und Diensten dienen 29 1 Einleitung In Kapitel 6 Konzeption und Implementierung des Zentralen mHealth Server Systems werden die Ziele un
120. ebnisse Ergebnis 11 04 02 Stehen Stehen Korrekte 11 04 13 Stehen Stehen Korrekte 11 04 25 Springen Springen Korrekte 11 04 36 Springen Springen Korrekte 11 08 36 Laufen Springen Fehler 11 08 46 Laufen Laufen Korrekte 11 08 57 Laufen Laufen Korrekte 11 09 07 Gehen Springen Fehler 11 09 18 Gehen Gehen Korrekte 11 09 28 Gehen Gehen Korrekte 11 09 39 Treppen hinaufsteigen Treppen hinaufsteigen Korrekte 11 09 50 Treppen hinaufsteigen Treppen hinaufsteigen Korrekte 11 10 00 Stehen Gehen Fehler 11 10 11 Treppen hinabsteigen Treppen hinabsteigen Korrekte 11 10 22 Treppen hinabsteigen Treppen hinabsteigen Korrekte 11 10 32 Treppen hinabsteigen Treppen hinabsteigen Korrekte 145 8Evaluierung und Anwendung 8Evaluierung und Anwendung Untersuchung zur Auslastung des mobilen Clients und des Serversystems Das in dieser Arbeit entwickelte mHealth System unterst tzt einenzentralen Server und verbindet zugleich mehrere Clients Zudem empf ngt es in Echtzeit die physiologischen Parameter des Patienten In diesem Kapitel wird zun chst die Belastung der Daten bertragung des Systems getestet Durch den Test soll des Weiteren auch die maximale zu verbindende Anzahl von Clients best tigt werden Um Stabilit t und Zuverl ssigkeit des Systems zu testen werden drei Tests durchgef hrt Testumgebung und Versuchsger te Dis Tests werden auf einem Smartphone mit Android 2 3 Betriebssystem durchgef hrt Die Testger te umfassen Sony Exper
121. eeessesneaeeeeeeeseeseceaeeeeeesseeeees 127 Abbildung 6 20 Hebfranstormer Modell 128 Abbildung 7 1 Hidalgo Equivital Muti parameter Sensor TA 133 Abbildung 7 2 Equivital Sensor Brustgurt TLAST 134 Abbildung 7 3 ADXL330 3 Axis Accelerometer T1A09 135 Abbildung 7 4 Direction of the EQ01 3 Axis Accelerometer 136 Abbildung 7 5 Verlauf der Bewegungserkennung ssssssssssrssssssrrrrrrssssssrrernrssssesereennssssenrreesnssssennt 136 Abbildung 7 6 Aufrufprozess der Beschleunigungssensordaten c cccccccccsssssssecececesessssseaeeeeeesseeeees 137 Abbildung 7 7 Zeitreihenanalyse der Beschleunigungssensordaten ccccsssssccececssesssssaeeeeeeeseesees 138 Abbildung 7 8 Prozess der Bewegungserkennung 144 Abbildung 8 1 Testumgebung und Versuchsger te ssnssensssssseserensrssssesereesrssssesereesnssssrsrreesessssenee 146 Abbildung 8 2 Prozessorzeiten des gesamten Serversystems bei verschiedenen Belastungen keine fortlaufende Datenbankabfrage cccccsscccecsssseceessscececssssececssseesecsssseescssssecsessseceeseeeececsessececseaaeaes 148 Abbildung 8 3 Prozessorzeiten des gesamten Serversystems bei verschiedenen Belastungen mit fortlaufender Datenbankabtragel 148 Abbildung 8 4 Prozessorzeiten des Kommunikationsservers ssesssssssssssssrrsssseserresnssssrsrrnesssssssene 149 Abbildung 8 5 Verh ltnis zwischen Datenrate und Anzahl tranferierender Clients f r maximale Auslastung des Serversvstems nine isnrr
122. ehr eingeschr nkt m glich Im Bereich der Pr ventivmedizin basiert ein gro er Teil der Forschung auf den Untersuchungen die f r individuelle Belastung Beanspruchungs Untersuchungen ausschlie lich im Feld durchgef hrt werden m ssen Mit dem Projekt Mobile Health vom Institut f r Pr ventivmedizin Rostock wird in dieser Arbeit die technische Voraussetzung IPM mHealth System siehe Abbildung 1 geschaffen die Belastung sowohl station r als auch im h uslichen Umfeld dynamisch zu ermitteln und diese zeitsynchron zu den physiologischen Parametern aufzunehmen Der Medizinier bekommt damit neue Ans tze zur Verbesserung seiner Diagnose und Empfehlungen hinsichtlich der anzustrebenden k rperlichen Belastung Auch die Sicherheit der Patienten erh ht sich da kritische Zust nde bei bestimmten Bewegungsabl ufen z B Treppensteigen fr hzeitig erkannt werden Letztlich bietet dieses System die automatisierte Aktivit tsanalyse im Rahmen von Langzeituntersuchungen einer vielversprechenden M glichkeit Patienten beim Erlernen eines optimalen Bewegungsprofiles zu unterst tzen 1 Une en he Da d ee Mobile Client module Lokal Bereich des IPM mHealth IPM mHealth Zentrale Applikation und System Server System Daten Server Abbildung 1 1 Architektur des IPM mHealth Systems Die auf tragbaren Sensoren und intelligentemmobilen Endger t basierende medizinische Fern berwachung ist eine moderne Art des telemedizinischen
123. eine extrem hohe Flexibilit t und Erweiterbarkeit 69 3 3 3 Schnittstelle zwischen Healthcare Monitoring Zentrum und den Auswertungsmodulen Das Auswertungsmodul verwendet die vom IPM ZS angebotenen Dienste Egal wie eine medizinische Anwendung umgesetzt wird die Kommunikation mit dem IPM ZS folgt dem WebService Standard und verwendet SOAP Message zum Austausch von Informationen Das IPM ZS bietet dem IPM AM folgende Dienste Identifikationsverwaltungsdienst Patienten und medizinisches Personal ben tigen jeweils einen eigenen Benutzernamen und ein Passwort f r die Authentifikation Der Verwaltungsdienst f r die Daten des medizinischen Personals Dieser Dienst verwaltet s mtliche Daten des medizinischen Personals Autorisierung zur Anzeige und nderung bestimmter Parameter Einf hrung von individuellen Informationen und Anzeige von speziellen Befugnissen etc Der Message Verwaltungsdienst bietet einen sicheren Informationsaustausch zwischen den Nutzern Erstellung von Patienten Diagnoseergebnissen und Patienteninformationen Pr fen individueller Informationen Der Datenzugriffsdienst Medizinische Anwendungen ben tigen bessere Methoden um Patientendaten zu erhalten Andere Dienste welche vom medizinischen Personal angeboten werden m ssen Patientendaten lesen oder ndern Einf gen von Diagnoseergebnissen Kommentare etc Nachdem sie autorisiert wurden k nnen sie Anfragen abschicken Der Datenzugriffsdienst befr
124. eine konkrete Umsetzungsmethode ist unabh ngig vom HSB die Schnittstelle beinhaltet die Eingangsmethode der Business Logik des Kommunikationsmoduls lt componentclass org hsb mhealth ComunicationService ComunicationServicelmp gt lt outbound gt Outbound ist der Kanal ber welchen das Modul Antwortdaten nach au en sendet CommunicationService berpr ft die vom Client bermittelten Message Formate und bermittelt das Message Ergebnis zur ck an den HSB An dieser Stelle werden zwei Message Routings definiert um die vom CommunicationService zur ckgesendeten Informationsformate zu beurteilen Wenn die Messages ber die in Abschnitt 6 2 2 geschilderte Message Struktur bewertet werden so gehen sie in das IdentificationService Modul ber und der Client wird verifiziert lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path IdentificationServieRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype org hsb mhealth hello NameString gt lt filtering router gt Andernfalls liegt eine fehlerhafte Information vor und die Informationstibermittlung wird abgebrochen lt filtering router gt lt vm outbound endpoint path AlarmServiceRouter synchronous true gt lt payload type filterexpectedT ype java lang Exception gt lt filtering router gt lt outbound gt An dieser Stelle wird das Modul zur Behandlung als unbekannter Fehler definiert lt default service exception strategy gt lt vm
125. eine sehr komplexe Heterogenit t 122 Entsprechend der verschiedenen medizinischen Signale welche von den Sensoren gesammelt werden muss das IPM ZS auch in der Lage sein neue Module zur Analyse und Auswertung der Information hinzuzuf gen Andererseits muss der Monitoring Server in Echtzeit physiologische Parameter von den verschiedenen Clients empfangen und den Schutz der darin enthaltenen sensiblen medizinischen Daten gew hrleisten Daher werden in diesem Kapital zun chst die Eigenschaften des mHealth Zentral Server Systems IPM ZS von den Entwurfszielen her analysiert 1 Echtzeit Die Echtzeit bezeichnet hier das Sammeln die bertragung die Verwaltung und das Feedback in Echtzeit 123 Die physiologischen Parameter des Patienten k nnen in Echtzeit 104 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems gesammelt und in Echtzeit an den Zielpunkt weitergeleitet werden Im IPM ZS k nnen die physiologischen Parameter in Echtzeit evaluiert und ein Mess Ergebnis erzielt werden 2 Menschlichkeit Die Menschlichkeit Humanit t des Systems stellen die beiden Seiten Patient und Arzt dar Der Patient besitzt eine r umliche Flexibilit t In der Untersuchung verf gt der Patient ber einen vergleichsweise gro en Aktionsradius 124 In diesem Bereich kann er sich verh ltnis m ig frei bewegen ohne dass t gliche Aktivit ten beeinflusst w rden In einigen F llen kann der Patient selbst die am K rpe
126. einfacher bearbeiten kann Es wird eine entsprechende Message Klasse generiert und danach entsprechend des Typs der physiologischen Parameter eine Vor berpr fung durchgef hrt Diese Vor berpr fung dient der Bestimmung der Validit t der Daten Wenn die Vor berpr fung ergibt dass die Message nicht valide ist wird der derzeitige Bearbeitungsprozess abgebrochen und mit der Bearbeitung der n chsten Daten fortgefahren Falls die Vor berpr fung erfolgreich ist werden die Parameter in der Datenbank abgespeichert Au erdem werden diese Daten auf Ungew hnliches berpr ft Es wird berpr ft ob die physiologischen Parameter der Norm entsprechen Wenn sie abnormal ausfallen wird das Warnungsmodul zur weiteren Bearbeitung aufgerufen Das Ergebnis der Bearbeitung des Warnungsmoduls wird in Form von Befehlen an den Client zur ckgesendet 2 Validierung Unter den Bedingungen des Telemonitorings ist die Bearbeitung der empfangenen Daten von besonderer Wichtigkeit Wenn fehlerhafte Daten mit abweichender Semantik oder Datenm ll in das System gelangen so kann dieses zu nutzlosen oder fehlerhaften Bedienungen f hren 134 In den Arbeitsschritten des Systems muss sichergestellt werden dass die Daten im Datenbanksystem korrekt g ltig und kompatibel sind also dass das Datenbanksystem intakt ist Wenn die Integrit t des Datenbanksystems besch digt wird so kann dies Auswirkungen auf die Korrektheit des Systems haben und in manchen F llen sogar z
127. elle In der Klasse SensorManager sind die notwendi gen Datenparser registriert Nachdem der Datenanalyseprozess die Rohdaten erhalten hat unterscheidet er zun chst anhand der im SensorManager eingetragenen DevicelD die Art des Sensors Danach analysiert er anhand der im Datenparser eingetragenen konkreten Methode die Daten Der Applikation Layer muss sp ter nicht mehr nachvollziehen k nnen auf welche Weise die Rohdaten von Sensoren konvertiert wurden Dies bedeutet auch dass bei einem neuen Sensor nur eine Analysedatei daf r geschrieben und die dazugeh rige DeviceID beim Sensor Manager eingetragen werden muss Auf diese Weise kann der Sensor in die Applikation Layer der IPM MC problemlos integriert werden 4 Datenpuffer 76 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Zuletzt speichert der Datenanalyseprozess die analysierten Daten im neuen Puffer Byte sensordata ab Diese gehen damit in den Datendisplay und Fern bermittlungsprozess ber 4 4 Datenvisualisierung und Aktualisierung Nach Abschluss der Datenanalyse benachrichtigt das System den Displayprozess die Rohdaten vom Sensor graphisch darzustellen Auf dem Mobile Client ist eine schnelle Reaktionszeit eines der wichtigsten Design Ziele Jedes Android Anwendungsprogramm l uft unter eigener Dalvik Virtual Machine 99 Wenn der Prozess beginnt die Anwendung startet wird ein Hauptthread MainThread gestartet Dieser Hauptthread ist verantwortlich f r die Be
128. em durch Um die Leistung zu verbessern wird StoredProcedure verwendet 142 DieStoredProcedure muss nur beim Aufbau kompiliert werden wodurch die Effizienz des Systems gesteigert wird Der Zugriff auf das Datenbanksystem ber StoredProcedure verl uft wie folgt 1 Etablieren eines Verbindungs String Instanziierung des SqlConnection Objects 2 ffnen der Verbindung myConnection Open 3 Verwenden ADO Objekte 143 als Instanz f r Operationen des Datenbanksystems wie beispielsweise SqlCommand cmd CreateProcCommand procName null cmd ExecuteNonQuery 4 SchlieBen der Datenbankverbindung nachder Operation myConnection Close Folgender Abbildung 6 17 beschreibt das Speichervorgang f r die Funktion Add New _Patient IPM mHealth PatientAdd btnadd_Click object sender EventArgs e BusinessLogicLayer PatientSystem Add_Patient Model Patient patient DataAccessLayer Add_Patient Model Patient patient SQLHelper RunProc Add_Patient ParamList t IPM mHealth Database Abbildung 6 17Speichervorgang f r die Funktion Add_New_Patient 6 3 5 1 Struktur der Datenbank Entsprechend der Analyse der Anforderungen einer Systemdatenbank und den zuvor geplanten Modulen wird der Entwurf einer Datenbank im Hinblick auf die Umsetzung des Business Szenarios vorgestellt Wie die nachfolgende Abbildung 6 18 zeigt In der Tabelle Study werden die Merkmalbeschreibungen der verschiedenen Unter
129. en Das Untersuchungsmanagement Modul besteht haupts chlich aus den folgenden zwei Teilen der Verwaltung der Monitoring Aufgabe und der Verwaltung der Frageb gen Der Inhalt dieser zwei Teile wird vollst ndig ber das im obigen Abschnitt vorgestellte Netzwerk kommuniziert DerIPM MC erh lt vom Server Detailinformationen Die Verwaltung derUntersuchung definiert haupts chlich die Hauptmerkmale der Monitoring Aufgabe Dies beinhaltet den Typ der zu sammelnden physiologischen Parameter die Dauer des Monitorings die Datenverarbeitungsmethode des Servers etc Diese Informationen werden durch rzte und Forscher definiert und ber das Monitoring Zentrum an den Client gesendet IPM MC synchronisiert bei jedem Start zun chst diese Informationen mit dem Server Die Frageb gen dienen im Wesentlichen dem Sammeln von Informationen ber den emotionalenZustand des Patienten w hrend des Verlaufs des Monitorings Diese Art von Formular wird ebenfalls von Forschern im Monitoring Zentrum entworfen und auf den IPM ZS hochgeladen Sobald eine Verbindung zwischen IPM MC und IPM Server besteht werden diese Informationen synchronisiert Dabei ist der Fragebogen im System als XML Format definiert Nachdem der IPM MC die Beschreibungsdatei des XML Formulars erhalten hat wird diese in eine entsprechende Android UI umgewandelt Der konkrete Vorgang wird in folgender Abbildung 4 18 gezeigt XML Untersuchung und Fragebogen Definition AML Untersuchung a 3 A
130. en Bei Fehlern soll der Patient gewarnt und die Patientendaten sollen an das medizinische Zentrum bermittelt werden Zur Realisierung dieses Dienstes m ssen demnach zwei weitere Dienste realisiert werden 1 ein Dienst zum Lesen der Informationen von Sensoren und 2 ein Alarm Dienst Der Dienst liest die Datenaus welche die Messelemente gesammelt haben die lokale Datenbank empf ngt und speichert dann die Daten Um die Informationen ber den eigenen Gesundheitszustand zu aktualisieren kann der Patient Kommentare hinzuf gen in ein vom medizinischen Personal bereitgestelltes Formular Frageb geneingetragen Der Prozess der Messung kann vom Patienten jederzeit abgebrochen werden Die Daten werden aber keinesfalls gel scht sondern zwischen folgenden Zeichen abgespeichert measure interrupte on und measurement period xxx seconds Diese Informationen werden zudem in einer XML Datei abgespeichert Im Alarm Dienst werden drei Arten von Warnungen konzipiert 1 Falls die zuvor festgelegte Messkonfiguration nicht erf llt wurde erh lt der Patient oder das medizinische Zentrum eine Warnmeldung 2 Falls das medizinische Personal eine Message an den Patienten schickt erh lt der Patient eine Warnmeldung 3 Falls die Verbindung des medizinischen Zentrums scheitert erh lt der Patient einen Warnhinweis das medizinische Zentrum ben tigt einen eigenen Alarm Dienst 57 3 Anforderungsanalyse Der Message Verwaltungsdienst inf
131. en bayesschen Filter verwendet sowie drahtlose Sensornetztechnologie um allein wohnende ltere Menschen zu berwachen Anciaux hat zu gew hnlicher Datensicherheit und Fragen der Privatsph re bei Telemonitoring geforscht mittels mobiler Ger te wurden medizinische Daten des Patienten zur ckgegeben 65 51 3 Anforderungsanalyse 3 Anforderungsanalyse In diesem Kapitel wird im Wesentlichen die grundlegende Architektur eines mHealth Systems vorgestellt S mtliche Anforderungen in einem Modell darzulegen k nnte die Komplexit t des Entwurfsprozesses erh hen und bringt Konflikte und Widerspr che mit sich Entsprechend der modellbasierten Entwicklung wird in dieser Arbeit darSystementwurf in verschiedene Subsysteme unterteilt In diesem Kapitel werden ebenfalls von diesem Standpunkt aus die gesamten Anforderungen des Systems geschildert Diese basieren auf den Business Anforderungen des oberen Applikation Layer technischen Anforderungen des unteren Layers sowie den Anforderungen der Kommunikationsschnittstellen zwischen den Subsystemen 3 1 Business Subsystem Das in dieser Arbeit entworfene mHealth System siehe Abbildung 3 1 besteht aus drei Subsystemen dem Mobile Erfassungsclient IPM MC dem Monitoring Zentral Server System IPM ZS und dem Auswertungsmodul IPM AM Patient Home Central Application Server Medical institution Analysis Emergency Web Data Access Module SOAP HTTPS Service R service Bhyetooth SOCKEL G XML
132. en nur eine lange Abfolge von Bytes und unbenutzbar Daher m ssen die Informationen jedes Feldes aus dem Bytestrom im Pufferspeicher notwendigerweise extrahiert und in praktische Informationen umgewandelt werden damit sie als Daten wertvolle Informationen zur Entscheidungsfindung beisteuern k nnen Allerdings gibt es momentan keinen einheitlichen Standard f r physiologische Datenformate und jede Art von Sensor verwendet ein eigenes bertragungsprotokoll 93 Wie nun diese Protokolle dynamisch analysiert werden und die verschiedenen Arten von Sensorger ten flexibel vom Mobile Client eingebunden werden k nnen ist l ngst zu einer wichtigen Frage in diesem Bereich geworden In dieser Arbeit wird ein auf die Schnittstellen orientierter Entwurfsansatz verwendet 94 Im Wesentlichen werden der obere Layer Display Layer des IPM MC und der untere Layer Datenverarbeitung Layer ber die Schnittstellen lose gekoppelt Hierdurch wird ein flexibler Austausch der Sensorger te erm glicht und genauso das Ziel der Erweiterbarkeit vomIPM MC erreicht Der erste Schritt des Entwurfs ist die Analyse eines normalen Ablaufs der Sensordatenanalyse des Weiteren wird der allgemeine Charakter darausextrahiert und die allgemeine Schnittstelle f r die Sensor Datenanalysedefiniert Die konkreten Schritte der Umsetzung sind nachstehend aus Abbildung 4 9 zu ersehen 72 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Gateway Model
133. enfolge von Tasks welche die Business Logik des bergeordneten Layers befriedigen Die Umsetzung des Modells dieses Layers resultiert aus den Anforderungen des Nutzers Prozessen Zielen der Daten Arbeitsabl ufen und Normen Es ist eine Beschreibung welche eine Reihe von Prozessen und Arbeitsabl ufen auf einen Dienst ausgerichtet zusammenf gt Mindestens ein zentraler Dienst unterst tzt diese Prozesse und Arbeitsabl ufe Es handelt sich um eine detaillierte Erl uterung der Regelungen des Business Models Es werden m glicherweise Dienste von anderen Business Models angefordert Das Utility Service Model zeigt einem oder mehreren bergeordneten zentralen Services technische oder nicht technische Details an Diese Modelle beschreiben wie jeder zentrale Dienst umgesetzt und verwendet wird Das Modell des Layers ist ein auf Technik Business Prozesse Wiederverwendbarkeit und Service ausgerichtetes Design Es kann f r einen oder mehrere Control Models verwendet werden es k nnen einer oder mehrere Standards verwendet werden und es k nnen die Funktionen anderer zentraler Service Models wiederverwendet werden Auf dem letzten Level Level 5 sind die praktischen Umsetzungen und Codes s mtlicher Anwendungen angeordnet Enthalten sind nicht ausschlie lich der Code des Utility Models zum Erzeugen der Operationsf higkeit der Operationscode und die praktischen Umsetzungen der Konfiguration f r die Umsetzung der Dienste 5 4 Beschreibu
134. eninteraktion erf llen die Module gemeinsam die Aufgabe des mHealth Systems 65 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Benutzerschnittstelle Sensor Kommunikation Datenvisualisierung Netzwerk Untersuchung und Aktualisierung Kommunikation Management T l z j i ji E zZ fa S yw 3 a 9 o m x 2 a 2 D S D ea 3 2 ER S HERE S ge lea 3 gt z a oc E 8 a3 38 4 2 se igs g 1853 3 S Sr H R 8 2 Sa lt SS S SA 8 ER S E S 8 SS g a a 5 2 5 f 26s 2 S EJ 5 a as d S S S K a c 5 S e EI d D 3 amp Abbildung 4 3Kernkomponenten vom IPM MC 4 3 Sensor Kommunikation Die Kernfunktion des IPM MC ist die Erfassung und bermittlung der Informationen ber die physiologischen Parameter des Patienten Diese Funktion verwendet die Nahbereich Kommunikation via Transceiver vom Smartphone als Hardwaremodul zur Kommunikation mit den medizinischen Sensoren In dieser Arbeit werden die in Sony Experia Android 2 3 4 integrierten Bluetooth und ANT Schnittstellen f r die drahtlose Kommunikation verwendet wie in Abbildung 4 4 zu sehen ist Im Folgenden wird differenziert der Ablauf des Aufbaus einer drahtlosen Verbindung ber Bluetooth ANT dargelegt Abbildung 4 4Bluetooth und Ant Transceiver 84 85 4 3 1 Drahtlose Verbindung von IPM MC ber Bluetooth Android 2 0 und h here Versionen bieten eine ffentliche Blue
135. ensordoten ssccccccccesessesssesececssssneasaesecsceseeneaasaesecsseeseseaasssesceseeneaaes 72 4 4 Datenvisualisierung und Aktualisierung nennen 77 4 5 Netzwerkkommunikationsm dul u unsaaean a a eeenand 79 4 6 Management Modul f r Untersuchungen c cccccccccesssssssececeeeesesesscseceeeeeessessssseaeeeeess 87 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare ANWENdUNBEN ce nee ee te RESET 89 5 1 SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare 90 EE HEEN EN 5 2 1 Business Collaboration Management Model DCH 92 5 2 2 Business Model BM 93 5 2 3 Control Service Model CM 93 5 2 4 Utility Service Model 93 5 3 Beziehungen zwischen den Modellen 94 5 3 1 Zusammenfassende Definition der Architektur 95 5 4 Beschreibung der medizinischen Ressourcen und Dienste 96 5 4 1 Beziehungen des Systemkonzepts ssccccccccssessesscececscsessneascececscssecneassssecssessesesasssescsseseenaes 97 5 4 2 Beschreibung der Ressourcen 98 5 4 3 Beschreibung von Diensten cccccceesesssccccceceseensncccesccssnsnesassecesscssnsesasaesecsssseesasaeseesseseesaes 100 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems een 104 6 1 Ziele des Systementwulfs ze a I BEN 104 6 2 Healthe re Service Busn ac u aan 106 6 2 1 Ges mtstr ktur des KE 108 6 2 2 Grundlegende Konzepte 2 2n null elle dE e 109 6 3 Entwurf und Umsetzung des mHealth Server
136. enste definiert Das Modell dieses Layers gibt die Aktionen aller am Koordinationsprozess beteiligten Gesch fte vor der Austausch die gemeinsame Nutzung von Daten verschiedener Business Dienste ist ausf hrlich beschrieben die notwendig zu kontrollierenden Ereignisse werden definiert die Normen f r die Kooperation mit anderen werden gebildet Das Business Model ist die Darlegung der Business Logik und definiert die speziellen Bedingungen welche von den angebotenen Diensten verwendet werden Sie geben dem Nutzer der medizinischen Dienste eine unmittelbare Darstellung das Business Model ist in der Registry eingetragen der Nutzer greift ber den Besuch der Registry auf das Modell zu Das Modell dieses Layers definiert die Aktionen der wechselseitigen Beziehungen um einen 95 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen Prozess zu unterst tzen Dieser Prozess wird aus der vordefinierten Technik den Schnittstellen und offenen Normen gebildet Es werden die eine Business Logik ber hrenden Aktionen beschrieben dabei k nnen die Funktionen einer anderen Business Logik nicht wiederholt werden die Schnittstellen der Dienste werden definiert es erfolgt eine Umsetzung ber eines oder mehrere Control Models die Beschreibung dieses Levels kann als Referenz f r den Dienstleitungsbereich dienen Das Control Model ist die detaillierte Regelung des Business Models Es definiert eine Reih
