Comparative study of healthcare messaging standards for interoperability in ehealth systems

Advances in the information and communication technology have created the field of "health informatics," which amalgamates healthcare, information technology and business. The use of information systems in healthcare organisations dates back to 1960s, however the use of technology for healthcare records, referred to as Electronic Medical Records (EMR), management has surged since 1990’s (Net-Health, 2017) due to advancements the internet and web technologies. Electronic Medical Records (EMR) and sometimes referred to as Personal Health Record (PHR) contains the patient’s medical history, allergy information, immunisation status, medication, radiology images and other medically related billing information that is relevant. There are a number of benefits for healthcare industry when sharing these data recorded in EMR and PHR systems between medical institutions (AbuKhousa et al., 2012). These benefits include convenience for patients and clinicians, cost-effective healthcare solutions, high quality of care, resolving the resource shortage and collecting a large volume of data for research and educational needs. My Health Record (MyHR) is a major project funded by the Australian government, which aims to have all data relating to health of the Australian population stored in digital format, allowing clinicians to have access to patient data at the point of care. Prior to 2015, MyHR was known as Personally Controlled Electronic Health Record (PCEHR). Though the Australian government took consistent initiatives there is a significant delay (Pearce and Haikerwal, 2010) in implementing eHealth projects and related services. While this delay is caused by many factors, interoperability is identified as the main problem (Benson and Grieve, 2016c) which is resisting this project delivery. To discover the current interoperability challenges in the Australian healthcare industry, this comparative study is conducted on Health Level 7 (HL7) messaging models such as HL7 V2, V3 and FHIR (Fast Healthcare Interoperability Resources). In this study, interoperability, security and privacy are main elements compared. In addition, a case study conducted in the NSW Hospitals to understand the popularity in usage of health messaging standards was utilised to understand the extent of use of messaging standards in healthcare sector. Predominantly, the project used the comparative study method on different HL7 (Health Level Seven) messages and derived the right messaging standard which is suitable to cover the interoperability, security and privacy requirements of electronic health record. The issues related to practical implementations, change over and training requirements for healthcare professionals are also discussed

An architecture for secure data management in medical research and aided diagnosis

