Final Demo No class on 12/4 th Final demos: 1pm-4pm - - PowerPoint PPT Presentation

Final ¡Demo ¡

• No ¡class ¡on ¡12/4th ¡
• Final ¡demos: ¡1pm-­‑4pm ¡on ¡12/6th, ¡Lopata ¡201 ¡
• 15 ¡min ¡per ¡team ¡
• Set ¡up ¡and ¡test ¡your ¡demo ¡in ¡advance ¡
• All ¡expected ¡to ¡aCend ¡the ¡enDre ¡session ¡
• Return ¡equipment ¡to ¡TA ¡
• It’ll ¡be ¡fun! ¡ ¡

1 ¡

Experiences ¡with ¡an ¡End-­‑to-­‑End ¡ Wireless ¡Clinical ¡Monitoring ¡System ¡

Rahav ¡Dor, ¡Gregory ¡Hackmann, ¡Zhicheng ¡Yang, ¡Chenyang ¡Lu, ¡Yixin ¡Chen ¡

Department ¡of ¡Computer ¡Science ¡& ¡Engineering, ¡School ¡of ¡Engineering ¡

Marin ¡Kollef, ¡Thomas ¡Bailey ¡

Department ¡of ¡Medicine, ¡School ¡of ¡Medicine ¡

Mo<va<on ¡

• Clinical ¡deterioraDon ¡in ¡hospitalized ¡paDents ¡

 4-­‑17% ¡suffer ¡from ¡adverse ¡events ¡such ¡as ¡cardiac ¡arrest ¡  Up ¡to ¡70% ¡of ¡such ¡events ¡could ¡have ¡been ¡prevented ¡

• Early ¡detecDon ¡of ¡clinical ¡deterioraDon ¡based ¡on ¡vital ¡signs ¡

 Clinical ¡deterioraDon ¡is ¡o_en ¡preceded ¡by ¡change ¡in ¡vitals ¡

• Real-­‑Dme ¡paDent ¡monitoring ¡is ¡required ¡

 Wired ¡paDent ¡monitoring ¡equipment ¡in ¡Intensive ¡Care ¡units ¡  Most ¡general ¡hospital ¡units ¡collect ¡vitals ¡manually ¡  Enabling ¡paDents ¡to ¡be ¡ambulatory ¡is ¡advantageous ¡

• Earlier ¡trial ¡of ¡a ¡single ¡unit, ¡stand ¡alone ¡system ¡[SenSys’10] ¡

3 ¡

Ques%on: ¡Do ¡sensor ¡nets, ¡at ¡scale, ¡ integrated ¡with ¡hospital ¡systems ¡and ¡rhythm, ¡ work? ¡

State ¡of ¡the ¡art ¡

• Systems ¡



Code ¡Blue ¡(Harvard) ¡



AlarmNet ¡(UVA) ¡



MEDiSN ¡(Johns ¡Hopkins) ¡



Step-­‑Down ¡at ¡BJH ¡(WU) ¡

• Stand ¡alone, ¡not ¡integrated, ¡small ¡empirical ¡trials ¡

4 ¡

Overview ¡of ¡our ¡study ¡

• End-­‑to-­‑End ¡clinical ¡monitoring ¡system ¡

 Wireless ¡Sensor ¡Networks ¡(WSN) ¡  MulDple ¡departmental ¡servers ¡  Integrate ¡into ¡hospital ¡Electronic ¡Medical ¡Records ¡(EMR) ¡

• Clinical ¡trial ¡

 Deploy ¡in ¡a ¡general ¡hospital ¡for ¡14 ¡months ¡  Monitor ¡paDents ¡in ¡4 ¡hospital ¡floors, ¡and ¡7 ¡wards ¡  Enrolled ¡97 ¡hospitalized ¡paDents ¡  InfecDous ¡diseases ¡units ¡

5 ¡

Lessons ¡learned ¡and ¡Recommenda%ons ¡for ¡ End-­‑to-­‑End ¡sensor ¡nets ¡in ¡general ¡hospitals ¡