137. ensten Im ersten Abschnitt werden Ressourcen und die zugeh rigen Attribute als virtuelle Module betrachtet Zudem wird eine Architektur der Beschreibung der Ressourcen angeboten Diese Architektur kann als Output des f nften Levels betrachtet werden Die Tasks der Software Service Agents und Anfragen der Nutzer implementieren die Koordination und sind gleichzeitig zust ndig f r die Verwaltung der Ressourcen Anders gesagt um das vorher ausgearbeitete Ziel zu erreichen regelt und verwaltet ein Agent die Durchf hrung der Ressourcen Jedes Ziel ist mit einem Task verbunden Ein Dienst wird durch eine Gruppe von Tasks definiert insofern k nnen diese Ressourcen als die grundlegendste Komponente eines Dienstes betrachtet werden Ressourcen unterst tzen zun chst einmal Tasks Die SOTH Architektur erlaubt es einem Designer einen Dienst mittels einer Reihe von Tasks zu definieren Utility Model anstatt einen Dienst fest mit speziellen Ressourcen zu verbinden S mtliche Ressourcen welche diese Tasks bieten k nnen von diesem Dienst angefragt werden Daher k nnen um einen komplexen Dienst auszuf hren verschiedene von Ressourcen unterst tzte Tasks angefordert und organisiert werden Dieser Prozess wird auf dem vierten Level abgeschlossen und als Dienst Konfiguration bezeichnet Der Unterschied zwischen einer komplexen Dienst Konfiguration und einem Business ist nicht v llig klar Dies h ngt vom Hintergrund und den Vorstellungen des jeweil
138. enzte Knotenkapazit t Da Energie Kommunikationsf higkeit Rechenleistung und Speicherkapazit t der Knoten begrenzt sind ist das Hauptziel des drahtlosen Sensornetzwerks durch die Erledigung der zuverl ssigen und wirksamen berwachungsaufgaben Ressourcen aller Art effizient zu nutzen und zur gleichen Zeit die Lebensdauer des Netzwerks zu verl ngern Selbstorganisationsf higkeit Weil das drahtlose Sensornetzwerk in gro em Umfang eingesetzt wird braucht das System ein gro e Menge von Sensorknoten im berwachungsbereich und in der Regel besteht keine Network Infrastructure im berwachungsbereich Daher sollte der Sensorknoteneine Selbstorganisations f higkeit haben durch die das skalierbare Protokoll und die verteilten Algorithmenselbst das Multihop Netzwerk bilden Datenorientiertheit In vielen F llen gibt es keine zwangsl ufige Verbindung zwischen Identifikation und Lokationskennung der Sensorknoten Wenn der Benutzer das drahtlose Sensornetzwerk nutzt ist das Auftreten des Ereignisses wichtig aber nicht der Sensorknoten welche das Ereignis wahrnimmt Diese Idee die Daten als Eventstreiber zu verwenden n hert sich dem Verhalten der menschlichenKommunikation und soll auch im Designprozess des Sensor Netzwerk Systemsdurchgef hrt werden 1 3 3 Kommunikationstechnologie In den letzten Jahren stand die drahtlose Kommunikationstechnik im Zentrum der Forschung Derzeit werden viele Untersuchungen in relevanten Bereichen durchge
139. er M Functional regression for data fusion and indirect measurements of physiological variables collected by wearable sensor systems and indirect calorimetry 2013 2013 IEEE International Conference on Body Sensor Networks BSN 2013 art no 6575464 Walters V Fierstine H L Measurements of swimming speeds of yellowfin tuna and wahoo 43 1964 Nature 202 4928 pp 208 209 Hidalgo Limited Equivital SDK Instructions For Use Dokumentation HidalgoLtd 2007 ANT Device ProfileStride Based Speed and Distance MonitorDynastream Innovations Inc 166 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 Literaturverzeichnis Su T H Tsai H J Yang K H Chang P C Chen T F Zhao Y T Reconfigurable vertical profiling framework for the android runtime system 2014 Transactions on Embedded Computing Systems 13 2 SUPPL art no 59 Weeramanthri T Jancey J Fly in fly out FIFO work in Australia The need for research and a health promotion framework 2013 Health Promotion Journal of Australia 24 1 pp 5 6 Sanchez M G Lopez R N Gay Fernandez J A Real time health remote monitoring systems in rural areas 2014 IFMBE Proceedings 41 pp 1473 1476 Maglogiannis I Kazatzopoulos L Delakouridis K Hadjiefthymiades S Enabling location privacy and medical data encryption in patient telemonitoring systems 2009 IEEE Transactions
140. erkmale Da die Zeitfeldmerkmale nicht in der Lage sind die bedeutenden Frequenzfeldmerkmale der Bewegung widerzuspiegeln m ssen noch mittels einer Fast Fourier Transformation 151 die Frequenzfeldmerkmale der Daten ermittelt werden Hier wird zun chst f r die Array data_service eine Fast Fourier Transformation FFT durchgef hrt Die FFT ist ein schneller Algorithmus der diskreten Fourier Transformation Durch diesen Algorithmus k nnen die Daten effizient vom Zeitbereich in den Frequenzbereich bertragen werden Bei der schnellen Fourier Transformation f r data_series Die Gr e der data_series Array betr gt 256 sie kann direkt mit der FFT berechnet werden erh lt man die komplexe Array 139 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung des Raumes des Frequenzbereichs In der Array beinhaltet jede komplexe Zahl einen Realteil real und einen virtuellen Teil image Hier kann mittels folgender Beziehungen der korrespondierende Fourier Wert jeder Frequenz im Frequenzfeld ermittelt werden also die Matrix dieser komplexen Zahl Mod real image Der in dieser Arbeit angeforderte Frequenzfeldmerkmalwert Energiewert energy ist das Quadrat des Fournierwerts im Fenster und des Gr enverh ltnisses des Fensters Also ModIk Energy eg k 0 Es muss darauf geachtet werden dass die hier eingerichtete Fenstergr e w 256 betr gt Die Frequenzfeldenergie spiegelt die Periodizit t der Daten wider Bei Beweg
141. erkmale ber cksichtigt 1 Beschreibung Semantik Policy Protokoll Registrierungsname und Beziehungen vorhanden has 2 Tasks und Beziehungen ausf hren perform 3 Anbieter und Beziehungen realisieren realizes 4 Protokoll und Beziehungen abstrahieren abstracts Contract abstract Policy Transaction ee Service sed Description has fulfil Proxy implement use i Task Semantic Provider execute me ai has Resource Service Register Interface Abbildung 5 6Beziehung zwischen Konzept und Diensten Eine Reihe von inh renten Informationen werden verwendet um den Nutzer zu identifizieren Name Besitzer Version und Beziehungsfeld Ein Task verf gt ebenfalls ber einige inh rente Informationen Name Preconditions Konstanten und Postconditions eine Beziehung zur Ausf hrung execute der Ressourcen eine has Schnittstelle und eine Anbieter Beziehung Ein komplexer Dienst kann verschiedene Anbieter besitzen Der Dienst Anbieter ist ein Agent welcher Message f r die Kommunikation verwendet Das Format von Message wird in der Schnittstelle beschrieben Die Attribute der Beschreibung der Dienste sind in Tabelle 5 2 zu sehen Tabelle 5 3 zeigt eine detaillierte Erl uterung Diese Independent Gruppen von Informationssprachen werden in drei Typen eingete
142. erwachung und Betreuung in Echtzeit zu leisten Die medizinischen Sensoren bei Codeblue verwenden haupts chlich Micaz und Telosmote Software Designs und beinhalten im Wesentlichen EKG Ger te Blutdruckger te und Beschleunigungssensoren Abbildung 2 5 Abbildung 2 5Anwendungsszenarien der drahtlosen Sensornetze in medizinischen Versorgungssystemen 61 3 Notfallmedizin Bei pl tzlich eintretenden gesundheitlichen Notf llen ist die Rettungszeit der wichtigste Faktor Bei der medizinischen Notfallhilfe ist insbesondere die Zuverl ssigkeit von Software und Hardware ein wichtiger zu ber cksichtigender Faktor Das System muss zuverl ssig arbeiten und bequem vom Benutzer verwendbar sein ber ein drahtloses Netzwerk sind medizinische Sensoren und Software verbunden und k nnen dem Patienten medizinische Notfallhilfe bieten Die Johns Hopkins University hat drei Technologien vereint um ein System f r Gesundheitsschutz und Katastrophenhilfe zu entwickeln welches im Notfall Patienten eine rasche medizinische Behandlung bietet 62 Dieses System eignet sich f r die Behandlung und Rettung von schwerkranken Patienten und f r schnelle Hilfe bei gro en Opferzahlen im Katastrophenfall 49 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung 4 Heimpflege Die Heimpflege ist in den USA ein diversifiziertes Dienstleistungsgewerbe welches verschiedenste Formen der Heimpflege als Dienstleistung anbietet Die Pflegebed rftigen k nnen dabe
143. es Patienten vervollst ndigt 7 1 Vorstellung des Equivital Eq01 Multiparameter Sensors In diesem Projekt wurde der Equivital Multiparameter Sensor siehe Abbildung 7 1 7 2 zum Sammeln der Beschleunigungsdaten verwendet Das Sensormodul Equivital mit seinem speziellen Brustgurt eignet sich f r die Aufzeichnung der ben tigten Messwerte Es bietet die M glichkeit Herzfunktionen ber die integrierten faserbasierten Elektroden mit Silbermantel Lungenfunktion ber einen integrierten Dehnmessstreifen und die K rpertemperatur ber einen integrierten Thermistor zu erheben Abbildung 7 1 Hidalgo Equivital Muti parameter Sensor 146 133 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Das Sensormodul selbst verf gt ebenfalls ber einen integrierten dreiachsigen Beschleunigungssensor ADXL330 147 und erlaubt Aussagen ber die Ausrichtung z B aufrecht liegend R ckenlage Zus tzlich berechnet das Ger t intern die Herz und Atemrate aus den Rohdaten und sendet Benachrichtigungen falls bestimmte kritische Werte berschritten werden Die gesamten Daten Rohdaten berechnete Daten und Benachrichtigungen k nnen best ndig und kabellos vom Sensormodul ber eine Bluetooth Schnittstelle bermittelt werden Abbildung 7 2Equivital Sensor Brustgurt 148 Die Sensorl sung erm glicht selbst unter voller Auslastung einen 24h Betrieb Aufgrund des geringen Gesamtgewichts von 175g Elektronikmodul des Sensors 75g und Gur
144. est wird dieselbe Serie von Sensorenknoten eingesetzt unter der Bedingung des fixierten Kommunikationsabstands und der gleichbleibenden Kommunikationsfrequenz wird die Datenverlust Ratebei der berwachung von physiologischen Signalen jeweils f r 1 4 und 8 Stunden analysiert In Tabelle 8 Isind die Versuchsergebnisse dargestellt die besagen dass im Laufe der 150 8Evaluierung und Anwendung Verl ngerung der Kommunikationszeit die Signale nicht unterbrochen werden das System nicht abst rzt und die Paketverlustrate keine deutliche Zunahme aufweist Tabelle 8 1 Versuchsergebnisse Dauer der Kommuni Kommunikations Theoretische Erfassene Paketfehle Verbindung kationsabstand frequenz Hz Daten Daten r rate 1 5 100 360 000 358 107 0 68 4 5 100 1 440 000 1 430 272 0 89 8 5 100 2 880 000 2 859 680 1 01 8 1 5 Leistungsaufnahme des Smartphones Das in diesem Projekt eingesetzt Handy Sony xperia arcs ist mit einem 3 7V Lion Akku ausgestattet Das gesamte Stromvolumen erreicht 1500mAh Dessen Wartezeit betr gt in der Regel zwei Tage Bei dem Test des Stromverbrauchs im Prozess der Daten bertragung werden alle Applikationsprogramme auf dem Handy entleert um die Genauigkeit der Testergebnisse zu garantieren Wenn das Stromvolumen 100 des maximalen Stromvolumens erreicht betr gt die bertragungsh ufigkeit 5mal pro Stunde Nach einer Stunde Arbeit erreicht das Stromvolumen 99 nach zwei Stunden Arbei
145. execSOL create table belastung id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT name varchar 20 study id varchar 20 beschreibung varchar 50 if isTableExist fragebogeninfo database execSQOL create table fragebogeninfo id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT fragebogen id INTEGER name verohen 20 willkenems wascelneie 20 ep 16 eebe 20 T GER PRIMARY catch SQLException e e printStackTrace Entwurf des Kommunikationsprotokolls Im oberen Abschnitt wurde der auf TCP Socket basierende Kommunikationsmechanismus zwischen IPM MC und TPM ZS vorgestellt Um die Daten aber austauschen zu k nnen muss auf beiden Seiten noch die Bedeutung der Daten verstanden werden Daher muss f r die bermittelten Daten auch ein Informationsformat definiert werden Die Informationen im System unterscheiden sich im Wesentlichen in zwei Arten Lokalinformationen welche vom IPM MC kommen und Kontrollinformationen welche vom Monitoring Zentrumgeneriert werden In diesem Abschnitt wird f r beide Arten von Informationen ein Datenformat entworfen 83 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Entwurf eines Formats f r die Informationen der physiologischen Parameter Nachfolgend findet sich ein Teilbild des Entwurfs des Formates f r die Datenpakete der p
146. f hrt z B in Bezug auf das Mobile Health System das verschiedene Kommunikationstechniken wieBAN Body Area Network PAN Personal Area Network WLAN Wireless Local Network WWAN Wireless Wide Area Network und das Internet umfasst Abbildung 1 5 beschreibt die Verbindungen zwischen dem mobilen Monitoring System und daf r eingesetzter Kommunikationstechnik wobei die gestrichelte Linie die Kommunikation innerhalb des 22 1 Einleitung homogenen Netzwerksdarstellt und die gepickte Linie die Kommunikation zwischen den verschiedenen Netzwerken beschreibt 21 Aus der Abbildung ist deutlich zu erkennen dass jede Kommunikationstechnik das Ziel hat die Anforderungen der medizinischen berwachung und Pflege zu erf llen Nur wenn die Knoten inBANund PAN effektiv und in gro em Umfang mit dem ffentlichen Netz verbunden sind kann das System seine Vorteile entfalten Smart glasses Heart rate monitor 3 Laptop 4 Smartphone f 7 e d o Accelerometer Internet and Global information networks interconnection Abbildung 1 5Beziehung zwischen Health Care WSN und Kommunikationsger ten In den Bereichen BAN und PAN sind Bluetooth Zigbee 22 Radiofrequenz Ultra Wideband 23 Jund ANT 24 am weitesten verbreitet Im BereichWLAN spielt das Protokoll wie 802 11a b g e p s n eine beherrschende Rolle Im Bereich WWAN wird WIMAX immer beliebter Internet Satellitenkommunikation und alleMobilfunknetze wie GSM CDMA 3
147. fentliche berwachung und Pflege in Not Durch den Anschluss an verschiedene drahtlose Netzwerke oder Kabelnetzwerke und das Wireless Sensornetzwerk als grundlegendes Mittelwerden medizinische Informationen an Dienstleister bermittelt welche medizinische berwachung und Dienstleitungen anbieten Weil es keine einheitliche Definition der systematischen logischen Struktur gibt steht die systematische logische Struktur in dieser Arbeit f r eine bestimmte Struktur welche die Zusammenschaltung aller Netzwerkger te beschreibt 41 32 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Patient Terminal Versorgungsterminal Professional Terminal Notfallszenario 2 gt L Ke ffentlichen Bereich Kommunikationsnetzwerk i gt gt l gt 3 Ze A Hause Krankenhaus Abbildung 2 1Logische Struktur des medizinischen Sensornetzwerksystems Die in der Arbeit behandelte logische Struktur des medizinischen Sensornetzwerksystems besteht aus folgenden vier Teilen Patient Terminal Kommunikationsnetzwerk Professional Terminal und Versorgungsterminal Am Patient Terminal haben Personal Area Netzwerke und ffentliche Sensornetzwerke die Aufgabe Daten zu sammeln und es deckt viele Szenarien wie famili re Pflege Krankenh user ffentliche Pl tze usw ab Die grundlegenden Merkmale lauten wie folgt eine gro e Menge von Daten flie t innerhalb des Netzwerks wie die gr ne punktierte Linie der Abbild
148. g Tabelle 2 2 Energieverbrauch der Sensorknoten Sensortype Strom mA Energieverbrauch mJ Solarstrahlung 0 350 0 525 Atmosph rischem Druck 0 025 0 003 Feuchtigkeit 0 500 0 500 Oberfl chentemperatur 5 6 0 0056 Umgebungstemperatur 5 6 0 0056 Acceleration 0 6 0 0048 Magnetometer 5 0 2595 2 3 2 Kommunikationslayout des drahtlosen Sensornetzes Bez glich des Kommunikationsprotokolls des drahtlosen Sensornetzwerks gibt es eine gro e Menge von Forschungsthemen Aber es ist m glich eine Klassifikation auf Knotenebene und Netzwerkebene vorzunehmen Aus der Sicht des Sensorknotens sind die Forschungsinhalte wie folgt 1 Low Power Medium Access Control MAC Protokoll Das MAC Protokoll wird eingesetzt um die zugrunde liegende Infrastruktur zu kontrollieren und den Kommunikationsprozess der Sensorknoten sowie die Betriebsart zu steuern Wegen der begrenzten Energie der Knoten und des gro en Netzwerks muss das MAC Protokoll des drahtlosen Sensornetzwerks zun chst die Energieeinsparung und Skalierbarkeit ber cksichtigen Dann sollten Effizienz und Rechtzeitigkeit usw herangezogen werden 54 Um Energie einzusparen sollte das MAC Protokoll die Arbeit der Knoten im Ruhestand unterst tzen Falls erforderlich sollten Kommunikationsunit und Teile der Funktionsunit von der CPU ausgeschaltet werden um den Ruhestand zu erreichen 2 Energieeffizientes Routing Protokoll Das Routing Protokoll ist verantwortl
149. gen der Algorithmen beschrieben werden Confusion Matrix Die Confusion Matrix 152 ist eine N stufige Matrix wobei N die Zahl der Zielklassifi kationen ist Jede Spalte im Array steht f r die Zahl jeder prognostizierten Klassifikation und jede Reihe in der Matrix steht f r die Zahl der tats chlichen Klassifikation Wenn sich alle Beispiele in der Diagonalen der Matrix befinden so liegt die Pr zision dieses Klassifikators bei 100 Weichen die Beispiele in der Matrix von der Diagonalen ab so ist die Pr zision des Algorithmus niedrig Die Confusion Matrix kann auch daf r verwendet werden um den Grad der Konfusion zwischen zwei Klassifikationen zu analysieren Je gr er die Anzahl der korrespondierenden Matrix Items zweier Klassen desto gr er ist der Grad der Konfusion zwischen den beiden Klassen demzufolge ist die Pr zision der Unterscheidung der beiden Klassen durch den Klassifikator niedriger Tabelle 7 1 Confusion Matrix der N chster Nachbar Klassifikation 1B1 Classification Activity Jump Walk Stand ing Down Up stairs Running ing stairs Jump 7 0 0 0 0 l Walking 0 11 0 0 0 0 Standing 0 1 11 0 0 0 Down stairs 0 0 0 6 0 0 Upstairs 0 0 0 0 4 0 Running 0 0 0 0 4 Aus der Confusion Matrix l sst sich erkennen dass die Genauigkeit der Klassifikation vom N chsten Nachbar Algorithmus 153 dennoch verh ltnism ig hoch ist Insgesamt liegt die Pr zision bei 95 556 Eine
150. gt werden was ernsthafte Auswirkungen haben kann Die Informationen welche Patient und Arzt erhalten sind privater Natur Externes Personal und Personal ohne ausreichende Berechtigung darf nicht auf die 105 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems physiologischen Informationen des Patienten zugreifen Bei der Informationssicherheit m ssen drei Punkte erreicht werden 1 Kein Eindringen illegaler Daten in das System 2 Patienteninformationen d rfen nicht f r unberechtigte Personen einsehbar sein Daten d rfen das System nicht verlassen 3 bei der bermittelung m ssen die Daten sicher verschl sselt werden 6 2 Healthcare Service Bus Basierend auf der obigen Analyse wird das mHealth Server System in dieser Arbeit auf der Basis eines Healthcare Service Bus HSB umgesetzt Enterprise Service Bus nachfolgend als ESB bezeichnet 128 ist eine Integrationsmethode von Standards zwischen lose gekoppelten Diensten und Anwendungen Es wird das Bus Modell verwendet um die Integration von Anwendungen zu verwalten und zu vereinfachen Mit offenen Standards f r breite Empfangsm glichkeiten als Grundlage wird der Informationsaustausch zwischen den Anwendungen unterst tzt Auf dem Level von Ereignis und Dienst erfolgen dynamische gegenseitige Interaktionen ESB ist der Agent welcher in der SOA Architektur die intelligente Integration und Verwaltung zwischen den Diensten bernimmt Es handelt sich u
151. h IPM mHealth mobile XML mobile UI und Fragebogen mmm gt IPM mHealth Server O 7 VE Definition 1 Client TT Konvter I Synchronisierung i EN Information Abbildung 4 18Vorgang der Synchronisierung von Untersuchunginformationen zwischen IPM MC und IPM ZS 1 Zuerst erarbeiten Forscher einen Fragebogen auf der Basis von XML 2 Dieser wird ins System des Monitoring Zentrums hochgeladen 87 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients 3 Der IPM MC synchronisiert die Informationen mit dem Monitoring Zentrum und l dt die zugeh rige XML Formulardatei herunter 4 Dann liest derIPM MC die Felder in der XML Datei aus Entsprechend der Eigenschaften der Felder wird eine entsprechende Android Benutzeroberfl che eingerichtet z B texfield radiobutton etc siehe nachfolgende Abbildung 4 19 5 Nachdem das Ausf llen abgeschlossen ist werden die Werte nach Ma gabe des im oberen Abschnitt vorgestellten Formats ber das MET Kommunikationsmodul an das Monitoring Zentrum bermittelt Funktion w hrend des Einsatzes Bitte geben Sie an in welchem Ma e Probleme w hrend des KM Fahrer Zei Beifahrer Einsatzes auftraten Anfahrtszeit zum Einsatzort min l L Welcher Art waren diese Probleme Mehrfachnennungen Bitte ordnen Sie den Einsatz einer m glich Kategorie zu Norarzteins ken Krankentransp Fahrzeug e Geratschaft atz ort en oe Hiireieistung Patient Behandlung arke Zeitdru
152. handlung der mit dem UI in Zusammenhang stehenden Ereignisse Daher wird der Hauptthread f r gew hnlich auch als UI Thread bezeichnet Android garantiert diese schnelle Reaktionszeit der Anwendungsprogramme durch den Einsatz von Singleton UIl Threads S mtliche Aktionen der UI Threads m ssen im Hauptthread durchgef hrt werden Ein Nicht Ul Thread kann die UI nicht direkt beeinflussen Zeitraubende Netzwerk bertragungen komplexe Berechnungen oder Datenbanksystemoperationen etc m ssen im Arbeitsthread oder in Services behandelt werden da sie ansonsten einen Application Not Responding ANR Fehler hervorrufen Abbildung 4 12 UML Klasse Diagramm der SchnittstellenorientiertenSensordatenanalyse Im IPM MC verantwortet der UI Thread die berwachung und Kontrolle der physiologischen Parameter in Echtzeit Dies beinhaltet die Darstellung der physiologischen Daten Da der Empfang und die Verwaltung der Daten nicht im UI Thread erfolgen kann ffnet IPM MC nachdem ein Sensorger t eine Verbindung mit dem IPM MC aufgebaut hat einen 77 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Arbeitsthread WorkerThread zum entsprechenden Bluetooth Ger t welcher f r den Empfang und die Verwaltung der Daten zust ndig ist Die Daten Interaktion zwischen dem UI Thread des IPM MC und dem Arbeitsthread basiert im Wesentlichen auf dem Handler Message Me
153. hrung eines Monitoring Systems teilzunehmen Im Hinblick auf Telemonitoring hat Europa eine hohe Leistung erreicht Die EU hat eine gro e Menge von Projekten finanziert und organisiert Eines davon ist das Ambulance and Emergency 112 Das US Georgia Education Medical System 19 CSAMS ist das weltweit gr te und umfangreichste Fernstudium und Telemedizin Netzwerk Es t tigt drahtgebundene drahtlose und Satellitenkommunikationsaktivit ten Tele Therapie ist nur ein Teil davon Das US Milit r hat ein f r Kriegszeiten verwendetes pers nliches Physiological State Monitor System PSM entwickelt um Atmung K rpertemperatur Herzfrequenz und andere physiologische Parameter zu messen 1 3 1Tragbare Sensortechnologie Tragbare Sensortechnologie ist eine in den letzten Jahren neu entstandene Technologielinie Im Medizinwesen wird sie in den Bereichen Fern berwachung klinische Versorgung Familiengesundheit Schlafanalyse Notdienst Luftfahrt Pflege f r besondere Bev lkerungsgruppen psychologische Untersuchung k rperliches Training milit rische Aktivit ten usw verwendet 19 1 Einleitung Wie der Name schon vermuten l sst bezieht sich die Anwendung von Wearable Sensor Technologie im medizinischen Bereich darauf dass ein Mensch das physiologische Datenerfassungssystem tr gt Durch diese Technik wird die physiologische Datenerfassungstechnologie ins t gliche Leben der Menschen integriert Die Forscher gestalten ve
154. hysiologischen Parameter siehe Tabelle 4 1 Es enth lt die Synchroniserung Byte L nge der Datenpakete Message ID Client ID Zeitstempel Daten undFrame Ende Der konkrete Inhalt lautet wie nachfolgend beschrieben Tabelle 4 2 Formates f r die Datenpakete der physiologischen Parameter Synchroniserung Frame x Frame Reihenfolge 0 1 Synchroniserung 0000 Integer Type f r die ELLE F 16 n Tats chlich e BE a Message ID Abfrage des Server gt Client h Messungswert LL ee t Messungswert BEE ee EEE Atemfrequenz r Messungswert LL LL ECG DEE E EA Beschleunigung DEET SECH le SensorID 1970 14 Daten Wert Tats chliche bertragener wert entsprechende Message ID 14 n 6 n Frame Ende_ 2 I1 Frame Ende Marker Entsprechend des in dieser Arbeit festgelegten Kommunikationsprotokolls zwischen IPM MC und IPM ZS ergibt sich bei der K rpertemperatur als Beispiel folgende Datenstruktur define TEMPRETURE 3 Temperatur in Grad define BLOODPRESS 4 Blutdruckdaten 84 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients define HEARTRATE 5 Herzfrequenzdaten define TEXTMESSAGE 8 Versionsdaten typedef struct_MSGTempData int Head Synchroniserung Anfang int Nlength Anzeige der Gr e des Datenbereichs int Type TEMPRETURE Datenart char Deviceid 10 Nummer des berwachten Endger ts CTime tm Zeit der Datenerfassung float temp Temperaturdaten BYTE End Synch