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e as Comunicacións. 5032V01[Resumo] O Regulamento Xeral de Proteccion de Datos (GDPR) implantouse o 25 de maio de 2018 e considerase o desenvolvemento mais importante na regulacion da privacidade de datos dos ultimos 20 anos. As multas fortes definense por violar esas regras e non e algo que os centros sanitarios poidan permitirse ignorar. O obxectivo principal desta tese e estudar e proponer unha capa segura/integracion para os curadores de datos sanitarios, onde: a conectividade entre sistemas illados (localizacions), a unificacion de rexistros nunha vision centrada no paciente e a comparticion de datos coa aprobacion do consentimento sexan as pedras angulares de a arquitectura controlar a sua identidade, os perfis de privacidade e as subvencions de acceso. Ten como obxectivo minimizar o medo a responsabilidade legal ao compartir os rexistros medicos mediante o uso da anonimizacion e facendo que os pacientes sexan responsables de protexer os seus propios rexistros medicos, pero preservando a calidade do tratamento do paciente. A nosa hipotese principal e: os conceptos Distributed Ledger e Self-Sovereign Identity son unha simbiose natural para resolver os retos do GDPR no contexto da saude? Requirense solucions para que os medicos e investigadores poidan manter os seus fluxos de traballo de colaboracion sen comprometer as regulacions. A arquitectura proposta logra eses obxectivos nun ambiente descentralizado adoptando perfis de privacidade de datos illados.[Resumen] El Reglamento General de Proteccion de Datos (GDPR) se implemento el 25 de mayo de 2018 y se considera el desarrollo mas importante en la regulacion de privacidad de datos en los ultimos 20 anos. Las fuertes multas estan definidas por violar esas reglas y no es algo que los centros de salud puedan darse el lujo de ignorar. El objetivo principal de esta tesis es estudiar y proponer una capa segura/de integración para curadores de datos de atencion medica, donde: la conectividad entre sistemas aislados (ubicaciones), la unificacion de registros en una vista centrada en el paciente y el intercambio de datos con la aprobacion del consentimiento son los pilares de la arquitectura propuesta. Esta propuesta otorga al titular de los datos un rol central, que le permite controlar su identidad, perfiles de privacidad y permisos de acceso. Su objetivo es minimizar el temor a la responsabilidad legal al compartir registros medicos utilizando el anonimato y haciendo que los pacientes sean responsables de proteger sus propios registros medicos, preservando al mismo tiempo la calidad del tratamiento del paciente. Nuestra hipotesis principal es: .son los conceptos de libro mayor distribuido e identidad autosuficiente una simbiosis natural para resolver los desafios del RGPD en el contexto de la atencion medica? Se requieren soluciones para que los medicos y los investigadores puedan mantener sus flujos de trabajo de colaboracion sin comprometer las regulaciones. La arquitectura propuesta logra esos objetivos en un entorno descentralizado mediante la adopcion de perfiles de privacidad de datos aislados.[Abstract] The General Data Protection Regulation (GDPR) was implemented on 25 May 2018 and is considered the most important development in data privacy regulation in the last 20 years. Heavy fines are defined for violating those rules and is not something that healthcare centers can afford to ignore. The main goal of this thesis is to study and propose a secure/integration layer for healthcare data curators, where: connectivity between isolated systems (locations), unification of records in a patientcentric view and data sharing with consent approval are the cornerstones of the proposed architecture. This proposal empowers the data subject with a central role, which allows to control their identity, privacy profiles and access grants. It aims to minimize the fear of legal liability when sharing medical records by using anonymisation and making patients responsible for securing their own medical records, yet preserving the patient’s quality of treatment. Our main hypothesis is: are the Distributed Ledger and Self-Sovereign Identity concepts a natural symbiosis to solve the GDPR challenges in the context of healthcare? Solutions are required so that clinicians and researchers can maintain their collaboration workflows without compromising regulations. The proposed architecture accomplishes those objectives in a decentralized environment by adopting isolated data privacy profiles

Arquiteturas federadas para integração de dados biomédicos

Doutoramento Ciências da ComputaçãoThe last decades have been characterized by a continuous adoption of IT solutions in the healthcare sector, which resulted in the proliferation of tremendous amounts of data over heterogeneous systems. Distinct data types are currently generated, manipulated, and stored, in the several institutions where patients are treated. The data sharing and an integrated access to this information will allow extracting relevant knowledge that can lead to better diagnostics and treatments. This thesis proposes new integration models for gathering information and extracting knowledge from multiple and heterogeneous biomedical sources. The scenario complexity led us to split the integration problem according to the data type and to the usage specificity. The first contribution is a cloud-based architecture for exchanging medical imaging services. It offers a simplified registration mechanism for providers and services, promotes remote data access, and facilitates the integration of distributed data sources. Moreover, it is compliant with international standards, ensuring the platform interoperability with current medical imaging devices. The second proposal is a sensor-based architecture for integration of electronic health records. It follows a federated integration model and aims to provide a scalable solution to search and retrieve data from multiple information systems. The last contribution is an open architecture for gathering patient-level data from disperse and heterogeneous databases. All the proposed solutions were deployed and validated in real world use cases.A adoção sucessiva das tecnologias de comunicação e de informação na área da saúde tem permitido um aumento na diversidade e na qualidade dos serviços prestados, mas, ao mesmo tempo, tem gerado uma enorme quantidade de dados, cujo valor científico está ainda por explorar. A partilha e o acesso integrado a esta informação poderá permitir a identificação de novas descobertas que possam conduzir a melhores diagnósticos e a melhores tratamentos clínicos. Esta tese propõe novos modelos de integração e de exploração de dados com vista à extração de conhecimento biomédico a partir de múltiplas fontes de dados. A primeira contribuição é uma arquitetura baseada em nuvem para partilha de serviços de imagem médica. Esta solução oferece um mecanismo de registo simplificado para fornecedores e serviços, permitindo o acesso remoto e facilitando a integração de diferentes fontes de dados. A segunda proposta é uma arquitetura baseada em sensores para integração de registos electrónicos de pacientes. Esta estratégia segue um modelo de integração federado e tem como objetivo fornecer uma solução escalável que permita a pesquisa em múltiplos sistemas de informação. Finalmente, o terceiro contributo é um sistema aberto para disponibilizar dados de pacientes num contexto europeu. Todas as soluções foram implementadas e validadas em cenários reais