System ¡components ¡

• Base ¡staDon ¡
• Connected ¡wirelessly ¡to ¡WSN ¡on ¡one ¡end; ¡and ¡
• Hospital’s ¡wired ¡network ¡on ¡the ¡other ¡
• Data ¡processing ¡so_ware ¡
• Relays ¡
• Plugged ¡into ¡“non-­‑medical” ¡wall ¡power ¡outlets ¡
• Redundant ¡deployment ¡
• Form ¡mesh ¡networks ¡based ¡on ¡IEEE ¡802.15.4 ¡
• CollecDon ¡Tree ¡Protocol ¡on ¡TinyOS ¡
• Portable ¡wireless ¡pulse ¡oximeter ¡
• BaCery ¡operated ¡
• Relay ¡associaDon ¡protocol ¡on ¡TinyOS ¡

6 ¡

Base ¡sta<on ¡architecture ¡

7 ¡

Relay ¡network ¡infrastructure ¡

8 ¡

Snapshot ¡of ¡the ¡relays ¡topology ¡

9 ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡11th ¡floor ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡12th ¡floor ¡

Nightly ¡report ¡

773 .)?)CB&:.A"%#$0B!&%

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@#C->#)D@ E)9:),#&%-F8$

DF:,&$?,">?",#);?&?"$

69?#)D@ G&$?)<#&>9F 5&?H 43D 1341E32E1F+1F5GH513BI21HHH 43D 44G 1341E32E1F+1F5GH512B2G4HHH 44G*+4J2*+43D 4G3 1341E32E1F+1F5GH5FJB1JHHHH 4G3*+43D 4J3 1341E32E1F+1F5GI5FHBHDJHHH 4J3*+43D 4J2 1341E32E1F+1F5GI52GB14JHHH 4J2*+43D 4II 1341E32E1F+1F5GI5GFBJ4JHHH 4II

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K#?L9,M);?&?"$

10 ¡

K#?L9,M);?&?"$

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ACLineStatusText

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BatteryFlagText

T/=?U$?!+V)$$!.'+@)-)@/$'+/#+)$+W:.!+$?);+DD+-!.@!;$

BatteryLifePercent

H4

BatteryLifeTime

%;P;:";

BatteryFullLifeTime %;P;:";

PERFORMANCE ¡

• Key ¡lessons ¡learned ¡

11 ¡

Network ¡connec<vity ¡

12 ¡

• Units ¡1-­‑3 ¡(excludes ¡unit ¡4 ¡on ¡the ¡isolated ¡14th ¡floor) ¡
• Network ¡heartbeat ¡are ¡carried ¡over ¡the ¡same ¡Infrastructure ¡as ¡

paDent ¡vital ¡signs ¡ ¡Direct ¡relaDonship ¡to ¡vitals ¡reliability ¡

• Packet ¡Delivery ¡RaDo ¡(PDR): ¡

PDR = HeartBeats

BS

∑

24*60

#Deployed relays

Impact ¡of ¡IT ¡procedures ¡

13 ¡

• IntegraDon ¡with ¡IT ¡infrastructure ¡and ¡policies ¡

 Full ¡disk ¡data ¡encrypDon ¡  Mandatory, ¡almost ¡daily, ¡patches ¡  User-­‑level ¡backups ¡

• RecommendaDons ¡

 Use ¡server-­‑class ¡machines ¡  SaniDze ¡data ¡by ¡the ¡sensors ¡and ¡the ¡applicaDon ¡  Work ¡with ¡IT ¡(server-­‑level ¡backups, ¡patch ¡cycles) ¡

• MulDple ¡base ¡staDons ¡can ¡enhance ¡reliability ¡ ¡
• RecommendaDons ¡ ¡



Use ¡redundant ¡base ¡staDons ¡



LocaDon ¡is ¡important ¡



Allow ¡3D ¡networks ¡to ¡form ¡



Use ¡“mulD-­‑desDnaDon” ¡protocols ¡

Mul<ple ¡base ¡sta<ons ¡

14 ¡

Base station 2 turned OFF Unit added on the floor above Base station 2 relay disconnected Too many critical relays disappeared