155. i der Anwendung von drahtlosen Sensornetzwerken werden je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Leistungs anforderungen gestellt Im Allgemeinen sind die Sicherheit des drahtlosen Sensornetzwerks die Dienstqualit t und die Interaktion zwischen verschiedenen Plattformen zu ber cksichtigen 2 3 1 Energieverbrauch in drahtlosen Sensornetzen Das Problem des Energieverbrauchs des drahtlosen Sensornetzwerks sollte zuerst gel st werden Eine energieeffiziente Architektur und Kommunikationsprotokolle des drahtlosen Sensornetzwerks unterliegen den Einschr nkungen des Energieverbrauchs des Netzwerks Deshalb sind bei der Erforschung des Energieverbrauchs des drahtlosen Sensornetzwerks hocheffiziente Kommunikation und Daten Management Protokolle sehr wichtig f r die Anwendung des drahtlosen Netzwerks aber die Fortschritte in der Akku Technologie k nnen dies noch nicht leisten 50 Es gibt neben der Stromversorgung mittels Batterie noch vier Methoden zur Energieversorgung 1 Mechanische Energie die in elektrische Energie umgewandelt wird um die Stromversorgung des Knotens zu gew hrleisten Meninger 51 nutzt einen variablen Kondensator um mechanische Energie in elektrische Energie zu verwandeln und somit eine Strommenge von 5mw zu erzeugen 2 Sonnenenergie Sonnenenergiebatterien eignen sich gut f r im Freien gelegene Netzwerke Aber das Wetter hat einen gro en Einfluss auf das Gewinnen von Sonnenenergie Bei sonnigem Wetter beispielsweise ka
156. i einflussreiche Standards wie IEEE ISO11073 und HL7 IEEE12073 welche von der International Organization forStandardization IEEE und dem European Standardization Committee ECS zusammen festgelegt wurden Der Zweck ist es die Bestandteile des Healthcare Systems zu definieren und die Probleme wie die Verbindung zwischen medizinischen Ger ten Datenaustausch Authentifizierung und Fernbedienung zu l sen HL7 definiert auf der Datenebene ein flexibles medizinisches Informationsformat Codes Speicherung und Austauschstandards um sicherzustellen dass alle medizinischen Systeme einen Informationsaustausch und eine 34 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung vereinheitlichte Informationsverarbeitung realisieren k nnen 43 Es l sst sich sagen dass HL7 mehr Wert auf die Definition der medizinischen Informationsstruktur legt w hrend IEEE11073 auf der Transportschicht die Interaktion zwischen medizinischen Ger ten definiert Zurzeit entwickeln Philips Toshiba und Panasonic diese medizinischen Ger te unter Einhaltung solcher Standards 44 Application Application Process Layer CS Association Medical Data Sommen me so i fi Device Infromation Control Service Information Base Sara et Presentation Element ACSE mbIS CMDISE Layer Application Medical Device Service Element MDSE Layer for Health care Remote Operation Service Element ROSE Se
157. i mein besonderer Dank an Frau Dr rer hum Annika Rieger geht die mich mit fachlichen Ratschl gen und anregenden Diskussionen tatkr ftig unterst tzte Ebenfalls ein besonderer Dank gilt Herrn Dr Ing Sebastian Neubert Herrn Dipl Ing Peter Passow und HerrnDr rer hum Matthias Weippert die bei fachlichen Fragen des fteren ihre Erfahrungen mit mir geteilt haben und damit ma geblich zum Gelingen dieser Arbeit beitrugen Ganz besonders m chte ich an dieser Stelle auch meiner Familie danken die ber die Jahre des Studiums und der Promotion so viel Vertrauen in mich gesetzt haben und mich mit gro er Begeisterung unterst tzten Mein gr ter Dank jedoch gilt meiner Frau Jingzhi die mich w hrend der gesamten Promotionszeit motiviert und unterst tzt haben und mir in so mancher schwierigen Phase den R cken freigehalten haben Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis lf Ee UE 2 Abbildungsverzeichnis is eier 7 Tabellenverzeichnis es sn ahnen een een 9 Abk rzungsverzeichnis r ea 10 A ETOH NE eege 12 1 1 Zielstellung nnr naran a ak nn ans 12 1 2 Technologien und Geschichte der Telemedizin csccccessencececseneeceeesseeeessseneeeeeeaes 16 1 3Mobile Health Systeme Stand der Forschung und Technik 18 1 3 1Tragbare Sensortechuologie 19 1 3 2 Drahtlose Sensornetzwerke ccccssececssssececsesnececsesececseuesecsesuececseuseecseuasecsesensecsesssseceesnees 21 1 3 3 kommunikotionstechoologie 22 D384 MOBILES COMpu
158. i normale Kranke Behinderte oder unheilbar erkrankte Patienten sein Intel bietet derzeit ein entsprechendes System an Dieses System ist ein Projekt und soll Technologien bieten welche als Reaktion auf die Alterung der Gesellschaft verstanden werden Es stattet Schuhe M bel und Heimelektrik mit Sensoren aus Dieses System kann Kranken lteren Menschen und Behinderten ein eigenst ndiges Leben erm glichen wobei im Bedarfsfall Hilfestellung durch medizinisches Personal oder Individualf rsorger erfolgt Die Forscher entwickelten ein drahtloses Sensornetz auf der Grundlage von mehreren Beschleunigungssensoren um k rperliche Bewegungsabl ufe wie Sitzen Stehen Liegen Gehen Fallen oder Kriechen zu berwachen Das System verwendet verschiedene Sensorknoten welche an verschiedenen spezifischen Stellen am K rper angebracht werden Das System erstellt in Echtzeit dreidimensionale Bewegungs informationen Es fehlt nicht mehr viel dann kann dieses System zu einer Hilfe f r ltere Menschen und Patienten werden welche sich nicht frei bewegen k nnen Gleichzeitig kann das System auch in Rehabilitationszentren eingesetzt werden wo der Fortschritt der Erholung der Patienten pr zise erfasst werden kann wodurch sich wertvolle Anhaltspunkte f r den Erholungsplan der Patienten ergeben Das Gesundheitssystem kann durch Telemonitoring die Kommunikation von Informationen und die medizinischen Dienstleistungen verbessern Durch die Kombination mit ei
159. ia Arcs Hidalgo Equivital Multiparameter Sensor Wahoo Bewegungssensor und einen zentralen Server mit Windows 2008 Betriebssystem siehe Abbildung 8 1 Abbildung 8 1Testumgebung und Versuchsger te 8 1 Aufbau und Durchf hrung der Untersuchung Das Hauptziel derUntersuchung ist es die fundamentalen Funktionen jedes Moduls zu testen und zu erkennen ob das Programm vomClient den Fernzugriff auf die Datenbank erreichen kann Das eingepackte Android Applikationsprogramm wird auf dem verwendeten Smartphone installiert Das Smartphone und der Server befinden sich in unterschiedlichen LANs Die Tests werden von drei verschiedenenBerechtigungsbenutzern wie Patienten rtze und Administrator durchgef hrt Durch eine umfassende Bedienung kannsich das System mit dem Fernserver verbinden Bei der Bedienung der Datenbank haben verschiedene Nutzer unterschiedliche Berechtigungen und der Betrieb jedes Moduls entspricht der urspr nglichen Bed rfnisanalyse 8 1 1 Untersuchung der Auslastung desIPM Servers Um die Auslastung des IPM ZS zu untersuchen wurde ein besonders hierf r entwickeltes java Programm verwendet Es kann die bernahme der Simulation des bertragungs 146 8Evaluierung und Anwendung prozesses eines Clients von einem Desktop PC aus realisieren Hierzu wurden alle simulierten Clients durch einen eigenen PC verwirklicht Auf einer Seite hei t dies dass vom Kommunikationsserver keine doppelten IPs zwischen
160. ia ahal N Ge i ih i T Wi WW ripar ery me Abbildung 7 7Zeitreihenanalyse der Beschleunigungssensordaten Die Reihenfolge der Aktionen in der obigen Abbildung 7 7 ist 1 Gehen 2 3x Springen 3 Laufen 4 langsames Gehen Aus den Ursprungsdaten l sst sich erkennen dass sich unterschiedliche Aktionen in verschiedenen Datenmerkmalen wie Mittelwert Maximalwert und Frequenz offensichtlich unterscheiden 7 2 2 Gl ttung der Beschleunigungssensordaten Da die vom IPM MC verwendete Schnittstelle zum Sammeln der Sensordaten OnSensorChange diese passiv bermittelt wird nur bei einer nderung des Zustands des Sensors die Funktion aufgerufen Aus diesem Grund belegen die gesammelten Daten nicht gleichm ig Zeitpunkte Wenn die Frequenz der berwachung auf SENSOR_DELAY_ FASTEST die h chste Frequenz eingestellt wird betr gt der zeitliche Zwischenraum beim Sammeln der Daten durchschnittliche 40 ms Um den zeitlichen Zwischenraum zwischen den gesammelten Daten gleichm ig zu gestalten wird in dieser Arbeit auf Grundlage der bereits gesammelten Rohdaten in time_series und data_series folgender Algorithmus zur Gl ttung verwendet welcher einen mittleren Datenwert in einem zeitlichen Zwischenraum von 40 ms berechnet 138 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Bei einem gesuchten Zeitpunkt TO werden die beiden n chstgelegenen Zeitpunkte in time_series als T1 und T2 bezeichnet Aus T1 und T2 erh lt man die
161. ication 142 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Jump Walk Stand ing Down Up stairs Running ing stairs Jump 6 0 1 0 0 l Walking 0 10 1 0 0 0 Standing 0 1 11 0 0 0 Down stairs 1 0 0 3 1 1 Upstairs 0 0 0 0 3 1 Running 0 0 0 1 3 Um den Einfluss verschiedener Merkmale von Datensets auf die Klassifikation der Datensets zu vergleichen werden hiermit die Attribute in den Datensets entfernt Nachdem die Entfernung verschiedener Merkmale erfolgte wird die Ver nderung der Pr zision des Klassifikators bei der Einteilung der Datensets verglichen Tabelle 7 4 zeigt dass der Einfluss auf die Einteilung der Daten durch verschiedene Klassifikatoren bei Entfernen von verschiedenen Merkmalen auf die Einteilung der Daten durch verschiedene Klassifikatoren unterschiedlich ausf llt Die N chster Nachbar Methode ist bei Minimalwerten relativ empfindlich w hrend die Frequenzfeldenergie und der Mittelwert nur geringen Einfluss haben Der naive Bayes Klassifikator ist bei Standardabweichungen und Minimalwerten empfindlich Dagegen hat die Entfernung eines Merkmals keinen Einfluss auf die Einteilungsgenauigkeit des Entscheidungsbaum Algorithmus Tabelle 7 4 Einfluss verschiedener Merkmale auf die Einteilung der Daten Einfluss bei Entfernen von verschiedener Merkmale Klassifi Alle katoreng Mittel Standard Max Min Frequenz ge igen SEET wert abweichung Wert
162. ich f r das Bilden und W hlen des Routings und gilt als Kern des Netzwerks das aus Sensorknoten besteht 55 Die Eigenschaften des drahtlosen Sensornetzwerks erfordern Routing Protokollemit einfachen Berechnungen und niedrigenSpeicherkosten Energieeinsparung ist ein wichtiger Indikator f r das Routing Protokoll des drahtlosen Sensornetzwerks Im drahtlosen Sensornetzwerk bestimmt das Routing Protokoll nicht nur den Energieverbrauch eines einzelnen Knotens sondern auch den gleichm igen Energieverbrauch des ganzen Netzwerks um einen progressiven Energieverbrauch zu verhindern Dar ber hinaus sollte nach den Verteilungsmerkmalen des 39 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Flusses des Netzwerks und den Anforderungen der Anwendungsaufgaben die Routing Technik optimiert werden um die Lebensdauer des Netzwerks zu verl ngern 3 Netzwerkabdeckung und planung Ein sehr dicht ausgestattetes drahtloses Sensornetzwerk hat viele Redundanzknoten Es ist ein wichtiges Forschungsgebiet wie mittels der Redundancy Eigenschaft der Knoten die Energienutzungseffizienz erh ht und die Lebensdauer des drahtlosen Sensornetzwerks verl ngert werden kann Durch die Kontrolle von Netzwerkabdeckung und planung wieNodeScheduling ist eine Kontrolle der Dichte erreichbar ohne die Netzwerkabdeckung zu beeinflussen und die Anzahl der aktivenKnoten im Netzwerk zu reduzieren Dabei kann die abwechselnde Arbeit von Redundanzknoten realisiert
163. iedigt diese Anforderungen Dienst zur Integration externer Module Die Informationen der definierten Dienste welche auf eine Schnittstelle zugreifen entsprechend der Konfiguration von medizinischem Personal 59 3 Anforderungsanalyse und IT Personal und k nnen vom IPM AM abgerufen werden Diese Art von Diensten sind gew hnlich externe Datenverarbeitungsmodule welche derzeit meist als WebService angeboten werden wie beispielsweise das Stressmessmodul des eHealth Projekts des Instituts f r Pr ventivmedizin der Universit t Rostock 70 Der Ger tekonfigurationsdienst erm glicht dem Patienten sowie dem medizinischen und IT Personal die Kontrolle der notwendigen Informationen der Ger te in der Heimpflege Die Behandlungsabl ufe des Patienten wie Messzeitpunkt und dauer die Verbindungszeit und die verwendeten Messtypen werden von spezialisiertem medizinischen Personal festgelegt Wenn diese Daten verschickt werden f gt das System automatisch die ID des medizinischen Personals hinzu Der Alarmdienst definiert die Warnereignisse und Alarm Messages Wenn das medizinische Personal eine Message erh lt oder Patientendaten an das IPM ZS bermittelt werden f hrt der Server eine Hinweisprozedur aus es kann eine Message E Mail oder kurze Message an das IPM AM verschickt werden 60 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Im vorangegangenen Kapitel wu
164. igen Projektdesigners ab Der wichtigste Unterschied liegt allerdings in der verzeichneten Position und der Anwendung vonDiensten Business Ein Dienst ist in der internen Registry publiziert und wird von Designern speziell verwendet um Business Module zu bilden In dieser Arbeit wird angenommen dass zwischen Anbietern von Diensten und Anbietern von Tasks keine bereinkunft ber ein Protokoll besteht Ein Business ist in der externen Registry publiziert Durch den Designer oder tats chliche Aufrufe der Nutzer kann es zu einem Teil der Koordination werden oder zu einem unabh ngigen Modul in der Business Policy Unter diesen Umst nden kann das Protokoll zwischen Dienst Anbieter und Business Anbieter bestimmt werden Zusammenfassend betrachtet wird zun chst die Methode der Beschreibung der Dienste angeboten danach kann diese Methode erweitert werden auf andere abstrakte 100 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen Level Control Model Business Model und Collaboration Model Der Begriff in der folgenden Abbildung lautet concept und er wird verwendet um die einzelnen Dinge und Merkmale in der praktischen Umsetzung der Architektur zu identifizieren 120 Die Verbindungen zwischen den Bl cken zeigen die Beziehungen relationships zwischen den verschiedenen concepts an Die anderen Komponenten in der SOTH Architektur verwenden bilineare Ausdr cke Konkret werden folgende M
165. ikationstechnologien f r den Nahbereich welche f r drahtlose Sensornetzwerke verwendet werden k nnen Die entscheidende Frage bleibt die Auswahl einer Technologie welche sich f r das Telemonitoring eignet Telemonitoring Sensornetzwerke stellen verh ltnism ig strikte Anspr che bez glich Kosten Gr e und Stromverbrauch Unter gew hnlichen Bedingungen entscheiden die Kosten in einem hohen Ma e ber die Verbreitung eines Systems In diesem Abschnitt werden entsprechend der Besonderheiten des Telemonitorings h ufig anzutreffende Technologien der drahtlosen Kommunikation im Nahbereich bez glich Abdeckungsbereich Anzahl der m glichen Knoten Komplexit t der Technik Sicherheit und Kosten etc verglichen 42 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung 2 3 3 1 Infrarot Technologie Infrarot Technologie verwendet Infrarotlicht um Daten und Informationen zu bermitteln Diese Technologie kommt ohne spezielle Lizenz f r eine spezifische Frequenz aus und besitzt die notwendigen Vorz ge f r die mobile Daten bertragung wie geringe Gr e und einen niedrigen Stromverbrauch Sie istnicht von Funkst rungen betroffen und garantiert so eine sichere und effiziente Daten bertragung Die Geschwindigkeit der Daten bertragung ist relativ hoch und erreicht bis zu 16Mbps Trotz der genannten Vorteile ist diese Technologie f r den Einsatz in einem intelligenten Wohnraum ungeeignet Zun chst einmal kann sie nur eine Punkt zu Punk
166. ilt obligatorische Informationen obligatorisch empfohlene Informationen und optionale Informationen Zuvor wurden die obligatorischen Informationen 101 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen bei der Beschreibung von Diensten er rtert Im Anschluss werden Informationen ausgew hlt welche verdeutlichen was dieser Dienst ist Zuletzt werden Informationen hinzugef gt welche dem Nutzer Implementierer n tzliche Details zu dem Dienst anbieten Gleiche Informationen k nnen ebenfalls im Business Layer verwendet werden Unter diesen Umst nden bezieht sich die Information auf die Beschreibung des Business des Dienstes und nicht auf die Tasks Tabelle 5 2 Beschreibung der Service Attribute Authentication Required Name Author Version Domain Design ideas andTransaction Optional Task Required Name Resource Provider Interface Pre condition Invariant Post condition Registration Required Description Recommended Explanation Classification life cycle Diagram Contract Implement guide and strategies Recommended Priority Capacity Tabelle 5 3 Definition der Service Attribute Inherent information Authentication Name String Unique simple meaningful concise descriptive labels Author String Person or o
167. immHealth System ausw hlen Sychronisierung von IPM ZS siehe Abbildung 4 8 DieUberwachungsaufgabe wird vom Untersuchungs verwaltungsmodul verarbeitet Dieses Modul wird sp ter genauer vorgestellt In der Untersuchungsstudiesind die Typen der zu sammelnden physiologischen Parameter eingestellt wie beispielsweise Herzfrequenz EKG K rpertemperatur Position etc Nachdem die notwendigerweise zu sammelnden Daten festgelegt wurden ist der erste Schritt der Suchprozess w hrend dessen nach verf gbaren Bluetooth oder ANT Ger ten gesucht wird Nachdem entsprechende Ger te detektiert wurden wird der Prozess der Initialisierung des Daten bertragungskanals gestartet Da Bluetooth und ANT Protokoll verschiedene Verbindungsabl ufe haben wird das System entsprechend des gefundenen Ger tetyps automatisch die entsprechende Art der Verbindung ausw hlen Ce CE Mhealihcient gt 1 139302042 IPM Mobile Health Client v0 1 IPM Misealth 1_Acceleration Study Ki a 10_SensorTesting Gei Suy Assai Assiwed Dun Percentage Tom bom fong Percentage Tosa 11_MercuryAnalysis 2 Abbildung 4 8Synchronisation von Study information zwischen IPM MC und IPM Server e m Nach der Initialisierung der Verbindung konfiguriert das System f r jedes Ger t eine eindeutige Device ID und Kanal ID Danach wird der Prozess des Sammelns von Daten begonnen Nachdem der Thread die abgefragten Daten gelesen hat wird der folgende
168. indigkeit und extrem niedrigem Stromverbrauch abzielt 3n1A 1 2v Dar ber hinaus zielt Zarlink auf Kommunikationstechnik f r medizinische Implantate und verwendet eine Reed Solomon Kodierung und CRC Pr fung um einen sicheren Telelink zu garantieren Die Funktionalit t wird ber einen speziellen Sender Chip mit niedrigem Energieverbrauch erreicht Das Wireless Modul der ersten als Kapsel oral einnehmbaren Kamera basiert ebenfalls auf dem Sender Chip Design von Zarlink Die ANT Technologie verf gt ber die folgenden drei gro en Vorteile Tabelle 2 3 Vergleich der Nahbereich Kommunikationstechnik Standard WIFI Infrarot Bluetooth Zigbee ANT Betriebsfrequenz 2 4GHz 38kHz 2 4GHz 2 4GHz 2 4GHz Max Geschwindigkeit 11 Mbps 16Mbps 1Mbps 250Kbps 1Mbps Effektive EURO 100m 1m 5 10m 10m 10 30m Kosten hoch lt 5 20 25 3 lt 5 Durchschnittlicher 100 300mW 20mW 30mW 9mW 115uW 45 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Stromverbrauch Anzahl der 30 2 8 SCH 2 Knoten Netzwerk Latenz 3s 20 40ms 3 10s 15 30ms lt 15 30us Protokoll Stapel gt 200k 1k 250k 100k 2k Bytes Ubertragung 1to1 1toN Ito1 1to1 1toN 1to1 1toN 1to1 1toN u erst niedriger Stromverbrauch Ein drahtloses System einer ANT L sung verf gt normalerweise ber einen Standbybetrieb und einen Ruhezustand Den gr ten Teil der Zeit befindet sich das System im Ruhezustand mit dem nie
169. ingerichteten Feld das Vitaldaten Diagramm Der konkrete Verlauf der gegenseitigen Koordination zwischen den verschiedenen Funktionen im EKG Zeichenprozess ist wie in Abbildung 6 14 Zun chst wird ber die Methode getContext des Canvas Objektes der Kontext der Canvas Operation erlangt Danach wird ber die Methode BeginPath dem Context Objekt mitgeteilt damit zu beginnen einen neuen Pfad zu zeichnen Ansonsten berlagert sich der als n chstes gezeichnete Pfad mit dem zuvor gezeichneten Pfad womit beim Auff llen oder Begrenzen Probleme auftreten k nnen Mittels strokeStyle green wird die Farbe des Pinsels eingestellt Als dritter Schritt wird mittels des Loops der Daten im Vital Buffer der Pfad der Punkte entsprechend der Reihenfolge nacheinander verbunden In Canvas wird der Pfad gezeichnet wobei normalerweise kein Startpunkt festgelegt werden muss da der Default Ausgangspunkt eben der Endpunkt der letzten Zeichnung ist Wenn daher ein Ausgangspunkt festgelegt werden muss so muss die Funktion moveTo verwendet werden um die Position zu bestimmen Danach wird die Methode ineTo verwendet um eine direkte Linie zur bestimmten Position zu zeichnen LineTo ist der Pfad Nachdem die Methode lineTo abgeschlossen wurde bewegt sich der Startpunkt der Zeichnung in Context zum Endpunkt der gezeichneten Geraden Darauf wird gleichzeitig mittels ctx fillStyle gray ctx fillRect x 0 width hight eine graue Vertikale zusammen mit der Verbin
170. inheitlicheHL7 sowiedas DICOM Format und die Beschreibung um die bermittelten medizinischenDaten zu standardisieren Gef rdert durch die RSNA Radiological Society of North America und HIMSS Healthcare Information and Management Systems Society werdenim Projekt IHE verschiedene medizinische Daten Standards wie HL7 und DICOM kombiniert sodass die verschiedenen Protokolle zusammenarbeiten k nnen um f r die beste Arbeit im medizinischen Bereich vor allem klinische Arbeit bessere Dienste anbieten zu k nnen 36 Der EHR Electronic Health Record von einem Patienten beschreibt digitale Aufzeichnungen bei denendie Gesundheit Pflege und Behandlung eines Individuumsim Zentrum stehen Er ist eine menschenorientierte digitale Patientenakte in der Informationen ber Gesundheit Pflege und Behandlungen eines Individuums im Laufe des Lebens von der Geburt bis zum Tod 26 1 Einleitung verzeichnet sind EHR erm glicht den Austausch und das Teilen von medizinischen Informationen von unterschiedlichen Informationsbereitstellern und nutzern zwischen den verschiedenen Institutionen und Systemen Derzeit unterst tzen die standardisierten Dateien CEN und HL7 die Interoperabilit t von elektronischen Patientenakten Allerdings geht aus dem Bericht der Medical Group Management Association von 2007 hervor dass nur 30 der Organisationen im Gesundheitswesen und 19 der Praxen betriebsf hig elektronische Patientenakten nutzen 37 HSSP Healthcare
171. iscovery genannt Um andere Ger te zu detektieren kann die startDiscovery Methode des Bluetooth Adapters verwendet werden Der Vorgang der Discovery dauert ungef hr 12 Sekunden IPM MC registriert f r die ACTION FOUND einen Broadcast Receiver um die vom Ger t gesammelten R ckmeldungen einzuholen F r jedes Ger t wird das System eine ACTION FOUND zuordnen Der Identifikationsprozess ist in Abbildung 4 5 zu sehen Dieldentifikationist ein stark Ressourcen beanspruchender Prozess 86 Nachdem das ben tigte Ger t gefunden wurde kann dann die cancelDiscovery Methode abgerufen werden um den Suchprozess anzuhalten Wenn bereits eine Verbindung zu einem Ger t hergestellt wurde reduziert der Scanvorgang die Bandbreite der Kommunikation Mittels Pairing Methode kann zwischen zwei Bluetooth Ger ten ber die Authentifizierung durch eine vierstellige PIN eine Verbindung hergestellt werden Die Authentifizierung stellt sicher dass die Bluetooth Verbindung nicht gekapert wird Unter IPM MC muss zun chst mit dem Sensor ein Paar durchgef hrt werden erst danach ist eine Kommunikation ber die Verbindung wie RFCOMM m glich 67 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients getDefaultAdapter REGISTER REGISTER ACTION_DISCOVERY_ FINISHED ACTION_FOUND b Scan start l BroadcastReceiver startDiscovery BroadcastReceiver D ERBE gt DISCOVERY FINISHED
172. iseiiasnnsrenoiesh i enna eia epa oia rinata Aae iai aaa Essar aa 150 Abbildung 8 6 Tabellarische Darstellung der physiologischen Daten 150 Abbildung 8 7 H ufigkeitsverteilung der Antworten auf die Frage Waren die vergangenen 24 Stunden repr sentativ f r Sie 153 Abbildung 8 8 Online Visualisierung mit den Beispieldaten eines Probanden im Verlauf eines Arbeitstages mit den richtigen Belastungskategorien ccccccccsssssssecececeseesesnsaeeeeeesseesesnsaeeeeeesseesegs 154 Abbildung 8 9Einfluss unterschiedlicher T tigkeiten sitzend und stehend auf die Atemfrequenz 155 Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1 1 Typische Sensoren verwendet in WSN basierten Health Care svstems 21 Tabelle 1 2 Eigenschaften der Wireless Technologien 23 Tabelle 1 3 Standard Healthcare WANS 25 Tabelle 2 1 Vergleich der verschiedenen Sensor Netzwerk Plattformen 38 Tabelle 2 2 Energieverbrauch der Sensorknoten 39 Tabelle 2 3 Vergleich der Nahbereich Kommunikationstechnik cccccccccessssssseceeecssessessaeeeeeesssesees 45 Tabelle 4 1 Sens ren List un 28008 EE ENEE EEN ie Edi 64 Tabelle 4 2 Formates f r die Datenpakete der physiologischen Parameter cccccccsssssssseeeeesseseees 84 Tabelle 5 1 Attribute der Beschreibung der Ressourcen 99 Tabelle 5 2 Beschreibung der Service AttriDUte cccccccssccececessesesseceeeeseessesseaeseeeessessnseaeeeeeesseeeaes 102 Tabelle 5 3 Definition der Service Attribute
