Beacon basiertes mobiles Leitsystem für die Probenlogistik einer Biobank -- Probenlokalisierung und automatische Detektion von Freezer Öffnungen

Transkript

1 Seminarvortrag Beacon basiertes mobiles Leitsystem für die Probenlogistik einer Biobank -- Probenlokalisierung und automatische Detektion von Freezer Öffnungen Markus Bauer, Institut für medizinische Informatik

2 Gliederung

3 Gliederung 1 Einleitung RWTH zentralisierte Biobank

4 Gliederung 1 2 Einleitung RWTH zentralisierte Biobank Technisches Bluetooth Low Energy, Estimote Stickers

5 Gliederung Einleitung RWTH zentralisierte Biobank Technisches Bluetooth Low Energy, Estimote Stickers Umsetzung Implementierung einer Android App

6 Gliederung Einleitung RWTH zentralisierte Biobank Technisches Bluetooth Low Energy, Estimote Stickers Umsetzung Implementierung einer Android App Demo Demonstration der Anwendung

7 Gliederung Einleitung RWTH zentralisierte Biobank Technisches Bluetooth Low Energy, Estimote Stickers Umsetzung Implementierung einer Android App Demo Demonstration der Anwendung Ergebnisse Fazit, Diskussion und Ausblick der Arbeit

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9 Biobanking Systematische Sammlung und Asservierung von Biomaterialien Biomaterialien sind Gewebe oder Körperflüssigkeiten (z.b. Blut oder Urin) Zugehörige Daten in Datenbanken verwaltet Probenlagerung in Gefrierschränken (Freezer) bei 80 C RWTH zentralisierte Biomaterialbank am Aachener Uniklinikum (cbmb)

10 Biobanking Systematische Sammlung und Asservierung von Biomaterialien Biomaterialien sind Gewebe oder Körperflüssigkeiten (z.b. Blut oder Urin) Zugehörige Daten in Datenbanken verwaltet Probenlagerung in Gefrierschränken (Freezer) bei 80 C RWTH zentralisierte Biomaterialbank am Aachener Uniklinikum (cbmb) Probendaten Proben meist von erkrankten Patienten Verwendung der Proben zur Diagnose, Therapie und Forschung Für Forschung gezielte Probenauswahl nötig Auswahlkriterien: Erkrankung oder Personencharakteristika der Patienten Lagerdatenverwaltung in der RWTH cbmb mit Hilfe von STARLIMS LIMS Laboratory Information Management System

11 Problemstellung! Probenentnahme erfolgt vom Personal der Biomaterialbank Probenentnahme auf Basis einer von STARLIMS ausgegebenen Liste Lokalisierung der Proben zur Entnahme mit dieser Liste umständlich Längere Listen unübersichtlich Bereits entnommene Proben müssen gekennzeichnet werden Eventuell zu lange offen stehende Freezer-Türen beim Suchen in Liste Pflege über entnommene Proben muss in STARLIMS stattfinden Nachlässigkeit oder größere Probenmenge führt hier zu Fehlern

12 Zielsetzung Strukturierte Probenentnahme & Qualitätskontrolle durch Beacon basiertes Leitsystem Lokalisierung der Proben & eventuelle Detektion von Freezer Öffnungen Arbeitsaufwand bei Probenentnahme reduzieren Bei Annäherung an Freezer auf enthaltene Proben fokussieren Verwaltung der Probendaten vereinfachen Entnahme von Proben unmittelbar dokumentieren

13 Workflow des Sytems

14 Workflow des Sytems 1 Liste aus STARLIMS erfassen (XML)

15 Workflow des Sytems 1 Liste aus STARLIMS erfassen (XML) 2 Gelesene Liste darstellen

16 Workflow des Sytems 1 Liste aus STARLIMS erfassen (XML) 2 Gelesene Liste darstellen 3 Liste beim Annähern an Freezer reduzieren

17 Workflow des Sytems 1 Liste aus STARLIMS erfassen (XML) 2 Gelesene Liste darstellen 3 4 Liste beim Proben, die Annähern entnommen an Freezer wurden reduzieren markieren

