萬芳醫院建構 sensor network 的規劃 短中長期目標規劃

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萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃. 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短期目標規劃. 使用者登入. 醫生 帳號密碼輸入. 護士 帳號密碼輸入. 個人使用紀錄. 首頁 - 病患名單. RFID tag. 病人基本資料. 高風險值報告. 檢驗報告. 放射報告. 用藥. 生化報告. 線上藥典. 血液報告. 鏡檢報告. 血清免疫報告. 應用無線技術於生理檢驗模組範例 ( 短期目標 ). * 書寫錯誤. * 輸入錯誤. 1. 量測生理資料. 2. 記錄生理資料於紙本上. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃

短中長期目標規劃

短期目標

•行動化及完整化醫療資訊系統 •應用 RFID 提高病人安全•應用無線網路加速醫療資料的傳遞•應用行動裝置提升醫院機動性

中期目標

•整合跨功能的系統及作業流程•規劃智慧型無線照護環境 •規劃系統平台之通訊與資料格式標準•規劃行動醫療照護環境

長期目標

•建立智慧型行動醫療照護環境•將系統應用擴展至居家照護甚至隨身照護

Page 2: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

使用者登入

醫生帳號密碼輸入

護士帳號密碼輸入

首頁 - 病患名單

病人基本資料

高風險值報告 檢驗報告 放射報告

血液報告

鏡檢報告

生化報告

血清免疫報告

用藥

線上藥典

RFID tag

個人使用紀錄

萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃

短期目標規劃

Page 3: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

應用無線技術於生理檢驗模組範例( 短期目標 )

1. 量測生理資料 2. 記錄生理資料於紙本上 3. 至護理站輸入生理資料

* 書寫錯誤 * 輸入錯誤

2. 確認生理資料1. 量測生理資料

預估作業所需時間 : 10 min

預估作業所需時間 : 1 min

應用地點 : 院內

應用地點 : 院內、居家、救護車

Page 4: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

整合性的跨功能系統設計範例 流程 : 開藥 ( 醫生 ) 包藥 ( 藥劑師 ) 給藥 ( 護士 )

1.醫生開立醫囑

write

3.護理查詢用藥

Read

2.藥局包藥

Read/write

4.護理給藥並記錄

write

藥局送藥

1. 醫生開立醫囑2. 系統依用藥頻率及用藥期間展開用藥明細檔3. 藥局根據包藥及送藥4. 護士查詢安排照護行程5. 護士根據時給藥及記錄

* 應用 RFID 提高病人用藥安全

病人病歷 + 用藥明細 為具生醫研究價值之資料庫

* RFID

* RFID

Page 5: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

The System Architecture

Physician requests information using a PDA.The request is transmitted to Web Server

Patient Safety Portal/Web Service Server

The Patient Web Portal sends a request/response message to retrieve the “Patient Safety Data”

Lab Med Ris HRR BasicData

XML

Patient Safety Data is transmitted to requestor and formatted to “XML”

Patient Safety Portal sends a request/responseto retrieve “HIS” data

IDS

Page 6: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

System Deployment in the Ward Area

Admission, Registry & Identity Verification

Room 1

Room N

Discharge

Hospital Information Center

Web Service ServerClinical Decision Engine

Identity Verification (With Bedside Card)

Dept. Of Radiology Injection Room

Identity Verification(with Medical Order, Application Form and HR

Endoscopy Room

Page 7: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Complains from personnel • Wi-Fi remote transmission delay Data pre-load might run out of the limited memory

of handheld Data loaded by reading RFID pasted to different

regions might not work when emergent condition Data pre-load by the indoor positioning is one way

to go (Context-awareness) • Handheld device management When? Who? Where? Which?