173. iyazaki S A new technique for mapping of total electron content using GPS network in Japan 2002 Earth Planets and Space 54 1 pp 63 70 Croner C M Sperling J Broome F R Geographic information systems GIS New perspectives in understanding human health and environmental relationships 1996 Statistics in Medicine 15 17 18 pp 1961 1977 Medjahed H Istrate D Boudy J Baldinger J L Dorizzi B A pervasive multi sensor data fusion for smart home healthcare monitoring 2011 IEEE International Conference on Fuzzy Systems art no 6007636 pp 1466 1473 De Pauw B Walsh T J Donnelly J P Stevens D A Revised definitions of invasive fungal disease from the European Organization for Research and Treatment of Cancer Invasive Fungal Infections Cooperative Group and the National Institute of Allergy and Infectious Diseases Mycoses Study Group EORTC MSG Consensus Group 2008 Clinical Infectious Diseases 46 12 pp 1813 1821 Wolf B Cellular radio based medical knowledge base with sensory interactive mobile telephones 2005 Biomedizinische Technik Biomedical engineering 50 5 pp 156 158 Van Dam T Langendoen K An adaptive energy efficient MAC protocol for wireless sensor networks 2003 SenSys 03 Proceedings of the First International Conference on Embedded Networked Sensor Systems pp 171 180 Baronti P Pillai P Chook V W C Chessa S Gotta A Hu Y F Wireless sensor networks A
174. korrespondierenden Daten in data_series D1 und D2 Wird davon ausgegangen dass zwischen T1 und T2 die Beschleunigung des Sensors eine lineare Ver nderung erf hrt so kann der Datenwert DO von TO mittels folgender Methode des gewichteten Mittelwerts bestimmt werden _ D1 T2 To D2 To T1 D S T2 T Mit dem obigen Algorithmus l sst sich eine neue time_series und data_series berechnen und abstrahieren 7 2 3 Extraktion der Merkmale der Beschleunigungssensordaten Um ims Stande zu sein Aktionen zuverl ssig zu erfassen und zu unterscheiden kann die Gr e des Fensters des Datensets auf 256 40 eingestellt werden also 10240 ms Damit k nnen in der Array data_series 256 Daten abgelegt werden Nachdem die Array voll ist wird sie geleert und wieder von data series 0 gespeichert Nachdem die Array voll ist Anschlie end wird erneut eine Datenextraktion von Zeitfeldmerkmal und Frequenzfeldmerkmal durchgef hrt Zeitfeldmerkmale Das Zeitfeldmerkmal ist der Wert der Datenmerkmale in einem bestimmten Zeitfenster Da einen Schritt zuvor eine Gl ttung der Daten durchgef hrt wurde handelt es sich bei den in data_series abgelegten Daten der Beschleunigungssensoren um in einem Intervall von 40 ms erfasste Daten Daher k nnen direkt anhand der Mittelwerte Standardabweichung Maximalwerte und Minimalwerte die Zeitfeldmerkmale der Beschleunigungssensoren in 10240 ms ungef hr 10 s ermittelt werden Frequenzfeldm
175. l biped walking of humanoid robot 2014 Journal of Institute of Control Robotics and Systems 20 2 pp 223 231 Milenkovic A Otto C Jovanov E Wireless sensor networks for personal health monitoring Issues and an implementation 2006 Computer Communications 29 13 14 pp 2521 2533 Passow P Stoll N Junginger S Thurow K A Wireless Sensor Node for Longterm Monitoring in Life Science Applications Proceedings IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Minneapolis USA 06 09 05 2013 2013 art no 6555545 pp 898 901 Hidalgo Limited Equivital EQ 01 Hidalgo Ltd 2006 Wireless Bluetooth Heart Rate Sensor Zephyr Technology Corp 2007 BioHarness 3 Wireless Professional Heart Rate Monitor Zephyr Technology Corp 2012 Mio alphaheart rate sport watch MIO Global Physical Enterprises Inc 2014 Herzfrequenz sensoren H7 bluetooth smart 4 0 Polar Electro 2014 Wahoo Fitness Http eu wahoofitness com wahoo cycling speed cadence sensor html 2013 Wahoo Fitness Http eu wahoofitness com devices hr html 2013 Garmin Tempe Tempe_Instructions WEB_ML14 Garmin Ltd 2013 165 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 Literaturverzeichnis Xu H Zhao G J Wireless monitoring system for elevator on Android platform 2014 Lecture Notes in Electrical Engineering 237 LNEE pp 373 381 HC 06 B
176. l existieren zwei Arten von Service Eine Art beinhaltet die Business Logik im Business Layer und die andere Art erl utert detailliert die Elemente der wesentlichen Dienste im Applikation Layer Daraus resultiert m glicherweise die Notwendigkeit zweier unterschiedlicher Protokolle und Register Die abstrakte Klassifizierung verleiht dem System eine gr ere Flexibilit t um technische und organisatorische Ver nderungen zu behandeln Auf diese Weise k nnen unterschiedliche Gruppen von unterschiedlichen Standpunkten Richtungen aus Dienste und Anwendungen entwickeln Beispielsweise k nnen Anbieter und Anwender ber das Protokoll ihre Anforderungen darlegen Der Business Designer kann nun wiederum ber die gleichen Informationen das entworfene Modell organisieren Diese Organisation der Aufgaben muss nicht Teil derselben Institution sein In diesen beiden F llen muss um eine Koordination zwischen den verschiedenen Arbeitsgruppen zu erreichen die Rolle jedes Teilnehmers und die Beziehungen zwischen ihnen genau definiert werden Eines der Ziele von SOA ist es durch das Bilden von Modulen und Beziehungen den Gef geaufbau des Konzeptes darzulegen Abbildung 5 3 zeigt dass Dienste des gleichen Layers nicht miteinander kommunizieren k nnen In einem praktischen System ist dies allerdings oftmals nicht so Die Wiederverwendbarkeit der Module bewirkt dass der Konstrukteur nur sehr schwer den Austausch von Messages kontrollieren kann S mtli
177. lesamt sehr preisg nstig was die Einrichtungs und Nutzungskosten f r die Anwender reduziert und gleichzeitig auch die Kosten der Anwender f r die Entwicklung und Produktion von Produkten senkt Einfache Bedienung ANT kann durch die einfache Konfiguration der Knoten von Arbeitskr ften ohne besondere Qualifikation eingerichtet werden wo zuvor ein Programmierer mit Konfiguration Test und Debugging beauftragt werden musste Dies 46 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung reduziert die H rden f r den Einsatz der Technologie und verk rzt die ben tigte Zeit f r die Einrichtung ANT ist bei drahtlosen bertragungen im Nahbereich ZigBee deutlich berlegen 1 Die Qualit t der Module von ANT der Firmware Support und das Aufrufen von Dateien erreichen in der Praxis bessere Resultate 2 ANT Module ben tigen nur 60 der Gr e der ZigBee Module 3 ANT Module ben tigeneine geringe Leistung um eine sehr hohe Daten bertragungsgeschwindigkeit zu realisieren 2 4 Hauptanwendungsbereiche von drahtlosen Sensornetzen in medizinischen Versorgungssystemen In der medizinischen Betreuung gibt es verschiedene Instrumente zur Informationserfassung unter gew hnlichen Umst nden lassen sich die Instrumente bez glich ihrer Handhabung in der medizinischen Betreuung in zwei Kategorien einteilen 1 die erste Kategorie sind Ger te welche nur von rzten oder Fachpersonal in einem Krankenhaus bedient werden k nnen
178. luetooth module Wireless Bluetooth RF Transceiver Dynastream Innovations Inc 2013 Talasila M Curtmola R Borcea C Collaborative Bluetooth based location authentication on smart phones 2014 Pervasive and Mobile Computing Article in Press Haartsen J C Bluetooth radio system 2000 IEEE Personal Communications 7 1 pp 28 36 Oliveira L M L Rodrigues J J P C Elias A G F Zarpelao B B Ubiquitous monitoring solution for Wireless Sensor Networks with push notifications and end to end connectivity 2014 Mobile Information Systems 10 1 pp 19 35 ANT Message Protocol and Usage Dynastream Innovations Inc Rev 4 1 edition July 2007 ANT protocol brief technical description Technical description Dynastream Innovations Inc June 2007 Liu X P Zhou Y B Design of an intelligent home system based on the android system 2014 Applied Mechanics and Materials 443 pp 576 579 Sung W T Chen J H Chang K W Mobile physiological measurement platform with cloud and analysis functions implemented via IPSO 2014 IEEE Sensors Journal 14 1 art no 6588926 pp 111 123 Su C J Chiang C Y Pervasive community care platform Ambient intelligence leveraging sensor networks and mobile agents 2014 International Journal of Systems Science 45 4 pp 778 797 Pugh K Interface Oriented Design Pragmatic Programmers Pragmatic Bookshelf 21 Juli 2006 Gribok A Rumpler W Hoyt R Bull
179. m Applikation Layer der Plattform werden austauschbare und wiederverwendbare Module verwendet 2 Grafiken werden bei Android gut unterst tzt 3 Multimediatechnik Mobilkommunikation und Wireless LAN Technologien der Plattform sind abh ngig von der verwendeten Hardwareplattform 72 4 Es wird ein Rahmenkonstrukt mit verschiedenen Layern verwendet auf Basis dessen von verschiedenen Entwicklern in unterschiedliche Richtungen entwickelt werden kann Die Android Plattform verwendet eine Betriebssystem Architektur mit verschiedenen Layern Wie Abbildung 4 1 zeigt unterteilt sich die Plattform in f nf wesentliche Bestandteile Dies sind derLinux Kernel die Laufzeitumgebung des Systems die f r Entwicklung notwendige Systembibliothek das Applikation Framework und die Applikation Da eine relativ deutlich getrennte Layerstruktur verwendet wird ergibt sich daraus auch eine unterschiedliche 61 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Arbeitsteilung f r Programmierer Hinsichtlich der Layer von Systembibliothek und Applikation Framework wird im Wesentlichen mit C entwickelt entsprechend der von den unteren Layern bereitgestellten API F r die Applikationen des dar ber liegenden Layers wird eine Funktionsaufruf Schnittstelle geschaffen Bei der Applikation wird haupts chlich Java f r die Entwicklung verwendet Gew hnlich dient ECLIPSE als Entwicklungswerkzeug m u ZT APPLICATIONS Notificatior Manager
180. m ein abstraktes Konzept Diese Architektur wird ber den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Systemen verwirklicht und nicht ber Programmierung Im Bereich der Gesundheitspflege wird ein auf ESB basierendes Business als Healthcare Service Bus HSB 129 bezeichnet Der Realisierungsprozess der mHealth Plattform in dieser Arbeit verwendet die zwei auf ESB basierenden Open Source Werkzeuge Mule 2 0 130 und CXF 131 Mule ist ein leichtgewichtiges und in h chstem Ma e erweiterbares ESB Es erlaubt Nutzern einfach und schnell aus verschiedenen Elementen zusammengesetzte Systeme und Dienste zu verbinden und den Datenaustausch bei diesen zu etablieren Mule ist mit einem unaufh rlich in Betrieb stehenden Omnibus vergleichbar welcher an jeder Haltestelle System Dienst unterschiedliche Passagiere Informationen aufnimmt und abliefert Mule wird ber Java realisiert allerdings wird die Verbindung gr tenteils ber ein XML Konfigurationsdokument erreicht CXF ist eine neue Java Web Service Engine Ihr Hauptmerkmal ist die Unterst tzung von mit besonders einfachen Methoden ver ffentlichten Web Services Verglichen mit anderen Web Service Engins ist die Konfiguration von CXF sehr einfach und es ist besonders leicht sie mit Spring zu integrieren Diese Methode reicht 106 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems nicht nur f r die Entwicklung der Funktionen des CXF Moduls aus und vereinfacht die Umwa
181. m oft genannt wird sind in der Praxis selten mehr als 10 Knoten in einem Drahtlosnetzwerk zu finden weswegen sich ZigBee bis heute noch nicht durchgesetzt hat und nur bei einigen Firmen getestet wird 2 3 3 4 WiFi WiFi ist die Abk rzung von Wireless Fidelity Die Technologie verwendet Frequenzen nahe am 2 4 GHz Band Diese Frequenzen sind derzeit noch lizenzfrei Es gibt zur Zeit zwei Standards unter dem EE802 11 Standard EE802 1la und EE802 11b WiFi ist im Grunde genommen zur haupts chlichen Norm von WLAN geworden Die Qualit t der drahtlosen Kommunikation der WiFi Technologie ist nicht besonders gut und die Datensicherheit weist M ngel auf allerdings ist die bertragungsgeschwindigkeit sehr hoch und erreicht bis zu 11 Mbps Der effektive Sendebereich liegt bei 100 m Aus dem Vergleich dieser h ufig vorkommenden Technologien f r drahtlose Kommunikation wird ersichtlich dass bei jeder Technologie einige Gesichtspunkte f r die Eignung f r einen intelligenten Wohnraum sprechen allerdings gleichzeitig andere Gesichtspunkte dagegen 2 3 3 5 ANT ANT ist ein auf 2 4 GHz arbeitendes bidirektionales Kommunikationsprotokoll f r Wireless Sensor Networks ANT passt bez glich Geschwindigkeit Zeitverz gerung Stromverbrauch Kosten und Kapazit t im Vergleich besser zur Anwendung im Bereich des Telemonitoring Tats chlich ist ANT im individuellen Fitnessbereich bereits der drahtlose Standard 57 44 2 Drahtloses Sensornetz
182. mall 40mm x 108mm Medium 40mm x 116mm Large 40mm x 124mm Extra Large 40mm x 131mm Weight 100g Duration of Use 24 HRs Operating temperature 10 C to 55 C Operating Humidity 10 to 75 RH Non Condensing Storage Temperature 20 C to 65 C Storage Humidity 5 to 90 RH Non Condensing Air Pressure 570hPA 1060hPA A 2 Garmin Speed Cadence Der Garmin Speed Cadence Sensor wird zur Messung der Pedaltrittfrequenz pro Minuteund der Umdrehungsgeschwindigkeit von Fahrradreifen verwendet Der Sensor ist selbstkalibrierend und besteht aus dem Sensorarm sowie zwei kleinen Magneten die jeweils 173 Anhangsverzeichnis an einem Pedal und einer Radspeiche monitiert werden und so den Sensorarm am Rahmen passieren Nach einem Reset durch den weien Knopf blinkt die LED rot beim Passieren des Pedalmagneten und gr n beim Passieren des Speichenmagnets Die LED blinkt jedoch nur 60 Sekunden nach einem Reset mit In dieser Arbeit kann dieser Sensor beispeilsweise auch bei einem Rollstuhl verwendet werden Wie bereits im Abschnitt 4 erkl rt kann jedes ANT kompatible Ger t ber eine spezische Kanal ID einem ANT Kanal zugewiesen werden Die Kanal ID des hier verwendeten Garmin Speed Cadence Sensor wird in der folgenden Tabelle dargestellt Ger te Ger tetyp Device bertragungsart Transmission Cadence Nummer Device Type Type Sensor Number 0x06 OxAF 0x79 0x01 Anhang B Spezifikation mobile Handhelds
183. n 5 1 SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Infolge der in j ngster Zeit auftretenden plattformunabh ngigen und plattform bergreifenden Datenmodelle wurde dem wesentlichen Gedanken im SOA Konzept immer mehr Beachtung geschenkt 107 SOTH bietet eine Methode um entsprechend einer praktischen Aufgabe die Ressourcen zu organisieren Es verpackt diese Aufgabe in komplexere Module Diese Module bilden die medizinische Dienste 108 ab definieren die Schnittstellen zwischen Dienst leistungsanbietern Nutzern und errichten ein Protokoll zur Darstellung der Dienste vergleichbar mit der Organisation der menschlichen Gesellschaft In dieser Struktur kann der Service als eine adressierbare und klar definierte leicht anwendbare Schnittstellen standardisierte Netzwerk Entity betrachtet werden Vom technischen Standpunkt aus betrachtet ist SOA eine Ansammlung von Services welche durch das Netzwerk den Datenaustausch und Interoperationen durchf hrt Eine Anwendung wie SOA scheint am wahrscheinlichsten die Anforderungen eines komplexen und aus heterogenen Elementen zusammengesetzten Informationssystems wie es im telemedizinischen Pflegebereich der Fall ist erf llen zu k nnen 109 Durch die Verbindung verschiedener Dienste integriert SOTH lediglich Systeme Daten Anwendungen und Prozesse und resultiert in einem flexibleren Entwurf Bei der Umsetzung k nnen erg nzende Plattformen realisiert oder eine gesamt
184. n Dazu werden Byte Arrays entsprechend initialisiert und nach Abschnitt A 1 bertragen Alle diese Kommandos geben eine R ckmeldung Response zur ck 176 Anhangsverzeichnis A 2 1 Assign Kanal Konfiguriert die Art der bertragung eines ANT Kanals und weist den Kanal einem Network zu Parameter Kanal Number Kanal Type Network Number Nummer des zu 0x00 Receive Kanal Spezifiziert zu welchen konfigurierenden 0x10 Transmit Kanal Network dieser Kanalgeh rt ANT Kanals 0x20 Shared Receive Kanal Null fiir das Default Public 0x30 Shared Transmit Kanal Network 1 void AssignChannel int iChannel 2 3 byte setup 7 4 5 setup 0 0xa4 SYNC 6 setup 1 0x03 MSG LENGTH 7 setup 2 0x42 MSG ID Assign Channel 8 setup 3 iChannel Channel Number 9 setup 4 0x00 Channel Type RX 0 x00 Shared RX 0 x20 10setup 5 0x01 Network Number 11 setup 6 CreateChecksum setup 6 Returns the checksum 12 13 Output setup 7 14 A 2 2 Unassign Kanal Deaktiviert den gegebenen ANT Kanal Parameter Kanal Number Nummer des zu deaktivierenden ANT Kanals 1 void UnAssignChannel int iChannel 2 3 byte setup 5 4 5 setup 0 0xa4 SYNC 6 setup 1 0x01 MSG LENGTH 7 setup 2 0x41 MSG ID Assign Channel 8 setup 3 iChannel Channel Number 9 setup 4 CreateChecksum setup 4 10 11 Output setup 5
185. n In Duesberg F Hrsg E Health 2012 Informationstechnologien und Telematik im Gesundheitswesen Medical Future Verlag Solingen 2011 pp 249 252 Kumar M Stoll N Thurow K Stoll R On the combination of fuzzy models IEEE Conference on Automation Science and Engineering CASE Trieste Italy August 24 27 2011 ISBN 978 1 4577 1730 7 art no 6042461 pp 322 326 Kumar M Stoll N Stoll R Stationary Fuzzy Fokker Planck Learning and Stochastic Fuzzy Filtering IEEE Transactions on Fuzzy Systems 19 2011 5 pp 873 889 SSCi IF 2 695 Vilbrandt R Kreuzfeld S Weippert M Stoll R Flexible Erfassung von Beanspruchungsparametern bei arbeitsmedizinischen Felduntersuchungen Abstracts der 45 Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft f r Arbeitsmedizin und Umweltmedizin e V in Bochum 6 9 April 2005 Arbeitsmed Sozialmed Umweltmed 40 2005 3 206 Stoll R Arndt D Kreuzfeld S Weippert M Thurow K Stress Monitoring in hoch automatisierten Umgebungen der Life Science BioSpectrum 14 3 258 261 2008 Hayes G El Khatib K McGregor C Supporting health informatics with platform as a service cloud computing 2014 Lecture Notes in Electrical Engineering 260 LNEE pp 1149 1158 Chang L Guan C Xu J Xu H Paas platform for mobile health 2013 Proceedings 5th International Conference on Computational Intelligence and Communication Networks CICN 2013 art no 6658055 pp 549 5 171
186. n Zuletzt erfolgt ein Ergebnis der Darstellung verschiedener Vital Daten wie in Abbildung 6 15 zu sehen 3 Service Beschreibung f r HBS Module Service LiveViewService Resource Inbound Endpoint JDBC Outbound Endpoint HTTP Message String to XML Interface publicinterfaceLiveViewService publicvoidgetData IoSession session publicvoiddrawData IoSession session Object message publicvoidupdateData IoSession session Object message publicvoidupdateView IoSession session throws Exception publicvoid exceptionCaught IoSession session Throwable cause 6 3 4 Studien Management 1 Modulfunktion Das Studien Management setzt haupts chlich die inhaltliche Verwaltung der Untersuchung Aufgaben um Um sich den Anforderungen verschiedener Untersuchungen anzupassen wird in dieser Arbeit eine wiederverwendbare Study Struktur entwickelt die auf CDA XML Schema basiert siehe Anhang 1 Eine Studie beinhaltet die folgenden drei Teile Patient medizinische Einrichtungen und Untersuchungsevent Ein Untersuchungsevent setzt sich aus verschiedenen Datenerfassungen wie Herzfrequenzerfassung Temperaturserfassung EKG und Belschleunigungserfassung zusammen Das IPM ZS kann durch dasHinzuf gen ndern und L schen verschiedener Erfassungsmodule und CDA Studien Beschreibungen die Anforderungen verschiedener Unteruchung anzupassen 121 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems u
187. nd dies 3 Byte welche einen korrekten Frame darstellen In Wahoo sind 8 Byte als ein Standard Frame definiert der Wert des ersten Bytes ist 0x64 Daraus l sst sich f r den Datenparser ableiten dass die notwendigerweise zu definierenden Methoden sind b byte validateFrame byte data Diese Methode wird verwendet um je nach Standard Frame des Protokolls die Bytestr me in einzelne Abschnitte Standard Frame zu unterteilen c int findNextAlignment byte data Diese Methode wird verwendet um die urspr ngliche Position des n chsten Frames im Bytestrom anzuzeigen d int getBufferSize Diese Methode wird verwendet um den Datenanalysethread zu informieren jeweils nach einer bestimmten Menge von Bytes die Analyse zu beginnen Nachfolgend ist der gesamte Quellcode der Datenparser Schnittstelle dargestellt publicinterface SensorDataParser public SensorData parseFrame byte readBuff publicbooleanvalidateFrame byte buffer publicint findNextAlignment byte buffer publicintgetBufferSize publicint updateUI Context context publicvoid saveDatalist 2 Erarbeiten konkreter Implementierungsklassen Zuvor wurde bereits ausgef hrt dass in der Schnittstelle nur abstrakte Methoden definiert sind und nicht die konkrete Implementierung Daher muss nach der Definition einer Schnittstelle noch f r jede Art von Sensor eine konkrete Analysemethode implementiert werden Die nachfolgenden beiden Beispielcodes
188. ndlung von Java Anwendungen in Web Services sondern reduziert auch unmittelbar den Schwierigkeitsgrad der Umsetzung von SOA und bietet eine einfach umsetzbare Methode f r die Ausrichtung des Business auf SOA Applikation Service Outbound Infrastrukture Router SOAP MSG Transport Abbildung 6 1 Mule und CXF basierte Healthcare Service Bus HSB Zusammenfassend l sst sich sagen dass die Umsetzung der Umgebungsstruktur den zwei Teilen in Abbildung 6 1 folgt das Verpacken des Utility Service als CXF Service Release und die Funktionalit t von Mule wird ber das Packen jedes Web Service 132 in Mule Component erreicht Die von CXF Services erzeugten HL7 Informationen werden tiber den Inboundrouter und Outboundrouter von HSB Component empfangen und versendet Die Einf hrung von WS Security 133 wird ebenfalls an dieser Stelle implementiert Danach k nnen die von Mule erzeugten SOAP Informationen ber verschiedene Netzwerkprotokolle und andere Mule Components ausgetauscht werden LE sans v v v v v Mule integration services Routing Transaction management Transformation App container optional Tomcat Weblogic WebSphere JBoss Jetty Geronimo Abbildung 6 2 Gesamtstruktur des HSB 107 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 6 2 1 Gesamtstruktur des HSB Die Gesamtstruktur des HSB ist in der Abbildung 6 2 zu sehen Uber Iransports Connectors
189. ner drahtlosen Sensornetz Technologie kann Telemonitoring die Arbeit des medizinischen Personals erleichtern korrigieren und die neuesten medizinischen Daten bieten Unterschiede im Niveau der Dienstleistung k nnen behoben werden Domenico Zito 63 verwendet eintragbares System zur berwachung der Herz Lungen Funktion von Patienten Dieses System besteht aus Sensoren zur berwachung von Herzschlag und Atmung Es ist ausgestattet mit einem ZigBee Interface mit niedrigem Stromverbrauch nach IEEE802 15 4 Standard ber das ZigBee Interface wird die Datenerfassung per Fernzugriff erm glicht Dagtas et al schlagen vor ein drahtloses Sensornetz mit ZigBee Protokoll zu verwenden um eine sichere Grundstruktur f r die drahtlose Gesundheits berwachung in Echtzeit zu schaffen Diese Grundstruktur verwendet ein BAN um Signale zu messen Daten zu bertragen und Kan le zuzuweisen Obermiller verwendet allgemein passende Technologien um ein Schlafmessungssystem aufzubauen welches erlaubt durch die Messung der Werte w hrend des Schlafs den Gesundheitszustand des Beobachteten zu diagnostizieren Rall et al schlagen ein adaptives Heim System vor welches wirksam die Aktivit ten lterer Menschen 50 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung berwachen und aus den gesammelten Sensordaten eine Entwicklung erstellen kann Youcef Rahal 64 et al empfehlen ein intelligentes Heimsystem auf der Grundlage von Positionsbestimmungen welches d
190. ng der medizinischen Ressourcen und Dienste Um in SOA die Dienste besser zu finden zu verbinden und zu verwalten m ssen die verschiedenen Merkmale der Dienste gr ndlich analysiert und unterteilt werden Dieses Kapitel zielt auf das zuvor vorgestellte SOTH Framework und definiert eine Norm f r die Darstellung der Merkmale der Dienste in den verschiedenen Modellen bezogen auf 96 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen dieArchitektur Diese Darstellung wird in der Datenbank abgespeichert Service Registry und verwendet um bereits existierende Dienste zu publizieren 5 4 1 Beziehungen des Systemkonzepts Es wird definiert dass das gesamte System aus vier Bestandteilen besteht Resource Service Message und Policy vgl Abbildung 5 4 Send Receive Service Message 1 1 Ar BI Accord Execute tis Resource In Policy Abbildung 5 4Konzept der SOTH Architektur Die Ressourcen in der Abbildung werden als physische Einheit zur Durchf hrung einer Reihe von logischen Aktionen betrachtet Die jeweiligen Proxies fragen diese Aktionen an um spezifische Tasks zu implementieren Daher werden diese Ressourcen durch abstrakte Tasks klassifiziert Wenn wir nun nach den zuvor definierten Zielen die Tasks unterscheiden so werden diese Tasks als WebService 114 bezeichnet Ein Service kann ebenfalls durch andere Services gebildet werden