18 i LOW ENERGY

19 Eigenschaften Entworfen für das Internet der Dinge Standardisiertes Verbindungsprotokoll Sehr hohe hohe Kompatibilität Kompatibilität Sehr Geringer Stromverbrauch, sowohl bei Untätigkeit, als auch bei Spitzenauslastung Standardisierte Anwendungsentwicklung i Energie- und Anwendungsfreundliche Version des Bluetooth Standard Geringe EntwicklungsEntwicklungs- & Betriebskosten Geringe Erlaubt 128-bit AES Datenverschlüsselung LOW ENERGY

20 ibeacon Kommunikationsprotokoll, 2013 von Apple Inc. eingeführt Basiert auf Bluetooth Low Energy Unterstützung ab Android 4.3 und ios 7 Daten: Identität (UUID, Major, Minor), MAC, Signalstärke

21 ibeacon Kommunikationsprotokoll, 2013 von Apple Inc. eingeführt Basiert auf Bluetooth Low Energy Unterstützung ab Android 4.3 und ios 7 Daten: Identität (UUID, Major, Minor), MAC, Signalstärke Estimote Beacon kleiner Computer, ausschließlich als Sender tätig (ibeacon) Sendet in festen Zeitintervallen Bluetooth Signale Smartphone kann kann Beacons Beacons durch durch Scan Scan finden finden Smartphone Besitzt Beschleunigungs- und Temperatursensor Signalreichweite zw Meter (umgebungsabhängig) Batterie Lebensdauer ca. 3 Jahre

22 Aufbau eines Estimote Beacon

23 Aufbau eines Estimote Beacon

24 Aufbau eines Estimote Beacon

25 Aufbau eines Estimote Beacon

26 Aufbau eines Estimote Beacon

27 Estimote Sticker Wesentlich kleiner, ca. 3mm dünn Ebenfalls ausgestattet mit Beschleunigungs- und Temperatursensor Singalreichweite zwischen 3 und 15 Meter Batterie Lebensdauer ca. 1 Jahr Senden zwei Protokolle gleichzeitig:

28 Estimote Sticker Wesentlich kleiner, ca. 3mm dünn Ebenfalls ausgestattet mit Beschleunigungs- und Temperatursensor Singalreichweite zwischen 3 und 15 Meter Batterie Lebensdauer ca. 1 Jahr Senden zwei Protokolle gleichzeitig: ibeacon UUID, Major, Major, Minor Minor UUID, Signalstärke Signalstärke MAC Adresse Adresse MAC Seltener gesendet gesendet Seltener

29 Estimote Sticker Wesentlich kleiner, ca. 3mm dünn Ebenfalls ausgestattet mit Beschleunigungs- und Temperatursensor Singalreichweite zwischen 3 und 15 Meter Batterie Lebensdauer ca. 1 Jahr Senden zwei Protokolle gleichzeitig: ibeacon UUID, Major, Major, Minor Minor UUID, Signalstärke Signalstärke MAC Adresse Adresse MAC Seltener gesendet gesendet Seltener Nearable nearableid, Signalstärke Signalstärke nearableid, Bewegung in in X,Y,Z X,Y,Z Bewegung Temperatur Temperatur Batteriestatus Batteriestatus Häufiger gesendet gesendet Häufiger

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35 Warum Sticker? Hinsichtlich Probenlokalisierung egal ob Beacons oder Stickers Beacons eventuell besser, da längere Batterie Lebensdauer Hinsichtlich Freezer Öffnungen sind Sticker besser Nearable Paket sendet nahezu Live Temperatur- & Bewegungsdaten Keine Verbindung zu Stickern notwendig um diese Daten zu erhalten Bei Beacon: Temperatur- & Bewegungsdaten nicht im Primärprotokoll Für diese Daten eine Art Bluetooth Pairing notwendig

36 Parametrierung der Sticker Sendefrequenz der Pakete und Signalstärke sind einstellbar Signalstärke bestimmt in welchem Radius Sticker erkannt wird Abstand Freezer in der Biomaterialbank ca. 1,5 Meter Signalstärke der Sticker auf die Niedrigste Stufe (-30 dbm) Sendefrequenz von Nearable & ibeacon Paket: Nearable ibeacon Nicht bewegt 500 ms 2000 ms In Bewegung 250 ms 1000 ms Scan / Pause Intevall der App darauf abgestimmt: (600ms, 100 ms)

