Dit artikel behandelt het ontstaan en de ontwikkeling van de IoT infrastructuur (Internet of Things) in het UMC Utrecht. De eerste toepassing die gebruik maakt van deze nieuwe infrastructuur is de Medische Hulpmiddelen Service. Deze service levert schone en onderhouden medische hulpmiddelen aan de zorgafdelingen. Om deze nieuwe dienstverlening goed te organiseren is het kunnen lokaliseren van de medische hulpmiddelen een belangrijke randvoorwaarde.
De wens om medische hulpmiddelen te kunnen lokaliseren leeft al vele jaren binnen het UMC Utrecht. In 2018 is een vooronderzoek gestart naar de brede toepassing van lokalisatie over de hele campus. Een belangrijk zichtbaar onderdeel van dit vooronderzoek was het “experience center”, waar een multidisciplinair team van professionals uit de interne organisatie samen met de industrie de toepassing van lokalisatietechnologie vorm hebben gegeven op basis van co-creatie. Met de opgedane kennis en ervaring is vervolgens een succesvolle pilot implementatie gedaan op twee klinische afdelingen dat heeft geleid tot een definitief programma van eisen om en uitvraag in de markt te kunnen doen en zijn enkele toegepaste producten doorontwikkeld.
In de uitvraag hebben we de ontwikkelde architectuur centraal gesteld, om o.a. transparantie van de biedingen te verbeteren en de gewenste schaalbaarheid te borgen.
Op dit moment wordt de infrastructuur over 35 afdelingen in het ziekenhuis uitgerold, waaronder de Intensive Care, operatiecomplexen en spoedeisende hulp.
Medische hulpmiddelen service als eerste toepassing
Met de introductie van een medische hulpmiddelen service heeft het facilitair bedrijf een aantal taken overgenomen van de zorgafdelingen. De doelstellingen hierbij zijn:
- Veilig inzetbare medische hulpmiddelen (schoon en onderhouden)
- Voorkomen van onnodige, dubbele risicovolle zorghandelingen
- Zorgprofessional zorg laten verlenen
- Efficiënter inzetten van medische hulpmiddelen
- Wendbare organisatie
De volgende uitgangspunten zijn voorwaardelijk om de uitwisselbaarheid over de afdelingen mogelijk te maken en een optimale service te bieden:
- Standaardisatie
- Centraal eigenaarschap
- Lokalisatie
- Ketenverantwoordelijkheid
- Correcte systeeminformatie
- Stuurinformatie en Taak & object management
De medische hulpmiddelen service neemt voor generieke medische hulpmiddelen welke divisie overstijgend worden gebruikt, zoals infuuspompen, het totale proces van aanschaf tot afvoer over.
Om de service te optimaliseren worden lokalisatietechnieken in gebruik genomen, waarbij we dit artikel verder toespitsen op de totstandkoming hiervan.
Multidisciplinaire benadering
Vanaf het begin is er zoveel mogelijk met multidisciplinaire werkgroepen gewerkt (IT, zorg, facilitair, medische technologie) om samen de zorg te verbeteren. De verschillende usecases en serviceconcepten hebben we samen vormgegeven en hierdoor konden we snel schakelen bij praktische knelpunten. Directe feedback uit de zorg helpt enorm om de problemen goed inzichtelijk te maken en samen naar een oplossing te werken. Door deze multidisciplinaire benadering waren ook de beherende partijen in een vroeg stadium betrokken, wat een voordeel was bij de overgang van project naar lijnorganisatie.
Wat maakt de invoering van een lokalisatiesysteem zo ingewikkeld?
