UUmed – Drahtloser Medizinischer Open-Source-Sensorknoten

Heutige Sensorsysteme, die im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen, haben zwei große Nachteile: Zum einen basieren sie teilweise auf veralteter Technik, zum anderen sind sie sehr teuer in Betrieb und Anschaffung. Beides hängt mit den teilweise sehr aufwändigen (und nötigen) Zertifizierungen zusammen, die solche Geräte letztendlich zu „Medizingeräten“ im Sinne des Medizinproduktgesetzes machen. Beides ist im Hinblick auf die Herausforderungen und Möglichkeiten in der Forschung als große Einschränkung zu sehen.

Hintergrund
Es ist kein Geheimnis, dass die westliche Gesellschaft immer älter wird. Gerade in Europa und besonders in Deutschland schlägt sich das nachdrücklich in der Anzahl der Menschen, die im Alter alleine wohnen, nieder. Es gibt zahlreiche Forschungsprojekte, wie z.B. das Projekt „Gestaltung Altersgerechter Lebenswelten“ (GAL - www.altersgerechte-lebenswelten.de ), die sich der alternden Gesellschaft annehmen und nach Lösungen bzw. nach sinnvollen Erleichterungen im Alltag suchen. Voraussetzung für eine vernünftige Forschung ist immer das Vorhandensein einer guten Datenbasis.

Im Rahmen dieses GAL- Forschungsprojekts sollen im weiteren Verlauf eine größere Anzahl von (selbstverständlich freiwilligen) Probanden mit Aktivitätssensoren ausgestattet und Mobilitätsdaten von diesen Probanden erfasst werden. (Im weiteren Projektverlauf soll daraus dann z.B. das Sturzrisiko einer Person genauer bestimmt werden können). Während es weder an der Motivation der Forscher noch an der Bereitschaft der Probanden mangelt, stellt die Verfügbarkeit günstiger einsetzbarer Sensorsysteme eine relativ große (finanzielle) Hürde dar, da für jeden Probanden ein 4-stelliger Eurobetrag in die Sensorik investiert werden müsste. Dieses Problem wollen wir durch die Schaffung einer offenen Plattform grundsätzlich lösen: Der Einsatz eines Open-Source Sensorknotens könnte hier also deutlich bessere Forschungsarbeiten und dadurch letztlich für die Gesellschaft sehr relevante Forschungsergebnisse ermöglichen.

Technische Ausstattung
Der neue Sensorknoten wird den Namen UUmed tragen (englisch ausgesprochen ungefähr „you-you-med“ für Ubiquitous & Universal) und wird technisch auf dem drahtlosen Sensorknoten INGA (www.ibr.cs.tu-bs.de/projects/inga) basieren. Dieser wurde zur Aktivitätsbestimmung von Menschen entwickelt, kann aber auch sehr einfach für andere Studien und Projekte angepasst werden. In seiner Grundausstattung verfügt er über einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop (jeweils 3 Achsen) und einen Luftdrucksensor zur Bewegungserkennung. Dieselbe Konfiguration kann aber beispielsweise auch zur Steuerung von Quadrocoptern eingesetzt werden oder das Verhalten von Tieren in der Wildnis aufzeichnen.
INGA verfügt über eine USB-Schnittstelle zum Programmieren, Laden des Akkus und Übertragen der Daten. Zum Speichern sind 16 Mbit Flash und eine Halterung für eine SD-Karte vorhanden.
UUmed wird zusätzlich noch um einen Kompass (Magnetometer) erweitert.

Die Rechenleistung des verwendeten 8-Bit-Microcontrollers ist nicht mit der heutiger PCs zu vergleichen, dafür ist er aber sehr stromsparend, was besonders für Langzeituntersuchungen sinnvoll ist. Über ein standardkonformes Funkinterface (IEEE 802.15.4) kann der Sensorknoten mit der Außenwelt kommunizieren und so drahtlose Netzwerke aufspannen.
Die genauen technischen Daten stehen auf den Projektwebseiten - www.ibr.cs.tu-bs.de/projects/inga

Kurz und knapp
INGA kann über verschiedene Sensoren Daten aufnehmen, diese Daten verarbeiten, speichern und versenden. Der erweiterte medizinische Sensorknoten UUmed wird etwas mehr können, aber weiterhin kompatibel zu etablierten Funkprotokollen und vorhandenen Anwendungen sein.

