Diese Präsentation wurde erfolgreich gemeldet.
Wir verwenden Ihre LinkedIn Profilangaben und Informationen zu Ihren Aktivitäten, um Anzeigen zu personalisieren und Ihnen relevantere Inhalte anzuzeigen. Sie können Ihre Anzeigeneinstellungen jederzeit ändern.
Internet of Medical Things – технологическая
среда персональной медицины
Александр Прозоров, #mHealthLab
Лаборатория спецм...
Что такое персональная медицина?
Первая эра - БОРЬБА С ИНФЕКЦИЯМИ, ТРАВМАМИ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯМИ
Античная медицина - настоящ...
Internet of Medical Things (IoMT)
Что такое IoMT? Задачи,	
  логические	
  уровни,	
  протоколы	
  
и	
  архитектура	
  те...
Что такое IoMT?
#mHealthLab	
  
Internet	
  	
  
of	
  Things	
  
Medical	
  
Devices	
  IoMT	
  
4	
  
Задачи IoMT-системы
Каждый	
  фрагмент,	
  ориентированный	
  на	
  получение	
  и	
  
обработку	
  биометрических	
  данн...
Логические уровни IoMT-системы
1.  Биологическая	
  мишень	
  находится	
  в	
  непосредственном	
  контакте	
  с	
  
датч...
Потенциальные границы IoMT-экосистемы (схематично)
#mHealthLab	
  
Категории	
  телебиометрических	
  
приложений	
  
Потр...
mHealth и инфраструктура IoMT
Предпосылки, заинтересованные стороны, концепция
оказания медпомощи, архитектура, потоки дан...
Экономические предпосылки mHealth
#mHealthLab	
  
9	
  
Предотвратимые осложнения
Ненужные процедуры
Неэффективность
Ошибк...
Заинтересованные стороны mHealth
#mHealthLab	
  
10	
  
Пациент
Ученый,
страховщик, и
т.п.
Врач
?
?
?
Зачем?
Что это (лека...
Концепция оказания медпомощи в mHealth*
#mHealthLab	
   *	
  По	
  данным	
  публикации	
  «mHealth:	
  From	
  Smartphone...
Бизнес-модели оператора mHealth
12	
  
Бизнес-­‐модель	
  
предоставления	
  услуг	
  
mHealth	
  
Уровень	
  
услуги	
  
...
#mHealthLab	
  
13	
  
№ Приложения mHealth Вариант реализации Получаемые выгоды
1 Контроль над хроническими
заболеваниями...
Архитектура систем mHealth (схематично)
#mHealthLab	
  
100% мобильность
В клинике или дома
IoMT-frontend
IoMT-backend
IoM...
Потоки данных в системах mHealth
#mHealthLab	
   Медработник
Пациент
WBAN M2M-сеть
mHealth
Оператор
Клиника
Облачное
решен...
Технологический стек систем mHealth (задачи)
#mHealthLab	
  
16	
  
IoMT устройства
IoMT Device
Сенсор
Первичная
обработка...
Технологический стек систем mHealth (решения)
#mHealthLab	
  
Hadrware IoT Middleware IHE
Components
Modelling and
ML Tool...
Специфика IoMT-устройств
#mHealthLab	
  
Многие	
  IoT-­‐устройства	
  генерируют	
  данные,	
  охраняемые	
  152-­‐ФЗ.	
 ...
MedCore – медицинские устройства
мониторинга здоровья для mHealth
Решаемые задачи, номенклатура и варианты использования
I...
Решаемые задачи
#mHealthLab	
  
MedCore	
  –	
  интегрированный	
  набор	
  IoMT-­‐устройств	
  и	
  комплементарного	
  
...
#mHealthLab	
  
21	
  
№ Устройство / ПО Принцип действия
Логический
уровень
1 Бесконтактный сенсор
низкочастотной БКГ
Мех...
#mHealthLab	
  
22	
  
№ Устройство Вариант использования
1 Бесконтактный сенсор
низкочастотной БКГ
•  Хронометраж сна
•  ...
Построение mHealth-системы на базе Open mHealth (схематично)
#mHealthLab	
  
