An Evaluation of Two Methods for Generating Synthetic HL7 Segments Reflecting Real-World Health Information Exchange Transactions

Motivated by the need for readily available data for testing an open-source health information exchange platform, we developed and evaluated two methods for generating synthetic messages. The methods used HL7 version 2 messages obtained from the Indiana Network for Patient Care. Data from both methods were analyzed to assess how effectively the output reflected original 'real-world' data. The Markov Chain method (MCM) used an algorithm based on transitional probability matrix while the Music Box model (MBM) randomly selected messages of particular trigger type from the original data to generate new messages. The MBM was faster, generated shorter messages and exhibited less variation in message length. The MCM required more computational power, generated longer messages with more message length variability. Both methods exhibited adequate coverage, producing a high proportion of messages consistent with original messages. Both methods yielded similar rates of valid messages

The ATEN Framework for Creating the Realistic Synthetic Electronic Health Record

Realistic synthetic data are increasingly being recognized as solutions to lack of data or privacy concerns in healthcare and other domains, yet little effort has been expended in establishing a generic framework for characterizing, achieving and validating realism in Synthetic Data Generation (SDG). The objectives of this paper are to: (1) present a characterization of the concept of realism as it applies to synthetic data; and (2) present and demonstrate application of the generic ATEN Framework for achieving and validating realism for SDG. The characterization of realism is developed through insights obtained from analysis of the literature on SDG. The development of the generic methods for achieving and validating realism for synthetic data was achieved by using knowledge discovery in databases (KDD), data mining enhanced with concept analysis and identification of characteristic, and classification rules. Application of this framework is demonstrated by using the synthetic Electronic Healthcare Record (EHR) for the domain of midwifery. The knowledge discovery process improves and expedites the generation process; having a more complex and complete understanding of the knowledge required to create the synthetic data significantly reduce the number of generation iterations. The validation process shows similar efficiencies through using the knowledge discovered as the elements for assessing the generated synthetic data. Successful validation supports claims of success and resolves whether the synthetic data is a sufficient replacement for real data. The ATEN Framework supports the researcher in identifying the knowledge elements that need to be synthesized, as well as supporting claims of sufficient realism through the use of that knowledge in a structured approach to validation. When used for SDG, the ATEN Framework enables a complete analysis of source data for knowledge necessary for correct generation. The ATEN Framework ensures the researcher that the synthetic data being created is realistic enough for the replacement of real data for a given use-case

Distributed Knowledge Modeling and Integration of Model-Based Beliefs into the Clinical Decision-Making Process