191. nische Versorgungssystem bis in das Jahr 1924 zur ckzuverfolgen In Abbildung 1 3 ist die Vorderseite des lt lt Radio News gt gt Magazins dargestellt Zu dieser Zeit hatten die Wirtschaftler die Idee mittels der Verwendung des Fernsehens und Radios Telemedizin zu erreichen Diese Technik wurde Radio Doctor genannt In den 1970er Jahren haben die US National Aeronautics and Space Administration NASA eine Vielzahl von Experimenten durchgef hrt um die Tele Diagnose per Satellit zu realisieren Seit dem Jahr 1995 findet mit der Verbreitung des Internets und der Entwicklung von drahtlosen Kommunikationstechnologien sowie der Ausweitung des Telekommunikationsnetzes die TV netzwerkbasierte Telemedizin immer mehr Anwendungen in der Praxis 12 Trotz der langj hrigen Entwicklung konnte aufgrund des Engpasses der Entwicklung der drahtlosen bertragungstechnik und Sensortechnik das Telemonitoringsein gro es Potenzial noch nicht vollst ndig entfalten Im 21 Jahrhundert werden mit dem Fortschritt der medizinischen Sensortechnik der Entstehung des Smartphones der Entwicklung der drahtlosen Kommunikationstechnologie derVergr erungder Bandbreite und der Entwicklung von Cloud Computing und verteilten Systemen die neuen Techniken in den Bereichen mobiles Computing oder Cloud Speicherung im Gesundheitswesen eingesetzt In 17 1 Einleitung der medizinischen Technik entwickelt sich ein Forschungsfokus im Bereich Telemonitoring 13
192. nism ig umfangreich so beeinflusst dies h ufig die Geschwindigkeit der Datenabfrage weswegen einige Verbesserungen an den Datenbl ttern vorgenommen werden m ssen Dies geschieht durch die Einrichtung eines Index Die Index Technologie ist in der Lage dieses Problem einfach zu l sen Den Tabellen der physiologischen Daten wird ein zweistufiger Index hinzugef gt Die erste Stufe ist die ID die zweite Stufe ist der Type Wenn nun die physiologischen Informationen eines bestimmten Patienten gesucht werden k nnen die entsprechenden Aufzeichnungen schneller lokalisiert werden Auf diese Weise wird die Zugriffsgeschwindigkeit der Datenbank erh ht 124 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems EventType PK EventTypeld EventType Event T Responsible Patient i PK Eventid Pic Patlantid H PK Responsibleid Fatientid Responsabledid 1 Patientld ResponsibleLastName ae EventDate ResponsibleName PatientlsMale SE Gene PatientBirthDate UserName Study PK Journeyld SEH Measurement StudyComments Patientid PK Scheduleld PK Measurementid PK Journeyid Responsibleld PK Version JourneyName Taskid Patientid JourneyStartDate SchuldeTime Taskid Patientid JourneyEndDate MeasurementDate JourneyCommentData CurrentVersion MeasurementValue Send
193. nn ein Quadratzentimeter Sonnenkollektor eine Energiemenge von 15mw sammeln aber bei bew lktem Wetter kann nur eine Energiemenge von 0 05mw gesammelt werden 3 Thermische Energie In einigen F llen ist die Stromerzeugung der Sensorknoten durch Geothermie m glich Weil manche Sensoren nur wenig Energie verbrauchen ist es m glich durch thermische Energie Strom zu generieren um Sensorknoten mit Strom zu versorgen 4 Radiofrequenz Der Pittsburgher Zoo verwendet Radiofrequenz Technologie um die Energie f r das drahtlose Sensornetzwerk bereitzustellen Durch eine kontinuierlich arbeitende Stromversorgungsanlage wird ein dauerhaftes niederfrequentes Signal abgegeben um die Energieversorgung f r das drahtlose Sensornetzwerk bereitzustellen 52 Jeder Sensorknoten ist mit einer HF Antenne als Empf nger ausger stet Durch diese Anlage 37 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung werden die Batterien aufgeladen Diese Methode l st effektiv das Problem der Stromversorgung f r Sensorknoten Aber die Effizienz der Stromversorgung ist dabei ziemlich niedrig Tabelle 2 1 Vergleich der verschiedenen Sensor Netzwerk Plattformen Sensork Mikrocontroller noten Takt Haupts Max Plattform CPU frequenz peicher K Type bertragungsrate B Kbs Nese Atmel AT90s8535 4 8 RFM 10 TR1000 Sene Atmel AT90s8535 4 8 RFM 10 mote TR1000 Rene2 Atmel Tmega 163 20 16 RFM 10 mote TR1000 MIT Intel
194. nssssesereene 33 Abbildung 2 2 Layout des medizinischen SensornetzwerksystemsSs ssssrssssesssresrssssesrreesnssssesrreene 34 Abbildung 2 3 Layer basierte Struktur des medizinischen Sensornetzwerkevstems 35 Abbildung 2 4 berwachung der physiologischer Daten in Echtzeit Iegl nnne 48 Abbildung 2 5 Anwendungsszenarien der drahtlosen Sensornetze in medizinischen VErs rg ngssystemen 611 2 22 eebe deefe Ae eebe deed 49 Abbildung 3 1 Systemarchitektur des IPM mHealh Systems 52 Abbildung 3 2 Lokales Netzwerk Gateway uusseesenssneennnnenenennnnnennnnnnennnnnnnnnnnnnnnennnnnnnsnnennenennnnnensnennanenn 55 Abbildung 3 3 Fernverbindung zwischen Patientenger ten und dem Monitoring Zentrum 56 Abbildung 4 1 Architektur des Android Systems TZ 62 Abbildung 4 2 Struktur und Arbeitsprozesse der Anwendungsprogramme in Android 63 Abbildung 4 3Kernkomponenten vom IDM MC 66 Abbildung 4 4 Bluetooth und Ant Transceiver ISalTISpl 66 Abbildung 4 5 IPM MC Bluetooth Device Discovery Proz amp SS csscccccccessssssssaeeeeecessessaeeeeeeseessnssnaeens 68 Abbildung 4 6 Etablieren eines ANT Kommunikationskanals zwischen Master und Slave Knoten 69 Abbildung 4 7Ablauf des Echtzeit Sensordatenertassungeproiesses 70 Abbildung 4 8Synchronisation von Study information zwischen IPM MC und IPM Server a ssasnnssans 71 Abbildung 4 9 Ablauf der Sensordatenanalyse cccsssscscceceesssesnsaeeeeecsseese
195. nte Information zu entfernen Obwohl die Datenfusionstechnik den Energieverbrauch reduziert entsteht jedoch eine bertragungsverz gerung Entsprechend der Bed rfnisse bestimmter Anwendungen ist die Erforschung von Cache und die Integration von Daten sowievon Methoden zur Datenintegration eine wichtige Forschungsrichtung im Bereich drahtloser Sensornetzwerke 8 Datenverwaltungstechnik Aus der Perspektive der Datenspeicherung kann das Sensornetz als verteilte Datenbank betrachtet werden Das Datenmanagement im drahtlosen Sensornetzwerk ist durch Datenbanken zu realisieren um die logische Sicht der im Netzwerk gespeicherten Daten und die logische Sicht im Netzwerk zu trennen In dem Fall brauchen die Nutzer nicht mehr f r die Details der Implementierung sondern nur f r die Datenabfrage und logische Struktur zu sorgen Die Datenverwaltung des drahtlosen Sensornetzwerks unterscheidet sich stark von der traditionellen verteilten Datenbank Es ist notwendig gem der Merkmale des Sensornetzwerks ein energieeffizientes Design und eine robuste Datenverwaltungstechnik zu schaffen 9 Netzwerksicherheitstechnik 41 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Das drahtlose Sensornetzwerk als ein aufgabenorientiertes Netzwerk verantwortet nicht nur die Daten bertragung sondern auch die Datenerfassung und integration sowie kooperative Steuerung der Aufgaben Es ist ein zu l sendes Problem f r das drahtlose Sensornetzwerk wie
196. nten Methoden 98 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen unternimmt diese Arbeit teilweise nderungen Nach den nderungen kann die Beschreibung der Ressourcen den Dienstbeschreibungen aller Level entsprechen Die Beschreibung der Ressourcen umfasst insgesamt sechs Attribute inherent functional nonfunctional cooperative auxiliary und deployment Das Attribut inherent beinhaltet Informationen der Ressources Registry wie Besitzer Version und effektiver Zeitraum etc Das Ressourcen Attribut functional beinhaltet die Schnittstellen begleitender notwendiger Pre und Postconditions 119 und alles was mit der Realisierung des Ressourcen Modells zu tun hat Ebenfalls enthalten sind zugeh rigen Details wie s mtliche Algorithmen entworfene Modelle etc Tabelle 5 1 zeigt eine Auswahl von f r die Beschreibung der Ressourcen verwendeten Attributen F r jedes Attribut werden drei Kerneigenschaften festgelegt D TagID Data Type und Description TagID beschreibt ausf hrlich den Namen des Attributs Insgesamt gibt es vier Datentypen der Ressourcen boolean integer float und string Die dritte Spalte bietet eine Kurzbeschreibung des Attributs Tabelle 5 1 Attribute der Beschreibung der Ressourcen Name String Resource Name DomainName String Description of resource range SystemName String Indicate resources belong to which system Proprietary String Indicate reso
197. nweisungen k nnen beispielsweise Informationsarten oder die Frequenz der Informationserfassung ge ndert werden Der lokale Netzwerk Gateway ist ein zentraler Punkt der Informations bermittlung und erf llt eine wichtige Br ckenfunktion er bietet auch die M glichkeit der Umwandlung von Protokollen und Anweisungen sowie Datenverarbeitungsmodule siehe Abbildung 3 2 fr eNi Physiological K sse w P Receiving cache os parameters m Sending cache gt parsing 3 ea H S E 4 m Fe E DA z a P v Sending cache Command parsing Receiving cache 3 Al re ka Parse and response of warning Local e Gateway Abbildung 3 2 Lokales Netzwerk Gateway 3 2 2 Fernmeldeverbindung Der zweite Kommunikationspfad wird haupts chlich zur Sammlung und zum Austauschen der Informationen verwendet er ist zust ndig f r die bertragung oder den Empfang der 55 3 Anforderungsanalyse Informationen zwischen Patient und IPM ZS siehe Abbildung 3 3 Wie bereits zuvor erw hnt werden die wichtigen Daten des Patienten lokal gesammelt und in der IPM MC abgespeichert Die Datenbank des IPM ZS empf ngt diese Daten und versorgt das medizinische Personal damit Das TEC Telecommunication wird zwischen IPM MC und IPM ZS errichtet Es handelt sich um einen sicheren Kommunikationskanal welcher die sensiblen Daten sch tzt
198. object of the flexible connection is achieved with a heterogeneous sensor on the hardware level In the analysis Module an online activity recognition algorithms based on 3 axis acceleration sensorswas developed in this work The monitor s purpose is to evaluate the physiological parameter combined with the human body status and detect an anomalous event through the context information The result of this work is a mobile online acquisition system IPM mHealth which allows the continuous parallel examination of several subjects regardless of location The system has been successfully used during several studies and research projects 181 Thesen Thesen 1 Die Verwendung kabelloser bertragungsstandards verbessert wesentlich den Komfort f r den Probanden und schafft ein Netzwerk das sicher und flexibel erweiterbar ist 2 Die Entwicklung eines flexiblen und mobilen Telemonitoring Systems f r medizinische Anwendungen ist an den Einsatz mobiler Rechnersysteme mit entsprechender Konnektivit t wie z B mobile Handhelds SmartPhones gebunden 3 Die anwendungsspezifische und flexible Daten bertragung des Erfassungssystems erfordert die Konzeption eines eigenen entsprechend anpassungsf higen bertragungsprotokolls 4 Die konsequente Trennung von Datenerfassung ubertragung speicherung und auswertung ermoglicht es das System auch zukunftig modulartig zu erweitern ohne jeweils das Gesamtsystem anpassen zu m
199. odelle zu bieten Letzteres l sst Business Anfragen ihre Business Prozesse beschreiben und wandelt diese danach semi automatisch in ausf hrbare Informationssysteme um 5 2 4 Utility Service Models Dieser Level beinhaltet alle Modelle welche zur Beschreibung der Dienste verwendet werden Dienste sind auf diesem Level dargestellt als ausf hrbare Tasks Um die Funktionen der 93 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen Tasks zu demonstrieren und die Umsetzung der Dienste anzuleiten m ssen diese Tasks ausf hrlich dargelegt werden Die konkrete Beschreibungsdefinition ist in der Service Library abgespeichert Der Utility Service organisiert und beschreibt entsprechend der Merkmale der beschriebenen Tasks wie Architektur Funktion Aktion Umgebung Anwendung etc die Bildung eines Services durch die Tasks Das Utility Model ist n heran der Technik der Umsetzung und der Anwendungsumgebung Es ist die Abstraktion der Ressourcenfunktion und bildet das Fundament des oberen Business Layers Das Utility Model bezieht sich auf die interne Service Library Der Prozessdesigner verwendet die interne Service Library um das Control Modul CM konkret zu definieren Nachfolgend werden die verschiedenen konkreten Beziehungen zwischen den verschiedenen Modellen in der Vier Layer Struktur des SOTH erl utert 5 3 Beziehungen zwischen den Modellen In den vier abstrakten Leve
200. on von Messeger ten und Mobile Client ber das drahtlose Nahbereich Protokoll des BAN Netzwerks erreicht Die Verbindung von IPM ZS und IPM AM dagegen f llt v llig anders aus Hier ist ein deutlich komplexeres Szenario n tig Die Identit t des Benutzers muss berpr ft werden die internen und externen Kan le f r die bertragung m ssen gesch tzt werden etc Die Verbindung zwischen den Dienstmodulen die genauere Definition der allgemeinen Merkmale und Schnittstellen zur Umgebung m ssen alle gleicherma en in der Architektur klar erl utert werden Aus der Analyse des oberen Abschnittes l sst sich erkennen dass drei Kommunikationspfade in den oben genannten drei Subsystemen bestehen Die Nahbereich Kommunikation des mobilen Erfassungsclients die Fernverbindung zwischen JPM MC und IPM ZS und die medizinische Dienstleistungskommunikation zwischen PM ZS und IPM AM 3 2 1 Nahbereich Kommunikation des mHealth Clients In der physischen Umgebung des Patienten werden zwei Anlagen zum Aufnehmen der Datensets ben tigt Das Body Area Network BAN und das lokale Gateway Mobile Client Body Area Netzwerk Wie im zweiten Kapitel bereits detailliert vorgestellt handelt es sich beim BAN um ein drahtloses Sensornetzwerk Im BAN sorgt ein Smartphone Knoten im Innen und Au enbereich f r einen festen Monitoring Bereich Das BAN hat die Aufgabe Sensordaten zu sammeln ber drahtlose Sensoren auf dem K rper des Patienten werden physiologisch
201. onfigurationsinformationen vorliegen werden die entsprechenden Messkonfigurationsdaten ge ndert und die Informationen in der Datenbank abgespeichert Falls das Speichern fehlschl gt wird der Alarm Service gestartet Die Messung beginnt wenn die vorgeschriebene Messzeit berschritten Nach Beendigung der Messung werden die Rohdaten in der Datenbank abgespeichert Visualisierungsdienste lesen die Daten und senden dem User eine http Webseite als Response zur ck Letztlich werden die Rohdatenan die Auswertungsmodule weitergeleitet Die Auswertungsmethode werden im n chsten Kapitel detailliert erkl rt 126 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Clients I EHealth Plattform Service BUS Integrated applications IT epp EH e ee II meenee benzeg i i 1 i 1 Login i i o i i 1 Pera Ferne T i i i U l t H i I i i i i i 2 1 Update Config i Zieser FS i i i i i T D i 1 H H H i D H H H i I i E 1 i i 2 2 Return Config Projekt Unt 2 3 Send Config XML te i 1 i i i 3 Start Reading i i i 2 i er Ka onat 3 1 Send data Connection w T 1 i i H 1 i l H H H i i 1 i i i i i i 1 i i i i i 1 i i i i __325enddatato a savedatato ei database 1 3 3 1 Send datato display f h EEE M vatidate trae 3 3
202. orks 2006 IEEE Communications Magazine 44 7 pp 56 62 Sikora A Groza V F Coexistence of IEEE802 15 4 with other systems in the 2 4 GHz ISM band 2005 Conference Record IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference 3 art no 1604479 pp 1786 1791 163 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 Literaturverzeichnis Cook B W Molnar A Pister K S J Low power RF design for sensor networks 2005 Digest of Papers IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium art no RTU1A 2 pp 357 360 William Atwood J Jiang X Das K C Establishing Multimedia Sessions between IP version 6 Hosts and IP Version 4 Hosts 2003 Proceedings of the IASTED International Conference on Wireless and Optical Communications 3 pp 538 542 Satyanarayanan M Pervasive computing Vision and challenges 2001 IEEE Personal Communications 8 4 pp 10 17 ANT Alliance What is ANT http www thisisant com consumer ant 101 what is ant 2013 Wyld D C RuBee Applying low frequency technology for retail and medical uses 2008 Management Research News 31 7 pp 549 554 Stoll R Thurow K Center for Life Science Automation Universit t Rostock Life Sciences Automation amp Ergonomics Labor 2014 Lorincz K Malan D J Fulford Jones T R F Nawoj A Clavel A Shnayder V Mainland G Welsh M Moulton S Sensor networks for emergency
203. ormiert den Patienten wenn der Patient online ist wenn der Patient eine Message erh lt Dieser Dienst muss daher notwendigerweise ebenfalls mit dem Alarm Dienst kooperieren Im gegenw rtigen Entwurf besitzt der Patient nicht die Berechtigung die IPM MC Konfiguration aufzurufen allerdings m ssen beim Design der IPM MC m gliche Entwicklungen im Heimpflege Bereich ber cksichtigt werden Zwischen Patient und Ger ten gibt es noch kompliziertere Zusammenh nge bei der zu realisierenden Umgebung muss es daher m glich sein einfach neue Charakteristika hinzuzuf gen Ein Beispiel f r neue Anforderungen w re dass m glicherweise in Zukunft dem Patienten der Zugriff auf das Konfigurationsdokument der eigenen Ger te gestattet wird wasim gegenw rtigen Entwurf noch nicht der Fall ist 3 3 2 Schnittstelle zwischen mHealth Client und mHealth Server Das Austauschen der Message zwischen IPM MC und IPM ZS beschr nkt sich auf die bermittlung von XML Messages Der IPM MC fordert bei derIPM ZS Konfiguration und beim Message Dokument an der IPM ZS antwortet mit der bermittlung der Informationen Der Empfang des Dokuments erfordert die Best tigung des IPM ZS der IPM ZS bermittelt dem IPM MC das XML Dokument des Patienten und fordert gleichzeitig eine Best tigung an Die Umsetzung dieser Schnittstelle ben tigt die Unterst tzung von vier Diensten darunter zwei Dienste in den Ger ten im Haushalt des Patienten Der Messungsverwaltungsdienst ist z
204. play this value to the user Set to 0x00 when unused Instantaneous Fractional instantaneous speed 5 1 Byte 1 256 m s NIA Speed Fractional Set to 0x00 when unused 6 Reserved 1 Byte Value OxFF N A N A 7 Status 1 Byte SDM status flags see Table 5 5 Binary Abbildung 4 11 Daten bertragungsprotokoll f r den Beschleunigungssensor Wahoo Fitness 98 Basierend auf der obigen Analyse wird in der Datenparser Schnittstelle die erste Methode ben tigt mittels welcher eine korrekte Analyse dieser Bytes m glich ist und wodurch der Sinn der Daten entschl sselt werden kann Message Type Datal Data 114 00011001 11001101 a SensorData parserFrame byte data Diese Methode akzeptiert eine bestimmte Menge von Bytestr men als Parameter zur ckgegeben wird hier eine im IPM MC definierte Klasse In dieser Klasse werden verschiedene Typen von physiologischen Daten wie Herzfrequenz K rpertemperatur etc als Attribute definiert In der obigen Methode parserFrame wurde definiert wie die Daten analysiert werden Im Anschluss muss noch bekannt sein wie ein korrekter Data Frame von Sensoren erkannt werden kann um die Parameter an die Methode parserFrame byte data zu bergeben 74 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients Beispielsweise kann hier Equivital betrachtet werden der Start eines g ltigen Datenframes beginnt mit a bis n als erstem Byte Zusammen mit den zwei Ziffern dahinter si
205. pp 183 187 Clark R A Inglis S C McAlister F A Cleland J G F Stewart S Telemonitoring or structured telephone support programmes for patients with chronic heart failure Systematic review and meta analysis 2007 British Medical Journal 334 7600 pp 942 945 Asua J Orru o E Reviriego E Gagnon M P Healthcare professional acceptance of telemonitoring for chronic care patients in primary care 2012 BMC Medical Informatics and Decision Making 12 1 art no 139 Martin S Telemedicine in Germany Telemedizin in Deutschland 2012 Diabetologe 8 4 p 274 160 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Literaturverzeichnis Liu L Wang H Liu X Jin X He W Wang Q Chen Y Greencloud A new architecture for green data Zentrum 2009 Proceedings of the 6th International Conference Industry Session on Autonomic Computing and Communications Industry Session ICAC INDST 09 pp 29 38 Jha A K Desroches C M Campbell E G Donelan K Rao S R Ferris T G Shields A Rosenbaum S Blumenthal D Use of electronic health records in U S Hospitals 2009 New England Journal of Medicine 360 16 pp 1628 1638 Henderson T R Katz R H Transport Protocols for Internet Compatible Satellite Networks 1999 IEEE Journal on Selected Areas in Communications 17 2 pp 326 343 Otsuka Y Ogawa T Saito A Tsugawa T Fukao S M
206. probleme Das BV ist zust ndig f r das Abspeichern des Nutzernamens und Passworts des Nutzers und bietet eine sichere Methode wie berechtigte Dienste die entsprechenden Informationen abrufen k nnen Der Dienst ist auch in der Lage Nutzername und Passwort zu verwenden um die Anfrage des Nutzers zu verschl sseln Die Autorisierung umfasst folgende Schritte Der Client loggt sich ein und bermittelt seinen Key Nutzername und Passwort Sobald Nutzername und Passwort verifiziert wurden und der Nutzer nicht gesperrt wurde bermittelt das IPM ZS eine Session welche einen Key und eine in ein Responseobject verpackte Zufallszahl beinhaltet Jedes Mal wenn der Nutzer sich einloggt wird diese Nummer erneuert Der Nutzer verwendet diese Session um andere Dienste von IPM ZS aufzurufen Diese Dienste rufen den Identifikationsservice auf um festzustellen ob dieser Nutzer tats chlich registriert ist Falls sich diese Session im idle Zustand befindet wird der Nutzer automatisch abgemeldet Wenn innerhalb von 15 Minuten keine anderen Dienste diese Session berpr fen wird diese Session in den idle Zustand versetzt um den Fall dass der Nutzer vergessen hat sich ordnungsgem abzumelden abzusichern Wenn dar ber hinaus technische Probleme beim Client auftreten wird der Zustand des Nutzers in den Zustand vor dem Fehler zur ckversetzt Nachdem der Nutzer mit der Verwendung des Systems fertig ist sollte er sich ausloggen Zu diesem Zeitpunkt wir
207. r gt lt inbound gt lt vm inbound endpoint path systemErrorHandler synchronous true gt lt inbound gt lt pass through router gt lt outbound gt lt pass through router gt lt stdio outbound endpoint system ERR gt lt pass through router gt lt outbound gt lt service gt lt hsb gt 132 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung In diesem Kapitel werden beispielhaft f r weitere Anwendungen das Design und die Umsetzung einer automatisierten Aktivit tserkennungs Methode auf der Grundlage von Beschleunigungssensoren erl utert Zun chst wird der f r diese Arbeit eingesetzte Equivital Sensor n her erl utert Im Anschluss werden die neuen Abl ufe und Methoden dargelegt wie mittels von DBeschleunigungsdaten Patientenverhalten erkannt werden kann Bewegungserkennung kann als Klassifizierungsproblem des maschinellen Lernens definiert werden 145 Der grundlegende Ablauf der Bewegungserkennung lautet wie folgt 1 Zun chst werden die Beschleunigungsdaten erfasst und gegl ttet 2 danach werden spezifische Sensorwerte innerhalb eines definierten Zeitfensters extrahiert Mittelwert Maximalwert Standardabweichung etc Das WEKA Werkzeug wird verwendet um die Messdaten unter den verschiedenen Zust nden zu klassifizieren 3 Zuletzt wird mit dem N chsten Nachbar Klassifikation basiertenBewegungserkennungsalgorithmus die Bewegungserkennung d
208. r nden verwendet man in Japan oft Satellitenkommunikation um Experimente der Telemedizin durchzuf hren 16 In 18 1 Einleitung manchen Gebieten wurden hier gute Effekte erreicht Die USA haben keine vergleichbaren Vorteile bei der Satellitentechnologie Satellitenkommunikation beg nstigt die gro e Region Alaska sehr die am weitesten vom Festland der Vereinigten Staaten entfernt liegt 17 Diese Region ist sehr d nn besiedelt und hat einen gro en Mangel an medizinischen Ressourcen Jedoch wurde mittels Telemedizin das medizinische Niveau der Region stark verbessert Durch die Entwicklung eines GSM basierten Telemonitoring Systemsk nnenz B physiologische Parameter erfasst werden wie u a EKG Blutdruck Sauerstoffs ttigung Herzfrequenz und K rpertemperatur Die Erfassungsfrequenz des EKGs betr gt 200Hz Zudem k nnen statische Bilder bertragen und das Transfer Protokoll durch TCP IP realisiert werden Durch den JPEG Algorithmus werden die Bilder komprimiert Die meisten europ ischen L nder nutzen die mobile Kommunikationstechnik als Plattform f r die Telemedizin Der Grund liegt in ihren gut entwickelten mobilen Kommunikationsnetzwerken die an der Spitze liegen damit Telemedizin realisiert werden kann Die EU hat drei im Bereich Telemonitoring leistungsf hige Labore f r biomedizinische Technik zehn gro e Unternehmen und 20 Pathologielabore und andere Endkunden motiviert 18 an den umfassenden Experimenten zur Einf
