DATENTRANSFORMATION MIT MINICOMPUTERN ZUR DEZENTRALEN ANBINDUNG VON MEDIZINISCHEN GERÄTEN! ehealth Summit - Wien, Österreich 2015

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1 DATENTRANSFORMATION MIT MINICOMPUTERN ZUR DEZENTRALEN ANBINDUNG VON MEDIZINISCHEN GERÄTEN! ehealth Summit - Wien, Österreich 2015 Toni Barthel, Keywan Sohrabi, Ljudmila Mursina, Andreas Weissflog

2 Zentrale Fragestellung Einbindung beliebiger medizinischer Geräte in eine bestehende IT-Infrastruktur. Abb. 1 Problemstellung adäquate Anbindung von medizinischen Geräten an das klinische Netzwerk absolute Interoperabilität ist häufig kein wichtiges Designkriterium sehr viele proprietäre Datenübertragungsprotokolle -> kein erkennbarer Standard HL7 ist der quasi -Standard in der v2.x

3 Stand der Technik Beispiel I proprietär HL7 Telnet Beispiel III Beispiel II Abb. 2

4 Visionen und Ziele proprietär HL7 Bündelung der Eigenschaften von Transformation und Vermittlung Kommunikation via HL7-Standard Entfernung Single-Point-of-Failure Absenkung der Netzwerklast rückwirkende Datenübernahme dezentralisierte Anbindung der medizinischen Geräte Abb. 3

5 Material und Methoden Abb. 4

6 Material und Methoden Abb. 5

7 Material und Methoden Verwendete Technologien Java 1.8, JavaScript, HTML IDE: Eclipse unter Mac OS X XML/XSD via JAXB (Validierung) WebServer / Websockets via Jetty MiniComputer / Microcontroller Raspberry Pi 2, Modell B (4x900MHZ, 1024 MB, 4xUSB, Linux) Odroid C1 Testgerät: modernes, turbinengesteuertes Abb. 5 Beatmungsgerät

8 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

9 Implementierung Service-Config Device-Config!!! <service name="hamilton C2"> new Thread Service-Thread build new request stack </service> Request <device configfilepath="configuration/hamilton_c2.xml" delay="1000" hl7storagepath="hl7storage/" intervall="5000" load not sended messages WebServer! FileServer Websocket logfilepath="logfiles/" name="hamilton C2 to HL7"/> JSON Stream <patient caseid="10001" patientid="10" gender="m" name="muster" surname="max"/> :8080 <target host=" " name="hapi-testpanel" port="49667"/> Service-Config Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

10 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

11 Implementierung Service-Config Device-Config new Thread Service-Thread <concept id="tidal Volumen"> <request type="byte" identifier="85"/>! WebServer! FileServer Websocket <response format="xxxx." type="number/int" unit= ml"/> </concept> Device-Config JSON Stream Response <concept id="trigger"> build new request stack Request <request type="byte" identifier="104"/> Request-Stack Convert to HL7 load not sended messages <response format="xxxx." type="number/int" unit=""> <value sign="=" number="0" comment="" value="flow Trigger"/> <value sign="=" number="1" comment="" value="p Trigger"/> xxx.hl7 <value sign="=" number="2" comment="" value="off"/> </response> </concept> is HL7-Server available? HL7 message :8080 Client Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

12 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

13 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client [ D] Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Request-Config Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

14 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

15 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 Response-Stack is HL7-Server available? HL7 message [ E 03 0D] U Response-Config CS / CIS / PDMS Device

16 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

17 Implementierung Service-Config Device-Config new Thread Service-Thread build new request stack WebServer! FileServer Websocket JSON Stream :8080 Response Device Request Convert to HL7 load not sended messages MSH ^~\& Hamilton C2 to HL7 Rs232-HL7-Translation ORU^R01 P^not present P 2.6 Request-Stack xxx.hl7! PID Muster^Max M OBR ^Sample # ^.^L O Nicht spezifiziert OBX 1 ST f cmv 10 b/min N F OBX 2 ST f simv 14 b/min N F HL7 message is HL7-Server OBX 3 ST Tidal Volumen 20 ml N F ! available? OBX 4 ST Insp. Time 1 h N F Response-Stack HL7 Client CS / CIS / PDMS