Das Treffen komplexer medizinischer Entscheidungen wird durch die stetig steigende Menge an zu berücksichtigenden Informationen zunehmend komplexer. Dieser Umstand ist vor allem auf die Verfügbarkeit von immer präziseren diagnostischen Methoden zur Charakterisierung der Patienten zurückzuführen (z.B. genetische oder molekulare Faktoren). Hiermit einher geht die Entwicklung neuartiger Behandlungsstrategien und Wirkstoffe sowie die damit verbundenen Evidenzen aus klinischen Studien und Leitlinien. Dieser Umstand stellt die behandelnden Ärztinnen und Ärzte vor neuartige Herausforderungen im Hinblick auf die Berücksichtigung aller relevanten Faktoren im Kontext der klinischen Entscheidungsfindung. Moderne IT-Systeme können einen wesentlichen Beitrag leisten, um die klinischen Experten weitreichend zu unterstützen. Diese Assistenz reicht dabei von Anwendungen zur Vorverarbeitung von Daten für eine Reduktion der damit verbundenen Komplexität bis hin zur systemgestützten Evaluation aller notwendigen Patientendaten für eine therapeutischen Entscheidungsunterstützung. Möglich werden diese Funktionen durch die formale Abbildung von medizinischem Fachwissen in Form einer komplexen Wissensbasis, welche die kognitiven Prozesse im Entscheidungsprozess adaptiert. Entsprechend werden an den Prozess der IT-konformen Wissensabbildung erhöhte Anforderungen bezüglich der Validität und Signifikanz der enthaltenen Informationen gestellt. In den ersten beiden Kapiteln dieser Arbeit wurden zunächst wichtige methodische Grundlagen im Kontext der strukturierten Abbildung von Wissen sowie dessen Nutzung für die klinische Entscheidungsunterstützung erläutert. Hierbei wurden die inhaltlichen Kernthemen weiterhin im Rahmen eines State of the Art mit bestehenden Ansätzen abgeglichen, um den neuartigen Charakter der vorgestellten Lösungen herauszustellen. Als innovativer Kern wurde zunächst die Konzeption und Umsetzung eines neuartigen Ansatzes zur Fusion von fragmentierten Wissensbausteinen auf der formalen Grundlage von Bayes-Netzen vorgestellt. Hierfür wurde eine neuartige Datenstruktur unter Verwendung des JSON Graph Formats erarbeitet. Durch die Entwicklung von qualifizierten Methoden zum Umgang mit den formalen Kriterien eines Bayes-Netz wurden weiterhin Lösungen aufgezeigt, welche einen automatischen Fusionsprozess durch einen eigens hierfür entwickelten Algorithmus ermöglichen. Eine prototypische und funktionale Plattform zur strukturierten und assistierten Integration von Wissen sowie zur Erzeugung valider Bayes-Netze als Resultat der Fusion wurde unter Verwendung eines Blockchain Datenspeichers implementiert und in einer Nutzerstudie gemäß ISONORM 9241/110-S evaluiert. Aufbauend auf dieser technologischen Plattform wurden im Anschluss zwei eigenständige Entscheidungsunterstützungssysteme vorgestellt, welche relevante Anwendungsfälle im Kontext der HNO-Onkologie adressieren. Dies ist zum einen ein System zur personalisierten Bewertung von klinischen Laborwerten im Kontext einer Radiochemotherapie und zum anderen ein in Form eines Dashboard implementiertes Systems zur effektiveren Informationskommunikation innerhalb des Tumor Board. Beide Konzepte wurden hierbei zunächst im Rahmen einer initialen Nutzerstudie auf Relevanz geprüft, um eine nutzerzentrische Umsetzung zu gewährleisten. Aufgrund des zentralen Fokus dieser Arbeit auf den Bereich der klinischen Entscheidungsunterstützung, werden an zahlreichen Stellen sowohl kritische als auch optimistische Aspekte der damit verbundenen praktischen Lösungen diskutiert.:1 Introduction 1.1 Motivation and Clinical Setting 1.2 Objectives 1.3 Thesis Outline 2 State of the Art 2.1 Medical Knowledge Modeling 2.2 Knowledge Fusion 2.3 Clinical Decision Support Systems 2.4 Clinical Information Access 3 Fundamentals 3.1 Evidence-Based Medicine 3.1.1 Literature-Based Evidence 3.1.2 Practice-Based Evidence 3.1.3 Patient-Directed Evidence 3.2 Knowledge Representation Formats 3.2.1 Logic-Based Representation 3.2.2 Procedural Representation 3.2.3 Network or Graph-Based Representation 3.3 Knowledge-Based Clinical Decision Support 3.4 Conditional Probability and Bayesian Networks 3.5 Clinical Reasoning 3.5.1 Deterministic Reasoning 3.5.2 Probabilistic Reasoning 3.6 Knowledge Fusion of Bayesian Networks 4 Block-Based Collaborative Knowledge Modeling 4.1 Data Model 4.1.1 Belief Structure 4.1.2 Conditional Probabilities 4.1.3 Metadata 4.2 Constraint-Based Automatic Knowledge Fusion 4.2.1 Fusion of the Bayesian Network Structures 4.2.2 Fusion of the Conditional Probability Tables 4.3 Blockchain-Based Belief Storage and Retrieval 4.3.1 Blockchain Characteristics 4.3.2 Relevance for Belief Management 5 Selected CDS Applications for Clinical Practice 5.1 Distributed Knowledge Modeling Platform 5.1.1 Requirement Analysis 5.1.2 System Architecture 5.1.3 System Evaluation 5.1.4 Limitations of the Proposed Solution 5.2 Personalization of Laboratory Findings 5.2.1 Requirement Analysis 5.2.2 System Architecture 5.2.3 Limitations of the Proposed Solution 5.3 Dashboard for Collaborative Decision-Making in the Tumor Board 5.3.1 Requirement Analysis 5.3.2 System Architecture 5.3.3 Limitations of the Proposed Solution 6 Discussion 6.1 Goal Achievements 6.2 Contributions and Conclusion 7 Bibliograph

Front-Line Physicians' Satisfaction with Information Systems in Hospitals

Day-to-day operations management in hospital units is difficult due to continuously varying situations, several actors involved and a vast number of information systems in use. The aim of this study was to describe front-line physicians' satisfaction with existing information systems needed to support the day-to-day operations management in hospitals. A cross-sectional survey was used and data chosen with stratified random sampling were collected in nine hospitals. Data were analyzed with descriptive and inferential statistical methods. The response rate was 65 % (n = 111). The physicians reported that information systems support their decision making to some extent, but they do not improve access to information nor are they tailored for physicians. The respondents also reported that they need to use several information systems to support decision making and that they would prefer one information system to access important information. Improved information access would better support physicians' decision making and has the potential to improve the quality of decisions and speed up the decision making process.Peer reviewe