Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung... 4 1.1 Sturzerkennungseinheit... 4 1.2 Relaisstationen... 4 1.3 Basisstation... 5 1.4 SWARM... 5 1.5 Intelligent Feedback System... 6 1.6 ANT... 7 2 Integration medizinischer Geräte... 8 3 Datensicherheit und Verschlüsselung... 9 4 Beispielanwendungen... 10 4.1 Zustandsüberwachung... 10 4.2 Dauerhafte Zustandsüberwachung... 13 4.3 Unterstützung von Rettungskräften... 14 5 Pilotinstallation... 14 Seite 2/14
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Fall Detection Unit (FDU)... 4 Abbildung 2: Relaisstation... 4 Abbildung 3: Basisstation... 5 Abbildung 4: Sturzmeldung... 6 Abbildung 5: IFS Administration... 6 Abbildung 6: Vergleich der Spitzensendeleistungen WLAN und ANT... 8 Abbildung 7: Integration medizinischer Geräte... 9 Abbildung 8: Sicherheitsmaßnahmen in i-residence... 10 Abbildung 9: Integration einer Personenwaage... 11 Abbildung 10: Integration eines Blutzuckermessers... 12 Abbildung 11: Integration der Blutdruckmessung... 13 Abkürzungsverzeichnis AES... Advanced Encryption Standard BAG... Bundesamt für Gesundheit (Schweiz) DECT... Digital Enhanced Cordless Telecommunications DGKP... diplomierte Gesundheits- und Krankenpfleger EMF... elektromagnetisches Feld FDU... Fall Dection Unit GHz.... Gigahertz HTTPS... Hypertext Transfer Protocol Secure Hz.... Hertz IFS... Intelligent Feedback System SAR... Spezifische Absorptionsrate SSL... Secure Sockets Layer SWARM... Secure Wireless Adaptive Reliable Methods WLAN... Wireless Local Area Network Seite 3/14
1 Einleitung Bei i-residence handelt es sich um eine mit einem Sensornetzwerk ausgestattete Wohnumgebung zur Unterstützung von Personen mit Pflegebedarf. Dazu werden mehrere Sensoren, Relaisstationen und eine Basisstation in der Wohnung installiert, die sowohl Gefahrensituationen erkennen als auch medizinische Daten messen. So kann durch die Sturzerkennungseinheit ein Sturz automatisch erkannt werden und anschließend Pflegepersonal, Angehörige, Rettungspersonal etc. benachrichtigt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, weitere medizinische Sensoren in i-residence zu integrieren um weitere Gefahren (Blutzuckerentgleisungen, Blutdruckprobleme, ) zu erkennen. Diese gemessenen Daten können zusätzlich für spätere medizinische Auswertungen verwendet werden. 1.1 Sturzerkennungseinheit Die Sturzerkennungseinheit, auch Fall Detection Unit (FDU) (siehe Abbildung 1) genannt, wird im Hüftbereich des Patienten getragen und ist für die automatische Erkennung von Stürzen verantwortlich. Maße: 67x45x19mm, 68g Abbildung 1: Fall Detection Unit (FDU) 1.2 Relaisstationen Die verwendete Funktechnologie ANT (siehe Kapitel 1.6 ANT) ist auf einen sehr geringen Stromverbrauch ausgelegt und sendet aufgrund dessen mit geringer Leistung. Dies wiederum hat eine geringe Strahlenbelastung zur Folge. Die Reichweite ist stark von der Situation, der Raumaufteilung und der Raumgegebenheit abhängig. Deshalb müssen, um den gesamten Wohnbereich abdecken zu können, mehrere Relaisstationen(siehe Abbildung 2) angebracht werden. Abbildung 2: Relaisstation Seite 4/14
