Bachelorprojekt 2021/2022

WiseMat: Erkennung von Dekubitus mittels einer Matratze mit Drucksen­soren

Prof. Dr. Andreas Polze

Weronika Wrazen, Kordian Gontarska, Felix Grzelka

GETEMED

Zoom: 69405796090 | (Password: 13371337)

An der Professur für Betriebssysteme und Middleware findet im Wintersemester 2021/22 das Vorbereitungsseminar zu dem Bachelorprojekt "WiseMat: Erkennung von Dekubitus mittels einer Matratze mit Drucksen­soren" in Kooperation mit GETEMED statt.

Projektbeschreibung

Die GETEMED Medizin­und Informationstechnik AG in Teltow ist technologie­führender Systemanbieter im Segment der nicht­invasiven EKG­-Diagnostik und des Vitalfunktions­-Monitorings.

Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines EUS für die Dekubi­tusprävention. Die Entstehung von Dekubitus zeugt nicht nur von schlech­ter Versorgungsqualität, sondern kann auch zum Tod führen. In Deutschland starben zwischen 2010 und 2019 durchschnittlich 738 Menschen pro Jahr an Dekubitus1. Im Rahmen des Projektes planen die Partner die Kombination ei­ner mit Drucksensorik versehenen Patientenmatratze zur Erfassung spezifi­scher Parameter von Pflegepatient*innen mit einer ML­-basierten Software, die Maßnahmen für Pflegekräfte und Patient*innen vorschlägt. Mit unserem Un­terstützungssystem können Pflegekräfte mehr Patient*innen betreuen und ei­ne Zusammenfassung von Parametern über einen Zeitraum (z. B. der letzten Nacht) erhalten. Das ermöglicht eine frühzeitige Reaktion des Pflegepersonals, was zur Vermeidung des Dekubitus führt.

Wir planen die Implementierung eines Unterstützungssystems, das ML-­Methoden (neuronale Netze) einsetzt, um die Notwendigkeit einer Intervention durch Pflegepersonal frühzeitig zu erkennen und vorhersagen zu können.

In unserem Projekt sollen die Studierenden mit Methoden der Machine Lear­ning Operations (MLOps) die Grundlage für ein solides, robustes EUS konzi­pieren und implementieren. MLOps bezeichnet Methoden, welche maschinelles Lernen (ML), DevOps und Data Engineering kombinieren, mit dem Ziel zuver­lässige und effiziente ML­Systeme zu installieren, betreiben und warten.

Aufgrund der hohen Datenrate und um die sensiblen Daten der Patient*innen zu schützen ist eine Verarbeitung auf einem eingebetteten System geplant, auf welchem auch das ML­Modell zur Vorhersage laufen wird (Jetson Xavier oder ähnlich). Mit dieser Architektur müssen nur wenige Daten ins Kliniksystem und zum Frontend übertragen werden (Daten­ und Energiesparsamkeit).

Aufgaben im Projekt

Je nach Vorkenntnissen und Interessen der Studierenden ergeben sich ver­schiedene Teilaufgaben innerhalb des Projekts:

• Konzeption der Architektur des EUS
• Entwicklung von Methoden zum Projektmanagement von ML­-Pipelines
• Konzeption der Algorithmen zur Vorbeugung von Dekubitus
• Trainieren von Modellen zur Bewegungserkennung und pose estimation
• Prototypisierung eines Entscheidungs-­Unterstützungssystems
• Implementierung und Testen des EUS auf eingebetteter Hardware

Projektverlauf

Das Bachelorprojekt ist aufgeteilt in ein Vorbereitungsseminar am HPI und die Projektarbeit beim Projektpartner vor Ort. Das Vorbereitungsseminar findet wöchentlich während des Wintersemesters statt; anschließend startet Mitte/Ende Februar die Vollzeit-Projektarbeit direkt beim Projektpartner (i. d. R. am Standort der GETEMED AG in Teltow). Ende Juni/Anfang Juli muss dann die Bachelorarbeit abgegeben werden, zudem findet Anfang/Mitte Juli das Bachelorpodium statt.