37 Softwareentwurf

38 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities

39 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities Home Anfangsseite der der App App Anfangsseite Anzeige von von Freezern Freezern in in Anzeige der Umgebung Umgebung der Möglichkeit von von neuer neuer Möglichkeit Freezer-Sticker Zuordnung Zuordnung Freezer-Sticker

40 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities Home Anfangsseite der der App App Anfangsseite Anzeige von von Freezern Freezern in in Anzeige der Umgebung Umgebung der Material Entnahme Möglichkeit von von neuer neuer Möglichkeit Freezer-Sticker Zuordnung Zuordnung Freezer-Sticker STARLIMS Liste Liste zur zur Probenentnahme Probenentnahme einlesen einlesen STARLIMS Proben zur zur Entnahme Entnahme darstellen darstellen Proben Unterstützung bei bei der der Probenentnahme Probenentnahme Unterstützung Reduzierung der der Liste Liste auf auf relevante relevante Proben Proben Reduzierung bei Annäherung Annäherung an an einen einen Freezer Freezer bei Markieren von von entnommenen entnommenen Proben Proben Markieren

41 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities Home Material Anfangsseite dereinlagerung App Anfangsseite der App Material Entnahme STARLIMS Liste Liste zur zur Probenentnahme Probenentnahme einlesen einlesen STARLIMS Während Material Einlagerung festhalten Proben zur Entnahme darstellen Während Material Einlagerung festhalten Proben zur Entnahme darstellen Anzeige von Freezern in wovon Proben eingelagert wurden Anzeige Freezern in wo Proben eingelagert wurden Unterstützung bei der Probenentnahme Unterstützung bei der Probenentnahme der Umgebung der Umgebung Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten bei Annäherung Annäherung an an einen einen Freezer Freezer bei Möglichkeit von neuer Probenvon fürneuer STARLIMS Möglichkeit Proben für STARLIMS Markieren von entnommenen Proben Freezer-Sticker Zuordnung Zuordnung Freezer-Sticker Markieren von entnommenen Proben (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert) (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert)

42 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities Home Material Entnahme Einstellungen Material Anfangsseite dereinlagerung App STARLIMS Liste Liste zur zur Probenentnahme Probenentnahme einlesen einlesen Anfangsseite der App STARLIMS Einstellmöglichkeiten für für Einstellmöglichkeiten Während Material Material Einlagerung Einlagerung festhalten festhalten Proben zur Entnahme darstellen Während Proben zur Entnahme darstellen Dateipfad / Server Entnahmeliste Dateipfad / Server Entnahmeliste Anzeige von Freezern in wovon Proben eingelagert wurden Anzeige Freezern in wo Proben eingelagert wurden Unterstützung bei der Probenentnahme Unterstützung bei der Probenentnahme Sprache der Umgebung Umgebung der Sprache Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten bei Annäherung Annäherung an an einen einen Freezer Freezer bei Möglichkeit von neuer Probenvon fürneuer STARLIMS Möglichkeit Proben für STARLIMS Markieren von entnommenen Proben Freezer-Sticker Zuordnung Zuordnung Freezer-Sticker Markieren von entnommenen Proben (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert) (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert)

43 Layout Ziel: Simpel & gut bedienbar Sidebar für Navigationsmöglichkeit, ein- und ausblendbar Fünf verschiedene Activities Home Material Entnahme Einstellungen Material Anfangsseite dereinlagerung App STARLIMS Liste Liste zur zur Probenentnahme Probenentnahme einlesen einlesen Anfangsseite der App STARLIMS Einstellmöglichkeiten für für Einstellmöglichkeiten Während Material Material Einlagerung Einlagerung festhalten festhalten Proben zur Entnahme darstellen Während Proben zur Entnahme darstellen Dateipfad / Server Entnahmeliste Dateipfad / Server Entnahmeliste Anzeige von Freezern in wovon Proben eingelagert wurden Anzeige Freezern in wo Proben eingelagert wurden Unterstützung bei der Probenentnahme Unterstützung bei der Probenentnahme Sprache der Umgebung Umgebung der Sprache Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten Reduzierung der Liste auf relevante Proben Generierung Importliste der eingelagerten Über bei Annäherung an an einen einen Freezer Freezer bei Annäherung Möglichkeit von neuer Proben für STARLIMS Möglichkeit von neuer Proben für STARLIMS Kleine Hilfe-Doku Markieren Kleine Hilfe-Doku Freezer-Sticker Zuordnung Zuordnung Freezer-Sticker von entnommenen entnommenen Proben Proben Markieren von (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert) Supportinformationen (nicht Rahmen der Arbeit, zukunftsorientiert) Supportinformationen

