Development and evaluation of a microservice-based virtual assistant for chronic patients support

Los asistentes virtuales (también conocidos como chatbots) son programas que interactúan con los usuarios simulando una conversación humana a través de mensajes de texto o de voz. Los asistentes virtuales destinados al cuidado de la salud ofrecen servicios, herramientas, asesoramiento, ayuda, soporte y gestión de diferentes enfermedades. Los usuarios de este tipo de asistente virtual pueden ser, por ejemplo, pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios, los cuales poseen diferentes necesidades y requerimientos. Los pacientes con enfermedades crónicas podrían beneficiarse de los asistentes virtuales que se encargan de realizar seguimientos de su condición, proporcionar información específica, fomentar la adherencia a la medicación, etc. Para realizar estas funciones, los asistentes virtuales necesitan una arquitectura de software adecuada. Esta tesis doctoral propone el diseño de una arquitectura específica para el desarrollo de asistentes virtuales destinados a proporcionar soporte a pacientes crónicos. Hoy en día, las personas interactúan entre sí diariamente utilizando plataformas de mensajería. Para alinear este tipo de interacción con la arquitectura del asistente virtual, proponemos el uso de plataformas de mensajería para la interacción asistente virtual-paciente, prestando especial atención a las cuestiones de seguridad y privacidad (es decir, el uso de plataformas de mensajería seguras con cifrado de extremo a extremo).Los asistentes virtuales pueden implementar sistemas conversacionales para que la interacción con los pacientes sea más natural. Los sistemas conversacionales en escenarios de atención médica complejos, como la gestión de enfermedades, deben ser capaces de poder comprender oraciones complejas utilizadas durante la interacción. La adaptación de nuevos métodos con el procesamiento de lenguaje natural (NLP, por su nombre en inglés, Natural Language Processing) puede aportar una mejora a la arquitectura del asistente virtual. Los word embeddings (incrustación de palabras) se han utilizado ampliamente en NLP como entrada en las redes neuronales. Tales word embeddings pueden ayudar a comprender el objetivo final y las palabras clave en una oración. Por ello, en esta tesis estudiamos el impacto de diferentes word embeddings entrenados con corpus generales y específicos utilizando el entendimiento del lenguaje natural conjunto (Joint NLU, por su nombre en inglés, Joint Natural Language Understanding) en el dominio de la medicación en español. Los datos para entrenar el modelo NLU conjunto se generan usando plantillas. Dicho modelo se utiliza para la detección de intenciones, así como para el slot filling (llenado de ranuras). En este estudio comparamos word2vec y fastText como word embeddings y ELMo y BERT como modelos de lenguaje. Para entrenar los embeddings utilizamos tres corpus diferentes: los datos de entrenamiento generados para este escenario, la Wikipedia en español como dominio general y la base de datos de medicamentos en español como datos especializados. El mejor resultado se obtuvo con el modelo ELMo entrenado con Wikipedia en español.Dotamos al asistente virtual de capacidades de gestión de medicamentos basadas en NLP. En consecuencia, se analiza el impacto del etiquetado de slots y la longitud de los datos de entrenamiento en modelos NLU conjuntos para escenarios de gestión de medicamentos utilizando asistentes virtuales en español. En este estudio definimos las intenciones (propósitos de las oraciones) para escenarios centrados en la administración de medicamentos y dos tipos de etiquetas de slots. Para entrenar el modelo, generamos cuatro conjuntos de datos, combinando oraciones largas o cortas con slots largos o cortos. Para el análisis comparativo, elegimos seis modelos NLU conjuntos (SlotRefine, stack-propagation framework, SF-ID network, capsule-NLU, slot-gated modeling y joint SLU-LM) de la literatura existente. Tras el análisis competitivo, se observa que el mejor resultado se obtuvo utilizando oraciones y slots cortos. Nuestros resultados sugirieron que los modelos NLU conjuntos entrenados con slots cortos produjeron mejores resultados que aquellos entrenados con slots largos para la tarea de slot filling.En definitiva, proponemos una arquitectura de microservicios genérica válida para cualquier tipo de gestión de enfermedades crónicas. El prototipo genérico ofrece un asistente virtual operativo para gestionar información básica y servir de base para futuras ampliaciones. Además, en esta tesis presentamos dos prototipos especializados con el objetivo de mostrar cómo esta nueva arquitectura permite cambiar, añadir o mejorar diferentes partes del asistente virtual de forma dinámica y flexible. El primer prototipo especializado tiene como objetivo ayudar en la gestión de la medicación del paciente. Este prototipo se encargará de recordar la ingesta de medicamentos a través de la creación de una comunidad de apoyo donde los pacientes, cuidadores y profesionales sanitarios interactúen con herramientas y servicios útiles ofrecidos por el asistente virtual. La implementación del segundo prototipo especializado está diseñada para una enfermedad crónica específica, la psoriasis. Este prototipo ofrece teleconsulta y almacenamiento de fotografías.Por último, esta tesis tiene como objetivo validar la eficacia del asistente virtual integrado en las plataformas de mensajería, destinado al cuidado de la salud. Por ello, esta tesis incluye la evaluación de los dos prototipos especializados. El primer estudio tiene como objetivo mejorar la adherencia a la medicación en pacientes con diabetes mellitus tipo 2 comórbida y trastorno depresivo. Para ello, se diseñó y posteriormente se realizó un estudio piloto de nueve meses. En el estudio analizamos la Tasa de Posesión de Medicamentos (MPR, por su nombre en inglés, Medication Possession Ratio), obtuvimos la puntuación del Cuestionario sobre la Salud del Paciente (PHQ-9, por su nombre en inglés, Patient Health Questionnaire) y medimos el nivel de hemoglobina glicosilada (HbA1c), en los pacientes antes y después del estudio. También realizamos entrevistas a todos los participantes. Un total de trece pacientes y cinco enfermeras utilizaron y evaluaron el asistente virtual propuesto. Los resultados mostraron que, en promedio, la adherencia a la medicación de los pacientes mejoró. El segundo estudio tiene como objetivo evaluar un año de uso entre el asistente virtual y pacientes con psoriasis y dermatólogos, y el impacto en su calidad de vida. Para ello se diseñó y realizó un estudio prospectivo de un año de duración con pacientes con psoriasis y dermatólogos. Para medir la mejora en la calidad de vida, en este estudio analizamos los cuestionarios de Calidad de Vida de los Pacientes con Psoriasis (PSOLIFE, por su nombre en inglés, Psoriasis Quality of Life) y el Índice de Calidad de Vida en Dermatología (DLQI, por su nombre en inglés, Dermatology Life Quality Index). Además, realizamos encuestas a todos los participantes y obtuvimos el número de consultas médicas realizadas a través del asistente virtual. Se incluyeron en el estudio un total de 34 participantes (30 pacientes diagnosticados con psoriasis moderada-grave y cuatro profesionales sanitarios). Los resultados mostraron que, en promedio, la calidad de vida mejoró.<br /

