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

Final ¡Demo ¡  No ¡class ¡on ¡12/4 th ¡  Final ¡demos: ¡1pm-­‑4pm ¡on ¡12/6 th , ¡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] ¡ Ques%on: ¡Do ¡sensor ¡nets, ¡at ¡scale, ¡ integrated ¡with ¡hospital ¡systems ¡and ¡rhythm, ¡ work? ¡ 3 ¡

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 ¡ Lessons ¡learned ¡and ¡Recommenda%ons ¡for ¡ End-­‑to-­‑End ¡sensor ¡nets ¡in ¡general ¡hospitals ¡ 5 ¡

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 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡12 th ¡ floor ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡11 th ¡ floor ¡ 9 ¡

Nightly ¡report ¡ 773 .)?)CB&:.A"%#$0B!&% @#C->#);?&?"$ K#?L9,M);?&?"$ @#C->#)D@ E)9:),#&%-F8$ DF?#,:&>#)K&B# 6*7 D5 KLMNM,+;O:.@!+K!$":.P/;=+7:;$.:00!.+E+Q)@P!$+9@?!&%0!.+6/;/-:.$ 3351G52858J5D75FI R43BFFB42DB433 DF:,&$?,">?",#);?&?"$ 59L#,);?&?"$ 69?#)D@ G&$?)<#&>9F 5&?H S;0/;! ACLineStatusText 43D 1341E32E1F+1F5GH513BI21HHH 43D T/=?U$?!+V)$$!.'+@)-)@/$'+/#+)$+W:.!+$?);+DD+-!.@!;$ BatteryFlagText 44G 1341E32E1F+1F5GH512B2G4HHH 44G*+4J2*+43D H4 BatteryLifePercent 4G3 1341E32E1F+1F5GH5FJB1JHHHH 4G3*+43D %;P;:"; BatteryLifeTime 4J3 1341E32E1F+1F5GI5FHBHDJHHH 4J3*+43D BatteryFullLifeTime %;P;:"; 4J2 1341E32E1F+1F5GI52GB14JHHH 4J2*+43D 4II 1341E32E1F+1F5GI5GFBJ4JHHH 4II @&?&<&$#);?&?"$ 5D@ 1FFD @&?&<&$#)$-I# 443D6 J+#F)>",$9,$ 4 K#?L9,M);?&?"$ 10 ¡

PERFORMANCE ¡ • Key ¡lessons ¡learned ¡ 11 ¡

Network ¡connec<vity ¡ #Deployed relays  Units ¡1-­‑3 ¡(excludes ¡unit ¡4 ¡on ¡the ¡isolated ¡14 th ¡floor) ¡  Network ¡heartbeat ¡are ¡carried ¡over ¡the ¡same ¡Infrastructure ¡as ¡ paDent ¡vital ¡signs ¡  ¡Direct ¡relaDonship ¡to ¡vitals ¡reliability ¡  Packet ¡Delivery ¡RaDo ¡(PDR): ¡ ∑ HeartBeats BS PDR = 24*60 12 ¡

Impact ¡of ¡IT ¡procedures ¡  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) ¡ 13 ¡

Mul<ple ¡base ¡sta<ons ¡  MulDple ¡base ¡staDons ¡can ¡enhance ¡reliability ¡ ¡ Unit added on Base station 2 Too many critical Base station 2  RecommendaDons ¡ ¡ the floor above turned OFF relays disappeared relay disconnected Use ¡redundant ¡base ¡staDons ¡  LocaDon ¡is ¡important ¡  Allow ¡3D ¡networks ¡to ¡form ¡  Use ¡“mulD-­‑desDnaDon” ¡protocols ¡  14 ¡

Mul<ple ¡base ¡sta<ons ¡ Percent of time each relay was connected to each basestation 1 BS50  Relays ¡are ¡dividing ¡ BS52 0.9 BS60 their ¡Dme ¡between ¡ 0.8 Percent conected 0.7 base ¡staDons ¡ 0.6  Least ¡favored ¡BS1 ¡in ¡ 0.5 0.4 physicians ¡ 0.3 consultaDon ¡room ¡ 0.2 0.1 0 100 120 140 160 180 200 220 Relay# 15 ¡

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 ¡

Reliability ¡of ¡vitals ¡signs ¡delivery ¡ Network reliability per patient 1 (c) (a) (b) (d) 0.9 0.8 BS2 OFF 0.7 %Sensing received 0.6 Relays BS2 disappearance 0.5 mote period 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Apr 01 2011 Jul 01 2011 Oct 01 2011 Jan 01 2012 Apr 01 2012 Date ∑ VitalPackets ( valid or invalid ) VSD = BS ParticipationTime 20 ¡

Pa<ent ¡par<cipa<on ¡ The distribution of the number of hours the device was wore Number of hours each patient wore the device 16 80 14 70 Number of patients 12 60 10 50 Hours 8 40 6 30 4 20 2 10 0 0 − 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 Hours Patient# (ordered by time) 21 ¡