23	
  
ERP
ЛИС
ETL
EHR
REST
Mobile
HL7
GATE
W...
Построение IoTM-системы на базе OpenHAB (схематично)
#mHealthLab	
  
24	
  
xPL
KNX
Add-
ons
Core
REST
Mobile
Event
Bus
WE...
25	
  
Прозоров Александр Александрович
Научный сотрудник Лаборатории специальной
медицинской техники и технологий МФТИ
На...
Nächste SlideShare
Wird geladen in …5
×

IoMT - Technological Environment of Personalized Medicine and New Era of Healthcare

983 Aufrufe

Veröffentlicht am

Internet of Medical Things - технологическая среда персональной медицины и новой эры здравоохранения, основанной на принципах сохранения здоровья и предупреждения заболеваний. Доклад на Московском суперкомпьютерном форуме, 29 октября 2015 года, Москва.

Veröffentlicht in: Gesundheitswesen

IoMT - Technological Environment of Personalized Medicine and New Era of Healthcare

  1. 1. Internet of Medical Things – технологическая среда персональной медицины Александр Прозоров, #mHealthLab Лаборатория спецмедтехники и технологий, МФТИ Высокопроизводительные комплексы для решения задач сохранения и поддержания здоровья в программах персональной медицины. МСКФ 2015, 29.10.2015 г. 1   ЦЖС МФТИ ИМБП РАН
  2. 2. Что такое персональная медицина? Первая эра - БОРЬБА С ИНФЕКЦИЯМИ, ТРАВМАМИ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯМИ Античная медицина - настоящее время •  Развитие хирургии и терапии, контроль инфекционных заболеваний (вакцинация) Вторая эра - БОРЬБА С ХРОНИЧЕСКИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ 50 гг. ХХ века - настоящее время •  Успешное лечение сердечно-сосудистых, онкологических и социально-значимых заболеваний, расширение фокуса на лечение психосоциальных и психиатрических заболеваний (ожирение, алкоголизм, наркомания, курение и пр.) Третья эра - СОХРАНЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ ЗДОРОВЬЯ Настоящее время •  Персональная (персонализированная) медицина (ПМ) – новая модель организации медпомощи, основанная на выборе диагностических, лечебных и профилактических средств, которые являются оптимальными для конкретного пациента, с учётом его генетических, физиологических, биохимических, поведенческих и других особенностей •  ПМ предполагает тесное объединение информационных технологий, науки и клинической терапии для достижения наилучших клинических или профилактических результатов •  По этому для организации ПМ необходимо тесное взаимодействие врача и пациента не только в клинике, но и в обычной жизни (по аналогии с тренером и спортсменом) 2   #mHealthLab  
  3. 3. Internet of Medical Things (IoMT) Что такое IoMT? Задачи,  логические  уровни,  протоколы   и  архитектура  телебиометрических  систем   3   ЦЖС МФТИ ИМБП РАН #mHealthLab  
  4. 4. Что такое IoMT? #mHealthLab   Internet     of  Things   Medical   Devices  IoMT   4  
  5. 5. Задачи IoMT-системы Каждый  фрагмент,  ориентированный  на  получение  и   обработку  биометрических  данных  –  локальная   телебиометрическая  система,  задачами  которой  являются:     •  Повысить  уровень,  разрешение  и  совместимость  био-­‐ квантификации     •  Применить  стандартизированные  международные   системы  измерения  биосигналов     •  Развернуть  стандартизованный  метод  шифрования  от   каждого  узла  сбора  биометрических  данных  до  облака   •  Обеспечить  конфиденциальность  и  доступность   биометрических  данных  по  требованию  из  любой  точки   #mHealthLab   На  основе  связной  технологической  инфраструктуры  операторов   беспроводной  и  проводной  связи  выстраиваются  фрагменты  глобального   Internet  of  Medical  Things  (IoMT)   5  