209. r SOTH Struktur definierten Beziehungen zwischen Service Ressource Message und Policies wird die Interaktion zwischen verschiedenen Komponenten durchgef hrt Bei allen externen Schnittstellen muss eine Konvertierung des HL7 Formats durchgef hrt werden Nachfolgend werden die Hauptfunktionen und Implementierung der verschiedenen Module vorgestellt Abbildung 6 10 Kernkomponenten vom IPM ZS 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 1 Kommunikationsserver KS Sorgt haupts chlich f r die bidirektionale Kommunikation Synchronisierung und Echtzeit Daten bermittlung zwischen dem IPM MC und IPM ZS 2 Benutzerverwaltung BV Beinhaltet die Funktionen Benutzeranmeldung Benutzerregistrierung und nderung oder L schung von Benutzern 3 Study Management SM Beinhaltet Verwaltung Erstellung und Anordnung von Untersuchungen 4 Datenmanagement DM Beinhaltet Analyse Speicherung historischer Datenund bermittelung der Diagnoseergebnisse 5 Visualisierungsmanagement VM Haupts chlich verantwortlich f r die Visualisierung der vom IPM MC empfangenen Vital Daten 6 3 1 Kommunikationsserver 1 Modulfunktion Der KS ist das Kernmodul des IPM Server Es ist verantwortlich f r den Empfang und das Beantworten der Messages des Clients Nachdem das IPM MC eine Verbindung mit dem IPM ZS aufgebaut hat werden zwei Proxy Prozesse gestartet Einer bearbeitet die Anfragen und der andere
210. r getragenen berwachungsger te anlegen oder entfernen Der Arzt kann aus der Ferne vom IPM ZS aus den physiologischen Zustand des Patienten erfassen Die Zeit f r die Diagnose kann flexibel gestaltet werden Auch die Betreuung des Patienten kann aus der Ferne gesteuert werden 3 Skalierbarkeit Das IPM ZS muss in der Lage sein entsprechend der von den verschiedenen berwachungsger ten gesammelten medizinischen Signale die Softwaremodule zur Analyse der medizinischen Signale flexibel auszubauen 125 Durch die lose gekoppelte Datenerfas sung mitdem Applikation Layer kann effektiv die Erweiterbarkeit der Systemfunktionen erreicht werden 4 Unterst tzung einer heterogenen Umgebung Die vom IPM ZS verwendete Softwarestruktur muss in der Lage sein hervorragend mit einem komplexen aus unterschiedlichen Technologien zusammengesetzten System zurecht zu kommen Es muss dabei m glich sein andere Systeme einzubinden 126 Dar ber hinaus muss das System unabh ngig von spezifischen Betriebssystemen oder Hardware nach einer einmaligen Entwicklung den Einsatz in einer beliebigen Plattform erm glichen 5 Sicherheit Die Sicherheit bezieht sich haupts chlich auf zwei Aspekte die Verschl sselung und Anonymisierung der Daten Dies steht im Bezug zur Gesundheit des Patienten und zur individuellen Privatsph re 127 Wenn illegale Informationen im System gespeichert w rden kann die berwachung und Diagnose des Systems beeintr chti
211. ranularity in software product lines 2008 Proceedings International Conference on Software Engineering pp 311 320 Carbone M Honda K Yoshida N Structured communication centred programming for web services 2007 Lecture Notes in Computer Science including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics 4421 LNCS pp 2 17 Skogan D Gronmo R Solheim I WebservicecompositioninUML 2004 Proceedings IEEE International Enterprise Distributed Object Computing Workshop EDOC pp 47 57 167 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 Literaturverzeichnis Fu X Bultan T Su J Analysis of interacting BPEL Web services 2004 Thirteenth International World Wide Web Conference Proceedings WWW2004 pp 621 630 Hui S C Fong A C M Jha G A web based intelligent fault diagnosis system for customer service support 2001 Engineering Applications of Artificial Intelligence 14 4 pp 537 548 Http www iana org assignments uri schemes uri schemes xhtml 2014 Clemens S Dominik G Stephan M Component Software BeyondObjectOriented Programming SecondEdition 2002 Addison Wesley ACM Press Demirkan H Kauffman R J Vayghan J A Fill H G Karagiannis D Maglio P P Service oriented technology and management Perspectives on research and practice for the coming decade 2008 Electronic Commerce Resea
212. rch and Applications 7 4 pp 356 376 Boonserm P Jitsupap A Thongsamrith N Achalakul T E framework for virtual collaborative community 2008 5th International Conference on Electrical Engineering Electronics Computer Telecommunications and Information Technology ECTI CON 2008 1 art no 4600397 pp 161 164 Bartetzko D Fischer C M ller M Wehrheim H Jass Java with assertions 2001 Electronic Notes in Theoretical Computer Science 55 2 pp 103 117 Diaz M Juanole G Courtiat Jean P Observer a concept for formal on line validation of distributed systems 1994 IEEE Transactions on Software Engineering 20 12 pp 900 913 Gerdsen F M ller S Jablonski S Probsch H U Standardized exchange of clinical documents Towards a shared care paradigm in glaucoma treatment 2006 Methods of Information in Medicine 45 4 pp 359 366 Abousharkh M Mouftah H XMPP enabled SOA driven middleware for remote patient monitoring system 2012 2012 International Conference on Information Technology and e Services ICITeS 2012 art no 6216689 Sutherland L Igras E Ulmer R Sargious P A laboratory for testing the interoperability of telehealth systems 2000 Journal of telemedicine and telecare 6 Suppl 2 pp S74 75 Gon alves P Torres J Sobral P Moreira R Remote patient monitoring in home environments 2009 Proceedings of the 1st International Workshop on Mobilizing Health
213. rden die verschiedenen Komponenten des mHealth Systems dargelegt und die Methode der Interaktion zwischen den verschiedenen Subsystemen er rtert Entsprechend der Schilderung in Abschnitt 3 3 umfasst der mobile Erfassungsclient des mHealth Systems die folgenden drei Kern Komponenten 1 ein Sensorkommunikations modul welches mit den medizinischen Sensoren kommuniziert 2 ein intelligentes Echtzeit berwachungsmodul und 3 ein Daten bertragungsmodul f r die Weiterleitung der physiologischen Parameter auf den IPM Server In diesem Kapitel soll zun chst kurz die Android basierte Entwicklungstechnologie f r die mobile Anwendung vorgestellt werden danach werden die in dieser Arbeit eingebundenen Datenerfassungsger te Sensoren aufgelistet In der Konzeption des mobilen Clients IPM MC wird in der vorliegenden Arbeit eine neue Middleware Komponente entworfen um verschiedenste Sensorger te flexibel zu integrieren und gleichzeitig die Kommunikation zwischen Sensoren verschiedener Arten darunter Sensoren welche Bluetooth und ANT verwenden zu erreichen Zuletzt werden das Design und die Umsetzung der Echtzeit berwachung der physiologischen Parameter und die bertragung der Daten auf den IPM ZS detailliert dargelegt 4 1 Android Plattform Die Android Plattform 71 bietet die notwendigen Schnittstellen und Werkzeuge f r die Entwicklung von Anwendungen auf den mobilen Ger ten Diese enth lt vier grundlegende Eigenschaften 1 Auf de
214. reibt die Koordination eines Dienstes zur Verwirklichung eines gemeinsamen Zieles ber das Abfragen der Schnittstelle des Kooperationspartners wird die notwendige zu befolgende Interaktionssequenz eingeschr nkt durch die Beschr nkungen bestimmt Diese Sprache muss die Abh ngigkeiten zwischen den folgenden Interaktionen beschreiben k nnen Abh ngigkeiten der Ablaufsteuerung Abh ngigkeiten des Datenflusses die gegenseitigen Beziehungen der Messages zeitliche Einschr nkungen Abh ngigkeiten von Transaktionen etc Es ist darauf zu achten dass der Choreographie Plan mitnichten eine Beschreibung der internen Aktionen enth lt sondern im Gegenteil die Interaktion in der Gesamtheit im Blick hat Anders 92 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen gesagtbeinhaltet die Choreographie die gesamte am Dienst beteiligte Interaktion und diese Dienste folgen dem Ziel der Choreographie 5 2 2 Business Model BM Das Business Model wird auf dem zweiten Level definiert und verbindet Analysephase und Designphase Jede zugeh rige Schnittstelle ist dabei auf den Nutzer ausgerichtet Das Business Model hat das Business als Zentrum und zeigt die vom Stakeholder definierten wesentlichen Funktionsgrenzen des Business und den internen Kontext jedes Business wer sind die Endnutzer eine Business Analyse sowie eine Dienstarchitektur Das Business Model zeigt die formelle Formatierungsform des Inh
215. rennt Datenerfassung speicherung und Auswertung voneinander und erm glicht so eine gezielte Erweiterung des Systems um neue Funktionalit ten Die arbeitsmedizinischen Experten legen den Fokus auf Versuchsplanung und auswertung und das medizinisch technische Personal ist vorrangig verantwortlich f r die Datenakquisition In die Auswertungsmodule wurde in dieser Arbeit beispielhaft eine automatisierte Aktivit tsanalysemethode entwickelt Ziel dieserKomponente war die Auswertung von telemedizinisch erhobenen Vital Daten in Verbindung mit einer Bewergungsklassifizierung Diese bietet qualitativ neue M glichkeiten f r Langzeituntersuchungen verschiedener Vitalfunktionen Aktivit tsprofile k nnen einerseits eigenst dig als Grundlage diagnostischer Aussagen dienen andererseits in Kombination mit anderen Messgr en deren Aussagekraft ma geblich erweitern Die Analyse erlaubt eine Online Klassifikation verschiedener Bewegungsformen Typischerweise werden allt gliche Aktivit ten wie Gehen Laufen Treppensteigen und Liegen klassifiziert Die Struktur der eingesetzten Klassifikationsverfahren erm glicht allerdings problemlos die Erweiterung der Auswettung bez glich weiterer Bewegungsmuster Anhand der Aktivit tsanalyse kann eine Absch tzung des Engergieverbrauchs aufgrund der Bewegung des Patienten durchgef hrt werden Grundlage daf r bildet die Zuordnung von energie quivalenten zu verschiedenen k rperlichen Aktivit ten Bei diesen Bere
216. response Challenges and opportunities 2004 IEEE Pervasive Computing 3 4 pp 16 23 Jovanov E Raskovic D Price J Chapman J Moore A Krishnamurthy A Patient monitoring using personal area networks of wireless intelligent sensors 2001 Biomedical Sciences Instrumentation 37 pp 373 378 Henderson D A Inglesby T V Bartlett J G Ascher M S Eitzen E Jahrling P B Hauer J Layton M McDade J Osterholm M T O Toole T Parker G Perl T Russell P K Tonat K Smallpox as a biological weapon Medical and public health management 1999 Journal of the American Medical Association 281 22 pp 2127 2137 Zito D Pepe D Mincica M Zito F Tognetti A Lanata A De Rossi D SoC CMOS UWB pulse radar sensor for contactless respiratory rate monitoring 2011 IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems 5 6 art no 6104396 pp 503 510 Rahal Y Pigot H Mabilleau P Location estimation in a smart home system implementation and evaluation using experimental data 2008 International journal of telemedicine and applications pp 21 30 Winkler S Schieber M Liicke S Heinze P Schweizer T Wegertseder D Scherf M Nettlau H Henke S Braecklein M Anker S D Koehler F A new telemonitoring system intended for chronic heart failure patients using mobile telephone technology Feasibility study 2011 International Journal of Cardiology 153 1 pp 55 5
217. rganization that implements the service 102 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen Version String Version ofthe service Domain String Provider range of services Provider String Owner of service To request the service needs contact the owner Design ideas and Transaction Decision Design String In the design stage used design decision Extrinsic information Task Name String Task Name Resource String The resources needed to execut this task Provider String Noted the position of task provider Interface String Task interface WSDL Precondition String Complete description ofPrecondition Postcondition String Complete description ofPostcondition Invariant String Generally does not change and necessary dependencies Registration Registration String Lists registry of published Service Description Explanation String Natural language description of service targets Classification life cycle String Indicates that the information belongs to which cycle Diagram String Noted position of the diagram UML of services Contract String Noted the location of contracts that associated with the service Implement guide and strategies 103 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems In diesem Kapitel
218. rn Jeder Nutzer erzeugt einen kryptographischen Schl ssel welcher als allgemeiner Schl ssel auf das IPM ZS hochgeladen wird Andere autorisierte Dienste k nnen den allgemeinen Schl ssel eines Nutzers erhalten und einen sicheren Kommunikationskanal aufbauen Das Klassendiagramm beinhaltet zwei Klassen die Klasse dentifikations Service und die Klasse Nutzer Dies ist in der Abbildung 6 12 zu sehen 1 Ablauf des Prozesses Medizinische Daten stellen besondere Anforderungen an die Sicherheit An dieser Stelle wird SOAP f r die sichere bermittlung der Informationen verwendet Jeder Dienst und jeder Nutzer besitzt zwei Keys private Key und public Key 137 Jeder Nutzer ben tigt den ffentlichen Schl ssel des Servers wenn er mit diesem kommunizieren will Nutzer bermitteln ber die Anfrage den gesch tzten private Key und den eigenen public Key 116 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Nachdem die Informationen serverendig empfangen wurden wird der eigene public Key f r die Freigabe verwendet und der in der Anfrage enthaltene Inhalt wird gelesen Wenn eine Antwort an den Client rausgeht wird der public Key des Clients zur Verschl sselung verwendet Der Client verwendet den eigenen private Key um die Antwort zu entschl sseln Der konkrete Arbeitsprozess der Sicherheits berpr fung lautet wie folgt Voraussetzungen Der Nutzername und das Passwort des Nutzers m ssen notwendigerweise im IPM Z
219. rogener Sensorik erreicht Im Rahmen dieses Systems wurde ein SOA Service Oriented Architecture basiertes offenes Telemonitoring Framework SOTH konzipiert und eingesetzt SOTH verwendet den SOA Ansatz zur Erzeugung eines strukturellen Rahmens fiir Ingenieure und Softwareentwickler um ihnen Hilfestellungen bei der Entwicklung von Komponenten einer Mobile Health Plattform zu geben In dieser Plattform werden die medizinischenDiensteinheiten als das Ergebnis der Kombination von verschiedenen abstrakten Ebenen betrachtet was zur losenKoppelung der medizinischen Leistungen und zur Verbesserung der Interoperabilitat zwischen den Software Dienst Modulen f hrt F r die Auswertungsmodule wurde in dieser Arbeit eine automatisierte Aktivit tsanalyse methode entwickelt Ziel dieserKomponente war die Auswertung von telemedizinisch erhoboenen Vital Daten in Verbindung mit einer Bewegungsklassifizierung Diese bietet beispielhaftqualitativ neue M glichkeiten f r Langzeituntersuchungen verschiedener Vitalfunktionen Aktivit tsprofile k nnen einerseits eigenst dig als Grundlage diagnostischer Aussagen dienen andererseits in Kombination mit anderen Messgr en deren Aussagekraft ma geblich erweitern Als Ergebnis der Arbeit ist ein mobiles Online Erfassungssystem entstanden dass die standortunabh ngige und kontinuierliche Untersuchung mehrerer Probanden parallel erm glicht Die Standortunabh ngigkeit ist dabei sowohl f r den Probanden als au
220. ronisierung Ende MSGTempData LPMSG MSGTempData Die Erfassungsclient ID wird zur Identifikation jedes einzelnen IPM MC fiir physiologische Parameter verwendet Der Erfassungsclient und der Patient sind eindeutig einander zuzuordnen Verschiedene Patienten verf gen ber unterschiedlicheErfassungsclient IDs daher kann anhand der Erfassungsclient ID der jeweilige Patient identifiziert werden Der Zeitstempel besteht aus den folgenden zwei Teilen Datum und Uhrzeit Dieser dientder zeitlichen Eindeutigkeit der Informationen Er bietet dem Datenserver eine zeitliche Orientierung f r die Ablage der physiologischen Parameter und stellt dem medizinischen Personal eine zeitliche Basis f r die genauere Diagnose des Patienten bereit Message ID ist die Art der gesammelten Parameter Daten ist der konkrete Zahlenwert Die geographische Positionsbestimmung z B erfolgt ber das im IPM MC integrierte GPS und unterteilt sich in die zwei Teile GPS Informationen und konkrete Positionsinformationen Dies erlaubt dem medizinischen Personal anhand der geographischen Informationen dem Patienten rechtzeitig helfen zu k nnen Entwurf des Formats der Kontroll und Verwaltungsbenachrichtigungen Nicht nur das IPM MC bermittelt Daten an den Server unter bestimmten Umst nden kann auch das Telemonitoring Zentrum ber Fern bertragung Befehle zum Starten oder Beenden eines Erfassungsger ts an IPM MC senden Beispielsweise kann in einigen Anwendungen zur berw
221. rotokoll des Services c Bieten des Abrufs beliebiger Positionen des Services d Angebot der berbr ckung von Protokollen 2 Konvertieren der Daten a Beim Austausch von Informationen in verschiedenen Formaten zwischen Anwendungen handelt es sich im Fall von medizinischen Anwendungen haupts chlich um die Konvertierung des HL7 Formats b Verschl sselung Komprimierung und Kodierung der Information c Formatierung der Messages aus heterogenem bertragungsprotokoll 108 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems 3 Route der Message a Routing der Messages basierend auf Inhalt und Komplexit t der Messages b Filterung Zusammensetzung und Sortierung der Messages 4 Erstellen und Hosten von Services a Publizieren Endpunkte EJB Spring Bean und POJO als Services Im HSB gibt es einige grundlegende Konzepte Erst wenn diese grundlegenden Konzepte verstanden wurden kann man die internen Mechanismen des HSB verstehen Daraus k nnen auch wesentliche Konzepte eines Bus abgeleitet werden 6 2 2 Grundlegende Konzepte 1 Model Das Model dr ckt die Umgebung beim Hosten verschiedener Services aus Model go ice Service D Ss s ifecycie Service eevee DIE adapter E Service ae Ser ven ey BEN J resolvers Abbildung 6 4Model 2 Service Service wird dazu verwendet die Grundeinheiten der Serviceanfragen zu bearbeiten es ruft verschiedene Module auf um die Serviceanfragen zu b
222. rschiedene Formen wie G rtel Ring oder Uhr alsphysiologische Datenerfassungsclients damit der Tr ger sie als angenehm empfindet und sich wohl f hlt Zur gleichen Zeit k nnen EKG Blutdruck Sauerstoffs ttigung Atmung K rpertemperatur undAktivit tsdaten des Patienten erkannt und gemessen werden Abbildung 1 4Body Media System 20 Das Wearable Monitoring System besteht aus grundlegenden Funktionsmodulen wie Wearable Tr ger physiologische Signaldetektion Signalverarbeitung Diagnose und drahtlose bertragungskomponente Durch diese Module sind nichtinvasive berwachung Diagnose und Alarm zu realisieren In der Regel ist das System bequem zu tragen und einfach zu bedienen Zudem kann es f r lange Zeit arbeiten und intelligente Diagnose Alarm drahtlose bertragung und Fernpositionsbestimmung erreichen Die Forschungsschwerpunkte umfassen elektronische Fabrikation Design der Sensoren Biokompatibilit t Multi Sensor Datenfusion Body Area Network Systemoptimierung Verl ngerung der Akkulaufzeit Echtzeit Daten bertragung sowie die Erh hung der Systemsicherheit und zuverl ssigkeit Je nach Form kann das Wearable Monitoring System in tragbare intelligente Ringe Handschuhe Armb nder Abzeichen und wearable intelligente Kleidung Brustgurt unterteilt werden Die Vorteile des Erstgenannten liegen in geringer Gr e hoher Tragbarkeit und einfacher Messung Body Media siehe Abbildung 1 4 ist ein wear
223. rten Herzschlagfrequenz Die Parameter der Herzfrequenzvariabilit t wiesen eine gro e Erh hung im hohen Frequenzbereich um zwei Drittel beim Schlafen auf Das ge nderte Verh ltnis LF HF stellte die zunehmende parasympathische Herrschaft im Schlaf im Vergleich zum ruhigen Wachzustand dar 163 Durch die Bewertung der Kurzfrageb gen f r die aktuelle Beanspruchung wurde die subjektiv empfundene Beanspruchung in Hinblick auf die verschiedenen T tigkeiten ber cksichtigt Obwohl das Probandenkollektiv relativ klein war waren signifikante Differenzen zwischen einzelnen T tigkeiten auszumachen und eine Rangfolge mit der subjektiven Beanspruchung konnte erstellt werden Die Herzschlagfrequenz und die 152 8Evaluierung und Anwendung Parameter der HRV stellen ebenfalls gro e Differenzen w hrend unterschiedlicher T tigkeitskategorien dar Die Reproduzierbarkeit der subjektiven Beanspruchung und der physiologischen Messgr en war mit einem Vergleich der zwei Untersuchungstage pro Proband darzustellen Tabelle 8 3 Mittelwerte der normalisierten HRV Parameter Liegen 1 Schlafen 2 Kategorie N Mittelwert Standardabweichung Standardfehler des Mittelwertes HF 1 139 3340 19014 01492 2 1382 126 44298 01159 LF 1 139 1 0661 28726 02273 2 1382 9438 36114 00951 VLF 1 139 9233 38892 03082 2 1382 1358 43029 01129 TP 1 139 9418 1096 7074 30345 561 02898 2 1382 8
224. ry Utility Model Utility Model Level 4 Utility Model Utility Model 2 Me as Technologies Zu Main f BEER VE DB frame lt Progiciel gt Abbildung 5 2SOTH Architektur Die Gesamtstruktur entspricht Abbildung 5 2 Die Elemente der Struktur werden in zwei Layer unterteilt Business Layer und Applikation Layer Jeder Layer befindet sich auf dem Modell eines anderen Levels An dieser Stelle wird um die Struktur besser erl utern zu k nnen das Konzept von Layer und Level unterschieden Jeder Layer enth lt eines oder mehrere Level Die Elemente der Struktur werden in insgesamt f nf abstrakte Level unterteilt Der oberste erste Level beinhaltet die Koordination der Business Strategie der unterste f nfte Level beinhaltet s mtliche verwendeten Technologien Der Austausch von Messages Anfragen Antworten zwischen den Elementen folgt dem Fluss von oben nach unten anders gesagt kann das Element eines bestimmten Layers nur Dienste und Funktionen des Elements 91 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen des n chsten unteren Levels anfragen Dieses Prinzip vermeidet komplexe Abh ngigkeiten und Kommunikationen zwischen den Elementen Nachfolgend werden die Level 1 bis 5 der Architektur er rtert Die ersten vier Level beinhalten Business Collaboration Level Business Level Control Service und Application Service Level wie in
225. schen Einheiten oder Aktionen Diese kleinen Einheiten m ssen f r das Erreichen des Gesamtziels notwendigerweise zusammenarbeiten Die Definition der Schnittstellen zwischen diesen kleinen Einheiten erfolgt nach den jeweiligen Eigenschaften der Anwendungsarchitektur In dieser Architektur bildet eine ausgew hlte logische Einheit 56 3 Anforderungsanalyse bezeichnet als Task einen medizinischen Dienst In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Spezifikationen bez glich der drei Plattformen IPM MC IPM ZS und IPM AM er rtert welche Interaktionen zwischen den Subsystemen notwendigerweise umgesetzt werden m ssen 3 3 1 Schnittstelle zwischen Patient und Monitoring Center Die Schnittstelle zwischen Patient und Monitoring Zentrum ist verh ltnism ig einfach zu gestalten Auf der Grundlage des Systementwurfs wird versucht die Interaktion herzustellen und das Risiko der falschen Bedienung von Ger ten zu reduzieren Die haupts chlichen Dienste sind wie folgt Identifikationsverwaltungsdienst Dieser legt fest dass ein Ger t in einem definierten Zeitraum nur einem Patienten Dienste anbietet Die Identifikation des Patienten ist der erste Schritt des Tasks der Datenmessung Der Patient kann ber die bermittlung von Benutzername und Passwort oder eine unabh ngige IP Adresse authentifiziert werden Messungsverwaltungsdienst Der Zweck dieses Dienstes liegt darin den im System definierten Messungstask zu berwach
226. schnitt werden die wichtigsten Techniken im Bereich der drahtlosen Sensornetzwerke detailliert diskutiert Bei der Forschung im Bereich der drahtlosen Sensornetzwerke gibt es insgesamt drei wesentliche Richtungen 1 Die Erforschung von Sensorknoten 2 die Erforschung von Software Protokollen und 3 die Erforschung der Anwendungsbereiche des drahtlosen Sensornetzwerks Bei der Erforschung von Sensorknoten sind die zwei wichtigen Themen der Energieverbrauch des Knotens und die Stromversorgung Sensorknoten sind in der Regel batteriebetrieben Wegen des unbeaufsichtigten Betriebs ist eine dauerhafte Aufladung unm glich So ist es wesentlich die Lebensdauer des Knotens zu verl ngern um so eine Verl ngerung des Lebenszyklus des Netzwerks zu erreichen Dies ist ein wichtiges zu l sendes Problem f r ein drahtloses Sensornetzwerk 48 Bei der Erforschung von Software Protokollen gilt wenn die Verteilung der Sensorknoten zuf llig 36 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung und dicht ist so ist die berlappung zwischen den Reichweiten vieler Knoten m glich Dies kann dazu f hren dass Redundanzknoten entstehen 49 Die Abdeckung der Redundanz knoten kann bedeuten dass sogar beim Ruhezustand die vom Netzwerk abgedeckten Knoten nicht beeinflusst werden Es ist ein sehr wichtiges Forschungsziel durch Software Protokolle solche Abdeckung der Redundanzknoten beim Ruhezustand zu verwalten um Energieeinsparungen zu erreichen Be