Contact met andere ziekenhuizen geeft aan dat iedereen wel op een bepaalde manier met lokalisatie van medische hulpmiddelen bezig is, maar dat het lastig is om te realiseren. Dit heeft te maken met de volgende uitdagingen:
- Kosten
- Multidisciplinaire technologie-keten
- Markt die volop in ontwikkeling is
- Diverse oplossingsmogelijkheden (weinig standaardisatie)
- Grootschalig dekkingsgebied nodig voor realisatie baten
- Leercurve nieuwe technieken
- Afdeling overstijgende toepassingen
De kosten voor een IoT infrastructuur worden bepaald door licenties voor software, de benodigde randapparatuur (antennes) inclusief installatie en de gewenste nauwkeurigheid en het oppervlak.
Prioriteit, functionaliteit en kosten moeten vaak verdeeld worden over een groot aantal betrokkenen. Dit maakt het besluitvormingsproces complex. Het ontbreken van open standaarden en modellen in de ontwikkelende IoT markt geeft een extra dimensie aan deze complexiteit.
Het UMC Utrecht heeft ervoor gekozen om de verschillende oplossingen te vergelijken op basis van het onderstaande 5 lagen model waarbij het uitgangspunt is dat de lagen met meerdere leveranciers en technieken ingevuld kunnen worden.
Hoe hebben wij het aangepakt?
Bij de totstandkoming van de IoT infrastructuur heeft het UMC Utrecht 5 fases doorlopen.
- Deskresearch
- Experience center
- Pilot verpleegafdelingen
- Verwerving
- Implementatie
Vooral in fase 2 en 3 is onderzocht en getoetst of en welke functionaliteit nodig is om de huidige en toekomstige wensen van de zorgprofessionals, facilitaire medewerkers en technici te kunnen realiseren, passend binnen de scope van het project. Het resultaat is dat de gerealisereerde IoT infrastructuur en de medische hulpmiddelen service goed op elkaar aansluiten, maar dat de infrastructuur ook schaalbaar en breder inzetbaar is voor andere toepassingen.
Doordat de mogelijkheid zich voor deed om een tijdelijk leegstaande afdeling te gebruiken, kon een experience center worden ingericht. Samen met verschillende levernaciers is vanuit een praktische invulling onderzocht wat mogelijk was. dit bleek voor iedereen zeer leerzaam. Door de toepassing te laten zien, konden we veel stakeholders meenemen in de ontwikkelde visie en het veranderproces.
Enkele belangrijke leerpunten waren:
- Samen met industrie en zorg ontdekken wat er kan
- Verschillen in schaalbaarheid (kosten/aantal componenten) van de verschillende technieken
- Niet iedere techniek/uitvoeringsvorm is direct geschikt voor toepassing in een ziekenhuisomgeving
- Grote verschillen in de benodigde IT infrastructuur bij de verschillende aanbieders
- Samenwerking enthousiasmeert en creeert nieuwe mogelijkheden,ook bij de leveranciers
- We konden de zorg de mogelijkheden laten zien, waar ze blij van werden
Direct in aansluiting op het experience centre is de opgedane kennis en ervaring omgezet in een pilot installatie op twee klinische afdelingen (verpleegafdeling Interne Geneeskunde en Geriatrie en verpleegafdeling Gynaecologie).
De pilotomgeving is opgezet op basis van een Wirepas Mesh netwerk gebaseerd op door Fujitsu geleverde sensoren en netwerkcomponenten. De data is door het UMC Utrecht zelf gevisualiseerd.
Tijdens deze pilot op de afdelingen kregen we zelf inzicht in de praktische aspecten van het lokalisatieproces van medische hulpmiddelen vanuit het perspectief van zorg, logistiek en onderhoud. Daarnaast bleek het plaatsen van de tags op de medische hulpmiddelen veel aandacht te vragen doordat alle medische hulpmiddelen verschillen ten aanzien van maatvoering, gebruik, schoonmaak en opslag.
Tenslotte is vanuit deze pilot veel geleerd over de toekomstvastheid van het netwerk. In de samenwerking met Ingy zijn ook testen uitgevoerd met slimme verlichting en “over the air”-update. Daarnaast zijn ook alternatieve voedingsbronnen voor sensoren zoals zwakstroom, POE, en energy harvesting onderzocht.