Uma arquitectura segura e colaborativa para registos de saúde electrónicos com suporte a mobilidade

Doutoramento em InformáticaDurante as ultimas décadas, os registos de saúde eletrónicos (EHR) têm evoluído para se adaptar a novos requisitos. O cidadão tem-se envolvido cada vez mais na prestação dos cuidados médicos, sendo mais pró ativo e desejando potenciar a utilização do seu registo. A mobilidade do cidadão trouxe mais desafios, a existência de dados dispersos, heterogeneidade de sistemas e formatos e grande dificuldade de partilha e comunicação entre os prestadores de serviços. Para responder a estes requisitos, diversas soluções apareceram, maioritariamente baseadas em acordos entre instituições, regiões e países. Estas abordagens são usualmente assentes em cenários federativos muito complexos e fora do controlo do paciente. Abordagens mais recentes, como os registos pessoais de saúde (PHR), permitem o controlo do paciente, mas levantam duvidas da integridade clinica da informação aos profissionais clínicos. Neste cenário os dados saem de redes e sistemas controlados, aumentando o risco de segurança da informação. Assim sendo, são necessárias novas soluções que permitam uma colaboração confiável entre os diversos atores e sistemas. Esta tese apresenta uma solução que permite a colaboração aberta e segura entre todos os atores envolvidos nos cuidados de saúde. Baseia-se numa arquitetura orientada ao serviço, que lida com a informação clínica usando o conceito de envelope fechado. Foi modelada recorrendo aos princípios de funcionalidade e privilégios mínimos, com o propósito de fornecer proteção dos dados durante a transmissão, processamento e armazenamento. O controlo de acesso _e estabelecido por políticas definidas pelo paciente. Cartões de identificação eletrónicos, ou certificados similares são utilizados para a autenticação, permitindo uma inscrição automática. Todos os componentes requerem autenticação mútua e fazem uso de algoritmos de cifragem para garantir a privacidade dos dados. Apresenta-se também um modelo de ameaça para a arquitetura, por forma a analisar se as ameaças possíveis foram mitigadas ou se são necessários mais refinamentos. A solução proposta resolve o problema da mobilidade do paciente e a dispersão de dados, capacitando o cidadão a gerir e a colaborar na criação e manutenção da sua informação de saúde. A arquitetura permite uma colaboração aberta e segura, possibilitando que o paciente tenha registos mais ricos, atualizados e permitindo o surgimento de novas formas de criar e usar informação clínica ou complementar.Since their early adoption Electronic Health Records (EHR) have been evolving to cope with increasing requirements from institutions, professionals and, more recently, from patients. Citizens became more involved demanding successively more control over their records and an active role on their content. Mobility brought also new requirements, data become scattered over heterogeneous systems and formats, with increasing di culties on data sharing between distinct providers. To cope with these challenges several solutions appeared, mostly based on service level agreements between entities, regions and countries. They usually required de ning complex federated scenarios and left the patient outside the process. More recent approaches, such as personal health records (PHR), enable patient control although raises clinical integrity doubts to other actors, such as physicians. Also, information security risk increase as data travels outside controlled networks and systems. To overcome this, new solutions are needed to facilitate trustable collaboration between the diverse actors and systems. In this thesis we present a solution that enables a secure and open collaboration between all healthcare actors. It is based on a service-oriented architecture that deals with the clinical data using a closed envelope concept. The architecture was modeled with minimal functionality and privileges bearing in mind strong protection of data during transmission, processing and storing. The access control is made through patient policies and authentication uses electronic identi cation cards or similar certi cates, enabling auto-enrollment. All the components require mutual authentication and uses cyphering mechanisms to assure privacy. We also present a threat model to verify, through our solution, if possible threats were mitigated or if further re nement is needed. The proposed solution solves the problem of patient mobility and data dispersion, and empowers citizens to manage and collaborate in their personal healthcare information. It also permits open and secure collaboration, enabling the patient to have richer and up to date records that can foster new ways to generate and use clinical or complementary information