Évaluation de la fidélité des interventions en santé publique dans le cadre des essais randomisés en grappes dans les pays du Sud : revue systématique et étude de cas

La santé publique fondée sur des données probantes doit être basée sur les meilleures preuves disponibles pour prendre des décisions éclairées, afin de mettre en place des interventions dirigées vers le maintien et l’amélioration de la santé, ainsi que vers le bien-être de toute la population. Les essais contrôlés randomisés (ECR) sont souvent utilisés en recherche clinique pour tester les effets d’un médicament, d’une thérapie ou d’une intervention sur un groupe expérimental qui bénéficiera de l’intervention, en le comparant à un groupe contrôle qui recevra un placebo ou aucun traitement. Bien que le débat persiste, les essais randomisés constituent une source importante et, apparemment, de haute qualité pour évaluer l’efficacité des interventions en santé. Dû à de multiples facteurs, les essais randomisés en grappes (ERG) sont largement utilisés pour évaluer la prestation des services de santé et des interventions en santé publique. Dans ce type d’essai, ce ne sont plus des individus qui sont randomisés, mais des groupes d’individus tels que les familles, les médecins, les villages qui vont recevoir l’intervention. Ces interventions peuvent varier pendant la mise en œuvre en raison de divers facteurs liés à la conception de l’intervention, aux participants, aux intervenants ainsi qu’aux facteurs du contexte qui influencent les résultats. Ces facteurs doivent être pris en compte au moment de l’évaluation, et avant la réplication dans d’autres contextes. L’évaluation de la fidélité de la mise en œuvre, outil clé de l’évaluation du processus et élément essentiel du processus de mise à l’échelle, vise à mesurer le degré selon lequel une intervention a été implantée telle que conçue par les concepteurs. Cette thèse a comme objectif principal examiner la fidélité de la mise en œuvre des interventions en santé publique dans le cadre des essais randomisés en grappes, pour savoir si les interventions mises en place sous un modèle contrôlé doivent prendre en compte ce type d’évaluation pour renforcer ces résultats et faciliter leur réplication à grande échelle. Cette thèse comporte deux volets : une revue systématique et une étude de cas unique à trois unités d’analyse selon une approche mixte concomitante. Le premier article évalue la pratique de la fidélité de la mise en œuvre des interventions en santé publique dans le cadre des essais randomisés en grappes des études publiées qui ont été identifiées et incluses dans la révision systématique. La révision systématique met en lumière que les interventions mises en place sous ce modèle ne tiennent pas compte de cette évaluation de façon systématique, que la façon de la faire est très hétérogène, et que l’évaluation n’est pas bien documentée. Les deuxième et troisième articles sont les résultats de recherche de l’évaluation d’une intervention, à travers une étude de cas comme méthode de recherche, qui a été menée, dans un premier temps, pour examiner la plausibilité de la théorie de l’intervention, et, dans un deuxième temps, pour évaluer leur fidélité de la mise en œuvre et leur acceptabilité auprès des participants dans le but de l’améliorer, si nécessaire, avant sa mise en place à grande échelle. L’évaluation de l’intervention met en lumière plusieurs aspects. D’abord, la théorie sous-jacente et le modèle de l’intervention évaluée sont bien conçus pour parvenir aux résultats visés. L’évaluation fournit des points clés et des actions à prendre en considération, pendant le développement des interventions, pour servir les communautés difficiles à atteindre, et pour améliorer les résultats en matière de santé. Ensuite, les résultats ont démontré une fidélité de mise en œuvre élevée. La clarté de la théorie de l'intervention, la motivation et l'engagement des intervenants, ainsi que les réunions périodiques des superviseurs avec les intervenants-terrain expliquent largement le haut niveau de fidélité obtenu. Des facteurs contextuels tels que la distance géographique, l'accès à un téléphone portable, le niveau d'éducation et les normes de genre ont contribué à l'hétérogénéité de la participation du groupe cible de l’intervention. Finalement, cette évaluation souligne que la plateforme mobile combinée à la mobilisation communautaire, composantes clés de l’intervention, ont été bien accueillies par les participants, et pourraient être mis en place à grand échelle. Cette thèse contribue au développement des connaissances sur le plan méthodologique concernant l’évaluation de la fidélité de la mise en œuvre des interventions en santé publique en mettant en relief des lacunes dans ce domaine, et en suggérant un outil pour faire avancer cette pratique évaluative. Cette thèse participe également au renforcement de la recherche dans les sciences de l’implémentation, et