Hoe te kiezen?
Er is een grote verscheidenheid aan technieken en producten voor lokalisatie te vinden op de markt. Het was niet eenvoudig om hieruit een keuze te maken. Voor een enkelvoudige toepassing zijn de baten van dit soort systemen erg lastig te kwantificeren. De baten zijn bijvoorbeeld afhankelijk van wat je probeert te volgen, de omvang en ruimtelijke indeling van een afdeling of gebouw. Dit kan per object, afdeling of gebouw verschillend zijn.
Belangrijke parameters zijn:
- Minimale en de maximale nauwkeurigheid
- Dekkingsgebied en de schaalbaarheid hiervan vs. kosten
- Functionaliteit & volwassenheid van de oplossing
- Mogelijkheden om flexibele voedingsbronnen te gebruiken (batterijen/netvoeding)
- Totale kosten per gevolgd item
- Installatiekosten
- Mate van openheid/uitbreidbaarheid/herbruikbaarheid
- Levensduur batterijen
- Aantal configuratie handelingen per item
Een gedeelte van aangeboden oplossingen bestonden uit een combinatie van zowel hardware als software. Om een goed vergelijk te maken is in de uitvraag de doel-architectuur leidend gemaakt. Op deze manier was het beter mogelijk om de verschillende oplossingen of de combinaties daarvan met elkaar te vergelijken en te beoordelen op functionaliteit, kosten en uitbreidbaarheid.
Planvorming op basis van architectuur
Door de infrastructuur zodanig in te richten dat je gebruik kunt maken van meerdere technologieën voorkom je dubbele investeringen en exploitatiekosten. Sommige toepassingen zijn erg lokaal en een eigen netwerk hiervoor realiseren is te kostbaar.
We zijn tot een invulling gekomen die in de toekomst ingezet kan worden voor meerdere toepassingsgebieden naast het traceren van medische hulpmiddelen, zoals het bewaken van temperaturen/drukken of andere sensortoepassingen en het volgen van personen en processtromen.
Het resultaat is een dusdanige invulling van het architectuurmodel:
- Laag 4 en 5: Columna Flow Suite Systematic als IoT en applicatie platform
- Laag 1/2/3: Wirepas communicatie technologie
- Laag 2: Fujitsu netwerkcomponenten
- Laag 1: Eigen ontwikkelde sensoren voor de infuuspompen en meerdere leveranciers (ecosysteem) voor overige sensoren
Wirepas massive
De Wirepas Massive technologie biedt veel voordelen voor grootschalige IoT-toepassingen. Iedere sensor of tag in het netwerk kan ook worden gelokaliseerd mits er voldoende anchorpoints (referentiepunten) in het gebouw aanwezig zijn. De belangrijkste voordelen van deze technologie zijn de dekking, dichtheid en schaalbaarheid.
De Wirepas software werkt op goedkope radio hardware en minimaliseert zowel de investerings- als de operationele kosten omdat de sensoren zelf het netwerk vormen is er geen extra infrastructuur nodig zoals netwerkbekabeling. Door de gemakkelijke en snelle installatie en de volautomatische werking zijn er minimale exploitatiekosten. Het is mogelijk om grote geografische gebieden te bestrijken en er is connectiviteit op moeilijk bereikbare plaatsen mogelijk, zoals in gebouwen en kelders, doordat alle sensoren gegevens kunnen routeren en lokaal beslissingen kunnen nemen.
Wirepas Massive heeft methoden voor zelfherstel en het vermijden van interferentie ingebouwd. Deze zorgen voor een hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid. Door de zeer energiezuinige werking kunnen alle sensoren (inclusief de sensoren die gegevens routeren) in het netwerk op batterijen werken met een levensduur van meerdere jaren.
Anchorpoints (Antennes)
Voor de anchorpoints maken we gebruik van twee types Fujitsu hardware:
- Een USB-dongle die doormiddel van een speciaal ontwikkelde adapter aangesloten kunnen worden op de bestaande WiFi-accespoints. Hiermee wordt een basis locatie-netwerk gerealiseerd zonder extra bekabeling.