Uma rede telemática para a prestação regional de cuidados de saúde

Doutoramento em Engenharia InformáticaAs tecnologias de informação e comunicação na área da saúde não são só um instrumento para a boa gestão de informação, mas antes um fator estratégico para uma prestação de cuidados mais eficiente e segura. As tecnologias de informação são um pilar para que os sistemas de saúde evoluam em direção a um modelo centrado no cidadão, no qual um conjunto abrangente de informação do doente deve estar automaticamente disponível para as equipas que lhe prestam cuidados, independentemente de onde foi gerada (local geográfico ou sistema). Este tipo de utilização segura e agregada da informação clínica é posta em causa pela fragmentação generalizada das implementações de sistemas de informação em saúde. Várias aproximações têm sido propostas para colmatar as limitações decorrentes das chamadas “ilhas de informação” na saúde, desde a centralização total (um sistema único), à utilização de redes descentralizadas de troca de mensagens clínicas. Neste trabalho, propomos a utilização de uma camada de unificação baseada em serviços, através da federação de fontes de informação heterogéneas. Este agregador de informação clínica fornece a base necessária para desenvolver aplicações com uma lógica regional, que demostrámos com a implementação de um sistema de registo de saúde eletrónico virtual. Ao contrário dos métodos baseados em mensagens clínicas ponto-a-ponto, populares na integração de sistemas em saúde, desenvolvemos um middleware segundo os padrões de arquitetura J2EE, no qual a informação federada é expressa como um modelo de objetos, acessível através de interfaces de programação. A arquitetura proposta foi instanciada na Rede Telemática de Saúde, uma plataforma instalada na região de Aveiro que liga oito instituições parceiras (dois hospitais e seis centros de saúde), cobrindo ~350.000 cidadãos, utilizada por ~350 profissionais registados e que permite acesso a mais de 19.000.000 de episódios. Para além da plataforma colaborativa regional para a saúde (RTSys), introduzimos uma segunda linha de investigação, procurando fazer a ponte entre as redes para a prestação de cuidados e as redes para a computação científica. Neste segundo cenário, propomos a utilização dos modelos de computação Grid para viabilizar a utilização e integração massiva de informação biomédica. A arquitetura proposta (não implementada) permite o acesso a infraestruturas de e-Ciência existentes para criar repositórios de informação clínica para aplicações em saúde.Modern health information technology is not just a supporting instrument to good information management but a strategic requirement to provide more efficient and safer health care. Health information technology is a cornerstone to build the future patient-centric health care systems in which a comprehensive set of patient data will be available to the relevant care teams, in spite of where (system or service point) it was generated. Such secure and efficient use of clinical data is challenged by the existing fragmentation of health information systems implementation. Several approaches have been proposed to address the limitations of the so called “information silos” in healthcare, ranging from full centralization (a single system) to full-decentralized clinical message exchange networks. In this work we advocate the use of a service-based unification layer, by federating distributed heterogeneous information sources. This clinical information hub provides the basis to build regional-level applications, which we have demonstrated by implementing a virtual Electronic Health Record system. Unlike the message-driven, point-to-point approaches popular in health care systems integration, we developed a middleware layer, using J2EE architectural patterns, in which the common information is represented as an object model, accessible through programming interfaces. The proposed architecture was instantiated in the Rede Telemática da Saúde network, a platform deployed in the region of Aveiro connecting eight partner institutions (two hospitals and six primary care units), covering ~ 350,000 citizens, indexing information on more than 19,000,000 episodes of care and used by ~350 registered professionals. In addition to the regional health information collaborative platform (RTSys), we introduce a second line of research towards bridging the care networks and the science networks. In the later scenario, we propose the use of Grid computing to enable the massive use and integration of biomedical information. The proposed architecture (not implemented) enables to access existing e-Science infrastructures to create clinical information repositories for health applications

