Peer-to-Peer Personal Health Record

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)Patients and providers need to exchange medical records. Electronic Health Records and Health Information Exchanges leave a patient’s health record fragmented and controlled by the provider. This thesis proposes a Peer-to-Peer Personal Health Record network that can be extended with third-party services. This design enables patient control of health records and the tracing of exchanges. Additionally, as a demonstration of the functionality of a potential third-party, a Hypertension Predictor is developed using MEPS data and deployed as a service in the proposed framework

Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

A Learning Health System for Radiation Oncology

The proposed research aims to address the challenges faced by clinical data science researchers in radiation oncology accessing, integrating, and analyzing heterogeneous data from various sources. The research presents a scalable intelligent infrastructure, called the Health Information Gateway and Exchange (HINGE), which captures and structures data from multiple sources into a knowledge base with semantically interlinked entities. This infrastructure enables researchers to mine novel associations and gather relevant knowledge for personalized clinical outcomes. The dissertation discusses the design framework and implementation of HINGE, which abstracts structured data from treatment planning systems, treatment management systems, and electronic health records. It utilizes disease-specific smart templates for capturing clinical information in a discrete manner. HINGE performs data extraction, aggregation, and quality and outcome assessment functions automatically, connecting seamlessly with local IT/medical infrastructure. Furthermore, the research presents a knowledge graph-based approach to map radiotherapy data to an ontology-based data repository using FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) concepts. This approach ensures that the data is easily discoverable and accessible for clinical decision support systems. The dissertation explores the ETL (Extract, Transform, Load) process, data model frameworks, ontologies, and provides a real-world clinical use case for this data mapping. To improve the efficiency of retrieving information from large clinical datasets, a search engine based on ontology-based keyword searching and synonym-based term matching tool was developed. The hierarchical nature of ontologies is leveraged to retrieve patient records based on parent and children classes. Additionally, patient similarity analysis is conducted using vector embedding models (Word2Vec, Doc2Vec, GloVe, and FastText) to identify similar patients based on text corpus creation methods. Results from the analysis using these models are presented. The implementation of a learning health system for predicting radiation pneumonitis following stereotactic body radiotherapy is also discussed. 3D convolutional neural networks (CNNs) are utilized with radiographic and dosimetric datasets to predict the likelihood of radiation pneumonitis. DenseNet-121 and ResNet-50 models are employed for this study, along with integrated gradient techniques to identify salient regions within the input 3D image dataset. The predictive performance of the 3D CNN models is evaluated based on clinical outcomes. Overall, the proposed Learning Health System provides a comprehensive solution for capturing, integrating, and analyzing heterogeneous data in a knowledge base. It offers researchers the ability to extract valuable insights and associations from diverse sources, ultimately leading to improved clinical outcomes. This work can serve as a model for implementing LHS in other medical specialties, advancing personalized and data-driven medicine

Data Infrastructure for Medical Research

While we are witnessing rapid growth in data across the sciences and in many applications, this growth is particularly remarkable in the medical domain, be it because of higher resolution instruments and diagnostic tools (e.g. MRI), new sources of structured data like activity trackers, the wide-spread use of electronic health records and many others. The sheer volume of the data is not, however, the only challenge to be faced when using medical data for research. Other crucial challenges include data heterogeneity, data quality, data privacy and so on. In this article, we review solutions addressing these challenges by discussing the current state of the art in the areas of data integration, data cleaning, data privacy, scalable data access and processing in the context of medical data. The techniques and tools we present will give practitioners — computer scientists and medical researchers alike — a starting point to understand the challenges and solutions and ultimately to analyse medical data and gain better and quicker insights

Managing healthcare transformation towards P5 medicine (Published in Frontiers in Medicine)