18 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

19 Implementierung Service-Config Device-Config new Thread Service-Thread build new request stack WebServer! FileServer Websocket JSON Stream :8080 Request ServiceData-JSON { Request-Stack Response "f cmv" : ["10","b/min"], "f simv" : ["14","b/min"],! "Tidal Volumen" : ["20","ml"],! "Insp. Time" : Convert ["1","h"] to HL7 } load not sended messages { } Response-Stack xxx.hl7 is HL7-Server available? HL7 message Service-JSON Client "service" : "Hamilton C2", "device" : ["/dev/tty.usbserial-a7022uft","9600", "7", "2"], "patient" : ["10001","Muster","Max"] CS / CIS / PDMS Device

20 Implementierung Service-Config new Thread WebServer! FileServer Websocket JSON Stream Device-Config Service-Thread build new request stack :8080 Request load not sended messages Response Request-Stack xxx.hl7 Client Convert to HL7 is HL7-Server available? HL7 message Response-Stack CS / CIS / PDMS Device

21 Ergebnis Abb. 6 Abb. 7

22 Schlussfolgerungen dezentralisierte Anbindung der Kommunikationsgeräte / Gerätestruktur direkte Vermittlung der Pat.-Daten an das zuständige PDMS Patientenzuordnung (z-segment, PID, etc.) Bündelung der Eigenschaften von Transformation und Vermittlung Kommunikation über HL7-Standard Entfernung des Single-Point-of-Failure Senkung der Netzwerklast in Spitzenzeiten Abb. 8 rückwirkende Datenübernahme >72h Datenvorhaltung

23 Schlussfolgerungen dezentralisierte Anbindung der Kommunikationsgeräte / Gerätestruktur direkte Vermittlung der Pat.-Daten an das zuständige PDMS Patientenzuordnung (z-segment, PID, etc.) Bündelung der Eigenschaften von Transformation und Vermittlung Kommunikation über HL7-Standard Entfernung des Single-Point-of-Failure Senkung der Netzwerklast in Spitzenzeiten Abb. 8 rückwirkende Datenübernahme >72h Datenvorhaltung

24 Ausblick Abschließende Entwicklung der Weboberfläche sowie die Anwendung zur Cluster-Administration weitere Praxistests mit der Hardware-Box müssen folgen (Kommunikation mit einem Patientenmonitor) Test an mehreren Geräten zur Spezifikation der Konfigurationsdatei Entwicklung einer allg. gültigen Bibliothek zur Anbindung weiterer medizinische Geräte Verarbeitung der Patienteninformationen mit BarCode-Reader & RFID-Schnittstelle Abb. 9

25 Kooperationspartner

26 HERZLICHEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

27 Fragen?

28 Antworten auf antizipierte Fragen

29 HANDLING IN DER PRAXIS medizinische Geräte im Krankenhaus verfügen häufig über proprietäre Schnittstellen, realisiert via RS232 Anbindung der Geräte erzeugt hohe Kosten, da kein Standard (z.b. HL7) verwendet wird Gerätedaten müssen trotzdem erfasst und dokumentiert werden Gerätehersteller bieten Treiberlösungen an Als proprietärere Software (lateinisch propriē eigentümlich, eigen, ausschließlich ) " wird eine Software bezeichnet, die auf herstellerspezifischen, nicht veröffentlichten Standards basiert.

