Μάθημα 4 ( VII Ι ) Πληροφοριακά Συστήματα Υγείας M -Health

1. Μάθημα 4(VIIΙ)Πληροφοριακά Συστήματα ΥγείαςM -Health ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΚΟΥΤΣΟΥΡΗΣ Καθηγητής ΕΜΠ

2. Ασύρματα Δίκτυα και εφαρμογές στην Κινητή Υγεία (M-Health)

3. Περιεχόμενα • Εισαγωγή:Συνοπτική περιγραφή της τρέχουσας κατάστασης • Στόχοι • Γενική περιγραφή και Αρχιτεκτονική του συστήματος Μ - Health • Αποτελέσματα δοκιμών και παρούσα κατάσταση του πρωτοτύπου • Προοπτικές • Συμπεράσματα

4. Στόχοι της Διαχείρισης της Υγείας των Πολιτών • Health risks assessment • Patient support groups • Online discussion forums • Moderated chat with guest experts • Comprehensive patient education • Ask an expert triage for patients seeking medical advice • Electronic newsletter subscription

5. Παραδοσιακοί συνδεδεμένοι βιοαισθητήρες Ασθένειες/ομάδες του πληθυσμού Συνεχής Παρακολούθηση Στόχοι της Διαχείρισης της Υγείας των Πολιτών : Η Λύση 1) Ποιότητα Ζωής 2) Κινητικότητα • Ανάγκη για Ασύρματη Τηλεϊατρική • Λύση: M-health (Κινητή Υγεία)

6. m-Health (1) • Η κινητή Υγεία περιλαμβάνει: • τη χρήση κινητών συσκευών για να συλλέγει, ενοποιεί και επεξεργάζεται δεδομένα υγείας • τη μετάδοση πληροφοριών, σε σχέση με την φροντίδα της υγείας, σε επιστήμονες υγείας, ερευνητές και στους ίδιους τους πολίτες. • Εντέλει αποτελεί τον βασικό πυλώνα του E-Health και διασφαλίζει την επιτυχία της Η - Υγείας

7. m-Health (2) O Καθηγητής Robert Istepanianπρότεινε τον παρακάτω ορισμό για την κινητή Υγεία: • m-Health είναι «η χρήση των αναδυόμενων κινητών επικοινωνιών και των τεχνολογιών δικτύων για την υγειονομική περίθαλψη» • H ανάπτυξη του γνωστικού πεδίου m – Healthπροκύπτει από πολυποίκιλους παράγοντες

8. ΠαράγοντεςΑνάπτυξης m – Health (1) • Οι περιορισμοί που παράγονται από τα συστήματα υγειονομικής περίθαλψης των αναπτυσσόμενων χωρών. Περιλαμβάνουν: • τη μεγάλη αύξηση του πληθυσμού και των ατόμων της 3ης ηλικίας, • τη μεγάλη επιβάρυνση επιπολασμού μιας νόσου, • τον μικρό αριθμό ιατρικού προσωπικού σε σχέση με τον συνολικό πληθυσμό (στην πλειοψηφία των χωρών), • τον μεγάλο αριθμό κατοίκων των αγροτικών περιοχών • και τους περιορισμένους οικονομικούς πόρους για τη στήριξη των υποδομών υγείας και των συστημάτων ενημέρωσης υγείας

9. ΠαράγοντεςΑνάπτυξης m – Health(2) • Η πρόσφατη ραγδαία αύξηση της κινητής τηλεφωνίας στις αναπτυσσόμενες χώρες σε μεγάλα τμήματα του ιατρικού προσωπικού, καθώς και στον πληθυσμό της χώρας στο σύνολό της. • μεγαλύτερη πρόσβαση σε κινητά τηλέφωνα σε όλα τα τμήματα της χώρας, • συμπεριλαμβανομένων των αγροτικών περιοχών, • η ελλιπής ενημέρωση βελτιώνεται σημαντικά • το κόστος των συναλλαγών, προκειμένου να παρασχεθεί ιατροφαρμακευτική περίθαλψη βελτιώνεται επίσης

10. Smart Phones Η αυξημένη διαθεσιμότητα και επίδοση στα συστήματα μεταφοράς φωνής και μεταφοράς δεδομένων, εκτός από την ταχεία ανάπτυξη ασύρματων υποδομών θα επιταχύνει πιθανόν την εφαρμογή συστημάτων αλλά και υπηρεσιών υγείας με βάση τη τεχνολογία των smart phones σε όλο τον κόσμο.