Uma arquitectura segura e colaborativa para registos de saúde eletrónicos com suporte a mobilidade

Since their early adoption Electronic Health Records (EHR) have been evolving to cope with increasing requirements from institutions, professionals and, more recently, from patients. Citizens became more involved demanding successively more control over their records and an active role on their content. Mobility brought also new requirements, data become scattered over heterogeneous systems and formats, with increasing di culties on data sharing between distinct providers. To cope with these challenges several solutions appeared, mostly based on service level agreements between entities, regions and countries. They usually required de ning complex federated scenarios and left the patient outside the process. More recent approaches, such as personal health records (PHR), enable patient control although raises clinical integrity doubts to other actors, such as physicians. Also, information security risk increase as data travels outside controlled networks and systems. To overcome this, new solutions are needed to facilitate trustable collaboration between the diverse actors and systems. In this thesis we present a solution that enables a secure and open collaboration between all healthcare actors. It is based on a service-oriented architecture that deals with the clinical data using a closed envelope concept. The architecture was modeled with minimal functionality and privileges bearing in mind strong protection of data during transmission, processing and storing. The access control is made through patient policies and authentication uses electronic identi cation cards or similar certi cates, enabling auto-enrollment. All the components require mutual authentication and uses cyphering mechanisms to assure privacy. We also present a threat model to verify, through our solution, if possible threats were mitigated or if further re nement is needed. The proposed solution solves the problem of patient mobility and data dispersion, and empowers citizens to manage and collaborate in their personal healthcare information. It also permits open and secure collaboration, enabling the patient to have richer and up to date records that can foster new ways to generate and use clinical or complementary information.Durante as últimas décadas, os registos de saúde electrónicos (EHR) têm evoluído para se adaptar a novos requisitos. O cidadão tem-se envolvido cada vez mais na prestação dos cuidados médicos, sendo mais pró activo e desejando potenciar a utilização do seu registo. A mobilidade do cidadão trouxe mais desafios, a existência de dados dispersos, heterogeneidade de sistemas e formatos e grande dificuldade de partilha e comunicação entre os prestadores de serviços. Para responder a estes requisitos, diversas soluções apareceram, maioritariamente baseadas em acordos entre instituições, regiões e países. Estas abordagens são usualmente assentes em cenários federativos muito complexos e fora do controlo do paciente. Abordagens mais recentes, como os registos pessoais de saúde (PHR), permitem o controlo do paciente, mas levantam dúvidas da integridade clinica da informação aos profissionais clínicos. Neste cenário os dados saem de redes e sistemas controlados, aumentando o risco de segurança da informação. Assim sendo, são necessárias novas soluções que permitam uma colaboração confiável entre os diversos actores e sistemas. Esta tese apresenta uma solução que permite a colaboração aberta e segura entre todos os actores envolvidos nos cuidados de saúde. Baseia-se numa arquitectura orientada ao serviço, que lida com a informação clínica usando o conceito de envelope fechado. Foi modelada recorrendo aos princípios de funcionalidade e privilégios mínimos, com o propósito de fornecer protecção dos dados durante a transmissão, processamento e armazenamento. O controlo de acesso é estabelecido por políticas definidas pelo paciente. Cartões de identificação electrónicos, ou certificados similares são utilizados para a autenticação, permitindo uma inscrição automática. Todos os componentes requerem autenticação mútua e fazem uso de algoritmos de cifragem para garantir a privacidade dos dados. Apresenta-se também um modelo de ameaça para a arquitectura, por forma a analisar se as ameaças possíveis foram mitigadas ou se são necessários mais refinamentos. A solução proposta resolve o problema da mobilidade do paciente e a dispersão de dados, capacitando o cidadão a gerir e a colaborar na criação e manutenção da sua informação de saúde. A arquitectura permite uma colaboração aberta e segura, possibilitando que o paciente tenha registos mais ricos, actualizados e permitindo o surgimento de novas formas de criar e usar informação clínica ou complementar.Programa PROTEC, bolsa SFRH/BD/49765/200