  6. 6. Логические уровни IoMT-системы 1.  Биологическая  мишень  находится  в  непосредственном  контакте  с   датчиком  и  подвергающаяся  измерению     2.  Датчик,  предназначен  для  получения  (съема)  биометрических  данных,   включая  поиск  и  определение  паттернов  в  снимаемых  аналоговых  и   цифровых  сигналах,  интегрированный  в  сетевую  инфраструктуру  облака   3.  Протокол  предназначен  для  предварительной  обработки  и  передачи   биометрических  данных  в  облачное  приложение.  Его  основной  задачей   является  интерпретация,  количественное  сравнение  и  анализ   биологической  и  измерительной  ценности  снимаемых  данных   4.  Облачное  приложение,  является  получателем  биометрических  данных   и  выполняет  основные  прикладные  задачи  по  их  распознаванию,   визуализации,  анализу,  сопоставлению,  выработке  рекомендаций  и  т.д.   5.  Облачное  хранилище  биометрических  данных,  предназначено  для   накопления  и  долгосрочного  хранения  данных,  обеспечивает  должный   уровень  безопасности,  доступности  и  поддержки  различных  протоколов   доступа     6   Data Hub PHR 3D БКГ ЭКГ Темп SpO2 MicПациент Мониторинг пациентов Врач Уровень 4 Уровень 1 Уровень 2 Уровень 3 Уровень 5
  7. 7. Потенциальные границы IoMT-экосистемы (схематично) #mHealthLab   Категории  телебиометрических   приложений   Потребительский  сегмент   Банкинг  +  Цифровая   подпись   СМИ  +  Соцсети   Носимые  устройства   Сохранение  энергии  +   Мониторинг   окружающей  среды   Физическая   безопасность   Гейминг  +  Камеры   (видео/фото)   Автомобили   Уклонение  от   столкновений   Распознавание   водителя   Распознавание  голоса   Медицина   (mHealth)   Мониторинг  пациентов   в  клинике       Мониторинг  пациентов   дома   Мобильный   мониторинг   показателей  здоровья   Анализы  в  домашних   или  лабораторных   условиях   Био-­‐банки   Сельское   хозяйство   Умные  фермы   Управление   животноводством   Точное  земледелие   Мониторинг   эпидемиологической   обстановки   Аэро   Дроны   Мониторинг   окружающего   пространства   Общение/развлечение   в  полете  (пилот/ пассажир)   Юридические  вопросы   Регистрация   пребывания   Регистрация   огнестрельного  оружия     Безопасность   Управление   идентификацией   Наружное  наблюдение   Контроль  физического   доступа   Мониторинг   осужденных   Мониторинг   социальных  сетей     7  
  8. 8. mHealth и инфраструктура IoMT Предпосылки, заинтересованные стороны, концепция оказания медпомощи, архитектура, потоки данных, технологический стек и особенности mHealth-систем 8   ЦЖС МФТИ ИМБП РАН #mHealthLab  
  9. 9. Экономические предпосылки mHealth #mHealthLab   9   Предотвратимые осложнения Ненужные процедуры Неэффективность Ошибки Положительный исход 30-40% потери 60-70% польза Положительный исход100% польза 2020 2015 *  По  данным  американской  компании  HealthCatalyst  на  основе  североамериканской  статистики   За  что  готов  платить  пациент*?  
  10. 10. Заинтересованные стороны mHealth #mHealthLab   10   Пациент Ученый, страховщик, и т.п. Врач ? ? ? Зачем? Что это (лекарство, манипуляция, курс лечения) дает мне? Что происходит? Как это (лекарство, манипуляция, процедура) отражается на лечении пациента? Как работает? Как это (лекарство, манипуляция, курс лечения) работает в разных условиях?