11. m - Health και Εφαρμογές στην Υγεία • 2010:περίπου 4.000 εφαρμογές m – Health • Σήμερα:υπολογίζονται σε πάνω από 20.000 • Τα έσοδα από υπηρεσίες απομακρυσμένης παρακολούθησης (Telemonitoring) ασθενών που χρησιμοποιούν τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας: • 1,9 δισεκατομμύρια δολάρια σε παγκόσμιο επίπεδο το 2014

12. Οι εφαρμογές m- Health κερδίζουν συνεχώς έδαφος Το m-Healthπεριλαμβάνει ένα σύνολο τεχνολογιών όπως: • τεχνολογίες ασύρματων δικτύων, • μικροηλεκτρονική, • βιοαισθητήρες, • εφαρμογές κινητών τηλεφώνων που ενεργοποιούν τεχνολογίες για την υλοποίηση μικρών και φορητών ιατρικών συσκευών με τη δυνατότητα να φορεθούνή ακόμα και να εμφυτευτούν, • ο συνδυασμός ιατρικών αισθητήρων, • Body Area Networks(ΒΑΝ) για την υγειονομική περίθαλψη

13. Εμπειρίες στην Κινητή Υγεία (Μ-Health):Ασύρματη Ιατρική BAN (1) • Κινητή Υγεία (M-Health): ενσωμάτωση των τεχνολογιών των κινητών ηλεκτρονικών υπολογιστών και των ιατρικών αισθητήρων με τις ασύρματες επικοινωνίες σε ένα σύστημα υγειονομικής βοήθειας. • Ισχυρές διεθνείς προσπάθειες και έρευνα σε αυτό το θέμα: • Code Blue, μια ασύρματη αρχιτεκτονική που έχει σχεδιαστεί στο πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ για την ιατρική φροντίδα έκτακτης ανάγκης. Το έργο ενσωματώνει χαμηλής ισχύος , ασύρματους ζωτικής σημασίας αισθητήρες , PDAs, και PC-class συστήματα • AMON: Ένας αισθητήρας πολλαπλών παραμέτρων που μπορεί να φορεθεί. Συνεχής συλλογή πολλαπλών ζωτικών σημείων από συσκευή καρπού επικοινωνίας κυψέλης

14. Εμπειρίες στην Κινητή Υγεία (Μ-Health):Ασύρματη Ιατρική BAN (2) • Χρήση προτύπων επικοινωνίας μικρής εμβέλειας • Χαμηλής Ισχύος Πρότυπα (Bluetooth, Zigbee,) στην τηλεϊατρική μειώνουν το κόστος και διευκολύνουν την ανάπτυξη των συστημάτων • Πολλοί εμπορικοί BT αισθητήρες που φοριούνται έχουν εμφανιστεί τα τελευταία χρόνια (ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ), μετρητές γλυκόζης, μετρητές γλυκόζης, παλμό- οξύμετρα, στηθοσκόπια…) • Εμπορικές GPRS πύλες για τουςιατρικούς αισθητήρες • Προσωπικό Δίκτυο Περιοχής(PAN)/Δίκτυο Περιοχής Σώματος (BAN): piconetαισθητήρων (Bluetooth Δίκτυο). Πολλά παραδείγματα στην βιβλιογραφία.