• Relays ¡are ¡dividing ¡

their ¡Dme ¡between ¡ base ¡staDons ¡

• Least ¡favored ¡BS1 ¡in ¡

physicians ¡ consultaDon ¡room ¡

Mul<ple ¡base ¡sta<ons ¡

15 ¡

100 120 140 160 180 200 220 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Relay# Percent conected

Percent of time each relay was connected to each basestation

BS50 BS52 BS60

Human ¡factors ¡

• Mote ¡disappearing ¡
• Base ¡staDons ¡disconnects ¡
• Web ¡surfing ¡
• Use ¡of ¡power ¡outlets ¡
• No ¡control ¡over ¡your ¡own ¡equipment ¡
• RecommendaDons ¡

 Equipment ¡should ¡look ¡“medical ¡grade” ¡  Installed ¡in ¡appropriate ¡places ¡  Label ¡everything ¡

16 ¡

Equipment ¡and ¡technical ¡design ¡

• Use ¡equipment ¡appropriate ¡for ¡its ¡task ¡



Root ¡password ¡



Mandatory ¡backups ¡



PGP ¡(data ¡encrypDon, ¡PreCy ¡Good ¡Privacy) ¡



Force ¡patch ¡policy ¡

• Remote ¡access ¡to ¡individual ¡motes ¡
• Open ¡source ¡

17 ¡

Real-­‑<me ¡network ¡monitoring ¡

• Both ¡real-­‑Dme ¡visualizaDon, ¡automaDc ¡alerts, ¡and ¡

staDsDcal ¡(over ¡a ¡Dme-­‑window) ¡is ¡needed ¡

18 ¡

SUMMARY ¡

19 ¡

Apr 01 2011 Jul 01 2011 Oct 01 2011 Jan 01 2012 Apr 01 2012 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Date %Sensing received Network reliability per patient

Reliability ¡of ¡vitals ¡signs ¡delivery ¡

20 ¡

BS2 OFF BS2 mote Relays disappearance period

(a) (b) (c) (d)

VSD = VitalPackets (valid or invalid)

BS

∑

ParticipationTime

Pa<ent ¡par<cipa<on ¡

21 ¡

10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 70 80

Patient# (ordered by time) Hours

Number of hours each patient wore the device

−10 10 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 8 10 12 14 16

Hours Number of patients

The distribution of the number of hours the device was wore

Key ¡lessons ¡

• It ¡is ¡not ¡just ¡a ¡Wireless ¡Sensor ¡Network ¡

 Consider ¡IT ¡procedures ¡and ¡test ¡in ¡the ¡hospital ¡  Need ¡to ¡be ¡resilient ¡to ¡the ¡hospital ¡environment ¡  Use ¡medical ¡grade ¡equipment ¡and ¡have ¡it ¡look ¡like ¡one ¡

• MulDple ¡base ¡staDons ¡– ¡challenge ¡and ¡blessing ¡

 Use ¡mulDple ¡base ¡staDons ¡to ¡enhance ¡the ¡data ¡paths ¡  Define ¡subnets ¡such ¡that ¡they ¡can ¡mesh ¡together ¡  Allow ¡3D ¡networks ¡to ¡form ¡

• Human ¡factors ¡

 Install ¡your ¡equipment ¡in ¡appropriate ¡places ¡  Label ¡everything ¡

22 ¡

Answer: ¡Sensor ¡nets, ¡at ¡scale, ¡ integrated ¡with ¡hospital ¡systems ¡and ¡rhythm, ¡ can ¡be ¡sufficiently ¡reliable. ¡

Reference ¡

• R. ¡Dor, ¡G. ¡Hackmann, ¡Z. ¡Yang, ¡C. ¡Lu, ¡Y. ¡Chen, ¡M. ¡Kollef ¡and ¡T.C. ¡Bailey, ¡Experiences ¡

with ¡an ¡End-­‑To-­‑End ¡Wireless ¡Clinical ¡Monitoring ¡System, ¡Conference ¡on ¡Wireless ¡ Health ¡(WH'12), ¡October ¡2012. ¡ ¡ ¡

• hCp://www.cse.wustl.edu/~lu/icts.html ¡

23 ¡