apporte sur le plan empirique des éléments clés essentiels pour évaluer la fidélité de la mise en œuvre de ce type d’intervention à l’aide des essais randomisés en grappes, évaluation de cette fidélité qui est l’objet de cette recherche doctorale.Evidence-based public health should be based on the best available evidence to make informed decisions and to implement interventions aimed at maintaining and improving the health and well-being of all people. Randomized controlled trials (RCTs) are often used in clinical research to test the effects of a drug, therapy, or intervention on an experimental group that may benefit from the intervention, comparing it to a control group that received either a placebo or no intervention treatment. Although the debate persists, randomized controlled trials are an important and objectively high quality method for evaluating the effectiveness of health interventions. Due to multiple factors, cluster randomized trials (CRTs) are widely used to assess the delivery of health services and public health interventions. In this type of trial, it is no longer individuals who are randomized, but groups of individuals such as families, doctors, and village communities who receive the intervention. These interventions may differ during implementation as a result of various factors related to the complexity of the intervention design, context, participants, and stakeholders involved. These factors should be considered at the time of assessment and before replication in other contexts. Implementation fidelity assessment, a key tool in process evaluation, examines study processes to assess the extent to which the intervention was carried out as originally intended. The fidelity of implementation is an essential part of the scale-up process. This thesis aimed to examine the fidelity of implementation of public health interventions in the context of cluster randomized trials, to determine whether the interventions implemented under a controlled model should consider this type of evaluation to strengthen their results and facilitate their replication on a large scale. This thesis has two parts: a systematic review and a single case study with three units of analysis using a mixed triangulated approach. The first article assessed the implementation fidelity of public health interventions in the context of cluster randomized trials. The systematic review highlighted the finding that public health interventions implemented under this model did not systematically consider this type of evaluation, that the way of doing it was very heterogeneous, and that the evaluation was not adequately documented. The second and third articles were the research findings of the evaluation of an intervention, using a case study as the research method, that was conducted to first examine the plausibility of the intervention theory and to better understand the design and context of the intervention being evaluated, and second, to evaluate implementation fidelity and its acceptability among the participants with the aim of making improvements (if necessary) before large-scale replication. The evaluation of the case study highlighted several key findings. First, the results of the evaluation reflected that the underlying theory and model of the public health intervention were well designed to achieve the desired results. The evaluation provided key points and actions to consider during intervention development to serve hard-to-reach communities and improve health outcomes. Further, it was shown that the results demonstrated a high degree of implementation fidelity. The clarity of the theory of the intervention, the motivation and commitment of the stakeholders as well as the periodic meetings of supervisors with the field team largely explained the high level of fidelity obtained. Contextual factors such as geographical distance to the intervention, access to a mobile phone, level of education, and gender norms contributed to the heterogeneity of the participation of the intervention target group. Finally, this evaluation underlined the finding that the mobile platform coupled with community mobilization, both key components of the intervention, were well received by the participants and may be an effective means of improving health knowledge and changing health-related behaviors. This thesis contributes to the development of methodological knowledge concerning the evaluation of the fidelity of implementation of public health interventions by identifying gaps in this field, and by suggesting a tool that facilitates advancing this evaluation practice. This thesis also contributes to the strengthening of research in implementation sciences, and empirically provides key elements essential to assess the fidelity of the implementation of this type of intervention using CRT studies and evaluation of this fidelity, which is the subject of this doctoral research