15. Γενική δομή ενός ιατρικού BAN BAN Καταγραφικό/ Ασύρματη Πύλη Κεντρικός Υπολογιστής Σημεία Υποδοχής Βιο-Αισθητήρες • Κανονικά, κάθε έργο τηλεϊατρικής αναπτύσσει από κοινού τους δικούς του αισθητήρες και τον τεχνικό εξοπλισμό του (hardware)για την πύλη

16. Στόχοι (1) • Ορισμός ενός ιατρικού Προσωπικού Δικτύου Περιοχής (Personal Area Network-PAN) • Επιμέρους στόχοι: • Χρήση/αξιολόγηση των εμπορικών έξυπνων τηλεφώνωνως πύλες στα piconet αισθητήρων • Ενσωμάτωση των εμπορικών BT βιοαισθητήρων: χρήση του Serial Server Profile (SSP) • Υιοθέτηση της Java (J2ME) για να διευκολύνει τη φορητότητα του λογισμικού

17. Στόχοι (2) • J2ME: Τεχνολογία Java για την ανάπτυξη των εφαρμογών λογισμικού στις κινητές συσκευές • Υβριδικές μεταδόσεις (Πάντα το καλύτερο συνδεδεμένο παράδειγμα): ελεύθερη κινητικότητα των χρηστών • Για να επιτρέπει την κινητικότητα στην ιατρική συσκευή παρακολούθησης(Medical Monitor) • Ανίχνευση/Προτεραιότητα των ιατρικών συναγερμών: εκπομπή SMS/MMS

18. ΧρησιμοποιούμενεςBlueTooth(BT) συσκευές (1) • Ζώνη Συχνότητας (ISM) στα 2.4 GHz. Δεν απαιτείται άδεια • Εμβέλεια Εκπομπής: 10-100 m • Αναισθησία στις παρεμβολές εξαιτίας των εναλλαγών συχνότητας • Ταχύτητα: μέχρι το 1 Mbps (v 1.1), 2-3 Mbps (v 2.0): αρκετή για τα περισσότερα βιοσήματα • Χαμηλή Κατανάλωση (αποδεκτή για τους περισσότερους εξωτερικούς βιοαισθητήρες) • Εξαιρετικά δημοφιλής τεχνολογία: σε όλα τα μοντέλα έξυπνων κινητών τηλεφώνων Bluetooth Βασικά

19. Χρησιμοποιούμενες BT συσκευές (2) • GPS Leadtek 9553X • Chipset SiRFStarIII • Bluetooth v1.2(Λειτουργία Ακόλουθος, Προφίλ Σειριακής Θύρας) • 5V επαναφορτιζόμενη μπαταρία ± 5%V DC • Πρωτόκολλο NMEA-0183

20. Χρησιμοποιούμενες BT συσκευές (3) • Παλμό-οξύμετροNonin 4100 (I) & • Μετρήσεις τωνPlethysmogram, Heart Rate & SPO2 • Bluetooth v1.1 (Λειτουργία Ακόλουθος, Προφίλ Σειριακής Θύρας) • Τροφοδοσία: 2 AA μπαταρίες 3 bytes/s (Simple Mode) • Δυαδική Τιμή 375 bytes/s (Verbose Mode)

21. Χρησιμοποιούμενες BT συσκευές (4) • CorBELT: Bluetooth Ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ECG),αισθητήραςτηςCorscience • 1 κανάλι ECG μονής επαγωγής με στεγνά ηλεκτρόδια • Κινητό καταγραφής συμβάντων:αυτόματοι συναγερμοί σε περίπτωση ανίχνευσης ενός καρδιακού επεισοδίου • Τροφοδοσία: 1 AA μπαταρία • Ρυθμός Δειγματοληψίας: 200 Hz (12 bits/ανά δείγμα)

22. Προτεινόμενη Γενική Αρχιτεκτονική Λογισμικό για τον απομακρυσμένο έλεγχο με την παρακολούθηση των Body Area Network (BAN). Επίσης φορητό σε ένα έξυπνο τηλέφωνο Ευφυής Κόμβος (Έξυπνο Τηλέφωνο) GPRS/ UMTS Bluetooth Ζώνη Ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ECG Belt) SPO2 Wifi GPS BT Παλμό-οξύμετρο 3. CONTROL / MONITORING UNITS Internet 1.Ασθενής Δίκτυο περιοχής σώματος (BODY AREA NETWORK-ΒΑΝ) 2. Κεντρικό Σύστημα Ελέγχου Έξυπνο τηλέφωνο υπεύθυνο για τη συλλογή των σημάτων από τους ασύρματους αισθητήρες και την αποστολή τους μέσω ενός υβριδικού συστήματος (GPRS/UMTS/Wifi). Επίσης εντοπίζει τους ιατρικούς κινδύνους (εκπομπή SMS) και επιτρέπει τον απομακρυσμένο προγραμματισμό των αισθητήρων Υπεύθυνο για την αποθήκευση των βιοσημάτων και επιτρέπει την απομακρυσμένη παρακολούθηση από οποιοδήποτε κόμβο του Διαδικτύου Ιατρικές Εγκαταστάσεις