  11. 11. Концепция оказания медпомощи в mHealth* #mHealthLab   *  По  данным  публикации  «mHealth:  From  Smartphones  to  Smart  Systems»   Пациент Удобство и снижение издержек во время лечения (в клинике или дома) Поддержка решений врача Координация лечения или реабилитации Вовлечение пациентов в процесс лечения или реабилитации Управление курсом лечения (реабилитации) Управление мониторингом пациентов Профилактика и оздоровление Госпитализация, скорая или высокотехнологичная мед.помощь Персональные коммуникации Дистанционный мониторинг Диагностика Обучающие курсы и коучинг Представление интересов (перед страховыми, работодателями и т.д.) Фактическая информация о состоянии пациента Поток данных в систему PHR/EHR Устройства Инфраструктура 11  
  12. 12. Бизнес-модели оператора mHealth 12   Бизнес-­‐модель   предоставления  услуг   mHealth   Уровень   услуги   Варианты   бизнес-­‐ модели   Функциональное  описание      BRANDED      SERVICE   L7   В2С   Прямые  инфо-­‐медицинские  услуги  клиентам   L6   В2С2B   Прямые  инфо-­‐коммуникационные   услуги  мониторинга,  экспертиза  через  партнеров        BRANDED      PLATFORM   L5   В2В2С   PHR  платформа  +  свои  IoMT-­‐устройства  и  приложения.  Все   услуги  через  партнеров   L4   В2В   PHR  платформа  ("движок")  для  провайдеров  услуг      CONNECTIVITY   L3   В2В2С   "Агрегация"  услуг  различных  поставщиков  услуг  IoMT  -­‐  маркет   плейс  +  тарифы  +  биллинг   L2   В2С   Предоставление  базовых  услуг  связи  для  сервисов  мониторинга   состояния   L1   В2В   Предоставление  базовых  услуг  связи  для  медицинских   учреждений  
  13. 13. #mHealthLab   13   № Приложения mHealth Вариант реализации Получаемые выгоды 1 Контроль над хроническими заболеваниями Носимые мониторы Упреждающие манипуляции 2 Соблюдение курса лечения Напоминания и алармы посредством сообщений, email, мобильных приложений Увеличение удовлетворенности пациентов 3 Удаленный мониторинг пациента Система отслеживания (трекинга) местоположения и безопасности пациента Снижение стоимости лечения 4 Доступ к медицинской информации Электронная медицинская карта (PHR/EHR) Перемещение в дом престарелых без потерь медицинской информации 5 Взаимодействие между врачами и другим медицинским персоналом Соцсети, основанные на Web- технологиях Возросшая доля самоуправления 6 Индивидуальные программы по реабилитации и фитнесу Системы мониторинга питания, физической активности, качества жизни, основанные на Web-технологиях •  Улучшенное здоровья и процесс реабилитации •  Возросшее качество жизни •  Снижение нагрузки на родственников и медперсонал по уходу •  Улучшенное взаимодействие между врачом, пациентом, родственниками и медперсоналом по уходу Примеры приложений mHealth и их результаты
  14. 14. Архитектура систем mHealth (схематично) #mHealthLab   100% мобильность В клинике или дома IoMT-frontend IoMT-backend IoMT приложения M2M-сеть IoMT устройства App Backend BioData Storage HL7 Gateway Мониторинг пациентов Курсы лечения Управление хронич. заб. Врач Ученый Реабилита- ция и фитнес Корпорат. соцсети PHR/EHR Концентратор данных Смартфон Пациент Пациент Спутниковая сеть Сотовая сеть Проводная и беспровод- ная сеть WBAN - IEEE 802.15.6 - ZigBee / IEEE 802.15.4 - Bluetooth, Bluetooth LE - Wireless USB - Proprietary solutions (ANT, Sensium, Zarlink, Z-Wave) Access network - GSM, UMTS - LTE, LTE-A - WiMAX - WLAN - Satellite 14  
  15. 15. Потоки данных в системах mHealth #mHealthLab   Медработник Пациент WBAN M2M-сеть mHealth Оператор Клиника Облачное решение Диета и образ жизни Фитнес PHR Врач МИС / ЕГИС Мониторинг пациентов Курсы лечения Управл. хроническими заболев. Реабилитация EHR Имплантируемые мед. устройства Нательные мед. устройства Носимые мед. устройства Стационарные мед. устройства Кон- цент- ратор дан- ных 15  