Durch die strategisch verteilten Relaisstationen wird dann eine flächendeckende Funkverbindung gewährleistet. Die Relaisstationen verbinden somit die Sturzerkennungseinheit und weitere Sensoren (Blutdruckmessgeräte, Waage, Blutzucker, ) mit der Basisstation. Maße: 130x65x55mm 1.3 Basisstation Die Basisstation (siehe Abbildung 3) verbindet die beiden physikalischen Datenübertragungswege Luft und Kabel. Die Basisstation übersetzt die Funksignale in kabelgebundene Signale und ermöglicht somit, die Daten auch über längere Distanzen zu übermitteln. Damit ist eine Übertragung der Daten an verschiedene Endgeräte möglich: Computer, Telefon, Smart Phone, etc. Maße: 130x65x55mm Abbildung 3: Basisstation 1.4 SWARM SWARM steht für Secure Wireless Adaptive Reliable Methods (deutsch: sicheres drahtloses verlässliches Sensornetzwerk) und ist die drahtlose Sensornetzwerk-Technologie die mit dem i- Residence System zum Einsatz kommt. SWARM dient dazu, alle in der Wohnumgebung eingesetzten Komponenten, wie z.b. Relais- und Basisstation, Pulsmessgeräte, Personenwaagen, Blutzuckermessgeräte, die FDU etc. (im folgenden Knoten genannt), in einem Netzwerk zu verbinden. Das Hauptnetzwerk wird von den Relaistationen und Basisstationen gebildet, alle anderen Netzwerkteilnehmer sind Sensoren. Das Netzwerk ist so konzipiert, das es teilweise redundant ist das heißt ein Knoten hält gleichzeitig zu mehreren anderen Knoten Kontakt womit die Ausfallsicherheit des Systems deutlich erhöht wird. Seite 5/14
1.5 Intelligent Feedback System Das Intelligent Feedback System (IFS) stellt ein Softwaresystem zur Verarbeitung von Sensordaten (Pulsbeschleunigung, etc.) dar. Es ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung von Sensordaten, die von einer Vielzahl von Sensorknoten geliefert werden und es kann mit Hilfe eines Alarmierungssystems über kritische Ereignisse informieren, beispielsweise den Sturz eines älteren Patienten (siehe Abbildung 4). Abbildung 4: Sturzmeldung Das IFS ermöglicht eine flexible Verarbeitung und eine Anpassung der Verarbeitung für unterschiedliche Personen, Personengruppen oder Räumlichkeiten zu beliebigen Zeitpunkten. Somit kann sich i-residence an die Bedürfnisse des Kunden individuell anpassen. Die Administration des gesamten Intelligent Feedback System erfolgt über eine webbasierte Oberfläche, die für die Verwendung von nicht-technischem Personal z.b. Pflegepersonal optimiert ist (siehe Abbildung 5). Abbildung 5: IFS Administration Seite 6/14
Es werden Informationen zum Systemstatus, etwaige Fehlermeldungen von Sensorknoten und die Administration von Alarmplänen sowie des Sensornetzwerks angeboten. 1.6 ANT ANTTM bezeichnet sowohl eine Hardwareeinheit also auch das darauf implementierte Protokoll zur Datenübertragung. ANT wurde auf einen extrem geringen Stromverbrauch ausgelegt und arbeitet auf dem weltweit freien 2,4 GHz Band. ANT dient der Anbindung von Sensoren bzw. der Implementierung ganzer Sensornetzwerke mit niedrigen Datenraten. Dies umfasst eine Vielzahl von Geräten aus dem Sport- und Medizinsektor, so gibt es folgende Sensoren bzw. Geräte die über eine ANT Schnittstelle verfügen: Pulsmessgerät Schrittzähler Fahrradcomputer Blutzuckermessgerät Personenwaage diverse Ergometer (etc.) Gemäß den Standards des Europäischen Instituts für Telekommunikationsnormen werden der ANT Funktechnologie alle behördlichen Freigaben für Europa bestätigt. Des Weiteren ist ANT auch von anderen