Sistemas interativos e distribuídos para telemedicina

doutoramento Ciências da ComputaçãoDurante as últimas décadas, as organizações de saúde têm vindo a adotar continuadamente as tecnologias de informação para melhorar o funcionamento dos seus serviços. Recentemente, em parte devido à crise financeira, algumas reformas no sector de saúde incentivaram o aparecimento de novas soluções de telemedicina para otimizar a utilização de recursos humanos e de equipamentos. Algumas tecnologias como a computação em nuvem, a computação móvel e os sistemas Web, têm sido importantes para o sucesso destas novas aplicações de telemedicina. As funcionalidades emergentes de computação distribuída facilitam a ligação de comunidades médicas, promovem serviços de telemedicina e a colaboração em tempo real. Também são evidentes algumas vantagens que os dispositivos móveis podem introduzir, tais como facilitar o trabalho remoto a qualquer hora e em qualquer lugar. Por outro lado, muitas funcionalidades que se tornaram comuns nas redes sociais, tais como a partilha de dados, a troca de mensagens, os fóruns de discussão e a videoconferência, têm o potencial para promover a colaboração no sector da saúde. Esta tese teve como objetivo principal investigar soluções computacionais mais ágeis que permitam promover a partilha de dados clínicos e facilitar a criação de fluxos de trabalho colaborativos em radiologia. Através da exploração das atuais tecnologias Web e de computação móvel, concebemos uma solução ubíqua para a visualização de imagens médicas e desenvolvemos um sistema colaborativo para a área de radiologia, baseado na tecnologia da computação em nuvem. Neste percurso, foram investigadas metodologias de mineração de texto, de representação semântica e de recuperação de informação baseada no conteúdo da imagem. Para garantir a privacidade dos pacientes e agilizar o processo de partilha de dados em ambientes colaborativos, propomos ainda uma metodologia que usa aprendizagem automática para anonimizar as imagens médicasDuring the last decades, healthcare organizations have been increasingly relying on information technologies to improve their services. At the same time, the optimization of resources, both professionals and equipment, have promoted the emergence of telemedicine solutions. Some technologies including cloud computing, mobile computing, web systems and distributed computing can be used to facilitate the creation of medical communities, and the promotion of telemedicine services and real-time collaboration. On the other hand, many features that have become commonplace in social networks, such as data sharing, message exchange, discussion forums, and a videoconference, have also the potential to foster collaboration in the health sector. The main objective of this research work was to investigate computational solutions that allow us to promote the sharing of clinical data and to facilitate the creation of collaborative workflows in radiology. By exploring computing and mobile computing technologies, we have designed a solution for medical imaging visualization, and developed a collaborative system for radiology, based on cloud computing technology. To extract more information from data, we investigated several methodologies such as text mining, semantic representation, content-based information retrieval. Finally, to ensure patient privacy and to streamline the data sharing in collaborative environments, we propose a machine learning methodology to anonymize medical images