Noncommunicable Diseases

Noncommunicable Diseases: A Compendium introduces readers to noncommunicable diseases (NCDs) – what they are, their burden, their determinants and how they can be prevented and controlled. Focusing on cardiovascular disease, diabetes, cancer and chronic respiratory disease and their five shared main risk factors (tobacco use, harmful use of alcohol, unhealthy diet, physical inactivity and air pollution) as defined by the United Nations, this book provides a synopsis of one of the world’s biggest challenges of the 21st century. NCDs prematurely claim the lives of millions of people across the world every year, with untold suffering to hundreds of millions more, trapping many people in poverty and curtailing economic growth and sustainable development. While resources between and within countries largely differ, the key principles of surveillance, prevention and management apply to all countries, as does the need to focus resources on the most cost-effective and affordable interventions and the need for strong political will, sufficient resources, and sustained and broad partnerships. This compendium consists of 59 short and accessible chapters in six sections: (i) describing and measuring the burden and impact of NCDs; (ii) the burden, epidemiology and priority interventions for individual NCDs; (iii) social determinants and risk factors for NCDs and priority interventions; (iv) global policy; (v) cross-cutting issues; and (vi) stakeholder action. Drawing on the expertise of a large and diverse team of internationally renowned policy and academic experts, the book describes the key epidemiologic features of NCDs and evidence-based interventions in a concise manner that will be useful for policymakers across all parts of society, as well as for public health and clinical practitioners

Primary Health Care

This book presents examples from various countries about the provision of health services at the primary care level. Chapters examine the role of professionals in primary healthcare services and how they can work to improve the health of individuals and communities. Written by authors from Africa, Asia, America, Europe, and Australia, this book provides up-to-date information on primary health care, including telehealth services in the era of COVID-19

Internet and Smartphone Use-Related Addiction Health Problems: Treatment, Education and Research

This Special Issue presents some of the main emerging research on technological topics of health and education approaches to Internet use-related problems, before and during the beginning of coronavirus disease 2019 (COVID-19). The objective is to provide an overview to facilitate a comprehensive and practical approach to these new trends to promote research, interventions, education, and prevention. It contains 40 papers, four reviews and thirty-five empirical papers and an editorial introducing everything in a rapid review format. Overall, the empirical ones are of a relational type, associating specific behavioral addictive problems with individual factors, and a few with contextual factors, generally in adult populations. Many have adapted scales to measure these problems, and a few cover experiments and mixed methods studies. The reviews tend to be about the concepts and measures of these problems, intervention options, and prevention. In summary, it seems that these are a global culture trend impacting health and educational domains. Internet use-related addiction problems have emerged in almost all societies, and strategies to cope with them are under development to offer solutions to these contemporary challenges, especially during the pandemic situation that has highlighted the global health problems that we have, and how to holistically tackle them