  16. 16. Технологический стек систем mHealth (задачи) #mHealthLab   16   IoMT устройства IoMT Device Сенсор Первичная обработка сигнала WBAN передатчик IoMT Data Hub WBAN приемник Вторичная обработка сигнала M2M передатчик M2M-сеть WLAN/ Ethernet/ PSTN/ etc Core Networks mHealth- Оператор IoT Middleware M2M приемник Декодирование и агрегация данных Сохранение данных IoMT Platform Долгосрочное хранение данных Поиск паттернов и генерация событий Предоставление данных по запросам Клиника IHE Components Интеграция с облаком mHealth- оператора EHR Modellind and Machine Learning Modelling Platform Machine Learning Tools Analitycs Analitycs Platform Visualization Tools
  17. 17. Технологический стек систем mHealth (решения) #mHealthLab   Hadrware IoT Middleware IHE Components Modelling and ML Tools Analitycs and Visualuzation HW (inc. WBAN) Hardware platform: - Renesas - Texas Instrumets - Microchip - STM - Arduino (Amtel) - Raspberry, etc Transport wireless protocols: - IEEE 802.15.6 - ZigBee / IEEE 802.15.4 - Bluetooth, Bluetooth LE - etc Middleware and Platforms IoT Middleware: - OpenRemote - OpenHAB - iotsys, etc IoMT Platforms: - MS HealthVault - Google Health - Qualcomm Life 2net, etc M2M Protocols App. Level Protocols Encoding: - CSV, JSON, XML - BSON, Message Pack - Protocols Buffers M2M communications: - MQTT - MQTT-SN - AMQP - CoAP - HTTP Platforms Interoperability: - Mirth Connect - eTransX - HL7 Interface Engine, etc EHR: - OpenEMR - FreeMED - OpenMRS, etc Frameworks and Platforms ML Frameworks: - scikit-learn - shogun - MLlib, etc Platforms: - R + RStudio - Matlab - Spark, etc Libraries and Platforms Charting libraries: - D3.js - Chart.js - Highchart.js, etc Analitycs Platforms: - Tableau - QlikView - Omniscope, etc 17  
  18. 18. Специфика IoMT-устройств #mHealthLab   Многие  IoT-­‐устройства  генерируют  данные,  охраняемые  152-­‐ФЗ.   Однако  с  IoMT-­‐устройствами  все  обстоит  значительно  сложнее:   •  IoMT-­‐устройства  генерируют  медицинские  данные,  наиболее   чувствительные  к  компрометации   •  Взлом  и  несанкционированное  использование  IoT-­‐устройств   может  привести  к  смерти  или  проблемам  со  здоровьем  владельца     •  Интерес  злоумышленников  к  шантажу  и  вымогательству   посредством  компрометации  IoT-­‐устройств  с  большой  долей   вероятности  в  перспективе  3-­‐5  лет  приведет  к  развитому   «черному»  рынку  соответствующих  преступных  услуг  (по  аналогии   с  рынком  botnets)   •  ФСБ  необходимо  скоординировано  с  международными   институтами  стандартизации  как  можно  скорее  начать  работу  по   стандартизации  и  сертификации  надежных  механизмов  защиты   IoMT-­‐устройств,  применимых  на  территории  РФ   Nanoribbon  Heart  Implant   18  
  19. 19. MedCore – медицинские устройства мониторинга здоровья для mHealth Решаемые задачи, номенклатура и варианты использования IoMT-устройств, варианты архитектуры mHealth-систем 19   ЦЖС МФТИ ИМБП РАН #mHealthLab  
  20. 20. Решаемые задачи #mHealthLab   MedCore  –  интегрированный  набор  IoMT-­‐устройств  и  комплементарного   ПО  для  построения  комплексных  медицинских  или  телебиометрических   решений  в  следующих  областях:   •  Медицина  (лечение  хронических  больных,  мониторинг  пациентов…)   •  Реабилитация  (уход  за  новорожденными,  лежачими  больными…)   •  Спорт  и  фитнес  (треккинг  показателей,  хронометраж  тренировок…)   •  Здоровый  образ  жизни  (хронометраж  сна,  контроль  храпа…)   •  Интенсивные  производственные  процессы  (мониторинг   работоспособности  операторов,  диспетчеров,  бойцов…)   MedCore  направлен  на  комплексное  решение  задач   мониторинга  биометрических  показателей  здоровья  в   реальном  масштабе  времени  и  хронометража  состояния   человека  с  медицинской  точностью     20  