30 HANDLING IN DER PRAXIS medizinische Geräte im Krankenhaus verfügen häufig über proprietäre Schnittstellen, realisiert via RS232 Dokumentation! erfolgt schriftlich Anbindung der Geräte erzeugt hohe Kosten, da kein Standard (z.b. HL7) verwendet wird Treiberlösungen! werden! nicht genutzt Gerätedaten müssen trotzdem erfasst und dokumentiert werden Gerätehersteller bieten Treiberlösungen an Als proprietärere Software (lateinisch propriē eigentümlich, eigen, ausschließlich ) " wird eine Software bezeichnet, die auf herstellerspezifischen, nicht veröffentlichten Standards basiert.

31 HANDLING IN DER PRAXIS medizinische Geräte im Krankenhaus verfügen häufig über proprietäre Schnittstellen, realisiert via RS232 Dokumentation! erfolgt schriftlich Daten werden in! eine proprietäre! Software geladen Anbindung der Geräte erzeugt hohe Kosten, da kein Standard (z.b. HL7) verwendet wird Treiberlösungen! werden! nicht genutzt zusätzlicher PC am Bett des Patienten Gerätedaten müssen trotzdem erfasst und dokumentiert werden Gerätehersteller bieten Treiberlösungen an Als proprietärere Software (lateinisch propriē eigentümlich, eigen, ausschließlich ) " wird eine Software bezeichnet, die auf herstellerspezifischen, nicht veröffentlichten Standards basiert.

32 Problemstellung IM DETAIL Dezentrale Vernetzung: Vitaldatenmonitoring und PDMS haben jeweils ihr eigenes physikalisches Netzwerk für die horizontale Vernetzung Vitaldatenmonitor und das Beatmungsgerät sind direkt an den PC am Bettplatz angeschlossen PC am Bettplatz hat Zugriff auf Daten aus dem Vitaldatenmonitor, Beatmungsgerät und Labor über das PDMS Grafik aus: R. Röhrig R. Rüth Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Standort Gießen, BRD Intelligente Telemedizin in der IntensivstationPatientennaher Einsatz von Medizintechnik und IT in der Intensivmedizin Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz : DOI /s x Online publiziert: 26. Februar 2009 Springer Medizin Verlag 2009

33 Problemstellung IM DETAIL Dezentrale Vernetzung: Vitaldatenmonitoring und PDMS haben jeweils ihr eigenes physikalisches Netzwerk für die horizontale Vernetzung Vitaldatenmonitor und das häufig nur propritäre Schnittstellen & Software-Overload! hohes Sicherheitsrisiko, erhöhter Wartungsaufwand Beatmungsgerät sind direkt an den PC am Bettplatz angeschlossen Gerätekommunikation effizienter gestalten PC am Bettplatz hat Zugriff auf Daten aus dem Vitaldatenmonitor, Beatmungsgerät und Labor über das PDMS Grafik aus: R. Röhrig R. Rüth Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Standort Gießen, BRD Intelligente Telemedizin in der IntensivstationPatientennaher Einsatz von Medizintechnik und IT in der Intensivmedizin Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz : DOI /s x Online publiziert: 26. Februar 2009 Springer Medizin Verlag 2009

34 Problemstellung IM DETAIL Dezentrale Vernetzung: Was bedeutet effizienter gestalten? Vitaldatenmonitoring und PDMS unabhängig von Treibern haben jeweils ihr eigenes multifunktional kalibrierbar physikalisches Netzwerk für die gleichzeitige Abfrage mehrere horizontale Vernetzung angebundener Geräte Vitaldatenmonitor und das Datenzuordnung zu Patienten Beatmungsgerät sind direkt an Nutzung offener Standards zur den PC am Bettplatz Kommunikation z.b. HL7 angeschlossen häufig nur propritäre Schnittstellen & Software-Overload! hohes Sicherheitsrisiko, erhöhter Wartungsaufwand Gerätekommunikation effizienter gestalten PC am Bettplatz hat Zugriff auf Konkret: multifunktionale Daten aus dem Vitaldatenmonitor, Übersetzung von Geräte- Beatmungsgerät und Labor über Protokollen zu HL7-Streams das PDMS Grafik aus: R. Röhrig R. Rüth Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Standort Gießen, BRD Intelligente Telemedizin in der IntensivstationPatientennaher Einsatz von Medizintechnik und IT in der Intensivmedizin Bundesgesundheitsbl - Gesundheitsforsch - Gesundheitsschutz : DOI /s x Online publiziert: 26. Februar 2009 Springer Medizin Verlag 2009