227. se Arbeit die Schwierigkeiten beim System Design auf und beschreibt die Struktur des serviceorientierten mHealth Systems Diese Arbeit untersucht zun chst einige Schl sseltechnologien des mHealth System wie drahtlose Kommunikationstechnologien drahtlose Sensornetzwerke Mobile Computing Datenverwaltung und analyse sowie Datenqualit t und sicherheit Zudem werden die Methoden zur Optimierung der Struktur die logische Organisation die Kommunikationsschnittstellensowie die Datenverarbeitung im Bereich des medizinischen Monitorings vorgestellt Der Aufbau dieser Arbeit stimmt mit der Struktur eines Telemonitoring Systems berein und die Arbeit folgt dieser Struktur Lokale Seite des Telemonitoringsystems gt Fern berwachungszentrale gt Datenverarbeitung Abbildung 1 5 zeigtden Aufbau der Arbeit 1 Einleitung 2 Drahtloses Sensornetz und medizinische Versorgung 3 Anforderungsanalyse 28 1 Einleitung 8 Evaluierung und Anwendung Kapitel 1 erkl rt den aktuellen Forschungsstand bez glich mobile Health Systemen und stellt wichtige Technologien des Systems wie Wireless Sensornetz Kommunikationstechnologien Mobile Computing und Standards f r den medizinischen Datenaustausch usw vor Basierend auf den Eigenschaften desGesundheitssystems besonders des Telemonitorings wird in Kapitel 2 eine neue Definition von Medizinisches Sensornetzwerk gegeben und die Struktur des modular basierten medizinischen Sensornetzes beschri
228. ssion Layer Presentation Layer Session Layer Transportation Layer r M Communication Devices Gateway Device Network Layer Session Adoption Layer Support Layer i 1 Transportation Layer for i Data Link Layer Communication Network Layer Data Link Layer Physical Layer R Physical Layer OSI 7 Model Health care WSN interconnection model Abbildung 2 3 Layer basierte Struktur des medizinischen Sensornetzwerksystems Basierend auf den vorgenannten Informationen stellt diese Arbeit eine hierarchische Vernetzungsstruktur eines drahtlosen Sensornetzwerksystems nach den Standards IEEE11073 auf Abbildung 2 3 zeigt die entsprechenden Beziehungen zwischen diesem Modell und dem OSI Modell 45 Insgesamt wird dieses Modell in die Netzwerk Anwendungsschicht und Kommunikations Tr gerschicht unterteilt Die Netzwerk Anwendungsschicht umfasst die Anwendungsschicht die Pr sentationsschicht und Session Schicht des OSI Modells und entspricht dem IEEE110746 Standard Bei der Kommunikations Tr gerschicht werden die Besonderheiten der medizinischen Pflege ber cksichtigt und ein Session Adaption Layer im Personal Area Netzwerk und Gateway besonders f r spezielle Dienste der Gesundheitsversorgung hinzugef gt um die 35 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung Kompatibilit t zwischen dem Session Protokoll f r drahtlose medizinische Sensor
229. ssues and an implementation 2006 Computer Communications 29 13 14 pp 2521 2533 Noel H C Vogel D C Erdos J J Cornwall D Levin F Home telehealth reduces healthcare costs 2004 Telemedicine journal and e health the official journal of the American Telemedicine Association 10 2 pp 170 183 162 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 Literaturverzeichnis Otal B Alonso L Verikoukis C Highly reliable energy saving mac for wireless body sensor networks in healthcare systems 2009 IEEE Journal on Selected Areas in Communications 27 4 art no 4909290 pp 553 565 Akyildiz I F Wang X Wang W Wireless mesh networks A survey 2005 Computer Networks 47 4 pp 445 487 Orgun B Vu J HL7 ontology and mobile agents for interoperability in heterogeneous medical information systems 2006 Computers in Biology and Medicine 36 7 8 pp 817 836 Celli B R MacNee W Agusti A Anzueto A Berg B Buist A S Calverley P M A Chavannes N Dillard T Fahy B Fein A Heffner J Lareau S Meek P Martinez F McNicholas W Muris J Austegard E Pauwels R Rennard S Rossi A Siafakas N Tiep B Vestbo J Wouters E ZuWallack R Standards for the diagnosis and treatment of patients with COPD A summary of the ATS ERS position paper 2004 European Respiratory Journal 23 6 pp 932 946 Martinez I Es
230. suchung Event abgespeichert wie Zeitpunkt der Untersuchung Verantwortlicher derUntersuchung und Untersuchungsmethode welche dieUntersuchung beschreiben Tabelle Responsible beschreibt die Informationen des Verantwortlichen der Untersuchungen 123 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems Tabelle Patient stellt die Merkmale des entsprechenden Patienten dar darunter Name Geschlecht Benutzername im System etc In Tabelle Event sind einzelne Aufgaben bei einer Untersuchung aufgef hrt wie die Messung bestimmter Daten Konkrete Informationen umfassen die jeweiligen Ger te den jeweiligen Ablauf etc Tabelle Schedule beschreibt wie die einzelnen Events konkret angeordnet werden In der Tabelle Device sind die konkreten Merkmalsinformationen der Ger te enthalten wie beispielsweise Hauptelemente der Bedienungsanleitung Beschreibung der Ger tetreiber etc Konkrete Feldinformationen Tabelle MeasurmentType beschreibt den konkreten Typ der Messungen Die Informationen in der Measurement Tabelle beinhalten den konkreten Inhalt der bermittelten Informationen wie z B den Zeitpunkt der Messung den Patienten konkrete Messwerte etc Measurement Measurement ist die umfangreichste Tabelle in diesem System Die physiologischen Informationen von einem Patienten k nnen von einigen hundert bis zu Millionen Zeilen umfassen 144 Ist eine Tabelle verh lt
231. system eingebettet und sammeln und verarbeiten lokale Informationen Au erdem speichern verarbeiten und leiten sie die von anderen Knoten bertragenen Daten weiter Jedoch ist ihre F higkeit zur Datenverarbeitung speicherung und kommunikation oft noch nicht ausreichend entwickelt Der Aggregationsknoten ist in der Regel ein Knoten mit erweiterten Funktionen Erwird verwendet um den Gateway desexternen Netzwerks und das drahtlose Sensornetzwerk zu verbinden Ihre Verarbeitungs Speicherungs und Kommunikationsf higkeit ist st rker Diese Funktionen bernehmen gegenw rtig oftMobile Ger te wie z B PDA Personal Digital Assistants oder Smartphones F r das Management Modul ist der Server oder PC verantwortlich blicherweise werden Datenbanken und benutzerfreundliche User Interfaces ausgestattet um den Datenzugriff und das Netzwerkmanagement zu vereinfachen Im Vergleich zu dem traditionellen drahtlosen Netzwerk hat das drahtlose Sensornetzwerk folgende Eigenschaften 21 1 1 Einleitung Anwendungsorientiertheit Die verschiedenen Anwendungsbereiche stellen unterschiedliche Anforderungen an WSN Dies f hrt dazu dass die Designs der Hardware Software Layouts und Kommunikationsprotokolle auf jeden Fall unterschiedlich sind So ist es sehr schwierig ein universelles Kommunikationsprotokoll zu entwickeln Die aktuelle und die neue Entwicklung der Protokolle m ssen an die bestimmten Anwendungsbereiche angepasst werden Begr
232. szenarien sollte ein medizinisches Sensornetzwerk den Anschluss von verschiedenen Hauptnetzwerken unterst tzen um die nahtlose real time berwachung zu erm glichen Es ist somit erforderlich das Problem der Mobilit t unterschiedlicher Netzwerke zu l sen 5 Aus Sicht der berwachung Dienstleistung und Netzwerk Bereitstellungsszenarien kann das medizinische Sensornetzwerk nicht nur f r bestimmte Nutzer eingesetzt werden sondern auch zur berwachung bestimmter Nutzergruppen Die Zahl von Dienstobjekten des Netzwerks kann bei einem oder mehreren liegen Deshalb m ssen der Anschluss und die Kommunikation von verschiedenen Subnetzwerken ebenfalls ber cksichtigt werden 2 2 Architektur des medizinischen drahtlosen Sensornetzwerksystems Gem der in Abschnitt 2 1 angegebenen Definition hat das in dieser Arbeit beschriebene medizinische Sensornetzwerk das Ziel das Alltagsleben der Objekte der Pflege nicht zu st ren und durch eine geeignete systematische Netzwerkstruktur nahtlos und hocheffizient die Objekte der Pflege in Echtzeit zu berwachen und dynamischen Alarm zu erm glichen In diesem Abschnitt wird durch die Analyse der logischen Struktur und Vernetzungsstruktur die modular basierte Struktur des medizinischen Sensornetzwerksystems vorgestellt 2 2 1 Logische Struktur des Systems Wie in Kapitel 1 gezeigt gibt es f r das medizinische Sensornetzwerksystem drei wichtige Anwendungsszenarien Familien und Krankenhauspflege f
233. t 100g und der Schutzklasse IP 67 0 4m 30 min kann das mHealth System beinahe berall und von jedem eingesetzt werden 7 1 1 ADXL330 3 Axis Accelerometer Der ADXL330 ist ein kleiner d nner kompletter dreiachsiger Beschleunigungssensor mit niedrigem Energieverbrauch und signalgesteuertem Spannungsausgang auf einem einzelnen IC Das Produkt misst die Beschleunigung mit einem Minimalwert von 3 g Es ist in der Lage die statische Beschleunigung der Gravitation in neigungssensitiven Anwendungen zu messen genauso wie die dynamische Beschleunigung als Ergebnis von Bewegung Ersch tterung oder Vibration Der Sensor besteht aus einer mikrobearbeiteten Struktur mit Polysilizium Oberfl che auf einer Siliziumscheibe Abbildung 7 3 Polysilizium Federn fixieren die Struktur ber der Scheibe und bieten Widerstand gegen Beschleunigungskr fte Die Abweichung der Struktur 134 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung wird mittels eines Differentialkondensators gemessen welcher aus unabh ngigen Platten und Platten welche an der sich bewegenden Masse befestigt sind besteht Die festen Platten werden von 180 phasenverschobenen Rechteckschwingungen betrieben Die Beschleunigung verschiebt die sich bewegende Masse und bringt den Differentialkondensator aus dem Gleichgewicht wodurch eine Sensorausgabe entsteht deren Amplitude proportional zur Beschleunigung ist Daraufhin werden phasensensitive Demodulationstechniken verwendet
234. t 98 nach drei Stunden Arbeit 96 nach vier Stunden Arbeit 94 nach 24 Stunden Arbeit betr gt das Stromvolumen 46 Im Lauf der Daten bertragung sind einige Systemservices notwendig Daherliegt kein lineares Verh ltnis zwischen Stromverbrauch und Zeit vor 8 2 Anwendung in der Praxis Am Institut f r Pr ventivmedizin wurden bereits einige medizinische Untersuchungen im Zusammenhang mit dem entwickelten mHealth System durchgef hrt siehe Tabelle 8 2 Nachfolgend werden hierzu exemplarisch mehrere Untersuchungen detailliert dargestellt Die Anwendung des Gesamtsystems erfolg um 150 Untersuchungen zu registrieren aufzuzeichnen und zu speichern ber 80 verschiedene Probanden wurden untersucht Hierbei wurden unterschiedliche physiologische Messgr en wie Herzfrequenz Atemgasparameter und Aktivit t der Probanden ber cksichtigt In Bezug auf die meisten Untersuchungen erfolgte die Aufzeichnung der T tigkeitsprofile durch die Probanden selbst 158 159 Tabelle 8 2 Durchgef hrt Study List Zeitraum Probanden Dauer Sensor Interne Tests Dzember 2012 30 24 Equivital Zephyr M rz 2013 Stunden Ant 8Evaluierung und Anwendung Study I E Health M rz 2013 10 2 Stunden Equivital Study II Celisca Lab Mai Juni 2013 10 24 Equivital Stunden Study IH Sensorvergleich Juli Oktober 24 24 Zephyr BH3 Life Science 2013 Stunden Study IV Mercury Analysis August 12 8 Stunden Eq
235. t Abbildung 7 6 Hier erfolgt die gesamte Arbeit der Datenerfassung innerhalb der Methode onSensorChanged der nderung der Sensordaten Register Sensor Listener unRegister Sensor Listener Sensor data onSensorChanged onAccuracyChanged Abbildung 7 6Aufrufprozessder Beschleunigungssensordaten An dieser Stelle ist es notwendig die Funktion onSensorChange erneut zu realisieren Nachdem die Sensordaten erkannt wurden k nnen die Sensordaten der drei Richtungen alle ber den Aufruf von SensorManager Data_X SensorManager Data_Y SensorManager Data_Z etc erlangt werden Da die konkrete Ver nderung der Daten der drei 137 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Richtungen den sp teren Bewegungserkennungsalgorithmus nicht stark beeinflusst wird hier eine Verarbeitung durchgef hrt Bei jeder Ver nderung der Werte der Richtungsbeschleunigung wird der Vektor mit folgender Formel ermittelt Data y Acc_X Acc_Y Acc_Z An dieser Stelle werden die Daten und die jeweilige Zeit in Millisekunden nach jeder Zustands nderung der Beschleunigungsdaten getrennt in zwei Arrays time_series und data_series gespeichert Nach der Erfassung erfolgt eine Zeitreihenanalyse der Rohdaten wie in Abbildung 7 7 zu sehen Horizontal verl uft die Zeitachse also time_series vertikal werden die Beschleunigungsdaten der Sensoren angezeigt also data_series in 2 IL ll Irak
236. t Daten bertragung leisten und ist nicht in der Lage an mehrere Punkte zu bertragen Dar ber hinaus ist die Infrarot Technologie f r den Einsatz auf Sichtweite vorgesehen d h es d rfen keine Hindernisse die Daten bertragung behindern und der effektive Sendebereich liegt zwischen null und etwa einem Meter Diese beiden Punkte schr nken den Einsatz der Technologie f r Heimnetzwerke stark ein 2 3 3 2 Bluetooth Bluetooth ist eine Radiofrequenztechnologie welche auf dem lizenzfreien ISM Band mit 2 4 GHz sendet Bluetooth eignet sich f r die drahtlose Verbindung im Nahbereich von verschiedensten fixen und mobilen Ger ten Im Wesentlichen soll Bluetooth als Kabelersatz fungieren Bluetooth erm glicht mittels des Multiplexverfahrens eine vollst ndige Duplex Kommunikation und die bertragung von Ton und Daten in alle Richtungen mit einer maximalen bertragungsgeschwindigkeit von 1 Mbps Das Frequenzsprungverfahren ist eine Schl sseltechnologie von Bluetooth Durch die hohe Rate mit welcher die Frequenzen gewechselt werden besitzt Bluetooth eine h here Resistenz gegen ber St rungen als andere Kommunikationstechnologien Es k nnen maximal 8 Ger te in einem Bluetooth Netzwerk verbunden werden die Anzahl der Knoten ist relativ gering weswegen sich diese Technologie nur schlecht f r einen intelligenten Wohnraum eignet Der ideale Bereich f r eine Verbindung mittels Bluetooth liegt bei 10 cm bis 10 m Der Sendebereich ist sehr gering
237. t des Ressourcenmodelles nennen 98 Abbildung 5 6 Beziehung zwischen Konzept und Diensten ssssssssssrsssssssreesrssssesereennssssrsrreesnssssenne 101 Abbildung 6 1 Mule und CXF basierte Healthcare Service Bus IHSpl 107 Abbildung 6 2 Gesamtstruktur des HSR 107 Abbildungsverzeichnis Abbildung 6 3 Ablauf der Message Bearbeitung im Hp 108 Abbildung 6 4 TEE 109 ele Ueleger 109 Abbildung 6 6 Transportir ne Eeer RnR e eaae EE dee Ee en 110 AbbildUng 6 7 RH CIE Leg EE 110 elle ag 110 Abbildtng 6 9 COMPOMEME feo oie eege An edel 111 Abbildung 6 10 Kernkomponenten vom IDM Z5 111 Abbildung 6 11 Bearbeitung der physiologischen Parameter durch die Kommunikationsserver 112 Abbildung 6 12 Klassediagramm der Identifikations Se rviCe ccccccccccessssesssececeeesessesssaeeeeeesseeseas 117 Abbildung 6 13 Zustandsdiagramm der Benutzeranmeldung sssssssssssssssseesrssssesrrenrssssrsrreesnssssreee 118 Abbildung 6 14 Verlauf der verschiedenen Funktionen im EkG Zeichenprozess 119 Abbildung 6 15 Diagramm der erfassenen physiologischen Parameter 122 Abbildung 6 16 Hauptbedienungsoberfl che des StudienManage lS ccsssccccceeesssssstaeeeeeeeseeses 122 Abbildung 6 17 Speichervorgang f r die Funktion Add New Patient 123 Abbildung 6 18 Tabellenstruktur in der IPM ZS Datenbank cccccccccccceesssessaeeeeeessessesnsaeeeeeesseeeees 125 Abbildung 6 19 Messszenario im IPM mHealth System ccccccsesssssceeec
238. t ebenfalls darin dass XML heute breite Anwendung findet und die Struktur flexibel ist Andere Anwendungen k nnen direkt und ber die Anfrage von Diensten mit den Informationen der Datenbank verbunden werden Die anonyme bermittlung von Nachrichten garantiert ebenfalls die Sicherheit der Daten 3 1 3 IPM Auswertungsmodule Am anderen Ende des mHealth Systems stehen verschiedene medizinische Diagnosemodule zur Verf gung Diese Module verbinden sich mit dem mHealth Zentral Server ber ein spezielles Protokoll die Daten Schnittstelle und die Kommunikationstechnik Diese werden als mHealth Auswertungsmodule IPM AM bezeichnet 53 3 Anforderungsanalyse Das IPM AM ist eine Dienst Plattform welche entsprechend der Anforderungen des medizinischen Personals die Dienste verwaltet und organisiert Es ist f r folgende Dienste verantwortlich Erzeugen formatierter Informationen wie Formulare Icons Warnungen Berichte etc Datenanalyse Auswertung oder Diagnose etc An dieser Stelle interessieren vornehmlich der Datenaustausch mit dem Monitoring Zentral Server und die Schnittstelle welche das Monitoring Zentrum den Auswertungsmodulen bietet bzw von diesem diesbez glich anfragt wird 3 2 Integration der Subsysteme Die oben vorgestellten drei Subsysteme bilden zusammen ein vollst ndiges mHealth Telemonitoring System Bei der Verbindung der einzelnen Teile gibt es unterschiedliche Anforderungen Beispielsweise wird die Kommunikati
239. tairs 0 0 0 0 4 0 Running 0 0 0 0 0 4 Entscheidungsbaum Klassifikationsalgorithmus Die Confusion Matrix des Entscheidungsbaum Klassifikationsalgorithmus 155 findet sich in Tabelle 7 3 Aus der Confusion Matrix l sst sich erkennen dass die Pr zision der Klassifikation des C4 5 Entscheidungsbaum Algorithmus verh ltnism ig niedrig ist und nur 80 erreicht Beim Entscheidungsbaum Algorithmus kommt es bei allen Aktionen zu Verwechslungen Hier ist der Grund f r die niedrige Pr zision des Entscheidungsbaum Algorithmus dass die Beispieldatensets nicht ausreichen Der Entscheidungsbaum Algorithmus ben tigt mehr Daten um die Informationsmerkmale der verschiedenen Attribute pr zise zu berechnen Die nicht ausreichenden Beispiele f hren zu einem zu starken Rauschen der Datensets und reduzieren so die Klassifikationsf higkeit des Entscheidungsbaum Algorithmus Was die Zeiteffizienz angeht so ist von den Klassifikatoren derjenige mit dem l ngsten Zeitaufwand f r das Training mit dem Training Sample der Entscheidungsbaum Algorithmus derjenige mit dem geringsten Zeitaufwand ist die N chste Nachbar Klassifikation Bei der Klassifikation des Test Samples ben tigte allerdings der naive Bayes Klassifikator den h chsten Zeitaufwand den geringsten Zeitaufwand dagegen ben tigte der Entscheidungsbaum Algorithmus Tabelle 7 3 Confusion Matrix der Entscheidungsbaum Klassifikationsalgorithmus Activity Classif
240. ter im System verwaltet werden wie und wo diese Daten abgespeichert werden wie die Sicherheit der Daten gew hrleistet wird wie ein Zugriff f r berechtigte Nutzer auf Daten m glich ist bei gleichzeitigem Schutz der Daten und schlie lich wie das System flexibel und schnell an die Anforderungen der Gesundheitsversorgung angepasst werden kann Die Antwort auf diese Fragen geht einher mit der Organisation des Gesundheitsversorgungssystems dem Unterschied der Erfahrung des IT Personals und den Anforderungen der Nutzer Gezielt auf diese Fragen hin wurden bereits viele verschiedene L sungskonzepte in Betrieb genommen allerdings zwingt die Entwicklungstendenz in diesem Bereich die Entwickler dazu ein offeneres Konzept mit besserer Interoperabilitat und Kompatibilit t zu bieten Der L sungsansatz in dieser Arbeit ber cksichtigt diesen Punkt und bietet ein offenes und erweiterbares L sungskonzept welches in verschiedenen Monitoring Zentrenum eingesetzt werden kann Um einen medizinischen Dienstanzubieten oder zu verwenden m ssen die Subsysteme in der mHealth Plattform mit einem Monitoring Zentrum verbunden werden Dieser Dienst ist mit Schnittstellen festgelegt allerdings verwenden verschiedene Anbieter von Diensten bei der konkreten Umsetzung verschiedene Technologien Um die Informationen auszutauschen wird eine verschl sselte XML SOAP HL7Message Schnittstelle f r die Interaktion verwendet 67 Der Grund f r die Auswahl von XML lieg
241. th ChatStringToString gt lt custom transformername HttpRequestToNameString class org hsb mhealth HttpRequestToNameString gt lt custom transformername ExceptionToString class org hsb mhealth ExceptionToString gt lt custom transformername StringToHttpResponse class org hsb mhealth StringToHttpResponse gt lt custom transformer name XMLToHL7 class org hsb mhealth X MLToHL7 doc name Java gt lt custom transformer name HL7ToXml class org hsb mhealth HL7ToXml doc name Java gt Nach der in Abschnitt 6 1 beschriebenen Vorgehensweise wird das Modul definiert Jeder darin enthaltene Service geh rt zu den zuvor beschriebenen medizinischen Diensten lt modelname MeasureModel gt lt servicename ComunicationService gt lt inbound gt 1 Das erste Modul CommunicationService wird f r die Kommunikation mit dem Client verwendet Zun chst wird ein Entrypoint definiert um vom Client eingehende Http Informationen zu empfangen und der zuvor definierte Transformer verwendet um ByteArray in String Format umzuwandeln lt inbound gt lt tep inbound endpoint host 139 30 204 203 port 5958 transformer refs HttpRequestToName String synchronous true gt lt inbound gt 128 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems An dieser Stelle verwenden wir die in Abschnitt 6 2 1 geschilderte Kommunikation Service Schnittstelle das Kommunikationsmodul kann hier als Blackbox dienen S
242. tiNn ege Dese nda Beka coven EE Nissen ag ENEE EE ebe 24 1 3 5 Standardisierung EE 25 1 4 Standards f r den Datenaustausch im Gesundheitswesen ceesseceeeesteeeeeseteeeeeeeeaes 26 1 4 1 Interoperabilit t von Telemedtzin Systemen 27 1 5 Gliederung der Arbeit anhuele 28 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung cccsssssccccsssssceccssssceceeneees 31 2 1 Definition eines medizinischen drahtlosen Sensornetzwerksystems ssssessssssseseeeee 31 2 2 Architektur des medizinischen drahtlosen SensornetzwerksystemS nnsesssssseseeeee 32 2 2 1 Logische Struktur des MEIS diese nn ns kenne man Henne asien lene 32 2 2 2 Layout des Systems 34 2 3 Die Schl sseltechnologien des medizinischen drahtlosen Sensornetzes ssssssssse0s 36 2 3 1 Energieverbrauch in drahtlosen Sensornetzen 37 2 3 2 Kommunikationslayout des drahtlosen Sensornetzes 39 2 3 3 Drahtlose Kommunikationstechnik f r den Nobbereich nenn 42 2 3 3 1 Infrarot Technologie u2 u254r2 Saas Ee dees 43 Inhaltsverzeichnis 233322 Blueto EE 43 2 3 3 3 ZIEBER ae aa Ea IDEE RI 44 2 33 34 WIE ee 22er E TE E T E er egen edegE E Nee 44 23 35 ANT su seen BEER Ree Age dae ad ele Rae eae 44 2 33 6 Vergleich und Analyse neinei eiaeia sea deeds Ee eEEE 45 2 4 Hauptanwendungsbereiche von drahtlosen Sensornetzen in medizinischen VEFSOPBUNBSSYSLEMEN EE 47 3 Anforder ngsanalyse aan aan 52 3 1 Business Subsystem na2 a Barker reise
243. tooth API welche zur Kommunikation und Verbindung ber Bluetooth dient Der Prozess der Operation mittels Bluetooth vom IPM MC umfasst vier Schritte 1 das ffnen der lokalen Bluetooth Schnittstelle 2 Suche nach dem Sensorger t 3 die Etablierung der Verbindung des virtuellen Socket 4 und die Daten bertragung 66 4 Entwurf und Umsetzung des mobilen Erfassungsclients 1 Steuerung des lokalen Bluetooth Zun chst um die lokale Bluetooth Schnittstelle zu bet tigen muss in der manifest xml der IPM MC eine Berechtigung hinzugef gt werden lt uses permissionandroid name android permission BLUETOOTH_ADMIN gt lt uses permissionandroid name android permission BLUETOOTH gt Die Klasse BluetoothAdapter beschreibt den lokalen Bluetooth Adapter Dieser muss ber getDefaultAdapter gesteuert werden und diese Methode ermittelt die lokale BluetoothAdapter Instanz Wenn der R ckgabewert null ist so zeigt dies dass das Ger t nicht ber ein Bluetooth Modul verf gt Die Bluetooth Adapter Klasse bietet zahlreiche Methoden um die lokale Bluetooth Schnittstelle zu steuern Die Methoden Enable und Disable k nnen den Bluetooth Adapter ffnen oder schlie en Die Methoden getName und setName k nnen den Namen des lokalen Ger tes ndern getAdress kann dazu verwendet werden um die Adresse des lokalen Ger tes zu bestimmen 2 Identifikation und Match bei Sensormodulen Der Vorgang des Entdeckens von Devices wird D
244. tung auf dem mobilen Rechnersystem erm glicht werden Die Middleware erfasst die aktuelle interne und externe Rechnerumgebung des Ger ts und gibt diese Informationen an den oberen Anwendungs Layer ber eine einheitliche Schnittstelle weiter Auf diese Weise wurde auf Hardware Ebene das Ziel der flexiblen Anbindung mit heterogener Sensorik erreicht 183