23. Χρησιμοποιούμενες Τεχνολογίες (1) Κεντρικός Υπολογιστής Ελέγχου GPS J2ME Ευφυής Κόμβος Παλμό-οξύμετρο SMS/UMTS IP over GPRS/UMTS Java servers, applets, Web page IP Δίκτυο περιοχής σώματος (ΒΑΝ) Τερματικά υποδοχής συναγερμών J2ME Κινητές Μονάδες Παρακολούθησης Σταθερές Μονάδες Παρακολούθησης

24. Χρησιμοποιούμενες Τεχνολογίες (2) • Έξυπνα Τηλέφωνα: (Symbian OS, Android, iOS) • Ευφυής Κόμβος: J2ME (Java) πρόγραμμα, Bluetooth API (JSR-82) γιατην διαχείριση των BT συνδέσεων και την Ασύρματη αποστολή μηνυμάτων API (JSR-120 & JSR-205) για αποστολή SMSs/MMSs, Υπηρεσίες Ασφάλειας και Εμπιστοσύνης API (JSR-177) για τη διαχείριση της κρυπτογράφησης • Τα βιολογικά σήματα κρυπτογραφούνται μέσω ενός συμμετρικού αλγόριθμου DES με ένα προκαθορισμένο κλειδί • Πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται για τις μεταδόσεις: HTTP εντολές ή TCP ή UDP/ IP υποδοχές (διαμορφώσιμες)

25. Χρησιμοποιούμενες Τεχνολογίες (3) • Κεντρικός Υπολογιστής Ελέγχου: π.χ. Apache Server • Λογισμικό υποδοχής παρακολούθησης: • Διεπαφή Δικτύου (με ένα Java Applet) διαθέσιμη για οποιοδήποτε φυλλομετρητή με υποστήριξη RMI . • J2ME midletστην Κινητή Μονάδα Παρακολούθησης • Εύρος Ζώνης: • GPRS: up to 64-144 Kbps • UMTS: up to 384-3600 Kbps • Wifi: up to 11 Mbps (802.11b), up to 54 Mbps (802.11g)

26. Παρακολούθηση (I): Σταθερές Μονάδες Ελέγχου • Οι πληροφορίες λαμβάνονται σε μια σελίδα Διαδικτύου μέσω ενός Java applet υποδοχής.

27. Παρακολούθηση (II): Κινητές Μονάδες Ελέγχου • Μια J2ME midletδιεργασία υποδοχής επεξεργάζεταικαι παρουσιάζει τα κρυπτογραφημένα βιοσήματα

28. J2ME Μονάδες Υποδοχής Ανίχνευση των Ιατρικών Συναγερμών μέσω των SMS/MMS (1) • Τολογισμικόστο τηλέφωνο στέλνει ένα SMS/MMS όταν ανιχνεύεται ένας συναγερμός: GPS J2ME GSM/GPRS/UMTS Ευφυής Κόμβος MMS Συναγερμοί Παλμό-οξύμετρο Δίκτυο περιοχής σώματος (iΒΑΝ)

29. J2ME Μονάδες Υποδοχής Ανίχνευση των Ιατρικών Συναγερμών μέσω των SMS/MMS (2) • Πως φαίνονται οι ιατρικοί συναγερμοί από την πλευρά των φροντιστών της υγείας: GPS J2ME GSM/GPRS/UMTS Ευφυής Κόμβος MMS Συναγερμοί Παλμό-οξύμετρο Δίκτυο περιοχής σώματος (iΒΑΝ)