Some Problems in the Ward Area

Page 8: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

ClinicalDecisionEngine

RFID Mobile Assistance

RFID Control

Front-end MedicalAssistance

Wi-Fi SignalCollector

Web Services Platform

Patient

Report

Medication

Location-aware

MedicalDataBase

RadioMap&FeatureDataBase

RFID

Handheld RFID Medical Assistant System with Location-based Service

Wi-Fi

HRR

Local Data Collector

Position Engine

Page 9: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Location-aware Data Access and Location-aware Mobile Database

Personnel Handheld Location-aware Service

Radio Map and Feature Database

Collect WiFi Signal Samples

Position Engine

send(Samples) Analyze

Samplesrequest(Sample Feature)

Search and Match

response(Candidates)Rank

request(Local Data)

send(Samples)

Local Data Collector

Medical Database

return(Position)Position Change?

send(New Position) request(New Position)

response(New Local Data)return(New Local Data)

Package Up Local Data

update(Packaged Local Data)

show(Local Data)

Page 10: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Real-time Status Management for Mobile Devices

Personnel Handheld Location-aware Service

Radio Map and Feature Database

Collect WiFi Signal Samples

Position Engine

send(Samples)

Analyze Samples

request(Signal Feature)

Search and Match

response(Candidates)Rank Candidates

update(Device Status)

Check Device Status

RequestDevice Status

send(Samples)

request()

response(Device Status)

return(Device Status)Show Device

Status

Page 11: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Phase 2 : Feature ExtractingPhase 3 : Position Algo. DesigningPhase 4 : On-line Positioning

PositionAlgorithm

802.11 Base Indoor Position System

RadioMap

DataBase

RadioMap

DataBase

Signals for Radio Map

Estimated Location

AP FeatureDataBase

FeatureDataBase

RadioMap

DataBase

RadioMap

DataBase

Query and Response

Signal for Positioning

Phase 1 : Radio Map Calibration

Page 12: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Received Signal Strength Indicator (RSSI) and MAC address would be recorded

Ref. point density and sampling time should be decided first by system requirements

Meter-level position systems usually have square-meter-level ref. point density

Divides the radio map into individual regions by layout

802.11 Base Indoor Position System

Phase 1 : Radio Map Calibration (1/2)

RSSI2 MAC2 RSSI1 MAC1

AP2

AP1

Ref. Point

Page 13: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

802.11 Base Indoor Position System

Phase 1 : Directional Effect (2/2)

D

U

EW

S

N

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

下 上 北 西 東 南

方向

基地台數量

基地台數量

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0下 上 北 西 東 南

方向

(dbm)訊號強度

(dbm)訊號強度

Page 14: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

802.11 Base Indoor Position System

Phase 2 : Feature 1 - Received APs (1/2)

U

W

S

N

D

EMAC1,MAC2,…MACw

MAC1,MAC2,…MACu

MAC1,MAC2,…MACs

w

u

s

Num. of APs List of APs

AP Matching Table

Page 15: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

802.11 Base Indoor Position System

Phase 2 : Feature 2 – Distribution (2/2)

It’s difficult to evaluate what kind of the bell-shaped distribution is

We can characterize the RSSI of an AP by sample mean μ and stand deviation σ

U

W

S

N

D

E

MAC1 μ 1 σ 1

MAC2 μ 2 σ 2

MAC3 μ 3 σ 3

MAC4 μ 4 σ 4

Page 17: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Filter out the newly adding AP by building a AP table to prevent empty S Ignore the rushing AP which is collected on positioning with detecting probabilities lower than a threshold

802.11 Base Indoor Position System

Phase 3 : Position Algorithm - AP filter (2/6)

Page 18: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

In order to choose one of the candidate member in S from step one, we need to give each of them a score

Choose the point with best-matched score as the result

To score the member of S instead of all ref. points in the radio map

Find the way to measure the error of strength of each candidate member

802.11 Base Indoor Position System

Phase 3 : Position Algorithm – Scoring (3/6)

Page 19: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Avgk : Avg. power of APk on positioning μk : Avg. power of APk in the radio map R : total number of detected APs Si : (Region, Ref. ID, Direction), member of S