Termine

Vorbereitungsseminar

Dem eigentlichen Projekt geht ein Vorbereitungsseminar voraus, bei dem die Teilnehmenden sich mit den Spezifika der Drucksensor­Daten und deren Ana­lyse, dem Konzept des MLOps, Methoden des ML und der „Big Data“ vertraut machen und in Absprache mit den Projektpartnern Technologieentscheidungen getroffen werden.

Die erfolgreiche Teilnahme am Seminar erfordert regelmäßige Anwesenheit. JedeR TeilnehmerIn soll einen Vortrag (20 + 5 Minuten) halten, wobei die praktische Evaluierung des jeweiligen Themas eine zentrale Rolle spielt.

Die Vortragsfolien sind bis spätestens am Freitag 23:59 Uhr vor dem Vortragstermin per E-Mail bei den Betreuern vorzustellen. Bitte speichert eure Folien nach eurem Vortrag in unserem Repositorium (Namensschema [Tag des Vortrages YY-MM-DD]_[Titel]_[Vorname] [Nachname].pdf), sodass wir alle darauf zurückgreifen können.

Zusätzlich soll eine schriftliche Ausarbeitung angemessenen Umfangs für das jeweilige Vortragsthema erstellt werden (Abgabe spätestens 7 Tage nach Vortrag).

Projektphase bei GETEMED

In der zweiten Hälfte des Bachelorprojekts – also im Sommersemester – wird sich das Projekt auf eine konkrete Herausforderung fokussieren. In enger Betreuung bzgl. der Problemdomäne und des Software-Entwicklungsprozesses durch GETEMED, werden praxisnahe Erfahrungen die Teilnehmenden bereichern.

Bachelorarbeit

Die Bachelorarbeit wird gemäß der Studienordnung integriert im Projekt während des Sommersemesters erstellt und kann physisch z. B. als ein (klar abgegrenztes) Kapitel der Projektgesamtdokumentation erstellt werden. Benotet wird die Arbeit jedes/jeder einzelnen TeilnehmerIn - Engagement, technische Fähigkeiten, organisatorische Fähigkeiten, und schriftliche Ausarbeitung. Die jeweiligen Einzelthemen der ProjektteilnehmerInnen werden im Februar dafür schriftlich fixiert.

Unser Vorbereitungsseminar findet wöchentlich in der Kommunikationszone C-1 statt. Den Wochentag und die Uhrzeit für dieses Treffen legen wir bei Projektstart gemeinsam fest. Das Vorbereitungsseminar wird ggf. immer gemeinsam mit den TeilnehmerInnen aller Bachelorprojekte des Fachbereichs durchgeführt. Die Treffen mit den Projektpartnern finden an zusätzlichen Terminen statt.

Informationen zu COVID-19

Die Gesundheit der TeilnehmerInnen und Dritter hat oberste Priorität. Die Möglichkeiten von Treffen in Präsenz wägen wir fortwährend entsprechend der aktuellen Infektionslage ab. Selbstverständlich werden die Bestimmungen und Empfehlungen der Universität eingehalten.

Tipps zu den schriftlichen Ausarbeitungen

Im Internet finden sich zwar bereits zahlreiche Anleitungen zum strukturierten Vorgehen bei der Planung und Erstellung einer wissenschaftlichen Ausarbeitung – um für zukünftige Arbeiten die Herangehensweise zu erleichtern und die Form zu vereinheitlichen, fassen wir unter /theses/tipps die wichtigsten Aspekte einer schriftlichen Ausarbeitung zusammen.

Achtung: Das zu verwendende Template für technische Berichte am HPI (hpitr) ist nicht dasselbe wie die auf der zuvor genannten Seite verlinkte Vorlage für die Bachelorarbeiten.