Unterstützung und Dankeschöns
Eines vorneweg: Wir freuen uns über jede Art von (finanzieller und ideeller) Unterstützung!
Da wir interessierten Menschen über diese Plattform auch gleichzeitig die Möglichkeit geben wollen, die Projektergebnisse zu erwerben, kann man die Dankeschöns grob in zwei Kategorien einteilen:
1. Anerkennung und Dank
Wer einfach nur etwas geben möchte, kann das gerne in beliebiger Höhe tun – ab 10 Euro erwähnen wir gerne den Namen auf den Projektwebseiten. Auch ein entsprechendes Zertifikat können wir mit eher geringem finanziellen Aufwand erstellen - es wird trotzdem hübsch, versprochen!
2. Hardware
Wer die Projektergebnisse selber in der Hand halten, ausprobieren und evtl. sogar gleich damit arbeiten möchte, kann gerne ein (oder mehrere) Dankeschön(s) bestellen, die UUmed dann auch gleich enthalten. Auf der einen Seite finden wir das praktisch, auf der anderen Seite, schmälert das aber unseren „Gewinn“, da wir einen Teil des dafür zusammengekommenen Geldes dann auch in die Produktion stecken müssen. Will sagen: Wer weiß, dass er mit der Hardware nichts anfangen kann (oder will), unterstützt uns besser in der ersten Kategorie – davon haben wir dann netto mehr. (Das teuerste Dankeschön stellt hiervon eine Ausnahme dar: da gibt es verhältnismäßig wenig Hardware dazu.)

Das primäre Ziel des Projekts ist es, INGA zu einem Medizinprodukt weiterzuentwickeln und zu zertifizieren – dafür brauchen wir die angepeilte Finanzierung.
Nebenbei wollen und werden wir die vorhandene Plattform natürlich auch verbessern und ausbauen, insofern werden wir einen Teil unserer Anstrengungen auch in diese Richtung lenken.
Zum Schluss wollen wir dann UUmed fertigen und als „Dankeschöns“ an die entsprechenden Unterstützer verteilen.

Zielgruppen:
- Menschen, die der Meinung sind, dass man Forschungsgelder besser in größere Versuchsgruppen und umfangreichere Experimente als in veraltete Hardware steckt, sind herzlich eingeladen, uns zu unterstützen.
- Menschen, die sich professionell mit körpernaher Sensorik und/oder drahtlosen Sensornetzen beschäftigen (wollen), können INGA/UUmed als „Dankeschön“ erwerben und haben so die Möglichkeit, die ersten zu sein, die UUmed zu besonders günstigen Konditionen nutzen.
- Alle anderen, die vielleicht einfach nur gut finden, dass wir alles was wir machen auch quelloffen (OpenSource) zur Verfügung stellen, oder die wie wir die Welt einfach ein kleines bisschen besser und gerechter machen wollen.

Auf diese Frage gibt es viele Antworten:
Gesellschaftlicher / Ökonomischer Ansatz: Zukünftige Forschungsprojekte können dann auf günstige und aktuelle Sensorsysteme zurückgreifen: So können mit Forschungsgeldern sinnvollere Dinge getan werden, als überteuerte und veraltete Hardware zu kaufen.
Praktischer Ansatz: Wer ohnehin in Bereichen der „Körpernahen Sensorsysteme“ oder der „drahtlosen Sensornetze“ unterwegs, bzw. zu Hause ist, hat hier die ein- bzw. erstmalige Möglichkeit, die neuen und günstigen Systeme als Dankeschön zu erhalten. Das gilt natürlich auch für Neulinge in diesem Bereich, oder Menschen, die damit was ganz anderes machen wollen…
Altruistischer Ansatz: Wir freuen uns dann riesig!

1.) Zuerst werden Schema und Layout des INGA-Sensorknotens überarbeitet und weiterentwickelt, um UUmed dann entsprechend leistungsfähig und vor allem fehlerfrei zu gestalten. Dabei werden auch die Kriterien, die ein Medizinprodukt erfüllen muss, entsprechend berücksichtigt und die passende Klasse bestimmt (wahrscheinlich Im oder IIa). Dieser Punkt wird zwar größtenteils in Eigenarbeit durchgeführt, aber ein bis zwei Prototypen kosten auch Geld.
2.) Für eine Zertifizierung als Medizinprodukt bedarf es einer sogenannten benannten Stelle, die dann die eigentliche Zertifizierung durchführt. Leider machen diese Stellen das nicht umsonst.
3.) Nach erfolgreicher Zertifizierung geht es dann an die Produktion der ersten Charge für die "Dankeschöns", sprich wir werden die Sensorkonten produzieren - die ersten Exemplare gehen natürlich an die Supporter!

Die ursprüngliche INGA wurde am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund (www.ibr.cs.tu-bs.de) der Technischen Universität Braunschweig (www.tu-braunschweig.de) im Rahmen einer Projektarbeit entwickelt und wurde seitdem kontinuierlich durch zahlreiche studentische Arbeiten und viel Engagement der Mitarbeiter weiterentwickelt. Der "harte Kern" besteht aus Felix Büsching, Ulf Kulau, Wolf-Bastian Pöttner und Lars Wolf - allesamt Wissenschaftliche Mitarbeiter (OK, Lars ist Professor) an der TU Braunschweig.