Komitees weltweit freigegeben. Die Funktechnologie ANT findet somit bereits bei Geräten Verwendung, welche in unmittelbarer Nähe zum Körper getragen werden. Sie ist vergleichbar mit dem bekannteren Bluetooth-Funkverbindungssystem. Das 2,4GHz Band wird unter anderem für WLAN-Verbindungen genutzt. Es liegt damit im Frequenzbereich der Mikrowellen (300MHz 300GHz). WLAN-Hotspots haben eine Sendeleistung von maximal 100mW (gesetzlich festgelegter oberer Grenzwert). Im Vergleich dazu sendet ANT mit einer Spitzenleistung von 2,5mW. Die Sendeleistung des ANT-Funknetzwerkes ist vergleichbar mit der Bluetooth- Leistungsklasse 2. Auf der Homepage des schweizerisch eidgenössischen Bundesamts für Gesundheit (BAG) ist zu lesen, dass aus den vorhandenen Studien über Auswirkungen hochfrequenter EMF im Niedrigdosisbereich und auf Grund der sehr kleinen Sendeleistungen von Bluetooth-Geräten der Leistungsklassen 2 und 3 ( ) keine gesundheitlichen Wirkungen zu erwarten sind. Für Bluetoothgeräte der Leistungsklasse 2 wurden bei Untersuchungen an einem Körper-Phantom laut BAG Werte zwischen 0,009 - Seite 7/14
0,01 W/kg gemessen (siehe Abbildung 6). Die strahlungsärmsten Handys besitzen zum Vergleich einen SAR-Wert von etwa 0,1 W/kg (beispielsweise 0,08W/kg bei Samsung SGH- F700) 1 Abbildung 6: Vergleich der Spitzensendeleistungen WLAN und ANT 2 Integration medizinischer Geräte Durch die generische Sensorplattform NEON ist es möglich, entweder durch direkten Anschluss oder über das Funkprotokoll ANT (www.thisisant.com), weitere Sensoren zu integrieren und deren aufgezeichneten Daten zu messen. Somit können die Daten von Pulsgurten, Blutzuckermessgeräten, Personenwaagen etc. sowohl gemessen und aufgezeichnet werden als auch in die Gefahrensituationserkennung einfließen (siehe Abbildung 7). 1 http://www.bag.admin.ch/themen/strahlung/00053/00673/03571/index.html?lang=de [04.11.09}] Seite 8/14
Blutzuckermessung Blutdruckmessung Pulsmessung Personenwaage Abbildung 7: Integration medizinischer Geräte 3 Datensicherheit und Verschlüsselung Auf dem gesamten Pfad vom der FDU bis hin zur Endapplikation werden die Verbindungen verschlüsselt (siehe Abbildung 8). Im SWARM Netzwerk wie auch auf der Leitung hin von der Basis Station zum Server erfolgt die Verschlüsselung über den Advanced Encryption Standard (AES). Die weitere Datenübertragung findet über SSL und HTTPS statt. Weiters werden im Netzwerk keine personenbezogenen Daten übertragen. Es wird ausschließlich mit ID-Nummer der Knoten (FDU, Relaisstation) gearbeitet. Die Zuweisung von ID zu Person, geschieht lediglich auf den lokalen Rechner des Pflegepersonals. Seite 9/14
A Advanced Encryption Standard Extranet Hyper Text Transfer Protocol Secure Webclient B C D SWARM/ Ethernet Intranet Alarm and Data Processing Text Message/ Phone SWARM Advanced Encryption Standard Secure Socket Layer Encrypted Database Abbildung 8: Sicherheitsmaßnahmen in i-residence 4 Beispielanwendungen Bei den folgenden Anwendungsszenarien handelt es sich um Beispiele. Die Konfiguration des Systems bzgl. Benachrichtigung, Speicherung, etc. kann individuell vorgenommen werden. 4.1 Zustandsüberwachung Ein mit einem i-residence ausgestatteter Patient steht in der Früh auf und geht ins Badezimmer. Der Patient benutzt die ANT -fähige Personenwaage. Das gemessene Gewicht wird an die nächstgelegene Relaisstation übermittelt und über das bestehende Sensornetzwerk SWARM an eine Basisstation übermittelt, die das aktuell gemessene Gewicht speichert (siehe Abbildung 9). Seite 10/14