30. Research Issues to be considered • There are two main issues for the use of medical BANs : • Extendibility: How many sensors can they be integrated in a BAN? • Co-habitation: Sensors with different communication capabilities collaborating in the same BAN • The assessment of practical implementation of a BAN environment might involve multiple biosensors (patients with various co-morbidities). However this seems to be a very costly implementation. • A probable solution for assessing such an environment might be the implementation of a multiple biosensor simulator hence choosing only viable and stable technical models for real implementation

31. Ασύρματος εξομοιωτής βιοσημάτων (1) • Δύο κύρια ερευνητικά θέματα για τα ιατρικά WPANs/WBANs: • Επεκτασιμότητα: πόσοι αισθητήρες μπορούν να ενσωματωθούν μέσα στο BAN; • Συνύπαρξη: διαφορετική ασύρματη τεχνολογία (BT, Zigbee, Wifi) μπορεί να συνυπάρχει στην ίδια ISM ζώνη • Η αξιολόγηση της πρακτικής εφαρμογής περιβάλλοντος για BANs μπορεί να απαιτήσει την παράλληλη χρησιμοποίηση δωδεκάδων βιοαισθητήρων (ακόμη απέχει από το να είναι οικονομική λύση) • Λύση: να υλοποιήσουμε ένα γενικό λογισμικό εξομοιωτή βιοσημάτων: οποιοσδήποτε BT βιοαισθητήρας μπορεί να προσομοιωθεί με μια συσκευή συνδεσιμότητας BT (π.χ.: ένα laptop με ένα ή περισσότερα BT dongles). • Τα σήματα μπορούν να κατέβουν από μια ΔιαδικτυακήΒάση Δεδομένων, π.χ. http://www.physionet.org/physiobank/

32. Ασύρματος εξομοιωτής βιοσημάτων (2) • Ένας Κεντρικός Υπολογιστήςανακτά τα δεδομένα του Διαδικτύου, ένας εξομοιωτήςτα εκπέμπειμέσω BT και ένα πρόγραμμα υποδοχής λαμβάνει τα σήματα • Όλα αυτά τα modules έχουν αναπτυχθεί με τεχνολογία Java: ένας J2EE Κεντρικός Υπολογιστής και δύο J2ME midlets Κεντρικός Υπολογιστής Εξομοιωτής Midlet Internet PhysioBank Midlet Υποδοχής GPRS/UMTS Wifi J2EE Υπεύθυνο για την ανάκτηση των βιοσημάτων από τη βάση δεδομένων Το λογισμικό υποδοχής μπορεί να ενσωματωθεί μέσα στον Ευφυή Κόμβο του αναπτυγμένου iBAN. Συνεπώς αυτή η αρχιτεκτονική επιτρέπει να αντικαταστήσει το Bluetooth ECG αισθητήρα από οποιαδήποτε J2ME ικανή συσκευή. Περιλαμβάνει ένα GUI για να επιλέξει την καταχώρηση που μεταδίδει. Η επιλεγμένη καταχώρηση ζητείται στον Κεντρικό Υπολογιστή μέσω μιας σύνδεσης στο Διαδίκτυο (WiFi/GPRS-UMTS), τότε επαναμορφοποιείται και μεταδίδεται στην midlet υποδοχή

33. Some Basic Concepts • M-consultation: remote access to the knowledge or expertise of a specialist (i.e., M/Tele - radiology) • M-diagnosis: diagnosis of a patient by a remote physician (i.e., M-cardiology) • M-monitoring: remote monitoring of a patient located in a non-hospital environment (i.e. fetal monitoring, cardiomonitoring) • M-care: the use of M-monitoring data to provide patients with remote assistance (i.e. diabetic patients)

34. Examples of M-medical Applications • Medical staff to medical staff • Expert or 2nd opinion • Medical staff to medical staff+patient • Consultation • Medical staff to para-medical staff+patient • Emergency care • Medical staff to patient/person • Home monitoring/care, counselling

35. How we proceed from now on (I) • It is of essential importance the detailed description of continuous care scenarios followed by the definition of use cases • The environment (in the form of BAN) per use case will be assessed for reasons of technical implementation as well as financial viability • First priority is the primary health care setting in geographically isolated areas (islands and mountainous regions)

36. How we proceed from now on (II) • Implementation of large scale prevention programs. General population screening with the use of portable, mobile devices • Identification of sensitive groups and provision of continuous monitoring preventing the onset of disease • Viable financing of reimbursement scenarios for the incurred costs should be sought potentially through Public- Private Partnerships (PPPs) and programs of corporate responsibility.