- Anchorpoints die zijn ontwikkeld op basis van de resultaten uit de pilots, wat heeft geleid tot een product dat zowel op batterij als USB-C voeding kan werken en is draaibaar, wat de nauwkeurigheid positief kan beïnvloeden.
Tags (Sensoren)
Tags zijn in diverse varianten verkrijgbaar. De standaard tag beschikt over een accelerometer, die bij beweging de locatie verstuurd, dit zorgt voor een efficiënter batterijverbruik.
Bij de keuze voor een tag hebben we de volgende 5 criteria gehanteerd:
- Kosten
- Technische specificaties
- Vormfactor
- Levensduur
- Bevestigingsmethode
De bevestiging van tags blijkt in de praktijk een van de moeilijkste factoren. Het ontbreekt aan een universeel bevestigingsmethode voor de diverse medische hulpmiddelen
Omdat er voor de BBraun infuuspompen geen passende sensor beschikbaar was die in combinatie met Wirepas software kon worden toegepast, is er een specifieke tag ontwikkeld. Deze is afgestemd op het gebruik van de infuuspomp zodat er alleen locatie updates worden doorgegeven bij een verplaatsing. De tag is zodanig ontworpen dat deze in een uitsparing van de infuuspomp past. Het ontwikkeltraject hiervoor is door het innovatie team van Medische Technologie & Klinische Fysica uitgevoerd en geïnspireerd door de Bluetooth oplossing die Amsterdam UMC heeft bedacht.
Figuur 3: Standaard tag, standaard anchorpoint en USB dongle ancherpoint in accesspoit
Systematic Columna Flow software
Systematic is een groot Deens bedrijf die software produceert welke in gebruik is door kritische functies in de maatschappij(defensie, zorg, onderwijs). Systematic ontwikkelt oplossingen die complexe gegevens vereenvoudigen door overzicht te creëren die gebruikers in staat stelt weloverwogen beslissingen te nemen – vaak in kritieke situaties. Het UMC Utrecht heeft de Systematic columna flow software aangeschaft, deze bestaat uit meerdere modules.
De software biedt geavanceerde ondersteuning van logistieke processen, in ons geval richten we dit nu in voor de medische hulpmiddelen service. We maken gebruik van taak management voor het aanvragen van medische hulpmiddelen en de automatische bevoorrading hiervan. De software biedt ook een uitgebreide zoekfunctionaliteit, waarbij de zorgverleners laagdrempelig kunnen zoeken naar een specifiek medisch hulpmiddel of op een categorie met meer zoekopties.Dit geeft een snel overzicht van relevante medische hulpmiddelen, duidelijk gemarkeerd op basis van beschikbaarheid, reparatie, reiniging of onderhoudsstatus.
Alle benodigde informatie uit verschillende bronnen zoals locatie en onderhoudsgegevens worden verzameld in het Systematic IoT platform. Dit IoT platform maakt het mogelijk om uit te breiden naar meerdere lokalisatie technieken en ander toepassingen.
Huidige status; de implementatie
Inmiddels is gestart met de implementatie, welke uit de volgende stappen bestaat:
- Verwerving van de materialen
- Installatie van het Wirepas netwerk inclusief alle netwerkcomponenten in de gebouwen
- Implementatie van de Systematic software inclusief integratie met bestaande applicaties.
- Ingebruikname van de Systematic software
- Bevestigen van de tags aan de medische hulpmiddelen
Op moment van schrijven is het Wirepas netwerk geïnstalleerd en de plaatsing van de anchorpoints is in volle gang en kan snel uitgevoerd worden op de 35 afdelingen, met een minimale impact voor de zorg. Daarnaast zijn we gestart met de implementatie van de Systematic software. In de komende weken zal deze gefaseerd in gebruik worden genomen en kunnen we zo de zorg verder ontzorgen.