Health and social care systems around the world are facing radical organizational, methodological and technological paradigm changes to meet the requirements for improving quality and safety of care as well as efficiency and efficacy of care processes. In this they’re trying to manage the challenges of ongoing demographic changes towards aging, multi-diseased societies, development of human resources, a health and social services consumerism, medical and biomedical progress, and exploding costs for health-related R&D as well as health services delivery. Furthermore, they intend to achieve sustainability of global health systems by transforming them towards intelligent, adaptive and proactive systems focusing on health and wellness with optimized quality and safety outcomes. The outcome is a transformed health and wellness ecosystem combining the approaches of translational medicine, 5P medicine (personalized, preventive, predictive, participative precision medicine) and digital health towards ubiquitous personalized health services realized independent of time and location. It considers individual health status, conditions, genetic and genomic dispositions in personal social, occupational, environmental and behavioural context, thus turning health and social care from reactive to proactive. This requires the advancement communication and cooperation among the business actors from different domains (disciplines) with different methodologies, terminologies/ontologies, education, skills and experiences from data level (data sharing) to concept/knowledge level (knowledge sharing). The challenge here is the understanding and the formal as well as consistent representation of the world of sciences and practices, i.e. of multidisciplinary and dynamic systems in variable context, for enabling mapping between the different disciplines, methodologies, perspectives, intentions, languages, etc. Based on a framework for dynamically, use-case-specifically and context aware representing multi-domain ecosystems including their development process, systems, models and artefacts can be consistently represented, harmonized and integrated. The response to that problem is the formal representation of health and social care ecosystems through an system-oriented, architecture-centric, ontology-based and policy-driven model and framework, addressing all domains and development process views contributing to the system and context in question. Accordingly, this Research Topic would like to address this change towards 5P medicine. Specifically, areas of interest include, but are not limited: • A multidisciplinary approach to the transformation of health and social systems • Success factors for sustainable P5 ecosystems • AI and robotics in transformed health ecosystems • Transformed health ecosystems challenges for security, privacy and trust • Modelling digital health systems • Ethical challenges of personalized digital health • Knowledge representation and management of transformed health ecosystems Table of Contents: 04 Editorial: Managing healthcare transformation towards P5 medicine Bernd Blobel and Dipak Kalra 06 Transformation of Health and Social Care Systems—An Interdisciplinary Approach Toward a Foundational Architecture Bernd Blobel, Frank Oemig, Pekka Ruotsalainen and Diego M. Lopez 26 Transformed Health Ecosystems—Challenges for Security, Privacy, and Trust Pekka Ruotsalainen and Bernd Blobel 36 Success Factors for Scaling Up the Adoption of Digital Therapeutics Towards the Realization of P5 Medicine Alexandra Prodan, Lucas Deimel, Johannes Ahlqvist, Strahil Birov, Rainer Thiel, Meeri Toivanen, Zoi Kolitsi and Dipak Kalra 49 EU-Funded Telemedicine Projects – Assessment of, and Lessons Learned From, in the Light of the SARS-CoV-2 Pandemic Laura Paleari, Virginia Malini, Gabriella Paoli, Stefano Scillieri, Claudia Bighin, Bernd Blobel and Mauro Giacomini 60 A Review of Artificial Intelligence and Robotics in Transformed Health Ecosystems Kerstin Denecke and Claude R. Baudoin 73 Modeling digital health systems to foster interoperability Frank Oemig and Bernd Blobel 89 Challenges and solutions for transforming health ecosystems in low- and middle-income countries through artificial intelligence Diego M. López, Carolina Rico-Olarte, Bernd Blobel and Carol Hullin 111 Linguistic and ontological challenges of multiple domains contributing to transformed health ecosystems Markus Kreuzthaler, Mathias Brochhausen, Cilia Zayas, Bernd Blobel and Stefan Schulz 126 The ethical challenges of personalized digital health Els Maeckelberghe, Kinga Zdunek, Sara Marceglia, Bobbie Farsides and Michael Rigb

Digital health policy and programs for hospital care in Vietnam: scoping review

Background: There are a host of emergent technologies with the potential to improve hospital care in low- and middle-income countries such as Vietnam. Wearable monitors and artificial intelligence–based decision support systems could be integrated with hospital-based digital health systems such as electronic health records (EHRs) to provide higher level care at a relatively low cost. However, the appropriate and sustainable application of these innovations in low- and middle-income countries requires an understanding of the local government’s requirements and regulations such as technology specifications, cybersecurity, data-sharing protocols, and interoperability. Objective: This scoping review aims to explore the current state of digital health research and the policies that govern the adoption of digital health systems in Vietnamese hospitals. Methods: We conducted a scoping review using a modification of the PRISMA-ScR (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses Extension for Scoping Reviews) guidelines. PubMed and Web of Science were searched for academic publications, and Thư Viện Pháp Luật, a proprietary database of Vietnamese government documents, and the Vietnam Electronic Health Administration website were searched for government documents. Google Scholar and Google Search were used for snowballing searches. The sources were assessed against predefined eligibility criteria through title, abstract, and full-text screening. Relevant information from the included sources was charted and summarized. The review process was primarily undertaken by one researcher and reviewed by another researcher during each step. Results: In total, 11 academic publications and 20 government documents were included in this review. Among the academic studies, 5 reported engineering solutions for information systems in hospitals, 2 assessed readiness for EHR implementation, 1 tested physicians’ performance before and after using clinical decision support software, 1 reported a national laboratory information management system, and 2 reviewed the health system’s capability to implement eHealth and artificial intelligence. Of the 20 government documents, 19 were promulgated from 2013 to 2020. These regulations and guidance cover a wide range of digital health domains, including hospital information management systems, general and interoperability standards, cybersecurity in health organizations, conditions for the provision of health information technology (HIT), electronic health insurance claims, laboratory information systems, HIT maturity, digital health strategies, electronic medical records, EHRs, and eHealth architectural frameworks. Conclusions: Research about hospital-based digital health systems in Vietnam is very limited, particularly implementation studies. Government regulations and guidance for HIT in health care organizations have been released with increasing frequency since 2013, targeting a variety of information systems such as electronic medical records, EHRs, and laboratory information systems. In general, these policies were focused on the basic specifications and standards that digital health systems need to meet. More research is needed in the future to guide the implementation of digital health care systems in the Vietnam hospital setting