IIdeal 1 :

Ignore standard deviation Larger variance means that the sample value shifts

significantly One way to compare two random variables is to

standardize them

802.11 Base Indoor Position System

Phase 3 : Scoring Methods – Scoring (4/6)

R

kkki AvgSError

1

)(

Page 20: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

σk : the s.t.d. of signal strength of APk in the radio map

Ideal 2 :

How do we value each AP? - Amplify the error(>1) of avg. power of each AP - Lessen the error(>1) of avg. power of each AP

Ideal 3 :

802.11 Base Indoor Position System

R

k k

kkkki

AvgAvgSError

1

)(

R

k k

kki

AvgSError

1

)(

Phase 3 : Scoring Methods – Scoring (5/6)

Page 21: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Similarly, How do we value the candidate member, Si ?

A : set of detected APs on positioning

ASi : set of collected APs on Si in the radio map

A is contained in ASi by the definition of Si

AP matching degree :

Final Scoring Formula :

iSA

A

802.11 Base Indoor Position System

iS

i

AA

SWeight1

)(

R

k k

kkkk

S

ii

AvgAvg

AA

SErrorSScore

i

1

1)()(

Phase 3 : Scoring Methods – Scoring (6/6)

Page 22: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

802.11 Base Indoor Position System

Position System Block Diagram

AP Filter

AP Matching

Scoring

Estimating

Method 1 Method 2 Method n

Candidate Set S

Result

Power Signatures of {AP1,…APR}

Connection

Web Service Position Platform

FeatureDataBase

FeatureDataBase

Radio MapDataBase

Radio MapDataBase

Page 23: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Experiments and Evaluations

• 實驗地點– 台大資訊系五樓東側 – 在既有的無線基地台

中,選擇其中三個測試

Page 24: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Parameters and Scoring Functions

• 1 reference point / 9 m2

• 100 samples per direction in each reference point in constructing the radio map

• 4 scoring functions in the experiments

Page 25: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

位置誤差的實驗 (1/2)

誤差累積分佈

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

( )誤差 公尺

(1)公式(2)公式(3)公式(4)公式

Page 26: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

位置誤差的實驗 (2/2)

• 定位誤差(單位:公尺)• 3 公尺內可達 90% 可信度, 6 公尺內可達 95% 的可信度• 在同樣的條件與環境下, Ekahau 系統的定位平均誤差為 2.67

公尺

Method Average Max Standarddeviation

1 3.91 12.37 2.92

2 3.45 12.37 2.86

3 2.79 12.37 2.47

4 2.07 6 1.75

Method Error 3m≦ Error 6m≦

1 59% 73%

2 67% 80%

3 75% 88%

4 92% 95%

Page 27: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

區域辨識率的實驗

Method Region Point Direction

1 0.71 0.19 0.02

2 0.76 0.24 0.02

3 0.8 0.31 0.06

4 0.87 0.37 0.05

Page 28: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

位置感知服務的效能提升

Method Avg. Time

Location-aware 0.81

Traditional 2.23

Page 29: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

結論與討論

“ Valley of Death”

Research & Invention

Innovation: new businessViableViable

BusinessBusiness

The Darwinian SeaBasic Basic

ResearchResearch

InventionInvention Innovation&

New Business

市場考驗市場考驗

創新創業價值鏈斷層創新創業價值鏈斷層• 有沒有更簡單有效的室內定位方法?

– 學界:藉由研發更好的設備,更好的演算法,更好的 Scoring Function 等策略,來改善室內定位效能

• 各位同學可以繼續研究– 業界:利用既有成熟的技術,改善作業流程與程序,來改善室內定位效能

• 僅利用 Passive RFID 就可以達到非常接近 100% 區域定位能力的方法• 研發太空船上的原子筆

– 用鉛筆

Page 30: 萬芳醫院建構 Sensor Network 的規劃 短中長期目標規劃

Q & A & D