  21. 21. #mHealthLab   21   № Устройство / ПО Принцип действия Логический уровень 1 Бесконтактный сенсор низкочастотной БКГ Механические колебания фрагмента тела, находящегося над сенсором Датчик 2 Сенсор-наклейка одноканальной ЭКГ Колебания электрического потенциала, снятые с кожи в области груди и рук Датчик 3 Сенсор-наклейка широкополосный микрофон Звуковые колебания, снятые с кожи в области груди или живота Датчик 4 Сенсор-клипса SpO2 Колебания светопроницаемой способности кожи, снятые в области кистей, ступней, уха Датчик 5 Сенсор-наклейка температуры тела Температура кожи в области груди, живота Датчик 6 Сенсор-наклейка гироскоп и 3D- акселерометр   Механические колебания и положение груди, живота, спины, рук и ног   Датчик 7 Концентратор  данных Агрегация данных с датчиков и их передача в облако Протокол 8 API для смартфона (Android, IOS) Передача данных для мобильных приложений Протокол 9 API для ингеграции с облачными приложениями Передача данных для облачных приложений и хранилищ биометрических данных Протокол Линейка устройств и ПО MedCore
  22. 22. #mHealthLab   22   № Устройство Вариант использования 1 Бесконтактный сенсор низкочастотной БКГ •  Хронометраж сна •  Хронометраж постельного режима •  Регистрация апноэ •  Регистрация судорог, конвульсий •  Измерение основных биометрических показателей человека в состоянии лежа •  Измерение уровня стресса и усталости у оператора (водителя, летчика и т.п.) в состоянии сидя 2 Сенсор-наклейка одноканальной ЭКГ •  Кардиомониторинг в течение дня •  Каскадирование устройств для многоканального снятия ЭКГ, включая холтеровское мониторирование •  Измерение уровня стресса и усталости у оператора (водителя, летчика и т.п.) в подвижном состоянии 3 Сенсор-наклейка широкополосный микрофон •  Прослушивание сердцебиения плода (для беременных) •  Определение посторонних шумов во время дыхания •  Определение частоты дыхания в течение дня •  Определение силы окружающего шума 4 Сенсор-наклейка SpO2 •  Определение сатурации гемоглобина артериальной крови 5 Сенсор-наклейка температуры тела •  Определение температуры тела 6 Сенсор-наклейка гироскоп и 3D-акселерометр   •  Определение положения тела •  Определение движения тела •  Каскадирование устройств для снятия 3D БКГ 7-9 Концентратор  данных, API •  Сбор биоданных с сенсоров, передача данных в IoT-Middleware или mHealth-облако •  Вычисления, связанные с предварительной обработкой «сырых» биоданных Варианты использования устройств и ПО MedCore
  23. 23. Построение mHealth-системы на базе Open mHealth (схематично) #mHealthLab   23   ERP ЛИС ETL EHR REST Mobile HL7 GATE WEB МИС 3D Data Hub БКГ ЭКГ Темп IoMT устройства M2M-сеть Клиника SpO2 ИТ-системы Клиники Компоненты Open mHealth Компоненты MedCore Устройства используются в больничной палате или домашних условиях
  24. 24. Построение IoTM-системы на базе OpenHAB (схематично) #mHealthLab   24   xPL KNX Add- ons Core REST Mobile Event Bus WEB VSCP 3D Data Hub БКГ ЭКГ Темп IoMT устройства M2M-сеть Облако OpenHAB SpO2 Компоненты OpenHAB для интеграции со Smart- устройствами (локально в доме)Компоненты MedCore Микро фон Смарт фон Persis tence Event Bus Интерфейсы OpenHAB RS- 232 Компоненты OpenHAB в публичном облаке Устройства используются в спальной комнате Устройства используются во время занятий спортом
  25. 25. 25   Прозоров Александр Александрович Научный сотрудник Лаборатории специальной медицинской техники и технологий МФТИ Научный сотрудник Инновационного центра космической медицины ИМБП РАН Генеральный директор МИП «Мобайл Хелс Лаб» Email: ap@mhealthlab.ru Mobi: +7 916 9989619 Есть вопросы? Задавайте! #mHealthLab  

×