245. uivital Ant September 2013 Speed Sensor 8 2 1 Untersuchung physiologischer Parameter w hrend Langzeitfelduntersuchungen Eine Untersuchung wurde am Institut f r Pr ventivmedizin im Rahmen des Forschungsprojekts E Health durchgef hrt 160 Im Laufe dieser Studie fand die Unter suchung der Belastungen des Studentenalltags sowie der physischen und mentalen Beanspruchungsreaktionen von 10 Probanden ber 24 Stunden statt Zugleich wurde die Tauglichkeit des Datenerfassung und Verarbeitungssystems gepr ft um psychophysiologische Daten t glich aufzuzeichnen und auszuwerten Die Aufzeichnung der Herzschlagintervalle erfolgte zur Analyse der Herzfrequenz Die Belastungen wurden durch das Aufzeichnen der T tigkeiten mit dem IPM MC Client registriert Im Zuge der Protokollierung wurde die Erhebung des Nasa TLX 161 und weiterer Frageb gen zur Untersuchungsmethodik erreicht Um die HRV auszuwerten wurde die Analyse der Datens tze durch die systemintegrierte Fuzzy Methode von M Kumar 162 durchgef hrt Die Daten zur statistischen Auswertung wurden durch die systemintegrierte Datenausgabe und aufbereitung zusammengestellt Die Messwerte verschiedener Messgr en wurden durch die Bestimmung quasistation rer Bereiche hier 5 min zeitlich synchronisiert Die Ermittlung und der Vergleich physiologischer Daten waren durch unterschiedliche T tigkeiten erreichbar Der Vergleich von Schlaf und Wachphasen f hrte zu einer leicht verkleine
246. um Zusammenbruch des Systems f hren Der Schutz der Integrit t des Datenbanksystems wird gew hnlich mit einer Integrit tsregel bewerkstelligt 135 Die F higkeit der Integrit tsregel zur Fehlererkennung in der Datenbank hat allerdings auch Grenzen und kann nicht vollst ndig ausschlie en dass fehlerhafte Daten in das Datenbanksystem gelangen F r eine Message vom IPM MC falls die Quell ID im Datenbanksystem nicht existiert dann wird die ID nicht f r das Monitoring verwendet Daraus folgt dass die Message fehlerhaft und damit ung ltig ist Wenn Daten fehlerhaft vom IPM MC zum IPM ZS bertragen werden kann dies dazu f hren dass das IPM ZS ung ltige Messages erh lt weswegen eine Vor berpr fung der Messages notwendig ist um die Integrit t des Datenbanksystems sicherzustellen Die Vor berpr fung 113 6 Konzeption und Implementierung des mHealth Zentral Server Systems wird haupts chlich zur Bestimmung der G ltigkeit der physiologischen Parameterumgesetzt Die berpr fung der G ltigkeit beinhaltet die berpr fung des Typs der physiologischen Parameter sowie die berpr fung der G ltigkeit der Quell ID der physiologischen Parameter und ob die vorliegende ID derzeit im Monitoring eingesetzt wird Im System ist eine Funktion zur rudiment ren berpr fung der G ltigkeit definiert der Code dazu ist im Wesentlichen folgender public bool check_availability int type string DeviceID if result fsqglComm Comman
247. ung 2 1 zeigt Ein Teil der Daten wird durch den Gateway aus diesem Port herausflie en wie die rote punktierte Linie der Abbildung 2 1 zeigt Nur ganz wenige Daten flie en herein wie die blaue punktierte Linie der Abbildung zeigt Das Professional Terminal dient als der Hauptort der Datenspeicherung und hat die Aufgabe die Daten zu bewerten blicherweise besteht das System aus Hochleistungs Computern Es empf ngt die herein flie enden Daten wie die dicke rote Linie in der Abbildung 2 1 zeigt Es leitet die Kontrollinformationen oder Befehlsinformation an das Patient Terminal wie die dicke blaue Linie in der Abbildung 2 1 zeigt und Warnungsinformationen an die Familie des Patienten weiter wie die gr ne punktierte Linie in der Abbildung 2 1 zeigt Am Versorgungsterminal erh lt das medizinische Personal ber verschiedene Plattformen wie Handy PDA und PC usw die Informationen ber spezifische physiologische Parameter der berwachten Patienten Am Kommunikationsnetzwerk werden verschiedene Zugangsnetze und Kommunikationstechnologien jedes Terminals verbunden um einen nahtlosen Anschluss zu erreichen 33 2 Drahtloses Sensornetzwerk und medizinische Versorgung 2 2 2 Layout des Systems Derzeit wird die systematische Struktur des medizinischen Sensornetzwerks nur auf logischer Ebene analysiert Aber die Analyse der hierarchischen Vernetzungs Struktur des Systems ist daneben unerl sslich Wenn die logische Struktur des Systems die
248. ung 8 5 mit und ohne zus tzliche Belastung durch eine st ndige Datenbankabfrage dargestellt 1 Client 2 Clients 4 Clients 6 Clients 8 Clients 10 Clients Prozessorzeit in a 1000ms 800ms 600ms 500ms 400ms 300ms 200ms 150ms 100ms 50ms 25ms Sendeintervall Abbildung 8 4Prozessorzeiten des Kommunikationsservers 149 8Evaluierung und Anwendung 20 mit DB Abfrage Datenrate pro Client Datensatze sec 1 Client 2 Clients 4 Clients 6 Clients 8 Clients 10 Clients Anzahl bertragender Clients Abbildung 8 5Verh ltnis zwischen Datenrate und Anzahl tranferierender Clients f r maximale Auslastung des Serversystems 8 1 3 Echtzeit Daten bertragungstest Das Hauptziel dieses Tests liegt darin die Echtzeit Leistung die Wellformqualit t und die Genauigkeit der physiologischen Parameter zu testen Der Patient verwendete als Test User die echtzeitige berwachungsfunktion Er tr gt den Sensor Equivital Sensor an der Brust und b ndelt den Bewegungssensor am Bein Danach wird das IPM MC eingeschaltet um physiologische Signale zu sammeln Die gesammelten Daten sind in Abbildung 8 6 dargestellt Abbildung 8 6 Tabellarische Darstellung der physiologischen Daten 8 1 4 Stabilit tstest Das Hauptziel dieses Tests ist es unter der Bedingung des lang andauernden Betriebs die Stabilit t des gesamten IPM mHealth Systems zu testen In diesem T
249. ungen in diesem Bereich wodurch dem System gro e Flexibilit t verliehen wird um sich an die Ver nderungen im medizinischen Dienst anzupassen Gleichzeitig muss auch der derzeitige Stand im IT Bereich ber cksichtigt werden Es wird die SOA basierte Architektur f r mHealth Anwendungen SOTH SOA based Open Telemonitoring framework for Healthcare vorgeschlagen SOTH kann f r die Konzeption eines gesamten medizinischen Business Prozesses verwendet werden genauso ist es auch m glich zur bestehenden Architektur nachtr gliche Module hinzuzuf gen welche dem System neue Eigenschaften bieten Nutzeranforderungen Y Reference Impl tati Domain Modell gt Design N fi ae N Anzeig x SOA Architektur J Dienst Abbildung 5 1 Hierarchische Domainmodelle die Br cke zwischen Anforderungen und den Diensten Auf Grundlage der Anforderungen der Benutzer werden in dieser Arbeit die Software Dienste definiert welche im Bereich der medizinischen Pflege verwendet werden k nnen Ein 89 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen hierarchisches Domain Modell welches dieser Abschnitt vorschl gt stellt die Br cke zwischen den medizinischen Anforderungen und den Diensten dar Abbildung 5 1 Die praktische Umsetzung dieser Dienste h ngt von den Regeln im Domain Modell und den Anforderungen der Nutzer ab wonach sie letztendlich entworfen und umgesetzt werden k nne
250. ungen mit relativ hoher Periode wie Laufen ist die Frequenzfeldenergie ebenfalls deutlich h her 7 2 4 Analyse des Klassifikationslernprozesses Nachdem der Datenerfassungsprozess abgeschlossen ist werden die Daten im IPM MC abgelegt Das in der Arbeit verwendete Testger t ist ein Sony Experia Mobiltelefon Nach dem Start des Prozesses vollf hrte die Testperson der Reihenfolge nach die folgenden Aktionen 1 Gehen 2 Springen 3 Laufen 4 Stehen 5 Treppen hinaufsteigen 6 Treppen hinabsteigen Jede Aktion dauerte 30 bis 50 Sekunden um sicherzustellen dass f r jede Aktion 3 bis 5 Gruppen von Eigenwerten gesammelt werden konnten Nach dem Ende wurde der Prozess beendet Dabei wurden durch denIPM MC automatisch die Eigenwerte auf den IPM ZS hochgeladen Unter Verwendung des oben genannten Datenerfassungsprozesses wurden 45 Bewegungszust nde Sample erfasst Danach wurde das WEKA Werkzeug verwendet um f r diese 45 Testdaten getrennt Machine Learning durchzuf hren und danach eine Grundlage f r die Bewegungserkennung zu schaffen Die erfassten Zustandsinformationen umfassten die sechs Aktionen Gehen Springen Stehen Laufen Treppen hinaufsteigen und Treppen hinabsteigen Durch den Test konnte festgestellt werden dass verschiedene Algorithmen die Datenmenge unterschiedlich einteilten Mittels 140 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung einer Confusion Matrix s u sollen die unterschiedlichen Erscheinun
251. urces belong to which Individual or organization Description String Description language of resource Computation Attributes Inherent Attributes Id String Unique resource identifier Version String Version of the described resource Author String Author of the described resource Designer Developer Date String Resource deployment time Validity Integer Providing the life cycle of the described resource Atomicity Boolean Indicate if the resource is original or not Registration mutiple String Liste all registered of Components Model String Indicate the xml description file address of system model State String Indicate resources state according to the model Functional Mutiple Function Name String Function Name may be used by Other attributes Function Description String Informal language of Functional description Algorithm complex Boolean If this function use a special algorithm will be noted here Name String The name of Algorithm 99 5 Einf hrung in SOTH SOA basiertes offenes Telemonitoring framework f r Healthcare Anwendungen In der Tabelle werden noch zus tzliche Symbole verwendet Das multiple in den Klammern zeigt an dass es mehrere von diesen Attributen geben kann complex dr ckt aus dass die Beschreibung eines Attributes andere Attribute ben tigt Unter diesen Umst nden werden Sub Attribute identifiziert 5 4 3 Beschreibung von Di
252. uss als Instanz eingef gt werden Nach dem Lesen des Training Samples wird ein neuer Klassifikator rn_classifier erstellt und seine Instantiation als N chster Nachbar Algorithmus durchgef hrt Der Parameter k des ffik Klassifikators betr gt in der Defaultaufforderung 1 also ein Klassifikator der N chster Nachbar Methode Danach wird das Training Sample von trainfile arff zum Training verwendet Nach dem Training k nnen die Eigenwerte der Echtzeit Beschleunigungssensoren dazu verwendet werden das Verhalten und den Zustand des Patienten zu erkennen Zun chst werden Informationen wie Merkmale Merkmaltypen und Zielmerkmale des WEKA Beispiels definiert um die Bewegungsunterscheidungsprozesse f r das IPM MC zu analysieren Die Testperson ist mit einem Android Mobiltelefon ausgestattet und soll nach dem Start des IPM MC Prozesses eine Reihe von Bewegungen durchf hren wobei ein Beobachter gleichzeitig die jeweiligen im Zeitraum vom Tester durchgef hrten Bewegungen aufzeichnet Der IPM MC Prozess unterscheidet die Bewegungen und l dt diese gleichzeitig auf den Server wo sie in der Datei Action Recognition csv abgespeichert werden Nach Abschluss des Tests wird im System des Monitoring Zentrums diese Datei ge ffnet und die Versuchsergebnisse k nnen verglichen werden Die Ergebnisse der Testabschnitte sind Tabelle 7 5 zu entnehmen 144 7 Entwurf derautomatisierten Aktivit tserkennung Aus den Versuchsergebnissen wird ersichtlich
253. ussen 5 Die grafische Visualisierung von arbeitsphysiologischen Parametern synchron zu den relevanten Arbeitsaufgaben oder Tatigkeiten ermoglicht eine schnelle Vorauswertung und Plausibilitatsprufung der aufgenommenen Messdaten 6 Um einen umfassenden Effekt bei der Rationalisierung der Arbeiten in der Arbeitsphysiologie zu bewirken reicht es nicht aus vordergrundig anwendbare und sofort einsetzbare Methoden der Automatisierungstechnik und Informationstechnologie zu benutzen sondern man muss die Erfordernisse des Einsatzgebietes analysieren und spezielle Losungen finden bzw kombinieren 7 Serverbasierte Auswertemethoden ermoglichen den einfachen Multi User Zugriff auf diese Routinen bei gleichzeitigem urheberrechtlichem Schutz der zugrunde liegenden Algorithmen 8 Bei der Datenauswertung wird ein automatisierte Aktivit tsanalyse Algorithmus auf der Grundlage von Beschleunigungssensoren entwickelt Aktivit tsprofile k nnen 182 10 11 Thesen einerseits eigenst ndig als Grundlage diagnostischer Aussagen dienen anderseits in Kombination mit anderen Messgr en deren Aussagekraft ma geblich erweitern Durch die definierten einfachen Schnittstellen von mHealth System ist es moglich zukunftig weitere Parameter bzw Messgerate mit minimalem Aufwand in das System zu integrieren Bei der parallelen Untersuchung mehrerer Probanden kann die Echtzeitf higkeit des Systems nur durch eine dezentrale Datenvorverarbei
254. ust ndig f r das Versenden der XML Dokumente der gespeicherten Patienteninformationen Der Aktualisierungsverwaltungs Dienst verantwortet den Empfang der Konfiguration und Message Dokumente vom IPM MC den Empfang von Best tigungen die Aktualisierung der Ger tekonfiguration und das Versenden von Message Dokumenten an den Message Verwaltungsdienst Die anderen beiden Dienste befinden sich auf dem zentralen Server IPM ZS Der Konfigurations und Message Dienst Dieser erzeugt Informationen der Ger te konfiguration und verschiedene Messages Diese werden an den IPM ZS versendet und es wird auf eine Best tigung gewartet Der Elektronische Gesundheitsakte EG Aktualisierungsdienst bernimmt den Empfang der Patientendaten und speichert diese in der Datenbank des medizinischen Zentrums Auch um die Umwandlung in das entsprechende Datenformat k mmert sich dieser Dienst 58 3 Anforderungsanalyse S mtlicher Austausch basiert auf Messages daher muss die Architektur der Message standardisiert werden Aus diesem Grund m ssen alle Dienste das gleiche Format und bertragungsprotokoll verwenden Dar ber hinaus wird in der SOA Architektur eine Anwendung mit Message als Zentrum konzipiert um die zunehmenden Business Daten zu unterst tzen Das Verschicken der Message durch die Dienste ist bereits zum grundlegendsten Element der SOA Funktion geworden Eine Weiterentwicklungsf higkeit des Message Frameworks erfordert daher
255. ve Visualisierung sollten verteilt werden 3 An der Clientseite sollte die Funktion zur Healthcare berwachung mittels der ins Handy eingebetteten Multi Sensoren erweitert werden wie z B GPS System Umgebungswahrnehmung usw 4 Ein weiterer Fokus liegt auf Cloud Computing beim Server sollte Cloud Computing eingesetzt werden um eine gro e Menge von gesundheitsbezogenen Daten zu bearbeiten 158 9 Zusammenfassung und Ausblick Die Cloud Computing Umgebung selbst bietet eine skalierbare Infrastruktur die es sehr attraktiv macht 168 Der Hauptengpass in dieser Architektur ist die Fernkommunikation zwischen den drahtlosen Knotenpunkten der Sensornetzwerkkommunikation und der Cloud Computing Umgebung Die lokale Berechnung innerhalb der Cloud Computing Umgebung ist in der Regel schnell jedoch ist die Fernkommunikation zwischen dem Knotenpunkt und der Cloud Computing Umgebung ist meist noch viel langsamer was im Vorfeld ber cksichtigt und in Zukunft weiter untersucht werden sollte siehe 169 170 159 10 11 12 Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Graf J Martin H H rcs ki M Schellong S Niederlag W Heinig A Holland H J Kaiser J SmartVital Telemetrische EKG Auswertung Und Bewegungsklassifikation e Health 2012 pp 261 267 Clark R A Inglis S C McAlister F A Cleland J G F Stewart S Telemonitoring or structured telephone support programmes for patients with chronic he
256. vices Framework http cxf apache org 2013 Stoicu Tivadar V Stoicu Tivadar L Puscoci S Berian D Topac V WebService based solution for an intelligent telecare system 2012 Studies in Computational Intelligence 378 pp 383 408 Park 1 S Shin S J WS security of XBRL financial documents encoded by SOAP 2013 International Journal of Security and its Applications 7 4 pp 177 184 Kyriacou E Pavlopoulos S Berler A Neophytou M Bourka A Georgoulas A Anagnostaki A Karayiannis D Schizas C Pattichis C Andreou A Koutsouris D Multi purpose healthcare telemedicine systems with mobile communication link support 2003 BioMedical Engineering Online 2 art no 7 12 pp 18 24 Kannan S S Varsha N S Wireless telemonitoring of wearable device for recording biopotentials using embedded terminal platform 2013 International Conference on Communication and Signal Processing ICCSP 2013 Proceedings art no 6577190 pp 918 921 Vergari F Gazzarata R Morandi F Parodi V Naso S Arezza A Salmon Cinotti T Giacomini M A standardized middleware as the core of a telemonitoring European Project 2012 Studies in Health Technology and Informatics 180 pp 497 501 Pepe G Frumento E Garlaschelli A A service for remote screening of physiological data and follow up of patients using a home gateway and domestic wireless technologies 2004 Studies in Health Technology and
257. von unten nach oben und die Z Achse verl uft von unter dem Bildschirm in Richtung der Oberfl che Abbildung 7 4 Direction of the EQ01 3 Axis Accelerometer Der Equivital Sensor sammelt die Beschleunigungsdaten nachdem dieser mit IPM MC eingebunden wurde haupts chlich von 3 Parametern value 0 value 1 value 2 Einheit m s value 0 Der Wert der X Achsen Beschleunigung minus der Fallbeschleunigung entlang der X Achse Value 1 Der Wert der X Achsen Beschleunigung minus der Fallbeschleunigung entlang der Y Achse Value 2 Der Wert Z Achse der Beschleunigung minus der Fallbeschleunigung entlang der Z Achse Wenn also beispielsweise das Ger t flach auf eine Oberfl che gelegt wird ist die Beschleunigung die Fallbeschleunigung g ber 0 g die Fallbeschleunigung g ist in entgegengesetzter Richtung zum Verlauf der Z Achse und daher ein negativer Wert erh lt man den Wert g f r value 2 Schiebt man den Sensor horizontal nach rechts so ergibt dies eine Beschleunigung in X Richtung und damit einen positiven Wert f r value 0 Wenn der Sensor vertikal mit einer Beschleunigung von a m s bewegt wird so ergibt dies f r value 2 den Wert atg m s welcher sich aus der Beschleunigung a minus der Fallbeschleunigung g ergibt mean value peak value frequency time domain feature frequency domain feature ry Classifiied learning gt m a gt a D D E D w gt O D Si D 2 6 Ed 2 om d
258. werden um das Ziel der Verl ngerung der Lebensdauer des Netzwerks zu erreichen Die Netzwerkplanung bezieht sich darauf wie das drahtlose Sensornetzwerk ausgestattet werden sollte um die Netzwerkabdeckungsqualit t zu optimieren und zu m glichst niedrigen Kosten eine nahtlose und drahtloseAbdeckung zu realisieren 4 Topologie Kontrolltechnik Das Hauptproblem der topologischen Kontrolle ist wie sich durch die Leistungssteuerung und die Wahl der Hauptkette Knoten die unn tigen Kommunikationsverbindungen l sen lassen damit die Netzwerktopologie mehrere Eigenschaften wie Konnektivit t aufweisen kann Das Ziel besteht darin Signalkonflikte zu reduzieren den Energieverbrauch der drahtlosen bertragung zu senken und die Lebensdauer des Netzwerks zu erh hen Die topologische Kontrolle kann die Effizienz des Routingprotokolls und MAC Protokolls steigern und einen Grundstein f r Datenfusionen Uhrensynchronisation und Ziellokalisierung legen Es ist ein Kernproblem der Forschung im Bereich der drahtlosen Sensornetzwerke 5 Lokalisierungstechnik Die Bestimmung des Vorfallorts und Sammlung von Datenknoten geh rt zu den grundlegenden Funktionen eines drahtlosen Sensornetzwerks Um effektive Standardort Informationen zu liefern m ssen Sensorknoten selbst ihre Positionen bestimmen k nnen Da Knoten ber Merkmale wie begrenzte Ressourcen Anf lligkeit f r St rungen und die zuf llige Verteilung verf gen muss die Positionierungsmethode
259. werk und medizinische Versorgung Das ANT Netzwerk ist von Nordic Dynastream angeregt und vorangetrieben worden Es handelt sich um ein Drahtlosnetzwerk mit sehr geringem Stromverbrauch welches auf die bestm gliche Ressourceneffizienz bei niedrigst m glichem Energieverbrauch abzielt Die Technologie wird f r drahtlose individuelle LAN IVN verwendet ANT verwendet eine Duplex Kommunikation ber das 2 4 GHz Band adaptive synchronisierte Kan le und PTP und PTMP als bertragungsmethode Es besitzt eine Air Data Rate von 1 Mpbs und eine Netzwerk Daten bertragungsgeschwindigkeit von 20 Kbps Der Sendebereich betr gt 10 bis ungef hr 30m Es werden viele Frequenzen und umfangreiche Netzwerke unterst tzt Typische Anwendungsszenarien umfassen beispielsweise Sensornetzwerke Fernsteuerungs systeme und intelligente Wohnr ume 2 3 3 6 Vergleich und Analyse Daneben gibt es noch Kommunikationstechnologien wie RuBee Zarlink und Sensium welche gegenw rtig verwendet werden aber nicht sehr verbreitet sind 58 RuBee verwendet dabei eine Duplex Kommunikation mit langwelligen Magnetsignalen 128 Byte und dynamischem Wireless Protokoll Es eignet sich f r Bestandsanwendungen in Echtzeit und ung nstige Umgebungen und funktioniert sogar in Umgebungen in unmittelbarer N he zu Wasser Metall oder elektromagnetischen St rungen Sensium bietet eine Plattform welche auf verschiedene Anwendungen zum menschlichen K rper mit niedriger Ubertragungs geschw
260. wicklung des Mobile Computing werden Smartphones als Middleware eingesetzt umSensoren mit fernmedizinischen Zentren imMobile Health System zu verbinden Mobile Computing ist ein verteilter Rechenmodus der auf Mobilfunk und einem Wireless Netzwerkaufbaut Technologien und Applikationsanforderungen sind die Antriebskraft f r seine Weiterentwicklung Das Ziel des Mobile Computing ist einen Informationsaustausch aller Art zu erreichen um intelligente Kommunikationsl sungen und dienstleistungen anzubieten 24 1 Einleitung 1 3 5 Standardisierung Standardisierung steht immer im Fokus eines Gesundheitssystems Jedoch steckt die Standardisierung des mHealth aufgrund der unterschiedlichenGesundheitssystemeder verschiedenen Nationen noch immer in den Kinderschuhen 27 Derzeit wird die Standardisierung derGesundheitssysteme wesentlich von der International Organization for Standardization ISO 28 und den Arbeitsteams 11073 und 802 15 6 des International Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE der International Telecommunication Union ITU 29 dem Arbeitsteam Telemedicine Alliance Project ATLP 30 Jus der Weltgesundheitsorganisation WHO und der Europe Space Agency ESA 31 sowie der Telemedizin Standardization Coordination Group TSCG 32 vorangetrieben Die den aktuellen Stand des Einsatzesdes Informations und Literatur 33 fasst Kommunikationstechnik standards im Bereich medizinische Versorgung zusammen in 34
261. wie im HSB vorhandene Module als Monitoring Zentrum Services gehostet verbunden und das Message Format umgewandelt werden kann Die Verkn pfung der Service Module zu einem einheitlichen telemedizinischen Dienst wird ber die Konfigurationsdatei erreicht Die Konfigurationseinstellungen des HSB sind Aufgabe des Entwicklers Sie beinhalten 1 2 3 4 5 Definition des Service Moduls Welcher Endpunkt eine Service Message empf ngt Welcher Transformer f r die Messages vor dem bergang in das Service Modul verwendet wird Das Ziel der vom Endpunkt ausgehenden Messages Die Routing Informationen der Message mit welcher sie an das n chste Service Modul gesandtwird 6 4 2Anwendungsszenarien Durch den Entwurf der Systemarchitektur und die Er rterung der Systemanforderungen wird das Funktionsmodell des Systems deutlich es ist notwendig die Dienste und die Interaktion zwischen den Modulen wie in Abbildung 6 19 zu realisieren l Der Nutzer will sich im System anmelden es m ssen daher zuerst der Nutzername und das Passwort vom Identification Service verarbeitet und die Parameter an IPM ZS bermittelt werden Nachdem die berpr fung abgeschlossen ist wird kontrolliert ob f r diese ID neue Konfigurationsinformationen vorliegen Wenn die eingegebenen Informationen nicht ordnungsgem sind wird der Alarm Service gestartet Falls dabei festgestellt wird dass f r den entsprechenden Patienten neue K
262. wird als Schwerpunkt die Umsetzung des mHealth Zentral Server Systems IPM ZS er rtert Zun chst wird die Anforderung an den Entwurfs des Systems analysiert Nach der im vorherigen Kapitel ausgef hrten SOTH Struktur wird hier ein Healthcare Service Bus HSB entworfen Der HSB erlaubt es Entwicklern schnell und einfach mehrere medizinische Anwendungen als HSB Service zu verbinden damit ein gesamter medizinischer Service durch die Kombination verschiedenermHealth Module abgebildet werden kann Im Teil der Systemarchitektur wird die Funktion jedes Moduls beschrieben Im Studie Verwaltungsmodul wurde in dieser Arbeit entsprechend den Anforderungen und der Datenstruktur derUntersuchung in der Pr ventivmedizin ein eigenes CDA Schema 121 definiert Basierend auf derstrukturiertten XML Beschreibungsdatei kann die Fernuntersuchung im IPM ZS systematisch verwaltet und erweitert werden dies erlaubt zugleich auch einen einfachen Datenaustausch mit externenmedizinischen Anwendungen Zuletzt wird ein Anwendungsszenario als Beispiel er rtert anhand der Beschreibung der SOTH Struktur werden die zuvor geschilderten Module und Prozeduren mit dem HSB verbunden Dieses Beispiel zeigt wie der HSB f r Integrierung von Business Prozessen eingesetzt werden kann 6 1 Ziele des Systementwurfs Das mHealth System verf gt ber zahlreiche Monitoring Ger te gleichzeitig m ssen flexible Monitoring Ger te hinzugef gt und deinstalliert werden Das System besitzt

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