Konzeption und Entwicklung einer Telepräsenz-Middleware

Type: Bachelorarbeit
Status: Beendet Oktober 2018
Beginn: Januar 2018
Student: Nils Ihnken
Tutor: Raphael Allner
Supervisor: Prof. Dr. rer. nat. Stefan Fischer

Forschungsgebiet

Die zunehmende Digitalisierung und neue Behandlungsmethoden im medizinischen Kontext stellt verschiedene Anwendungsgruppen, wie Ärzte oder Pflegepersonal vor zunehmend komplexere Tätigkeiten. Durch den demografischen Wandel und die Urbanisierung steht die Medizin vor dem Problem eine flächendeckende medizinische Versorgung, insbesondere durch Fachärzten, zu gewährleisten. Die Telemedizin, wo mittels Telekommunikation Diagnosen, Behandlungen oder Vorbeugung geleistet werden könnte, kann in diesem Zusammenhang eine Lösung des Problems darstellen.

Thema der Arbeit/Aufgabenstellung

Ärzte müssen sich, um eine Diagnose auf Grundlage von medizinischen Untersuchungen stellen zu können, physisch am gleichen Ort befinden wie der Patient. Beispielsweise für das Abhören eines Patienten muss der Mediziner ein Stethoskop anlegen und stellt dann mittels der akustischen Resonanz eine Diagnose. Die Entkoppelung der physischen Anwesenheit beider Parteien an einem Ort, ohne dabei Einschränkungen im Prozessablauf zu schaffen, ist das Ziel dieser Bachelorarbeit.

In dieser Bachelorarbeit wird daher untersucht welche Anforderungen Mediziner an den Prozess des Abhörens haben, um diesen möglichst getreu abbilden zu können. Dazu sollen Mediziner involviert werden, um so den Prozess in Detail zu analysieren.

Technisch soll einerseits untersucht werden, ob mittels eines VR Eingabegerätes wie dem HTC Vive ein Roboterarm so gesteuert werden kann, dass dieser in der Lage ist ein Stethoskop auf einem Körper anzubringen. Andererseits, ob vom Stethoskop Diagnosedaten an den steuernden Mediziner zurückgegeben werden können. Als mögliche Realisierung Methoden werden Server oder Cloudbasierte Lösungen hinsichtlich verschiedener Anforderungen analysiert und bewertet. Ebenso wird neben der Kommunikation auch die Kommunikationssicherheit betrachtet.

Kurzfassung

In dieser Arbeit wurde eine Telepräsenz Middleware konzipiert und entwickelt. Die Motivation ist, Medizinern zu ermöglichen, aus der Ferne über das Internet Patienten behandeln und Diagnosen stellen zu können. In der Analyse der Aktoren wurde herausgearbeitet, dass bereits 70% der Diagnosen nach dem Arzt-Patienten-Gespräch vor der Untersuchung gestellt werden können. Zudem ist für die Behandlung das Vertrauensverhältnis zwischen Arzt und Patient essenziell. Des Weiteren muss das Patientengeheimnis gewahrt werden. Für die Konzeption der Middleware bedeutet es, dass nicht nur eine Übertragung eines Untersuchungsinstruments ermöglicht wird, sondern auch die Übertragung von Bild und Sprache. Daher muss die Übertragung je nach Typ verlässlich oder echtzeitfähig sein. Zudem werden die Anforderung der Kosteneffizienz und Sicherheit der Daten an die Middleware gestellt. Das Konzept umfasst die Verwendung des Data Distribution Services (DDS) als Middleware in Kombination mit einem Virtual Private Network (VPN). Das Untersuchungsinstrument wird durch ein elektronisches Stethoskop realisiert, welches via Bluetooth ein Audiosignal an eine in OpenDDS realisierte Middleware weiterleitet. Für die Sicherung des Patientengeheimnisses werden die Teilnehmer der Middleware durch OpenVPN mit TLSv1.2, das die Cipher Suite ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384 mit 2048 Bit RSA verwendet, geschützt.

Die Audiosignale werden durch das Stethoskop aufgenommen und mittels des StethAssist Programms über eine TCP localhost Übertragung an die Inputpipeline weitergeleitet. Die Audiodaten werden dort aufbereitet und über einen OpenDDS-Publisher innerhalb eines VPN an einen im zweiten System laufenden Subscriber gesendet. Dort wird über eine Outputpipeline der Audiostrom ausgegeben.