37. European GPs using a computer during consultation, in percentages (%)(EC Study 2010) Random samples of 6,789 GPs in 29 countries Source: empirica: eHealth use among GPs in Europe 2010, Bonn, April 2011

38. European GPs data exchange with hospitals, in percentages (%) (EC Study 2010) Random samples of 6,789 GPs in 29 countries Source: empirica: eHealth use among GPs in Europe 2010, Bonn, April 2011

39. European Innovation Partnership on Active and Healthy Ageing Objectives and headline target A triple win for Europe: • Enabling EU citizens to lead healthy, active and independent lives until old age • Improving the sustainability and efficiency of social and health care systems • Developing and deploying innovative solutions, thus fostering competitiveness and market growth Overarching goal by 2020: • Increasing the number of healthy life years (HLYs) by 2 in the EU on average • http://ec.europa.eu/active-healthy-ageing

40. Quality of Services (QoS)The magic Word The wide variety of e or m-Health services impose different Quality of Service (QoS) requirements on underlying networks.

41. QoS

42. Mapping of M-Health services • Mapping in M-Health is a particular service may comprise multiple media types and traffic flows that may need to be mapped to different areas where the service is required.

43. M-Health Related services • Index of available programs and services. • Calendar of events. • Patient satisfaction surveys. • Service provider directories. • Patient e-mail and sms, mms services. • Health news.

44. Regional Network Architecture and m - Health Hospital Emergency Health Center Internet Pharmacy Clients LAN Firewall Region 2 Region 3 ISDN analog XDSL mobile PC M-Health Server Home

45. Benefits of M-Health (EU Report-Horizon 2020) • Improve communication among healthcare stakeholders. • Facilitate better decision support. • Reduce medical errors. • Enhance reporting capabilities. • Encourage disease prevention and wellness.

46. Αποδοχή όλων των εμπλεκομένων χρηστών…Ναι μεν αλλά Κίνητρα, σαφή κίνητρα, περισσότερα κίνητρα Από την άποψη των χρηστών • Πείσε με • Νομικά Θέματα υπάρχουν? • Εκπαίδευσε με και καταρτίστε με, αλλά έχετε μόνο 2 λεπτά! • Μην αλλάζεις τον τρόπο που σκέφτομαι / εργάζομαι • Δώστε περισσότερο φιλική προς το χρήστη τεχνολογία

47. Εμφύτευσε τσιπ στο χέρι του λάτρης της τεχνολογίας που δηλώνει «biohacker»

48. Ο λόγος; Πολύ απλός: Θα βλέπει σε πραγματικό χρόνο βιομετρικά στοιχεία για τον οργανισμό του στην Android ταμπλέτα του!

49. Το Μέλλον (1) • Στο μέλλον το ευγενές χόμπι του «bodymodification» • Η συσκευή θα φορτίζεται ασύρματα

50. Το Μέλλον (2) • Η έννοια του m – Health φαίνεται να κερδίζει συνεχώς έδαφος μεταξύ των κατασκευαστών έξυπνων τηλεφώνων • Διαφορετικοί βιοαισθητήρες αρχίζουν να ενσωματώνονται σε κινητά τηλέφωνα, μετατρέποντας τα με αυτό το τρόπο σε κινητές πλατφόρμες υγειονομικής περίθαλψης • Πολλές εταιρείες τηλεπικοινωνιών έχουν αρχίσει προσφέροντας ασύρματες λύσεις σχετικές με την υγειονομική περίθαλψη και ποικιλία επιλογών για τους καταναλωτές ώστε να υπάρχει η δυνατότητα να αναλάβουν ενεργό ρόλο στη διαχείριση της υγείας τους