35 PLATTFORM Arduino Yun MIPS32 24K (400 MHz) / ATmega32U4 (16 MHz) 64MB (AR9331) / 2.5KB (ATmega) 10/100 Ethernet Bridge-Adapter (MIPS <-> ATmega) Stromversorgung: microusb Größe: 69 x 53 x 17mm Raspberry Pi B+ Broadcom BCM MHz 512 MB SDRAM 10/100 Ethernet HDMI / Audio MicroSD Stromversorgung: microusb Größe 85 x 56 x 17 mm ODROID C1 ARM Cortex -A5(ARMv7) 1.5Ghz quad core CPUs 1Gbyte DDR3 SDRAM Gigabit Ethernet Micro-HDMI Micro-SD SDR50 / emmc Infrarot ON Board Stromversorgung: DC Größe: 85 x 56 x 17 mm Produktbilder entstammen den entsprechenden Produktbeschreibungen der Hersteller, i.s.d. 51 UrhG 1. Alt.

36 Geräteverbindung Produktbilder entstammen den entsprechenden Produktbeschreibungen der Hersteller, i.s.d. 51 UrhG 1. Alt. Hamilton C2 Gender-Changer Nullmodem-Adapter RS232 Nullmodem-Kabel Kabelverbindung Fotos: Toni Barthel, Aufnahme Raspberry PI B+ RS232 TTL Modul

37 Geräteverbindung Produktbilder entstammen den entsprechenden Produktbeschreibungen der Hersteller, i.s.d. 51 UrhG 1. Alt. Hamilton C2 Gender-Changer Nullmodem-Adapter RS232 Nullmodem-Kabel FTDI USB to RS232 Null Modem Adapter! komfortabler da via USB, nur Gender-Changer nötig Kabelverbindung Fotos: Toni Barthel, Aufnahme Raspberry PI B+ RS232 TTL Modul

38 Stromversorgung Lösung: RS232 Lösung: USB Problem: Stromversorgung Fotos: Toni Barthel, Aufnahme

39 Quellen / Abbildungen Quellen (1) A. Sunyaev, J.M. Leimeister, A. Schweiger, H. Krcmar, Integtrationsarchitektur für das Krankenhaus, IMC Information Management & Consulting, Seiten 28-35, (2) R. Röhrig, R. Rüth, Intelligente Telemedizin in der Intensivstation, Bundesgesundheitsblatt für Gesundheitsforschung und Gesundheitsschutz, Seiten , (3) Moxa UC-7408, UC-7408 Plus, letzter Besuch: (4) Raspberry Pi, Raspberry Pi 2 Model B, letzter Besuch Abbildungen (1) Rückseite des Beamtungsgerätes Hamilton C2, eigene Aufnahme (2) exemplarische Darstellung zur Anbindung medizinischer Geräte in der Praxis, eigene Darstellung (3) exemplarische Darstellung der im Projektentwickelten Hardware-Box, eigene Darstellung (4) erste konzeptionelle Darstellung der Hardware-Box, eigene Darstellung (5) Soft- und Hardwarearchitektur der Hardware-Box, eigene Darstellung (6) Hardware-Box mit ThoraTech-Logo, eigene Aufnahme (7) Hardware-Box mit allen nötigen Kabeln, eigene Aufnahme (8) Raspberry Pi mit Bildschirm, Module RGB-Display-Board-For-Raspberry-Pi-B/ _ html (9) Hardware-Box mit abgehobener Hülle, eigene Aufnahme

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