44 Schnittstelle zu den Stickers Managed Verbindung zu Beacons bzw. Stickers. Bluetooth muss eingeschaltet sein. com.estimote.sdk c BeaconManager startnearablediscovery() setnearablelistener() (...) Was soll passieren, wenn Sticker gefunden Wurden? c NearableListener onnearablesdiscovered()

45 Funktionsprinzip Probenliste zur Entnahme wird nach Freezern zusammengefasst Liste der Sticker in Umgebung ist nach Signalstärke sortiert Örtlich nächster Sticker zuerst in der Liste Freezer sind jeweils einem Sticker zugeordnet (durch UUID der Sticker) Dadurch lässt sich Probenliste umsortieren Proben zu denen kein Sticker (Freezer) in der Nähe: ausblenden Liste wird übersichtlicher & zeigt örtlich nächste Proben an

46 Navigation

47 Home

48 Material Entnahme

49 Unterstützung bei der Probenentnahme STARLIMS XML Liste wird eingelesen Eingelesene STARLIMS Liste wird visuell dargestellt Navigationsmöglichkeit zur Proben Ein- / Auslagerung & zur Freezer Zuordnung Estimote Sticker und deren Schnittstelle benutzt Umgebung wird mit Hilfe von Bluetooth LE abgesucht Parametrierung der Sticker erforscht und eingestellt Anzeige der Proben des örtlich nächsten Freezers Kein aufwändiges Suchen in Papierliste mehr Wahrscheinlichkeit einen Freezer zweimal zu öffnen gering

50 Einschränkungen Zeitlicher Rahmen der Arbeit führte zu Einschränkungen Potential von Estimote Stickers und Android noch nicht ausgeschöpft Keine Auswertung von Temperatur- und Bewegungsdaten geschaffen Keine Detektion von Freezer-Öffnungen Einlesen der Dateien über Speicherkarte des Handys Usability ließe sich durch Serverabfrage der Datei verbessern Auswählen welche Datei man einlesen möchte

51 Bewertung des Ansatzes Geeignete Parametrierungen für Sticker gefunden Bluetooth Low Energy zuverlässige Verbindung Erkennung von Stickers manchmal etwas träge Sticker die nicht mehr in Reichweite werden nicht direkt entfernt Ziel, Unterstützung bei der Probenentnahme zu liefern, wurde eingelöst Anfangs geplant: Protokollierung von Freezer-Öffnungen Für technisch solide & performante Anwendung zurückgestellt Gestaltung benutzerfreundliche Oberfläche: aufwändig

52 Weiterentwicklung der Anwendung Temperatur- und Bewegungsdaten aus Nearable Protokoll verarbeiten Anhand dieser Daten Freezer-Öffnungen detektieren Bewegung im Bezug auf Erfahrungsdaten auswerten Kalte Luft wird Freezer-Türe umströmen (Temp. Daten auswerten) Freezer-Sticker Zuordnung in Datenbank (Nutzung mit mehreren Geräten) Entnahmeliste von zentralem Server beziehen (Schnittstellen bereit) Aspekt der Probeneinlagerung noch nicht berücksichtigt

53 Bild- & Literaturquellen Bilder von Beacons & Stickers, Estimote Logo: Android Studio Logo: Technische Informationen zu Bluetooth LE: Journal Artikel von Newman, Nic. Apple ibeacon technology briefing. Aus: Direct Data Digit Mark Pract S , Markus Bauer, Proposal Seminararbeit, Oktober 2015 Inspirationen zu den Folien: ate

54 Vielen Dank Für Ihre Aufmerksamkeit