Blutzuckermessung Personenwaage Pulsmessung Blutdruckmessung Abbildung 9: Integration einer Personenwaage Anschließend nimmt der Patient eine Blutzuckermessung im Wohnzimmer vor. Auch diese Daten werden anschließend über ANT an eine Relaisstation übertragen und an die Basisstation zur Speicherung weitergegeben (siehe Abbildung 10). Seite 11/14
Blutzuckermessung Personenwaage Pulsmessung Blutdruckmessung Abbildung 10: Integration eines Blutzuckermessers Nach dem Mittagessen misst der Patient seinen Blutdruck. Das Gerät überträgt die Daten wiederum an die nächste Relaisstation, die anschließend die Daten über die weiteren in der Wohnung installierten Relaistationen an die Basisstation weiterleitet und speichert (siehe Abbildung 11). Da der gemessene Blutdruck allerdings einen recht hohen Wert aufweist wird automatisch eine SMS an das zuständige Pflegepersonal geschickt. Das Pflegepersonal besucht daraufhin den Patienten und kann an der Basisstation die gemessenen medizinischen Werte der letzten Tage überprüfen. Seite 12/14
Blutzuckermessung Personenwaage Pulsmessung Blutdruckmessung Abbildung 11: Integration der Blutdruckmessung 4.2 Dauerhafte Zustandsüberwachung Auf Wunsch des Patienten und des Kunden wird das System so konfiguriert, dass, sobald eine medizinische Messung vorgenommen wurde, diese Messung per SMS an das Pflegepersonal übermittelt wird. Somit wird der aktuellste Blutzucker-, Puls-, Blutdruck- und Gewichtswert direkt per SMS an das zuständige Pflegepersonal übermittelt. Seite 13/14
4.3 Unterstützung von Rettungskräften Der Patient stürzt zu Boden und durch die automatische Sturzerkennung wird die Rettung alarmiert. Bei Eintreffen der Rettungskräfte kann der Notarzt an der Basisstation die Werte des Patienten ablesen und sich beispielsweise eine statistische Auswertung der gemessenen Blutdruck-, Blutzucker und Pulswerte anzeigen lassen. 5 Pilotinstallation In Salzburg in der Christian Doppler Klinik wird seit Jänner 2010 mit Unterstützung des ärztlichen Leiters Univ.-Prof. Prim. Dr. Gunther Ladurner, dem technischen Leiter Ing. Roland Novak und dem Leiter der geriatrischen Abteilung Univ.-Prof. Prim. Dr. Bernhard Iglseder eine Pilotinstallation an der Geriatrie B durchgeführt. Dabei wurde in zwei Räumen das i-residence System installiert und die Patienten mit Sturzerkennungseinheiten ausgestattet. Bei einem Sturz wird dabei das Pflegepersonal, geleitet von DGKP Klaus Trenkler, mittels PC und SMS alarmiert. Eine Alarmmeldung kann von Patienten auch willkürlich durch Knopfdruck an der Sturzerkennungseinheit ausgelöst werden. Somit ist eine Alarmierung im Notfall von jeder erdenklichen Position im Raum bzw. der geriatrischen Abteilung möglich. Durch regelmäßige Rücksprachen wird das System stetig weiterentwickelt und an die Bedürfnisse des Pflegepersonals und der Patienten angepasst. Dadurch wurde die Möglichkeit einer Anbindung an eine vorhandene DECT-Anlage bereits umgesetzt sowie die Benutzerfreundlichkeit der Sturzerkennungseinheit deutlich verbessert. Seite 14/14